Conferencia Materiales Avanzados en la Construcción. Clase impartida por Alejandro López, Director Técnico de ANDECE para el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental - Structural Technology Research Group (http://www.structech.upc.edu/) de la Universidad Politécnica de Cataluña

1. Alejandro López – Director Técnico
APLICACIONES DEL UHPC EN LA INDUSTRIA DE LOS
PREFABRICADOS DE HORMIGÓN (PH)

2.  Asociación Española de la Industria del
Prefabricado de Hormigón
 Fundada en 1964
 Representamos a >100 fabricantes de
PH (70% del volumen del sector) y >25
socios adheridos (proveedores de
materiales o servicios)
 Socios principales organizaciones
empresariales (PTEH, CEOE, CEPCO,
PTEC, BIBM…), alianzas
internacionales…
¿Qué es ANDECE?
“Si quieres llegar rápido, camina sólo. Si quieres llegar lejos, camina en grupo”

3. … de hormigón
 Material universal: prácticamente en cualquier
parte existen áridos y materias primas para
fabricar cemento (→ hormigón)
 Consumo de cemento (→ hormigón) =
indicador macroeconómico
 Material masivo → Buen comportamiento
global (mecánica, durabilidad, térmica,
resistencia fuego, acústica ruido aéreo,…) →
Empleo hormigón ≥ 2·Σ resto de materiales
juntos
 Moldeable (diseño)
 Capaz de incorporar nuevas materias primas
(sostenibilidad)

4. Prefabricados…
Producto fabricado de acuerdo con una norma específica, en un lugar
distinto de su localización final de uso, protegido de las condiciones
ambientales adversas durante la fabricación y que es resultado de un
proceso industrial bajo un sistema de control de producción en fábrica,
con la posibilidad de acortar los plazos de entrega

5. ¿Construcción tradicional = industrializada?

6. Construcción tradicional vs industrializada
¿=?
Utilizan los mismos materiales (?) pero…
 no se diseñan igual,
 los elementos no se fabrican/construyen/instalan igual…
Sin embargo, en general se han tratado esencialmente igual

7. Fabricación en moldes

8.  El hormigón de muy altas prestaciones (UHPC por sus siglas en inglés) es
un material cementicio con unas prestaciones mecánicas y durabilidad muy
superiores a las del hormigón convencional.
 1960´ hormigones reforzados con fibras
 1970´ hormigones de alta resistencia a compresión cargas (120 a 200 Mpa)
 1980´ hormigones autocompactantes
 1981 Hans Henrik Bache desarrolla el conocido como DSP (Densified Small
Particle, en inglés), un conglomerante fino con plastificante que permitía
obtener una densidad de empaquetamiento elevada. Cinco años después
(1986), la adición de fibras dispersas le proporcionaba la ductilidad necesaria
a este material, obtenido lo que hoy en día se considera el primer UHPC
Figura.- Evolución de la máxima resistencia del hormigón durante el Siglo XX
Hormigones de altas resistencia (prestaciones)

9.  Avances en la tecnología de los materiales: aditivos químicos
(superfluidificantes), fibras, humo de sílice, cementos especiales, áridos finos
como polvos de cuarzo, escorias finamente granuladas, etc. → mejora del
comportamiento en fresco del hormigón, lo que repercute en su
trabajabilidad y su comportamiento final en estado endurecido
 HSC (High-strength concrete): 50 hasta 100 Mpa
 VHPC (Very High Performance Concrete): 100 hasta 150 Mpa
 UHPC * (Ultra High Performance Concrete): Más de 150 Mpa **
Hormigones de altas resistencia prestaciones
* UHPFRC
** 465 MPa
Figura.- Prueba de flexión realizada sobre una pieza prefabricada de hormigón de altas prestaciones

10. Hormigones de altas prestaciones
Fuente: Diferentes familias de hormigones en el entorno del UHPFRC (Efraím, 2010)
 La gran mayoría de los UHPFRC que se utilizan en aplicaciones estructurales
son productos patentados como Ductal®, BSI®, BCV®, o CEMTEC® resultantes
de la investigación conjunta de universidades y empresas y que han sido
utilizados en Japón, Francia, EEUU y Alemania, principalmente.
 …aunque las dosificaciones propias son una tendencia en aumento por parte de
las empresas gracias al conocimiento creciente sobre el material y a la
necesidad de reducir costes para ampliar los campos de aplicación

