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Indice                                                                                                                                                            Ir al Capitulo 7

                                                                                                                                                                      Bibliografia

CAPITULO VI

  

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO Y SUS APLICACIONES

 

 

 

9.1. INTRODUCCIÓN.-

El presente capitulo esta dedicado a mostrar las obras reales donde han sido usados los Concretos de Alto Desempeño en el Perú y en el mundo; dada la amplia definición de estos concretos en el presente capitulo damos especial énfasis a los denominados concretos de alto desempeño con características de elevadas resistencias; primeramente se enlistan las posibles ventajas de un concreto de alto desempeño, posteriormente se describe cada una de estas.

Desde hace aproximadamente 10 años, la tendencia mundial a usar concretos de alto desempeño a aumentado; en el Perú es necesario destacar que ha existido una corriente en contra de interesarse en el aumento de la resistencia en el concreto, debido a que se decía que las secciones calculadas con concretos normales eran apropiadas y mas bien se destacaba los posibles inconvenientes del uso de estos concretos. Sin embargo actualmente la tendencia al incremento de los requerimientos de resistencia por parte de los diseñadores se ha incrementado, y ampliado a la gran variedad de tecnologías modernas en el campo de la ingeniería civil.

Las ventajas del uso de estos nuevos materiales son evidentes, reducción de secciones, facilidad de trabajo, rapidez y rápido desencofrado, mayor versatilidad y estética en la arquitectura, mejor durabilidad y otras; por lo cual el motivo del presente capitulo es mostrar efectivamente estas ventajas y dar una opinión de las posibles perspectivas de desarrollo de estas tecnologías en el Perú.

 

9.3. APLICACIONES EN DIFERENTES PAISES.-

 

9.3.1. PUENTES DE CONCRETO DE ALTO DESEMPEÑO .-

En esta sección describimos las ventajas obtenidas con el uso de concretos de alto desempeño en estructuras de puentes, tomamos la experiencia norteamericana donde según evaluaciones llevadas a cabo desde 1950, se mostró que un 17% de los puentes de acero eran considerados “estructuralmente deficientes”, mientras que solo un 4 a 7% de los puentes de concreto reforzado o pretensado caía dentro de esta denominación.  Los concretos de alto desempeño ofrecen al propietario, ingeniero diseñador y constructor muchas ventajas sobre otros materiales o sobre el concreto convencional, a continuación destacamos algunas de estas:

 

9.3.1.1. Reducción de costos.-

Más allá del "costo inicial" dadas las consideraciones de construcción, los concretos de alto desempeño ofrecen adicionalmente la ventaja de reducir los costos del ciclo de vida de la estructura. A diferencia del acero, el concreto de alto desempeño tiene un bajo costo de mantenimiento dada su superior durabilidad, por lo cual un concreto de alto desempeño es un material competitivo respecto a sus costos.

 

Un ejemplo real:

Concreto de alto desempeño en el Puente Happy Hollow en Tennesse, USA.

Fig. 9.2. Puente Happy Hollow, Tennesse, USA.

Datos generales:

Propietario y diseño:

Departamento de transportes de Tennessee

Constructor:

McKinnon Bridge Company

El objetivo fue construir un Puente económico y atractivo como parte de la ruta estatal 50 el cual debía cumplir con la política de Tennesse de la construcción de la menor cantidad de apoyos. Los ingenieros del departamento de transportes de Tennessee escogieron un puente de concreto de alto desempeño como la solución, con una longitud total de 358 m el puente Happy Hollow tiene el record de el mas largo completamente vaciado en un solo tramo de los Estados Unidos.

Dadas las mejoradas propiedades mecánicas ideales para estructuras largas permitió al puente tener luces largas, además el puente esta libre de juntas y por las características del material ofrece gran tolerancia a las fluctuaciones de temperatura. Por lo cual la reparación de juntas ya no es requerida. El Puente obtuvo el premio de la excelencia otorgado por la Portland Cement Association,  "demostrando como con el uso componentes estándares en una manera creativa se logro producir una estructura económica y casi libre de mantenimiento.

 

9.3.1.2. Durabilidad.-

Los concretos de alto desempeño ofrecen gran tolerancia ante el amplio rango de factores medioambientales, los cuales causarían un proceso de deterioro en un concreto convencional. Los puentes elaborados con concretos de alto desempeño ofrecen una confiable durabilidad, teniendo una mínima deflexión bajo cargas vivas. El uso de las técnicas de construcción por tramos, para asi lograr grandes luces rectas o curvas puede hacerse optimo con el uso de concretos de alto desempeño. Dentro de algunas características importantes de durabilidad destacamos las siguientes:

 

 Un ejemplo real:

Concretos de alto desempeño en el Puente Confederación, Isla Principe Edward, Canada.

Fig. 9.3. Puente Confederación, Isla Principe Edward Canada.

