Segregación en hormigones ligeros

• Autores: Afonso Miguel Solak Izidoro
• Directores de la Tesis: Antonio José Tenza Abril (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 416
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RUA
• Resumen
  • español

    El hormigón de áridos ligeros (HAL) es un material esencialmente compuesto por una mezcla de cemento Portland, agua y áridos ligeros, como arcilla expandida, perlita, vermiculita, entre otros. Esta mezcla se utiliza en la construcción para diversos fines, tanto estructurales como de relleno, como losas y paneles prefabricados, elementos estructurales de diferentes geometrías, recrecidos, formación de pendientes, entre otros. El uso del HAL se remonta a civilizaciones antiguas, como la romana, que ya utilizaba una mezcla de cal, puzolanas naturales y rocas volcánicas para fabricar los primeros hormigones. Entre las principales ventajas del HAL se encuentran la reducción del peso proprio de la estructura, la mayor eficiencia térmica y acústica, la facilidad de transporte y manipulación, y gracias a su baja densidad, la consiguiente reducción del consumo de material y de los costes de construcción. Sobre todo, a causa de la gran diferencia de densidades entre los materiales utilizados en la producción de HAL, este tipo de hormigón está sujeto a una patología conocida como segregación. La segregación se produce cuando los áridos más ligeros se separan de la matriz de mortero y se desplazan a las partes más altas del hormigón, mientras que los áridos más pesados se desplazan a las partes más bajas. Este fenómeno puede perjudicar la calidad y la durabilidad del hormigón ligero, reduciendo su resistencia y provocando fallos estructurales, y por lo tanto es esencial estudiar los factores que influyen en su aparición y buscar soluciones para minimizarlo durante la producción, el transporte y la colocación del hormigón. Entre los objetivos de esta investigación se encuentran la cuantificación de la segregación en el HAL, la evaluación de su impacto en las propiedades mecánicas y la durabilidad de estos hormigones y la propuesta de medidas para reducir la aparición y la intensidad del fenómeno. Para lograr estos objetivos, este estudio se basa en tres cuestiones principales: cómo cuantificar el fenómeno de la segregación; cuál es su impacto en las propiedades mecánicas y en la durabilidad de estos hormigones; y cómo establecer medidas para reducir su aparición e intensidad. A lo largo de los años, se han realizado varios estudios experimentales para intentar establecer métodos para cuantificar la segregación, pero aún no existe un método universalmente aceptado para su determinación. En la actualidad, existen algunas técnicas basadas en la medición de la densidad; el análisis de imágenes y la medición de la velocidad de los impulsos ultrasónicos (UPV) que se están desarrollando para cuantificar la segregación de forma más precisa y no destructiva. La aplicación de estas técnicas puede ayudar a establecer un índice de segregación fiable para el hormigón ligero, permitiendo evaluar con precisión el impacto de la segregación en el rendimiento del material. En este sentido, esta investigación realiza un análisis de varios métodos de cuantificación de la segregación existentes; profundiza en el análisis de viabilidad de aplicar técnicas no destructivas para estimar la patología; presenta un nuevo método basado en el análisis de imágenes capaz de proporcionar como resultado un índice de segregación y, por último, evalúa el impacto de la segregación en la resistencia mecánica, en la eficiencia estructural y en la durabilidad de HAL. Por otra parte, la investigación presenta diferentes resultados relacionados con los parámetros de dosificación del hormigón y el uso de diferentes materiales cementantes suplementarios que pueden afectar en la segregación del material.

  • English

    Lightweight aggregate concrete (LWAC) is a material essentially composed of a mixture of Portland cement, water and lightweight aggregates, such as expanded clay, perlite, and vermiculite, among others. This mixture is used in construction for various purposes, both structural and filler, such as precast slabs and panels, structural elements of different geometries, filling concrete, slope formation, among others. The use of LWAC dates back to ancient civilizations, such as the Romans, who already used a mixture of lime, natural pozzolans, and volcanic rocks to make the first concretes. Among the main advantages of LWAC are the reduction of the structure's weight, greater thermal and acoustic efficiency, easier transport and handling, and, because of its low density, a consequent reduction in material consumption and construction costs.

    Above all, because of the large difference in densities between the materials used in producing LWAC, this type of concrete is subject to a pathology known as segregation.

    Segregation occurs when lighter aggregates separate from the mortar matrix and move to the higher parts of the concrete, while heavier aggregates move to the lower regions.

    This phenomenon can prejudice the quality and durability of lightweight concrete, reducing its strength and leading to structural failure. It is therefore essential to study the factors that influence its occurrence and to seek solutions to minimize it during concrete production, transport, and placement.

    Among the objectives of this research are the quantification of segregation in LWAC, the evaluation of its impact on the mechanical properties and durability of these concretes as well as the proposal of measures to reduce the occurrence and intensity of the phenomenon. To achieve these objectives, this study is based on three main questions:

    how to quantify the segregation phenomenon; what is its impact on the mechanical properties and durability of these concretes; and how to establish measures to reduce its occurrence and intensity.

    Over the years, several experimental studies have been carried out to try to establish methods to quantify segregation, but there is still no universally accepted method for its determination. Currently, there are some techniques based on density measurement;

    image analysis as well as ultrasonic pulse velocity measurement (UPV) that are being developed to quantify segregation in a more accurate and non-destructive way. The application of these techniques can help establish a reliable segregation index for lightweight concrete, allowing the impact of segregation on material performance to be accurately assessed. In this sense, this research performs an analysis of several existing segregation quantification methods; delves into the feasibility analysis of applying non- destructive techniques to estimate the pathology; presents a new method based on image analysis capable of providing, as a result, a segregation index and, finally, evaluates the impact of segregation on the mechanical strength, structural efficiency and durability of HAL. Moreover, the research presents different results related to the concrete dosage parameters and the use of different supplementary cementitious materials that can affect the segregation of the material.