Download Hormigón de alta resistencia en pilares

2.1.9 ESTRUCTURA
MARZO 2013
ESPAÑA
HORMIGÓN DE ALTA
RESISTENCIA EN PILARES
Efficient BuildingTM system
CONTENIDO
Página
1. Introducción
2
2. Proyectos de referencia
3
3. Descripción Técnica
5
4. Rendimiento del sistema
6
5. Puesta en obra
9
6. Impacto ambiental
10
7. Análisis de coste
12
8. Contributions to buildings and cities
13
9. Otros recursos
14
DICCIONARIO
This system contributes to
creating buildings that are
Affordable
Efficient
Transparent
Easy to Build
Robust

HPC (High Performance Concrete) Hormigón Alta Resistencia: Hormigón
con una resistencia a compresión superior a 50 MPa

VHPC (Very High Performance Concrete) Hormigón de muy Alta
Resistencia: Hormigón cuya resistencia a compresión es mayor a 100 MPa.

Superplastificante: Aditivo que se añade al hormigón para aumentar su
trabajabilidad, y mantener baja la relación agua/cemento.

Resistencia a compresión: Resistencia característica a compresión del
hormigón a 28 días.

Porosidad: Relación porcentual que indica el volumen de huecos respecto el
volumen total de sólidos

Portlandita: Producto común de hidratación del cemento Portland.

