Los métodos y criterios de prueba confiables basados en el desempeño están evolucionando y deberían ser la dirección del futuro para la optimización de la construcción de hormigón

Materiales:

Especificación de requisitos para mezclas de hormigón

Los avances tecnológicos en materiales de fabricación de hormigón, equipos de producción y procesos han mejorado los posibles usos innovadores del hormigón en una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, las especificaciones para mezclas de hormigón continúan siendo prescriptivas, lo que a menudo limita la capacidad de desarrollar y utilizar productos y métodos de construcción innovadores. Las especificaciones deben estar estructuradas para aprovechar la experiencia de los distintos interesados para ofrecer una estructura de alta calidad con la vida útil deseada para el propietario.

Los desafíos y oportunidades con especificaciones de hormigón basadas en el rendimiento se han discutido previamente. Una especificación prescriptiva es aquella que incluye detalles de composición de materiales o medios y métodos de construcción. El rendimiento previsto relacionado con un requisito prescriptivo puede o no definirse. Alternativamente, una especificación de rendimiento define el resultado necesario vinculado a los criterios de aceptación sin detallar cómo se debe lograr. Un principio importante con los requisitos de desempeño es la congruencia de responsabilidad y autoridad. Proporciona a las partes interesadas específicas la autoridad apropiada con la responsabilidad asignada para lograr el resultado deseado. Una especificación prescriptiva, con un resultado de rendimiento declarado o no definido, no lo hace. Las especificaciones que combinan requisitos prescriptivos y de rendimiento inconsistentes tienden a ser más problemáticos.

En una evaluación reciente (Obla et al., 2015), se clasificaron los requisitos prescriptivos que los productores de hormigón consideran onerosos, y la frecuencia de estos requisitos se cuantificó revisando una muestra de aproximadamente 100 especificaciones para diferentes tipos de estructuras. La mayoría de estos requisitos prescriptivos no son consistentes con los estándares del American Concrete Institute (ACI) y se discuten aquí.

Límites prescriptivos en las proporciones de la mezcla

Las proporciones de mezcla para el hormigón deben desarrollarse para tener la trabajabilidad requerida para la construcción y estar compuestas por el volumen más bajo de una pasta de alta calidad (materiales cementosos y agua) que proporcionará la resistencia y durabilidad requeridas en el elemento estructural como lo requiere el diseño, que incluye la consideración de las condiciones de exposición. Esto requerirá el uso de cementos y agregados disponibles localmente de buena calidad y con características consistentes, el uso de materiales cementantes suplementarios (SCMs) para mejorar la durabilidad y el desarrollo de propiedades a largo plazo, y el uso efectivo de aditivos químicos que sean compatibles y proporcionen la trabajabilidad requerida. Mejora de las propiedades del hormigón endurecido. Las especificaciones que impiden alcanzar estos objetivos primarios deben revisarse para determinar su intención y las restricciones potenciales que causan. Algunas de las restricciones prescriptivas sobre mezclas de hormigón incluyen las siguientes:

Proporción máxima de materiales agua-cemento (w / cm)

El w / cm de una mezcla es un parámetro importante. Para cada conjunto de materiales, existe una relación única entre la resistencia y w / cm. Los productores de hormigón utilizan esta relación para proporcionar sus mezclas. No se debe asumir que esta relación es universal. Dos mezclas con el mismo w / cm pero volúmenes de pasta considerablemente diferentes tendrán propiedades considerablemente diferentes (Figura 1). El w / cm también afecta la permeabilidad o las propiedades de transporte del hormigón, lo que es importante cuando la durabilidad es una preocupación. Esta propiedad también se mejora significativamente mediante el uso de SCM como cenizas volantes, cemento de escoria y humo de sílice. Se debe especificar un w / cm máximo para abordar una condición de exposición que impacta la durabilidad del hormigón. En 2008, ACI 318 estableció clases de exposición para cuatro categorías de durabilidad con un máximo de w / cm aplicable y una resistencia específica mínima asociada. La premisa es que, para garantizar la calidad, no se puede verificar w / cm, pero sí la resistencia.

En el 73% de las especificaciones revisadas en la evaluación, se especificó un máximo de w / cm independientemente de la condición de exposición. En la mayoría de los casos, la resistencia especificada no fue consistente con el máximo w / cm especificado; por ejemplo, 3000 psi y w / cm de 0.40. Esto establece un conflicto inherente porque los criterios de aceptación de la resistencia no aseguran que se suministre el valor de w / cm especificado. En algunos casos, la relación w / cm especificada era inferior a 0,40 y no parecía apropiada para el tipo de miembro. El uso de w / cm inferior a 0.40 está limitado a hormigón de muy alta resistencia o para condiciones de exposición severas y no es demasiado común para edificios de hormigón. La especificación de un bajo w / cm afecta el costo de la mezcla y su trabajabilidad para la construcción. También puede dar como resultado un mayor contenido de cemento y un mayor volumen de pasta, lo que aumenta la permeabilidad de la mezcla y el potencial de agrietamiento debido a la temperatura o la contracción por secado. Si las condiciones de exposición para un miembro requieren el uso de un bajo w / cm, la mayor resistencia del hormigón resultante debe usarse ventajosamente al diseñar el miembro.

