Este post pretende clarificar una cuestión que a veces confunde a algunos lectores, particularmente cuando están comenzando a introducirse en el mundo del UHPC.
Esta cuestión se refiere a la rigidez del UHPC. En algunas ocasiones podemos ver elementos de UHPC que tienen una deformación considerable cuando están siendo manipulados. Esto hace puede hacer pensar que el UHPC es más flexible que otros materiales, puesto que la gente no está acostumbrada a observar deformaciones tan relevantes en elementos prefabricados de hormigón tradicional.
Sin embargo, el módulo elástico del UHPC es elevado en comparación con el del hormigón convencional. La figura inferior (Camacho, 2012) muestra el rango típico de módulos de elasticidad para diferentes mezclas de UHPC, valores extraídos de docenas de publicaciones especializadas. Puede observarse que el valor varía entre 40 GPa y 55 GPa, mientras que el valor para hormigón convencional generalmente oscila entre 32 GPa y 38 GPa, un valor aproximadamente un 30% inferior.
Por tanto, la rigidez del UHPC como material es mayor que la del hormigón convencional, tal que, si se someten ambos materiales a cierta tensión de tracción o compresión en el rango lineal, el UHPC sufre una deformación menor.
Si el UHPC es más rígido, ¿Por qué la deflexión de ciertos elementos de UHPC es tan notable en comparación con elementos de hormigón convencional? Para responder eso tenemos que evaluar la rigidez a flexión de un elemento lineal. Relación entre el momento flector aplicado en el eje de una viga y el ángulo de rotación que este genera en ella).Este parámetro se obtiene como:
Donde Iz la inercia de la sección del elemento con longitud L. La inercia varía con el cubo del canto del elemento, lo que implica que si se reduce el canto un 20% la inercia se minora en un 50% para el mismo ancho.
Pero, ¿por qué querría un ingeniero reducir la inercia? En general eso no suele ser un objetivo, sino una consecuencia del diseño del elemento: Minimizar el volumen de material utilizado para alcanzar un diseño competitivo implica reducir la inercia y por tanto la rigidez, y el ingeniero debe evaluar si eso es admisible o si debe evitarse por deformación excesiva, vibraciones, etc.
Comparado con el hormigón convencional, el UHPC tiene la ventaja de en un rango considerable de deformación a tracción no se encuentra macrofisurado. Por tanto, el diseño puede estar condicionado por vibraciones o deflexión en estado límite de servicio, pero no suele estarlo por apertura de fisura. Las vibraciones y la flecha limitan en servicio, pero no suelen limitar en el proceso de transporte y montaje, lo que explica esas flechas considerables que se pueden observar cuando se manipulan ciertos elementos de UHPC.
Existen algunos casos muy concretos en los que tener una inercia reducida es un objetivo. Uno son las bateas Formex®, que deben comportarse como una manta que se adapta al oleaje del océano para minimizar los tirones que sufren las cuerdas de mejillón. Estas estructuras, diseñadas y patentadas por RDC, están formadas por vigas con la misma rigidez que las vigas de madera de las bateas tradicionales. El menor canto de la viga de UHPC compensa el mayor módulo elástico del material para aportar la misma rigidez a flexión, tal que ambas vigas tengan el mismo comportamiento mecánico sometidas a oleaje.
Las vigas de UHPC de estas plataformas flotantes se prefieren a las de madera por su mayor durabilidad y menores costes de mantenimiento. Sin embargo, hay un beneficio significativo en términos de rendimiento estructural: El hecho de que todas las vigas de UHPC sean iguales hace que todas contribuyan de manera similar a la estructura, mientras que las de madera tiene más variabilidad y las vigas más rígidas sufren grandes sobrecargas.
Para concluir: El UHPC es más rígido que el hormigón convencional, pero con él podemos diseñar estructuras más flexibles. Es una de las paradojas del UHPC.
También es más denso que el hormigón convencional, y sin embargo con él podemos diseñar estructuras mucho más ligeras. Incluso siendo bastante más caro por metro cúbico que el hormigón convencional, nos permite en muchos casos diseñar estructuras más económicas.
Esto muestra la relevancia que tiene optimizar el diseño, que no es más que el proceso de transformar el material en estructura.
