CONCRETO DE ULTRA ALTA RESISTENCIA (UHPC)

En ensayos realizados a probetas de concreto de ultra alta resistencia, se tiene que respecto a sus zonas de concentración de esfuerzos a la tracción y compresión, se da en las zonas indicadas en la siguiente imagen, con desplazamientos de 2mm.

PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO:
De acuerdo a una prueba de flujo de estática, como se muestra en la siguiente figura:

Se debe emplear mezclas autocompactantes, esto para mejorar la trabajabilidad al emplear refuerzos con fibras, así como lograr una adecuada distribución de fibras y matriz homogénea. Los valores de diámetro en esta prueba para un concreto con buena trabajabilidad estarían en un rango de 230 a 260mm, en esta prueba, la probeta resultó fuera del rango con un diámetro de 265mm.

Así mismo, se tienen los siguientes valores en ensayos para concretos de ultra alta resistencia, en cuanto a sus propiedades mecánicas:

En cuanto a resistencia a la compresión, con picos aproximadamente de 170Mpa a los 28 días, en tracción directa 11.3MPa de esfuerzo con una deformación del 0.25% y un pico de 23.29Mpa de carga con un desplazamiento de 1mm en flexo tracción.

Para comprender mejor el comportamiento mecánico del concreto de ultra alta resistencia, se procedió a analizar la siguiente investigación:

PROPIEDADES MECÁNICAS Y DE DURABILIDAD DE CONCRETOS DE ULTRA ALTAS PRESTACIONES (UHPC), CON DIFERENTES MATERIALES CEMENTANTES SUPLEMENTARIOS, JARAMILLO DIANA (2020).

En la práctica, el concreto con una resistencia a la compresión menor que 50 MPa es considerado como concreto de resistencia normal. Por otro lado, los materiales componentes de este concreto son relativamente simples, consisten en cemento, agregado y agua. La figura 1 muestra la microestructura de NPC.

Figura 1. Microestructura de NPC

Mientras que el concreto de alta resistencia (HPC), puede definirse como aquel que tiene una resistencia a la compresión mayor o igual a 50 MPa. Por otro lado, los concretos de resistencia a la compresión de más de 150 MPa se definen como de muy alta resistencia (UHPC por sus siglas en inglés). La figura 2 muestra la microestructura de HPC y UHPC respectivamente.

Figura 2. Microestructura de HPC (a) y UHPC (b)

De la siguiente figura se concluye que:

es necesario optimizar los factores que inciden en ella. Para esto se consideran tres aspectos:

• la pasta de cemento hidratado debe reforzarse
• la porosidad en el concreto se debe reducir
• la zona de transición interfacial (ITZ por sus siglas en inglés) debe ser reducida

En la figura 3 se muestra la distribución del tamaño de partículas del cemento con diámetro medio de partícula d50 de 8 μm, humo de sílice con tamaño de partícula d50 de 0.15 μm, carbonato de calcio con tamaño d50 de 2 μm, polvo de vidrio d50 de 28 μm y 7 μm y arena silícea con un tamaño máximo de partículas de 600 μm.

Figura 3. Distribución del tamaño de partícula de los materiales usados.

Tabla 1. Propiedades físicas y químicas de los materiales)

DOSIIFICACIONES PARA D1, D2 Y D3:

Tabla 4-2. Proporción de materiales usados en dosificaciones.

Los resultados de los ensayos de resistencia a compresión realizados a los cubos se muestran en la figura 4, se determinan los promedios de nueve muestras para la dosificación D1 y ocho muestras para las dosificaciones D2 y D3 para 7, 28 y 90 días. El curado se realizó en cámara húmeda al 95%±5%, y se mantuvo constante para todas las muestras.

Figura 4. Resistencia a la compresión promedio de las dosificaciones de concreto (cubos).

En la figura 5, se presentan el módulo elástico en las tres edades de ensayo para cada una de las dosificaciones bajo estudio. Con los resultados se observa que el módulo elástico aumenta con la edad de curado. Se encontró que las dosificaciones D2 y D3 presentan valores mayores que la muestra control para los primeros 7 días, sin embargo, a los 28 y 90 días la dosificación de control supera las otras dos.

Figura 5. Resultados módulo elástico.

RESULTADOS FINALES DEL ESTUDIO:

• De acuerdo con lo reportado, el aumento del módulo de elasticidad con la edad de curado, varía dependiendo de la puzolana que se adicione, indicando que, para materiales muy activos como el humo de sílice, a edades tempranas el incremento de Ec, es más rápido comparado con la muestra control, esto se explica a través del proceso de hidratación de dicho material.
• Por otro lado, la incorporación de carbonato de calcio en UHPC mejora el proceso de hidratación de las dosificaciones a una edad temprana, lo que lleva a un relleno de partículas más denso y a mejorar las propiedades mecánicas.
• Asimismo, se encontró que el polvo de vidrio aumenta la velocidad de disolución del cemento Portland, por lo que el proceso de hidratación se acelera.
• Por los resultados expuestos se concluye que la adición de otros materiales cementantes suplementarios de menor costo iguala los valores de la mezcla control donde se utilizó humo de sílice para los primeros 7 días.
• Por otro lado, se tiene que de acuerdo con ACI 239 Tabla 4.2, el módulo de elasticidad (Ec) de un concreto UHPC está entre los 40000 MPa y 50000 MPa. De acuerdo a lo anterior, los valores encontrados en esta investigación del módulo de elasticidad para las diferentes dosificaciones, se encuentra que todas están por encima de los 40000 MPa a los 7 días, y alcanzan valores por encima de los 50000 MPa a los 28 días.
• Estos módulos elásticos altos en el área de ingeniería estructural son favorables dado que se aumenta la rigidez de los elementos y por consiguiente, se tendrán menos deformaciones; a su vez, este comportamiento permite que dichos elementos tengan menores dimensiones lo que se ve reflejado en una reducción en el peso de la estructura.