Humo de sílice: Un producto de desecho fino particular de la industria de silicio
que consiste principalmente de dióxido de silicio amorfo. Su uso más importante
es en la producción de hormigón de alto rendimiento. También se conoce como
microsílice.
and cities characterized by
Adaptability
Diversity
For more information,
Please see section 8.
APLICACIONES
Edificios de al menos 5 plantas
Alta cargas axiales de diseño
Grandes luces entre pilares
1
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA EN PILARES
1. Hormigón de alta
resistencia en pilares
La calidad del hormigón de alta resistencia (HPC) se ha incrementado drásticamente desde los años
80, con una resistencia máxima de compresión por encima de 100 MPa. Se puede alcanzar una
resistencia a la compresión de más de 200 MPa mediante la adición de fibras como en Ductal.
Los HPC también proporcionan mayor resistencia a tracción y una mayor durabilidad, incluyendo
resistencia al desgarro y al desgaste. Por lo tanto, el nombre de hormigón de alto rendimiento está
poniendo de relieve sus características técnicas mejoradas.
Estas características excepcionales son una excelente solución para un uso eficiente de los
recursos. Los pilares de HPC son mucho más pequeños que los realizados de hormigón
convencional, reduciendo el coste y el impacto ambiental.
C30/37
C40/50
C50/60
C55/67
C60/75
 Disminución de la sección de los pilares
para la misma carga :
p.6
 Optimización de costes
 Menor impacto ambiental
 Mayores superficies disponibles
 Alta durabilidad
p.8
2
ESTRUCTURA
2. Proyectos de referencia
TORRE T1– LA DEFENSE
Localización
> Courbevoie, La Défense, Francia
Fecha finalización
> 2008
Tamaño
> 185 m (37 plantas)
Diseño
> Arquitecto: Valode et Pistre
> Ingeniería: Scyna 4
 Función del edificio
> Comercial (oficinas)
 Cantidad de HPC usado en el
proyecto
> C80/95 : 2.250 m3
> C60/75 : 12.300 m3
> C40/50 : 8.000 m3
3
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA EN PILARES
Lodha World One Tower, Mumbai
Localización
> Mumbai, India
Fecha finalización
> 2014
Tamaño
>442m (117 plantas)
Diseño
> Arquitecto: Pei Cobb Freed & Partners
> Ingeniería: Leslie E. Robertson Associates
 Función del edificio
> Residencial
 Cantidades de HPC en el proyecto
> C95/110:
> Total hormigón:
4
70.000 m3
250.000 m3
ESTRUCTURA
3. Descripción técnica
El rendimiento de HPC está relacionado con el diseño de mezcla de hormigón y, en particular,
con la adición de componentes especiales para los constituyentes habituales de hormigón:
cemento, agua y áridos. El alto rendimiento se obtiene por la disminución en la relación agua/
cemento y la mejora de la esqueleto granular.
Baja relación agua/cemento
La reducción de la relación agua/cemento es el primer paso para aumentar la resistencia a
compresión del hormigón (véase gráfico siguiente). Para alcanzar este objetivo sin disminuir la
fluidez, es necesario añadir superplastificante. Ellos luchan contra la floculación natural de las
partículas de cemento debido a las interacciones eléctricas.
Floculación natural de las partículas de cemento
Mejora de consistencia granular
HPC con una resistencia a la compresión mayor que 70 MPa puede obtenerse mediante la
adición de partículas muy finas, tales como humo de sílice. Debido a su pequeño tamaño
(menos de 0,5 micras en comparación con 10 micras de las partículas de cemento), se
refuerzan las áreas entre la pasta de cemento y áridos.
Es importante señalar que HPC ayuda a obtener no sólo de alta resistencia a la compresión,
sino también una mayor durabilidad y rigidez.
Mejoramos este sistema mediante el uso de hormigón de Ultra Series Alta Resistencia de Lafarge, que es
adecuado para aplicaciones interior y exteriores. Las propiedades de este producto ofrecen beneficios
económicos a través de elementos de construcción más esbeltos, menores tiempos de construcción y menor
energía incorporada, estas características hacen de este producto fácil de bombear y semi o totalmente
autocompactante.
5
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA EN PILARES
4. Rendimiento del sistema
+ Reducción sección pilar
El uso de hormigón de alta resistencia permite la reducción de la sección del pilar.
En el siguiente ejemplo se considera un edificio de oficinas de 25 pisos con una cuadricula de pilares
de 7m x 7m. La carga de diseño en el pilar representativa es NEd = 18.750 kN. El pilar es circular,
tiene un soporte de pasador en cada extremo y es de 3,0 m de altura. El código de diseño aplicado
es EN1992-1-1 (Eurocódigo 2).
El diámetro requerido de pilares de hormigón bajo las mismas condiciones de carga, C30/37 a
C90/105, se representa a continuación:
86 cm
83 cm
C 30/37
75 cm
C 40/50
C 50/60
70 cm
C 60/75
68 cm
64 cm
C 70/85
C 80/95
62 cm
C 90/105
+ Disminución del volumen de hormigón
La reduction de la sección del pilar tiene una fuerte influencia en el volumen (aproximadamente 50%):
Una reducción en el volumen de
hormigón no sólo se traducen en
menos hormigón gastado para la
misma solicitación y menor sección
Si un pilar necesita menos área en
sección, que deja más espacio
habitable en el edificio.
Comparación de la superficie de la
sección:
Concrete volume [m³]
2,000
1,500
1,000
C30/37  0.58 m²
C90/105  0.30 m²
0,500
0,000
C30/37
C40/50
C50/60
C60/75
C70/85
C80/95 C90/105
6
El aumento de superficie habitable:
0.28m²
ESTRUCTURA
+ Disminución de la armadura necesaria
También es posible disminuir el armado necesario. En el mismo caso, el refuerzo para C90/105
requiere 60% ​menos que la pilar de C30/37.
Required reinforcement per column
[kg]
1000
800
600
400
200
0
C30/37
C40/50
C50/60
