ACI 213R-2014
Guía para hormigón estructural de agregados livianos

Estándar No.

ACI 213R-2014

Fecha de publicación

2014

Organización

ACI - American Concrete Institute

Alcance

Antecedentes históricos El primer uso conocido de hormigón ligero se remonta a más de 2000 años. Hay varias estructuras de hormigón ligero en la región mediterránea@, pero las tres estructuras más notables se construyeron durante el Imperio Romano temprano e incluyen el Puerto de Cosa@, el Panteón Dome@ y el Coliseo. Construido aproximadamente en el año 273 a.C.@, el puerto de Cosa utilizó hormigón ligero elaborado a partir de materiales volcánicos naturales. Estos primeros constructores aprendieron que los agregados expandidos eran más adecuados para instalaciones marinas que la arena y grava de playa disponibles localmente. Recorrieron 25 millas. (40 km) al noreste para extraer agregados volcánicos en el complejo Volcine para su uso en el puerto de Cosa (Bremner et al. 1994). Este puerto en la costa oeste de Italia consta de una serie de cuatro muelles (~13 pies cúbicos [4 m]) que se extienden hacia el mar. Durante dos milenios, los muelles han resistido las fuerzas de la naturaleza únicamente con la abrasión superficial. Se volvieron obsoletos sólo debido a la sedimentación del puerto. Construido alrededor del año 126 d. C. @, el Panteón incorpora hormigón que varía en densidad desde la parte inferior hasta la parte superior de la cúpula. Los ingenieros romanos tenían suficiente confianza en el hormigón ligero para construir una cúpula con un diámetro de 43 m (142 pies)@, que no se superó durante casi dos milenios. La estructura está en excelentes condiciones y todavía se utiliza hoy en día con fines espirituales (Bremner et al. 1994). La cúpula contiene intrincados huecos formados con encofrado de madera para reducir la carga muerta y aún se puede ver la huella de la veta de la madera. Las excelentes superficies de fundición visibles para el observador muestran claramente que estos primeros constructores dominaban con éxito el arte de fundir hormigón con LWA. El escritor romano@ arquitecto@ e ingeniero@ Vitruvio@, que mostró especial interés en la construcción de edificios@, comentó sobre varias características inusuales del Panteón. El hecho de que no seleccionara el concreto liviano para sus comentarios podría implicar que estos primeros constructores estaban completamente familiarizados con este material (Morgan 1960). Construido entre el 75 y el 80 d.C., el Coliseo es un anfiteatro gigantesco con capacidad para 50.000 espectadores. Los cimientos se realizaron con hormigón ligero utilizando lava volcánica triturada. Las paredes se realizaron con árido de ladrillo triturado poroso@. Las bóvedas y los espacios entre los muros se construyeron con piedra tallada de toba porosa. Desarrollo del proceso de fabricación Después de la caída del Imperio Romano, el uso del hormigón ligero estuvo limitado hasta el siglo XX, cuando un nuevo tipo de esquisto expandido LWA estuvo disponible para uso comercial. El proceso del horno rotatorio se desarrolló en 1918 y se utiliza para producir esquisto expandido@ arcilla@ y pizarra. Los LWA se fabrican calentando pequeñas partículas de esquisto@arcilla@ o pizarra en un horno rotatorio. Se descubrió un tamaño de partícula que, con una trituración limitada, producía un agregado de gran calidad adecuado para fabricar hormigón liviano (Expanded Shale@ Clay and Slate Institute 1971). Cuando se fabrican ladrillos de arcilla, es importante calentar la arcilla preformada lentamente para que los gases desprendidos tengan la oportunidad de difundirse fuera de la arcilla. Si se calientan demasiado rápido, se forma una hinchazón que no cumple con la uniformidad dimensional esencial para un ladrillo cocido con éxito. Hayde reconoció estos ladrillos rechazados como un material ideal para fabricar un hormigón especial. Cuando se reducen al tamaño y clasificación de agregado apropiados, estos ladrillos hinchados podrían usarse para