Si bien w / cm es un factor que afecta la permeabilidad, no se reconoce la contribución beneficiosa de los SCM. Existen pruebas basadas en el rendimiento que se pueden utilizar como una alternativa a w / cm.

Límites máximos en SCMs

Hay una condición en ACI 318 que establece límites máximos en la cantidad de SCM para el hormigón que estará expuesto a los ciclos de congelación y descongelación y la aplicación de químicos de deshielo (Clase de exposición F3). El límite está previsto debido a un mayor potencial de escala en este tipo de exposición. En el hormigón reforzado, la incrustación reducirá la cobertura y exacerbará la corrosión del refuerzo. Esta condición de exposición es rara en edificios. Este límite se estableció en el 85% de las especificaciones revisadas en la evaluación. La especificación de este límite es un malentendido de la intención o una directiva para minimizar el uso de SCM en hormigón.

El uso de SCM para mejorar la durabilidad (permeabilidad reducida y resistencia al deterioro debido a las reacciones de sílice alcalina, ataque de sulfato y otros productos químicos) está bien establecido. La menor permeabilidad del hormigón protege la corrosión del refuerzo. En los elementos de hormigón en masa, aumentar la cantidad de SCM es el medio más económico para reducir el potencial de craqueo térmico. El uso de SCM también mejora la trabajabilidad del hormigón al lograr una mayor depresión con menos agua y reducir el potencial de segregación. También apoya las iniciativas de sostenibilidad. El ajuste más lento resultante o la tasa de ganancia de resistencia puede compensarse con el uso juicioso de los aditivos y verificarse mediante métodos de madurez para estimar la resistencia en el lugar del hormigón con la edad. Se sugiere que estos límites solo se especifiquen para la clase de exposición F3.

Contenido mínimo de cemento

Especificar un contenido mínimo de cemento para el hormigón tiende a ser un remanente histórico en muchas especificaciones. Se observó en el 46% de las especificaciones revisadas. En muchos casos, el contenido mínimo de cemento especificado fue significativamente mayor que el requerido para la resistencia especificada. Las agencias estatales de carreteras continúan definiendo las clases de hormigón por contenido de cemento. La intención puede ser mejorar la durabilidad, pero esto es defectuoso. Se ha documentado el impacto adverso en el calor de hidratación, la contracción y la permeabilidad al requerir un mayor contenido mínimo de cemento (Obla et al., 2017). El efecto sobre las propiedades de transporte (o la permeabilidad) y la contracción por secado se ilustra en la Figura 2 y la Figura 3, respectivamente. Esto tiende a reducir la cantidad de SCM que se pueden usar y aumenta el volumen de pegado para afectar negativamente el rendimiento. No hay requisitos mínimos de contenido de cemento en los estándares ACI para edificios. Este requisito restringe considerablemente la capacidad de un productor de hormigón para optimizar una mezcla para el mejor rendimiento y limita las ofertas competitivas. Este requisito, además de los requisitos conservadores para w / cm, da como resultado una resistencia real del hormigón 30 a 40% más alta que la resistencia especificada, lo que causa un diseño ineficaz que hace que la construcción del hormigón sea más costosa y menos sostenible.

Otros asuntos
• Invocar requisitos más restrictivos para los materiales de fabricación de hormigón, como los agregados o las cenizas volantes, que lo que se encuentra en las especificaciones de ASTM, lo que hace que las fuentes disponibles con historial local se vean restringidas de uso o requieran que se importen materiales.
• Requerir el uso de marcas o fuentes de materiales específicos, como aditivos o cementos: los productores han establecido contratos y el uso de materiales con los que no están familiarizados puede causar problemas.
• Especificando la clasificación combinada de agregados en bandas relativamente estrechas con la intención de controlar la trabajabilidad o el encogimiento / encrespado; esto generalmente no se puede imponer y con frecuencia no se puede lograr con materiales locales o durante la producción. El rendimiento previsto no se puede lograr.
• Prohibir el ajuste de las proporciones de mezcla de mezclas aprobadas: se necesitan ajustes menores en tiempo real (sin solicitar aprobación) para mantener la calidad y la consistencia para adaptarse a la variación en los materiales de origen y las condiciones ambientales.
• Restricción en el contenido de álcali del cemento, principalmente como un intento de minimizar el potencial de craqueo perjudicial debido a las reacciones de agregados alcalinos (AAR): la norma ASTM C1778 reconoce que el uso de un cemento con bajo contenido de álcali no evita necesariamente el problema y brinda varias opciones para mitigar AAR.
• Controles estrictos sobre la depresión u otras propiedades de hormigón fresco: pueden afectar la capacidad de construcción. ACI 301 le permite al contratista seleccionar la caída y documentarla en un envío. En el hormigón de hoy, la caída no es una medida o control sobre el contenido de agua.
• Incluyendo referencias al Código o guías no obligatorias o informes de vanguardia, que incluyen opiniones de comités, observaciones y una lista de varias opciones, lo que hace que la referencia no sea clara. El contratista no puede ser responsable de los requisitos del Código mediante una referencia general a ACI 318. Cualquier requisito que se desee de estos documentos debe indicarse explícitamente en la especificación.

Agradecimientos a la revista “Estructura”, abril 2019