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Limitaciones y barreras para el uso generalizado del UHPC

Hace poco hicimos una encuesta en LinkedIn para conocer la opinión de diferentes grupos sobre cuáles son las limitaciones para el uso amplio del UHPC (Hormigón de Muy Alto Rendimiento). En ella tuvimos la suerte de contar con la participación de gente de diferentes sectores, como empresas especializadas en UHPC (33%), sector universitario y académico (22%), ingenieros civiles de otros campos (14%), sector del prefabricado (11%) y fabricantes de fibras (11%). En las siguientes líneas conocerás los resultados y sabrás cómo ayudar a que el uso del UHPC siga creciendo.

Podría decirse que el UHPC estructural, tal y como lo conocemos hoy en día, es simplemente un hormigón con una relación muy baja entre conglomerante y agua, con una densidad de empaquetamiento óptima y que requiere el uso de fibras para garantizar la ductilidad del material, que es necesaria para un uso seguro. Cuando todas estas ideas se combinan armónicamente se logran mejorar las propiedades típicas del hormigón, como la resistencia a compresión y tracción, la durabilidad, el control de la fisuración, resistencia a impacto, fatiga, adherencia, etc.

Cuando los ingenieros utilizan estas propiedades de una manera eficiente surgen nuevas oportunidades, siendo posible en una estructura con UHPC reducir el peso propio, incrementar la esbeltez, minimizar el consumo de recursos, reducir el consumo de barras de armado, incrementar la vida útil, y reducir notablemente los costes de mantenimiento incluso en ambientes agresivos.

Aunque la tecnología del UHPC estaba lista para ser utilizada a finales de los años 80, es justo reconocer que el uso de esta ha estado limitado hasta ahora a empresas especializadas y un número acotado de aplicaciones.

Cierto es que en los últimos años están apareciendo cada vez nuevas aplicaciones, pero sí esto es así, ¿por qué razón se ha tardado tanto tiempo en poner este material de altas prestaciones al servicio de la ingeniería?

Esa fue nuestra pregunta en la encuesta, donde dimos cuatro respuestas a elegir: (i) El UHPC es un material demasiado caro, (ii) El marco regulatorio es todavía demasiado pobre. (iii) Los ingenieros no conocen bien el material ni sus posibles usos, (iv) Existen pocos casos de éxito que puedan servir como referencia.

Los resultados mostraron que, a groso modo, las empresas trabajando con UHPC y las universidades creen mayoritariamente que el problema ha sido el poco conocimiento de esta tecnología por parte de los ingenieros. Por otro lado, los ingenieros de otros campos y los fabricantes de fibras creen que el poco uso se debe en mayor medida al coste por metro cúbico. Un porcentaje reducido de gente de todos los sectores consideró que el marco regulatorio con el UHPC es el más limitante. ¿Qué hay de cierto en estas respuestas?

Coste – Marco regulatorio pobre - Conocimiento

A continuación voy a compartir las ideas de algunos investigadores que considero útiles para tener una imagen más objetiva de la situación actual. Estas aportaciones se pueden encontrar fácilmente en la bibliografía de referencia.

Las conclusiones de estas afirmaciones responden a una interpretación personal de la literatura y no reproducen textos originales. Para más información acerca de las opiniones de los autores deben consultarse las fuentes originales, indicadas al final del post.

(el UHPFRC/FRC es) ‘un personaje en busca de un dramaturgo capaz de escribir la comedia adecuada’ (1)

Pietro Gambarova, 2007

‘Dos hormigones con la misma resistencia y mismo volumen de fibras (%) pero diferente orientación de fibras, pueden diferenciarse con un factor de 2’ (2)

Steffen Grünewald, 2002

‘Las metodologías estándar no aportaron ninguna de las propiedades del material requeridas para el análisis y el diseño (…). El hormigón reforzado con fibras a veces se acoge con escepticismo por parte de los ingenieros dada la baja fiabilidad y falsas expectativas, que enmascaran los beneficios de las fibras.’ (3)

Bruno Massicotte, 2000

'Hay un amplio espectro de hormigones reforzados con fibras (FRC) (…). Si hubiera algun conflict entre las reglas de diseño de diferentes tipos de FRC esto llevaría a confusión, preguntas y falta de confianza por parte de los futuros usuarios (…). Unas reglas comunes para el diseño con hormigones con fibras es, en general, deseable, y debe ser compatible con los códigos existentes para hormigón estructural.’ (4)

Joost Walraven, 2009

En mis 12 años de experiencia trabajando con UHPC (y FRC), tanto por el lado de la ingeniería como por el de la prefabricadora, he sufrido en mis propias carnes todas estas limitaciones.

Y es que, evidentemente, el UHPC no es un material para ser utilizado en cualquier aplicación. El problema ya no es el coste de las materias primas, sino encontrar la aplicación correcta en la que se puede aprovechar el potencial del UHPC. Podemos ser competitivos sólo si podemos ofrecer un diseño óptimo que aporte valor al cliente en términos de durabilidad, mantenimiento, tiempo de ejecución, ligereza, transporte, instalación o estética.