C60/75
C70/85
C80/95 C90/105
Patrones muy similares pueden observarse cuando se cambia la carga o la cantidad de armadura
dentro de los límites de la relación de refuerzo máximo y mínimo.
Para demostrar que esta situación no
sólo se aplica a una carga alta, el mismo
análisis se realizó para una carga de
diseño de 6.000 kN.
La disminución en las cantidades de
hormigón y acero es todavía significativa
(respectivamente 45% y 55%).
También se compara con un pilar de
acero equivalente
El gráfico de la izquierda muestra el
comportamiento del mismo pilar de
hormigón con diferentes sección y
diferentes resistencias equivalentes.
Sólo se requiere mínimo refuerzo.
Incluso en este caso, la tendencia es la
misma:
con esfuerzo
mayor
a
compresión, el volumen de hormigón y
el refuerzo disminuye drásticamente.
7
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA EN PILARES
El rendimiento de HPC también está vinculado a una alta durabilidad. La durabilidad es la
capacidad del hormigón para resistir una acción a la intemperie, y un ataque químico,
manteniendo sus propiedades de ingeniería.
+ Durabilidad – Menor corrosión de las armaduras
Las barras de acero en el hormigón son seguras en condiciones alcalinas. En el metal se forma una
capa de óxido superficial que sirve como barrera para proceso anódico disolución de hierro. Esta
capa protectora puede descomponerse debido a la carbonatación y/o la presencia de cloruros. Esto
dará lugar a la corrosión del acero de refuerzo. El resultado será: agrietamiento y desprendimiento
del recubrimiento del hormigón, la pérdida de sección de acero, y la pérdida de adherencia entre el
hormigón y el acero.
Gracias a la estructura densa y homogénea de hormigón alta resistencia, la carbonatación y la
entrada de cloruro son menores que con hormigón tradicional, como se muestra en los gráficos
siguientes.
Diffusion coefficient (chloride)
Carbonation depth
after 4 years of outdoor expos ure
30
10
Carbonation depth (mm)
w ith Silica Fume
20
-12
Dmig (10 m²/s)
Without silica f ume
10
Without silica f ume
w ith Silica Fume
5
0
0
0
50
100
0
150
50
100
150
28d compressive strength (MPa)
28d compressive strength (MPa)
+ Durabilidad – Menor degradación del hormigón
Porosity
La resistencia al listón de escala y la
resistencia química (sulfato de ataque, ataque
con ácido medio) están claramente vinculados
a la baja porosidad de HPC. La otra ventaja
para la resistencia química es el menor
contenido de portlandita en hormigón de alta
resistencia.
20
Porosity (%)
15
10
Without silica f ume
w ith Silica Fume
5
0
0
50
100
28d compressive strength (MPa)
8
150
ESTRUCTURA
5. Puesta en obra
Diseño y construcción
Los pilares HPC se utilizan en edificios con estructuras de hormigón convencional. No requieren
de complejas adaptaciones en el diseño o el proceso de construcción.
Curado
La fase de curado debe manejarse con cuidado. Como HPC tiene un menor relación de agua /
cemento, es más sensible el curado parar la calidad final y se hace más difícil controlar la
contracción por secado.
9
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA EN PILARES
6. Impacto medioambiental
La disminución en el diámetro de los pilares, con los mismos esfuerzos de carga, ayudan a mejorar
el impacto medioambiental del sistema. Las cantidades de hormigón y acero de refuerzo se rebajan,
así como su transporte asociado. La figura a continuación cuantifica los beneficios ambientales de
los 5 principales indicadores considerados por los expertos.
Se realizó una comparación adicional con un pilar de acero, con el mismo rendimiento estructural.
En casi todos los indicadores (excepto en el consumo de agua), los pilares de hormigón están en
buena posición, sea cual sea la resistencia.
GhG emissions
1
0.75
0.5
Air acidification
Water consumption
0.25
0
Depletion of abiotic
resources
C30/37
C50/60
Primary energy
C70/85
C90/105
Steel column
Reciclaje
El hormigón es un material reciclable, los beneficios del reciclaje son los siguientes:
-Reducción del consumo de áridos naturales
-Reducción del volumen de residuos enviados a vertedero
La Unión Europea considera que una tasa de reciclaje del 100% se puede alcanzar, el 75% de los
residuos de hormigón pueden ser absorbidos por la construcción de caminos y relleno y el 40-50%
podrían ser desviados a un proceso de áridos reciclado.
10
ESTRUCTURA
CERTIFICACIONES Y SELLOS VERDES
Credit / Target
LEED
BREEAM
MR Credit 1.1 Building Reuse – Maintain
existing walls, floors and roofs
 This credit should be obtainable when
renovating buildings with a concrete frame
and/or skin since the concrete has a long
service life. The credit is worth 1 to 3 points,
depending on the percentage left in place.
Hea 01 Visual comfort
The number of credit is dependant on
the building type.
By the reduction of the columns’
diameter, HPC contributes to the
increase of natural daylight.
MR Credit 2: Construction waste
management
This credit should be obtainable when
concrete buildings are demolished, as
concrete can be crushed and recycled into
aggregate for road base or construction fill.
Moreover, for the same function, less
concrete is used while increasing the
performance (reduction of the diameter of
the columns). It then generates less
construction waste.
This credit is worth 1 or 2 points, depending
on the percentage of recycling.
Mat 01 Life cycle impacts
Maximum number of credits available:
building type dependant
LCA data available on request at Lafarge
MR Crédito 4: Contenido en Reciclados
 This credit is worth 1 or 2 points,
depending on the percentage of recycled
content. SCM and recycled aggregates make