11. Material extremadamente compacto (SCC) y cuyos poros no están
intercomunicados:
 ↑ Resistencia mecánica a compresión (>150 Mpa) y flexotracción (20-40
Mpa)
 ↑ Resistencia a impacto y a la abrasión
 ↑ Durabilidad (baja absorción de agua, autosellado de fisuras por las fibras)
(↓ mantenimiento futuro)
 Mejores acabados superficiales, libertad de geometrías (las piezas están
menos limitadas puesto que la cuantía de armado es menor o inexistente)
 Aligeramiento entre el 40 y 70%
 ↓ Consumo de materiales (sostenibilidad)
 ↑ Mayores luces con secciones muy esbeltas
 ↑ Logística en prefabricación
 ↑ Capacidad para pretensar del hormigón
Ventajas de los hormigones de altas prestaciones

12. Aligeramiento, factor clave en PH
Fuente: The Ultra Girder: A Design Concept for a
300-foot Single Span Prestressed UHPC Bridge
Girder. Rafic George Helou, Benjamin Allen
Graybeal. 2019

13.  ↓ Resistencia al fuego, ↑ posibles dilataciones/contracciones térmicas en
exterior
 ¿↑ Coste?
 ↑ Materiales unitarios
 ↓ Reducción peso global = logística (transporte y montaje), menor
cimentación
 ↓ Tareas de mantenimiento y/o posibles reparaciones futuras
Limitaciones de los UHPC

14. Análisis de costes
Figura.- Pasarela de hormigón de muy alto rendimiento sobre el Barranco de las Ovejas (Alicante)

15.  Relación A/C muy reducida (generalmente < 0,25), siendo posible por el uso
de las últimas tecnologías de aditivos plastificantes reductores de agua y por
la optimización del empaquetamiento de las partículas
 Uso de áridos de alta calidad con un tamaño máximo < 5 mm
 Elevado contenido de fibras de acero para proporcionar un comportamiento
de endurecimiento por deformación a tracción y un fallo dúctil a compresión
 Humo de sílice (hasta un 10%)
Fabricación de hormigones de altas prestaciones
Cemento Agua Áridos Aditivos Adiciones reactivas
HC  
UHPC   +finos  

16. Dosificación y propiedades de los UHPC vs HC
Tabla.- Dosificación y propiedades típicas de las mezclas de UHPC. Fuente PREFFOR

17. Edificación
Residencial
Industrial
Públicos
Oficinas
Comercial
Hoteles
Centros sanitarios
Recintos deportivos
Centros docentes
Espacios religiosos
Centros tecnológicos
Parkings
Correccionales
Instalaciones militares
Construcciones modulares
Edificios singulares
Obra civil
Puentes
Pasarelas
Carreteras
Vías férreas
Obras subterráneas
Contención de empujes
Aeropuertos
Áreas marítimas
Infraestructuras energéticas
Cementerios
¿Presas?
¿Torres refrigeración?
Campos de aplicación PH

18.  Allí donde la ligereza aporta grandes ventajas competitivas (elementos
flotantes, voladizos, reparación de estructuras, obras donde los costes de
transporte y manipulación sean muy significativos, etc).
 Allí donde una durabilidad elevada aporta grandes ventajas competitivas
(estructuras en ambiente de exposición XS (EN206-1), fatiga, abrasión,
ciclos térmicos, impacto de cargas…)
 El valor arquitectónico es muy valorado por el cliente (edificios singulares,
elementos de gran esbeltez, escaleras de mínimo espesor, etc). En estos
casos el UHPC no compite por coste sino por exclusividad
UHPC, ¿para cualquier tipo de construcción?