Propietario:

Public Works Canada
Diseño:

J. Muller International, SLG Stanley
Constructor:

 Strait Crossing Joint Venture

Completado en 1997, el Puente Confederación conecta la Isla Principe Edwards y la costa este de Canada. Los desafíos que propuso este proyecto fueron las condiciones medioambientales severas, un corto tiempo de construcción; estos fueron solucionados con un diseño innovador, el cual constaba de largos tramos prefabricados.

El Puente esta dividido en tres secciones de 1320, 10990 y 570 m, los tramos prefabricados mayores tuvieron una longitud de 250 m con una profundidad variable entre 4.5 a 14.5 m.

Se selecciono elaborar elementos prefabricados pretensados, el proyecto total incluyendo los estudios previos llevo 3 años en los cuales se tuvo las limitaciones medioambientales impuestas por el hielo y las condiciones del mar.

Los mas importantes requerimientos de diseño planteados por la oficina de trabajos Publicos de Canada se resumen a continuación.

Dadas las condiciones , el uso de un concreto de alto desempeño y una cuidadosa atención a la producción y practicas constructivas fue imperativo. Alrededor de 400000 m3 de concreto fueron usados, las mezclas usados incluyeron 7.5% de microsílice alcanzando una resistencia de 55 MPa a los 28 días, además un escudo cónico de concreto, en la parte baja de los pilares fue elaborado, en el cual se uso concretos de alto desempeño con resistencias que variaron entre los 65 MPa a 90 MPa. Finalmente ofreciendo tramos espectaculares de 250 m, el Puente Confederación de 13 Km de largo fue construido en solo 14 meses.

 

9.3.1.3. Competitividad.-

El concreto de alto desempeño es una gran alternativa para áreas geográficas el acero domina las construcciones de puentes de tramos largos. Pudiendo generar los siguientes beneficios:

 

 

Un ejemplo real:

Concreto de Alto Desempeño en el Puente Sagadahoc, Maine

Fig. 9.4. Puente Sagadahoc, Maine.

Propietario:

Maine Department of Transportation
Diseño:

Engineering Group
Construcción:

Flatiron Structures Company, LLC

El objetivo fue diseñar un Puente de concreto uniendo las ciudades de Bath y Woolwich ofreciendo competitividad en los costos y ventajas de calidad sobre el acero, un material de uso tradicional en Maine.

Se propuso una estructura de concreto compuesta por tramos por un costo de $46.6 millones, 10% menos que la alternativa de acero, los diseñadores reemplazaron la propuesta de un Puente de acero de dos carriles con un puente de concreto de alto desempeño de 4 carriles y una longitud de 906 m cruzando el rió Kennebec.

Basados en la evaluación de 10 categorías incluyendo la estética, impacto comunitario y habilidad para la navegación, un puente de concreto fue mas adecuado en términos de costo y calidad. Se uso una mezcla que incluía fly ash, el Puente fue diseñado para una larga vida y mínimo mantenimiento.

El Puente se compone de seis segmentos que varían de 62 m a 128 m de longitud. El tramo principal de128 m tiene el record norteamericano de el mas largo segmento prefabricado que no es sostenido por cables.

 

9.3.1.4. Estetica.-

Gracias a la versatilidad de usos de los concretos de alto desempeño, estos se han usado en muchos puentes atirantados, los cuales tienen un especial atractivo y belleza, por lo cual los concretos de alto desempeño no solo ofrecen funcionalidad, si no también innovación.

Un ejemplo real:

Concreto de alto desempeño en el Puente Sunshine Skyway, Florida, USA.

Fig. 9.5. Puente Sunshine Skyway, Florida.

Propietario:

Florida Department of Transportation
Diseño:

Figg and Mueller Engineers, Inc.
Construcción:

Paschen Contractors, Inc.

El objetivo fue crear un puente agradable estéticamente, para lo cual se eligió un puente atirantado que se extendía por 6.8 Km cruzando Tampa Bay.

El Puente Sunshine Skyway Bridge fue construido usando 2600 elemento prefabricados, los cuales usaron 137000 m3 de concreto. Su tramo principal es de 366 m y 53 m de altura, el puente se diseño para una vida de servicio de 75 años.

Se uso un concreto de alto desempeño que alcanzo una resistencia a la compresión a los 28 días de 48 MPa, esta resistencia era la requerida debido que la estructura se diseño para soportar la fuerza de huracanes con velocidades desde hasta 402 Km/h y un impacto potencial de embarcaciones de 53.4 MN, en los dos pilares principales.

Cuando se complete en 1987, en Puente fue ganador de 15 premios por el diseño y construcción, actualmente con un bajo mantenimiento el Puente se encuentra en excelentes condiciones.

 

9.3.2. EDIFICIOS DE CONCRETO DE ALTO DESEMPEÑO .-

En esta sección describimos las ventajas obtenidas con el uso de concretos de alto desempeño en estructuras de edificaciones altas, la construcción de edificaciones de gran altura se ha difundido a nivel mundial, por lo cual los requerimientos de resistencia han aumentado, actualmente existen mas de 15000 edificios altos en todo el mundo, sin embargo como se ve en la siguiente tabla es en Norteamérica donde se encuentra la mayor cantidad de estos; es importante destacar que solo 25% de estos edificios son construidos con concreto, sin embargo en los últimos años la tendencia hacia el uso del concreto ha aumentado siendo en el año 2002, la construcción de edificios de concreto un 50% del total de edificaciones de gran altura.