producir un concreto liviano con propiedades mecánicas similares al concreto normal. La producción comercial de escoria expandida (es decir, esquisto expandido, arcilla o pizarra) comenzó en 1928 y en 1948 se produjo el primer LWA de esquisto sinterizado de calidad estructural utilizando esquisto en el este de Pensilvania. Uno de los primeros usos del hormigón ligero reforzado fue en la construcción de barcos y barcazas a principios del siglo XX. La Corporación de Construcción de Flotas de Emergencia de EE. UU. descubrió que para que el concreto sea efectivo en la construcción de barcos, el concreto necesitaría una densidad máxima de aproximadamente 110 lb/ft3 (1760 kg/m3) y una resistencia a la compresión de aproximadamente 4000 psi (28 MPa) (ampliada). Shale@ Clay@ y Slate Institute 1960). Se obtuvo concreto con una resistencia a la compresión de aproximadamente 5000 psi (34 MPa) y un peso unitario de 110 lb/ft3 (1760 kg/m3) o menos utilizando agregados de arcilla y esquisto expandido producidos en horno rotatorio. Usos modernos tempranos Se dio un impulso considerable al desarrollo del hormigón ligero a finales de la década de 1940, cuando se realizó un estudio sobre el uso potencial del hormigón ligero para la construcción de viviendas. Esto llevó a un estudio extenso del hormigón elaborado con LWA. Patrocinado por la Housing and Home Finance Agency (1949) @ se llevaron a cabo estudios paralelos simultáneamente en los laboratorios de la Oficina Nacional de Estándares (Kluge et al. 1949) y la Oficina de Reclamación de los Estados Unidos (Price y Cordon 1949) para determinar las propiedades del concreto. fabricado con una amplia gama de tipos de LWA. Estos estudios y trabajos anteriores centraron la atención en el uso estructural potencial de algunos concretos LWA e iniciaron un interés renovado en miembros livianos para la construcción de marcos (cubiertas de puentes) y productos prefabricados a principios de la década de 1950. Tras el colapso del puente Tacoma Narrows original en Washington@, el diseño de la estructura de suspensión de reemplazo utilizó concreto liviano en la plataforma para incorporar carriles adicionales sin la necesidad de reemplazar los pilares originales. Durante la década de 1950, muchas estructuras de varios pisos se diseñaron con hormigón liviano desde los cimientos hacia arriba, aprovechando el peso muerto reducido. Los ejemplos incluyen el edificio Prudential Life de 42 pisos en Chicago@ que utilizó pisos de concreto liviano@ y el Hotel Statler Hilton de 18 pisos en Dallas@ diseñado con una estructura de concreto liviano y pisos de placa plana. Estas aplicaciones estructurales estimularon una investigación más concentrada sobre las propiedades del hormigón ligero. En estructuras flotantes relacionadas con la energía, como una plataforma de perforación petrolera, se logran grandes eficiencias cuando se utiliza un material liviano. Una reducción del 25 por ciento en la masa del concreto reforzado de peso normal dará como resultado una reducción del 50 por ciento en la carga cuando está sumergido. Debido a esto, @ la industria del petróleo y el gas reconoció que el concreto liviano podía usarse con gran ventaja en sus estructuras flotantes y estructuras construidas en un muelle de tumbas @ y luego flotadas hasta el sitio de producción y cimentadas en el fondo. Para proporcionar los datos técnicos necesarios para construir enormes estructuras de hormigón en alta mar, se formó un consorcio de compañías petroleras y contratistas para evaluar qué candidatos a LWA eran adecuados para fabricar hormigón ligero de alta resistencia que cumpliera con sus requisitos de diseño. Las evaluaciones comenzaron a principios de la década de 1980 y los resultados estuvieron disponibles en 1992. Como resultado de esta investigación, la información de diseño estuvo fácilmente disponible y ha permitido que el concreto liviano se use para aplicaciones nuevas y novedosas donde se desea alta resistencia y alta durabilidad (Hoff 1992). .