19. UHPC, ¿para cualquier tipo de construcción?
Figura: Aplicaciones más usuales con UHPC posicionadas según la ventaja que les permite
competir. Fuente: PREFFOR

20. Campos de aplicación PH (UHPC)

21. Bateas
Alternativa a la madera de eucalipto
 Durabilidad (ambiente XS3 agresivo) y
mínimo mantenimiento
 Textura antideslizamiento

22. Pasarelas
Alternativa al acero
 Durabilidad y mínimo mantenimiento
 Estética
 Mayores luces (pretensado)

23. Otros usos: prefabricado obra civil (grande)

24. Otros usos: fachadas ligeras
 Hormigón con una resistencia característica a compresión >100 Mpa
 Reforzado con fibras normalmente orgánicas
 Arenas muy finas, cemento, cenizas volantes, humo de sílice
 Relación muy baja de agua cemento A/C < 0,2

25. C.C. LYON LA PART DIEU – MVRDV+PREHORQUISA
Fachadas ligeras (UHPC)

26. Fachadas ligeras (UHPC)
One Ocean Marina Port Vell, Barcelona.
ESCOFET

27. Nuevas funciones
https://www.idealista.com/news/especiales/la-vivienda-durante-el-covid-19/2020/07/08/784934-terraza-o-balcon-el-requisito-
imprescindible-de-una-vivienda

28. Estandarización y repetitividad

29.  Fabricación en plantas concebidas para ello: medios humanos y materiales;
procedimientos de trabajo definidos; condiciones de trabajo; efecto
experiencia de los operarios; tiempos de trabajo definidos; etc.
 Control: inherente a la propia fabricación (marcado CE)
↑ Garantías = Prefabricado Hormigón + Empresa solvente
Fiabilidad y calidad
“El principal interesado en fabricar bien, es el propio prefabricador”

30. Fabricación del hormigón
 Control de la dosificación (porcentaje de cada componente) en función de la
resistencia y consistencia deseada del hormigón

31. Coordinación entre fabricación y ejecución

32. Barreras al crecimiento de los UHPC
 Todavía escaso conocimiento (sector muy conservador)
 Análisis poco certeros de los costes globales
 Marco reglamentario
 Pocos casos de éxito (mayor divulgación)
 …Sostenibilidad

33.  HORMIGÓN: Potencial frente a otros materiales
 Mecánica
 Resistencia fuego
 Acústica
 Energética
 Reciclabilidad
 Margen de mejora (I+D+i) → nuevas prestaciones (descontaminación)
 PREFABRICACIÓN: Versión industrializada de la construcción en hormigón
 Mayor fiabilidad (calidad): procesos industriales y controlados vs aleatoriedad
obra (menor generación de residuos)
 Precisión dimensional
 Rapidez de ejecución - Control de tiempos y costes
 Optimización: diseño, consumo materiales, durabilidad
 Mayor seguridad laboral
Características (sostenibles) de los PH

34. Hacia una construcción sostenible
CradleToCradle - Calidad
materiales - Edificio Gonsi
Sócrates
Utilizar materiales de mayores prestaciones en
la fabricación de la estructura prefabricada hace
que necesitemos menos material y por tanto
reduzcamos su huella ecológica. Se trata
además de un edificio planteado para diferentes
usos por lo que su flexibilidad reduce la
necesidad de intervenciones de adecuación en
el futuro y alargaremos su vida útil, reduciendo
el impacto ambiental. El Edificio Gonsi Sócrates
está diseñado y construido bajo los principios
de la Economía Circular.

35.  Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es una metodología para evaluar los
aspectos ambientales y los impactos ambientales potenciales asociados a un
producto, proceso o servicio
 Una Declaración Ambiental de Producto (DAP) plasma, en un documento
verificado por una tercera parte independiente, los resultados del ACV
Declaraciones ambientales de producto

36.  6 categorías de productos
prefabricados de hormigón
 Proceso de recopilación de
información entre más de 50
empresas asociadas
(publicación en junio de 2018)
 Validez hasta junio de 2023 (5
años)
 Crecimiento paulatino de la
demanda de esta información
(esquemas de certificación de
la sostenibilidad)
 Ciclo productivo A1-A3
www.andece.org/declaraciones-ambientales-andece/
ADAP Elementos prefabricados de hormigón 1.0

37. Recopilación de datos
www.andece.org/directorio-de-negocios/

38. Valores referenciados a 1 Tn de producto terminado
Resultados (impactos ambientales)

39.  Impactos ambientales se generan por la
aportación de las materias primas (A1)
 Escaso margen de optimización en
fabricación (A3)
 Transporte a obra/almacén (A4)
directamente proporcional a la distancia
 Construcción (A5): poca incidencia relativa
 Deconstrucción/demolición (C)
 Compensación a través de la
recarbonatación (B1, D) reutilización (D),
reciclaje (D)
Análisis de DAP de PH