it possible to get this credit
Wst
01
(construction
management)
Maximum credits available: 4
MR Crédito 5: Materiales Regionales
 Concrete will almost always qualify for 1
or 2 points as it is mainly made of local
materials (cement and/or aggregates).
11
waste
Wst 02 Recycled aggregates
Maximum credits available: 4
For structural frame, the percentage of
aggregate must be at least 25%.
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA EN PILARES
7. Análisis de costes
La reducción de los costes a trávés de la disminución de material
Han sido evaluados los costes de HPC para un pilar de referencia del edificio anteriormente
mencionado (edificio de oficinas de 25 pisos, en París, Francia). Este coste debe ser ajustado a los
contextos locales, pero las relaciones entre las diferentes soluciones que proporcionan una buena
estimación de los ahorros potenciales.
Coste global instalación, Francia [€]
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Los costes que se muestran arriba son para la construcción de un pilar (3 m de altura) e incluyen:
 Coste Material (acero y hormigón)
 Coste Mano de Obra
 Coste Transporte
Para la resistencia a la misma carga, la disminución de los costes globales de producción instalada
es de 40% entre C30/37 y C90/105. Esta reducción de coste está directamente relacionado con la
disminución de las cantidades de material y se debe principalmente a la reducción de las cantidades
de acero (80% de la disminución de costes).
Los costes no sólo se compararon entre diferentes resistencias de hormigón, sino también con pilar
de acero equivalente. Los costes del pilar de acero incluyen la protección contra la corrosión
(galvanizado) y protección contra el fuego. La alternativa de acero es claramente más cara que
cualquiera de los pilares de hormigón.
12
ESTRUCTURA
8. Contributions to buildings and cities
All Lafarge’s Efficient Building Systems have been peer-challenged by a panel of external and
experienced architects and engineers to meet and anticipate their expectations.
This panel considers that a sustainable building must be affordable, autonomous, connected, easyto-build, efficient, long-lasting, respectful of identity, responsive, robust and transparent. A
resilient city is characterized by its adaptability, biodiversity, continuity, decentralization, diversity,
preparation and redundancy (see the related introductory document).
The name given to the system enhances the above properties. The most pertinent characteristics are
described below.
A building should be economically
The HPC columns are much smaller
compared to conventional concrete
making it affordable due to the amount
of concrete required to build the
columns.
viable.
A building should be efficient using a minimum
resources and energy.
supply of
A building should inspire confidence; people should be
able to understand, monitor and modify the way it functions.
.
A building should be constructed quickly without much
qualified labor.
This system is efficient as it reduces the
amount of concrete material used to
build the columns.
This system is used to build high rise
buildings. If offers transparency as the
buildings function is understandable and
clear to monitor .
This system is easy to build; it does not
require specific qualified labour.
This system is based on concrete, which
is a durable material. The properties of
concrete provide good structural
performances to resist extreme
circumstances.
A building should be able to resist extreme
circumstances.
A city should be able to adapt to changes in the environment.
A city should comprise an important diversity of buildings making it
dynamic for a variety of populations.
13
This system offers adaptability as the
construction is thin and the structure of
the building can be adapted.
This system creates high rise buildings,
offering a diversity of buildings for urban
architecture making the city dynamic.
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA EN PILARES
9. Otros recursos
COLUMN
STRENGTHENING BY
DUCTAL
COLUMN
STRENGTHENING
BY DUCTAL
FRAME
CORPORATE NOV 2011
Ref - Nov. 2011
SUPERSTRUCTURE
CORPORATE
7.6.3 Nov. 2011
RENOVATION WORKS
EFFICIENT BUILDING™ SYSTEMS
CORPORATE
Hollow columns with
air circulation
REUSUABLE
PRECAST SOLUTION
An Efficient BuildingTM system
An Efficient BuildingTM system
HOLLOW COLUMNS
WITH AIR CIRCULATION
REUSABLE PRECAST
SOLUTION
PRODUCTO LAFARGE
ULTRA SERIES
ALTA RESISTENCIA
RECURSOS
> “High Performance Concrete”, P.C. Aïtcin, Ed. E & FN SPON, 1992.
> “High Performance Concretes and Applications” SHAH S.P., AHMAD S.H., Ed. Edward
Arnold, 1994.
> “Les spécificités des bétons à hautes performances (Features of high performance
concretes)”, V. Baroghel-Bouny, Septembre 2004, Ouvrages d’art OA 44, LCPC (in french).
Este catálogo se ha facilitado solo a efectos informativos. Lafarge rechaza expresamente cualquier garantía, ya
sea expresa o implícita, así como su responsabilidad sobre la precisión, fiabilidad y validez del contenido y no
aceptará responsabilidad alguna por pérdidas o otros daños comerciales en los que se incurra como resultado
de utilizar y confiar en la información proporcionada. No existe ninguna asociación entre Lafarge y las
empresas mencionadas en este catálogo. Todos los derechos de propiedad intelectual y sobre los productos de
estas empresas se utilizan solo a efectos identificativos e informativos y son propiedad, en todo momento, de
sus respectivos dueños.
14
Créditos: Enercret, ÖBB Infrastruktur AG
LAFARGE
Calle Orense 70
28020 Madrid
España
marketing.spain@lafarge.com
+ 34 91 376 98 00
www.lafarge.com.es