Tabla 9.1. Los 20 países con mayor cantidad de edificaciones de gran altura.

 

País

Población

Edificios.

 

 

 

 

1

United States

292,197,695

6,783

2

Canada

31,714,637

2,070

3

China

1,295,330,000

1,861

4

United Kingdom

58,789,194

1,134

5

Germany

82,558,000

711

6

Netherlands

16,234,219

430

7

Australia

19,485,300

425

8

Brazil

169,799,170

390

9

Russia

145,181,900

381

10

Turkey

65,293,000

288

 

 

País

Población

Edificios.

 

 

 

 

1

Japan

127,291,000

269

12

Malaysia

20,932,901

250

13

Mexico

97,483,412

236

14

South Africa

40,583,611

225

15

Spain

40,847,371

217

16

South Korea

46,416,796

197

17

Austria

8,032,926

192

18

New Zealand

4,038,671

185

19

United Arab Emirates

2,411,000

181

20

Italy

56,995,744

163

 

 

9.3.2.1. Las Torres Petronas.-

Localizadas en Kuala Lumpur, Malasia, las torres fueron completadas en 1998, con un costo de 1.6 billones de dólares, la torres tienen una altura de 452 m, distribuidos en 88 pisos.

Los constructores fueron Thornton-Tomasetti y Ranhill Bersekutu, usaron concreto de alto desempeño en el nucleo central de las torres así como en las 16 columnas perimetrales. El concreto de alto desempeño fue esencial para este proyecto, los beneficios que aportaba incluían alta rigidez lateral, alto amortiguamiento, conexiones simples, simplicidad en la construcción, reducción de las deflecciones y reducción del tamaño de los miembros. Como vemos casi todos los beneficios del uso de un concreto de alto desempeño son de carácter estructural.

Fig. 9.6. Planta del piso inferior de las Torres Petronas

Se usaron diferentes tipos de concreto de alto desempeño los cuales se dividieron en grados según su resistencia, como vemos a continuación:

Grado 80: El concreto con mayor resistencia usado debía alcanzar una resistencia de 80 MPa en 56 días, este fue usado en las columnas de los niveles inferiores, en las paredes del núcleo y en las vigas collar. Se empleo un cemento adicionado con fly ash y adicionalmente se incorporo microsílice, teniendo las mezclas un slump de 8”.

Grado 60: Resistencias de 60 MPa en 56 días, este grado fue usado para los niveles medios de las columnas de las torres, también fue usado en la cimentación de las torres en la zona de transición entre el grado 45 y el grado 80.

Grado 45: Resistencias de 45 MPa en 56 días, fueron usados en la cimentación de las torres dando un buen balance de resistencia y trabajabilidad para su colocación.

Grado 40: Resistencias de 40 MPa en 28 días, se uso en los pisos superiores.

Grado 35: Resistencias de 35 MPa en 28 días, fueron usados para llenar las losas compuestas de acero y concreto, la rápida resistencia fue aprovechada para permitir a los trabajadores reentrar al área rápidamente.

Fig. 9.7. Grados y tamaños de las columnas de las Torres Petronas

Finalmente  el concreto de alto desempeño utilizado en las Torres Petronas fue un elemento esencial para el éxito del diseño de estos rascacielos, el concreto permitió núcleos verticales y columnas económicas y de tamaños razonables, salvando espacio rentable. Además de la construcción usando relativamente equipo ligero y conexiones simplificadas en las juntas de difícil geometría.

 

 

 

Fig. 9.8. Torres Petronas de Kuala Lumpur

 

9.4. PERSPECTIVAS DE DESARROLLO DE LOS CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO EN EL PERU.-

En el mercado peruano tan solo el 10% (2003) del concreto proviene de las plantas de premezclado, quienes son las únicas que podrían preparar los concretos de alto desempeño. Por tanto y en este sentido el uso de los concretos premezclados es aun muy restringido y a corto plazo y aún mediano, crecerá de manera lenta. Sin embargo se vera aplicaciones futuras en edificios altos, puentes, silos y otras obras especiales.

Un factor clave para el desarrollo de estas tecnologías en nuestro país será en los próximos años el uso de la ceniza volante proveniente de la planta de termoeléctrica de Ilo, este producto reducirá los costos de los concretos de alto desempeño y se podrán alcanzar los requerimientos deseados a un costo menor. Pues es muy claro que no es posible desligar el aspecto técnico del económico fácilmente, sobre todo en un país en que la sismicidad es significativa, por lo cual toma mayor importancia.

 

PRESENTACION REALISADA EN FEBRERO 2004

 


Realizado por:  P. Portugal todo contacto o comentario al correo infoconcrete@yahoo.fr .
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Révision : 07 avril 2007.