40. INFLUENCIA DEL CEMENTO
 El 10-15% de los elementos prefabricados de hormigón es
cemento…sin embargo multiplica su impacto ambiental por 5/6 veces
aprox.
Componentes principales ADAP-1 ADAP-2 ADAP-3A ADAP-3B ADAP-4 ADAP-5 ADAP-6
Cemento 14,8 14,7 14,81 11,71 12,57 8,95 13,08
Áridos 75,18 78,61 75,46 79,12 77,41 88,99 85,41
Agua 6,71 6,51 6,62 3,6 4,74
Acero 5,4 2,53 3,25 2,2 1,71
Filler 0,59
Aditivos 0,18 0,1 0,17 0,12 0,11 0,06 0,11
Pigmentos 0,001 0,0002 0,008 0,0002 0,017 0,06
Fibras de vidrio 0,001 0,12 0,0005
Poliestireno expandido 0,08
Cenizas 0,045
Fuente: Composición media. A-DAP sectoriales de ANDECE (2018)
ADAP1 ADAP2 ADAP3A ADAP3B ADAP4 ADAP5 ADAP6 Promedio
Incidencia relativa GWP en el A1-A3 del cemento (%) 72,90% 82,87% 67,77% 78,64% 83,81% 90,78% 92,31% 81,30%
Incidencia resto de medidas 27,10% 17,13% 32,23% 21,36% 16,19% 9,22% 7,69% 18,70%

41. ⮚ Andece ha desarrollado una herramienta para facilitar la aplicación del
Anejo 12 del Código Estructural a sus miembros
Estimación de la vida útil de las estructuras PH

42. kgCO2 kgCO2
¿Cuál debería elegir?
<

43. kgCO2/años/funciones
(€)
kgCO2/años/funciones
(€)
¿Cuál debería elegir?
≠

44. ¿Comparabilidad?
 ¿1 Tn de un forjado prefabricado de hormigón sería equivalente a 1 Tn de un
forjado de otro material alternativo?
 Referenciarlo a unidades funcionales: m2 de forjado
 Comparación de datos ambientales
 Comparación de prestaciones: acústica, fuego, térmica,…
 Repercusiones indirectas (eficiencia estructural)
 Relativizarlo a la durabilidad esperada: mantenimiento, reparaciones,…
 Análisis de ciclo de vida completo y de sistemas constructivos

45.  7 categorías de productos prefabricados de hormigón
 Sectoriales → Individuales
 Exclusivo para empresas asociadas de ANDECE
 Posible proceso de pre-verificación: A-DAP → DAP
 Ciclo productivo A1-A3, aunque ampliable próximamente a todo el ciclo de vida
ADAP Elementos prefabricados de hormigón 2.0

46. www.andece.org/declaraciones-ambientales-andece/

47. Galería de objetos BIM (BIMETICA)
https://www.andece.org/galeria-genericos-bim-de-andece/

48. Grado de implantación en gran PH
PH industrializados
 Estructuras y/o cerramientos
 Hormigón armado y/o
pretensado
 Fabricantes monoproducto (ej.
placa alveolar) hasta soluciones
integrales (toda la estructura,
incluyendo montaje)
 Cada fabricante tiene sus
propios diseños (moldes,
software)
 BIM avanzado

49. Referencias

50. Concurso estudiantes
universitarios
www.premioandece.com
Mejor TFM 2022/23 Mejor TFG 2022/23

51.  El prefabricado (industrializar) es más caro que construir in situ
 El prefabricado (industrializar) tiene poca versatilidad en el diseño
 Las estructuras prefabricadas de hormigón no son tan estables como las in situ
 Prefabricado es sinónimo de baja calidad y de provisionalidad
 El hormigón es el material de construcción más contaminante
 Anticipar la formación a la enseñanza universitaria
 …
Rompiendo mitos / barreras a salvar

52. www.andece.org/directorio-de-negocios/
www.andece.org/miembros-adheridos/
www.andece.org/contacto/
www.premioandece.com
Alejandro López: alopez@andece.org
www.andece.org/cursos-y-master-andece/