Aplicación eficiente – Diseño óptimo – Valor añadido

Pero, ¿cómo puede un ingeniero hacer eso si todavía no hay un acuerdo al respecto…?
• ¿Cuáles son los parámetros mecánicos correctos para el diseño y cómo seleccionarlos? – ¿será posible obtenerlos durante la producción? • ¿Cómo se hace la transición de las probetas a la estructura? • ¿Cómo consideramos la manera en la que la cantidad y orientación de fibras afecta a la resistencia residual? • ¿cuál es la orientación esperada en el elemento estructural? ¿Tengo que considerarla en el diseño? •  ¿Va a ser significativa la variabilidad? ¿Afectará esta a los valores característicos? •  ¿Endurecimiento por deformación o ablandamiento por deformación? ¿son importantes en el diseño? •  ¿Utilizamos fibra con gancho o sin él? ¿hay alguna diferencia? ¿Cómo lo tengo en cuenta? • Los proveedores de fibras me van a dar la resistencia residual de la fibra o lo hará la empresa de prefabricados? 

Demasiadas preguntas que responder • Demasiadas preguntas para que la comunidad científica llegue a un acuerdo • Demasiados hormigones diferentes y comportamientos como para incorporarlos en un único código • Demasiados intereses particulares • Demasiadas ideas como para enseñarlas. De hecho, ¿se enseña esto en la Universidad?

Y, ¿qué hay de los fabricantes? ¿Es mejor para ellos? Seguramente no. Tienen que afrontar todas estas incertidumbres en la producción de elementos de UHPC. Tienen que ser capaces de garantizar básicamente dos cosas: (i) que el sistema de vertido garantiza una mínima orientación de fibras requerida por el diseño, (ii) que los parámetros consitutivos en tensión (a nivel de material) cumple con los requisitos del proyecto.

(i) Hasta la fecha, la única manera de determinar la orientación de fibras de un elemento fabricado es cortando el mismo. Los costes son elevados ya que no hay un método indirecto para determinar ni el contenido ni la distribución de las fibras en la sección.

(ii) EN-14651 aporta dos parámetros estructurales (fR,1 y fR,3) que representan el comportamiento estructural, no el del material. La variabilidad puede ser elevada porque depende de la orientación de las fibras. ¿se está midiendo la calidad del hormigón o la calidad del sistema de vertido en una probeta? Son fR,1 y fR,3 los parámetros adecuados para diseñar y asegurar la calidad del hormigón? ¿podemos obtener de estos ensayos algún parámetro intrínseco independiente de la orientación de fibras y, por tanto, con menor variabilidad?

Dar respuesta a todas estas preguntas genera una barrera de entrada significativa tanto para los ingenieros como para los potenciales fabricantes. Por tanto, no debe sorprender la lentitud en la democratización del uso del UHPC y del FRC. Nosotros tuvimos que dar nuestras propias respuestas a cada una de esas cuestiones, tal que estamos siendo capaces de diseñar y producir estructuras eficientes, duraderas, sostenibles y seguras con UHPC. Esperamos con ilusión tener un código en un futuro cercano.

En RDC consideramos que la lentitud en actualizar, acordar y desarrollar códigos de diseño conforme a las necesidades reales de los ingenieros y fabricantes son el principal escollo para la generalización en el uso del UHPC y el FRC en la industria. Las fibras son simplemente un tipo de refuerzo de hormigón diferente, como lo son las barras de acero o el pretensado. El UHPC y el FRC no son más que hormigones, no importa el nombre que se les ponga. Debe desarrollarse un método simple, fácil de entender y fiable que tenga en cuenta toda la diversidad que existe en los FRC.   

Por último, quisiera decir que los ingenieros jóvenes son clave para el futuro. Facilitarles su trabajo es nuestra manera de hacer útiles los esfuerzos que se han hecho en esta materia durante más de 40 años, a la vez que lograr avanzar hacia un futuro mejor.

Estándares de diseño integrados e intuitivos – DIFUNDE EL CONOCIMIENTO

1 Gambarova, P. (2007). Chapter 1. Introduction. In M. d. Prisco (Ed.), Fibre-Reinforced concrete for strong, durable and cost-saving structures and infrastructures. Starrylink Editrice.

2 Grünewald, S., Walraven, J.C. (2002). Sensitivity of the bnding behaviour of self-compacting fiber concrete to the method of casting. In: Procceedings of the 5th symposium on cement and concrete, Shanghai, Oct 2002.

3 Massicotte, B., Bischoff, P. (2000). Fibre Reinfroced Cocnrete. A structural perspective. Proceedings of the 5th International RILEM Symposium on Fibre-Reinforced Concretes. BEFIB 2000, 193-202

4 Walraven, J. (2009). High performance fiber reinforced concrete: progress in knowledge and design codes. Materials and Structures (2009) 42:1247-1260

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