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PAVIMENTOS

Concreto a prueba de agua 1a. parte

En el noroeste del océano Pacífico, la lluvia es una manera de vida. Cuando los cielos se aclaran, todos quieren colar concreto al mismo tiempo. La legendaria precipitación también crea grandes problemas para nuestras comunidades.
En la ciudad de Pórtland, en los Estados Unidos, el promedio de la precipitación es de 97 pulgadas (94 cm), creando aproximadamente 10 billones de galones (37.5 billones de litros) de agua de tormentas, causando inundaciones y erosión, y contribuyendo a la excesiva afluencia en las coladeras.
Mientras que un proyecto de millones de dólares está en proceso de construcción para minimizar la afluencia excesiva en las coladeras, la ciudad está trabajando con propietarios privados, arquitectos, ingenieros y desarrolladores para explorar diversas maneras para manejar el agua de tormentas en el sitio. La compañía Glacier Northwest —con base en Seattle— ha proporcionado concreto a prueba de agua para sistemas de techos verdes y de recolección del agua de las tormentas. Ambas son maneras creativas y efectivas de minimizar las afluencias de las aguas de tormentas y reducir los impactos en el desarrollo.

Infiltración del agua de tormenta
Otra gran manera de manejar el agua de una tormenta consiste en infiltrarla directamente a través de un pavimento. El concreto permeable es una práctica ideal del mejor manejo para lograr esto, permitiendo que el agua de lluvia pase directamente a través del pavimento y entre a la tierra, de modo que pueda trasminar directamente al suelo. Se recarga el agua freática, se preservan los recursos acuíferos, se reduce la afluencia del agua pluvial o se elimina y se mejora la calidad del agua.
El contenido de huecos de 15% a 25% ofrece una amplia área superficial para captar aceites y contaminantes químicos. La investigación ha conducido a muchos expertos a concluir que las bacterias que viven en estos espacios descomponen los contaminantes, haciendo de este diseño un sistema efectivo para la filtración del agua. Esto evita mucho de la afluencia contaminada que normalmente ocurre con los pavimentos tradicionales.
Los estacionamientos particularmente tienen un tremendo potencial para este material debido a la cantidad de aceite y otros hidrocarburos que se escapan desde los coches estacionados. Debido al color ligero del concreto y a la capacidad del pavimento para “respirar” por evaporación y transpiración, también se reduce en forma importante el calor urbano.
Los contratistas certificados están previamente calificados para instalar concreto permeable. Aunque Glacier Northwest ha suministrado concreto permeable para varios grandes estacionamientos, aceras, espacios de recreación, y pisos de invernaderos, Pórtland es la primera ciudad en el país en usar concreto permeable para una calle completa de una ciudad. Así, el Proyecto Piloto de Pavimentación Permeable de la avenida North Gay permite a esa ciudad monitorear el desempeño del concreto, responder a preguntas, y proporcionar información a otros profesionales de obras públicas.

Tres pavimentos
La EPA está ayudando a financiar el proyecto a través de su Innovador Programa de Clima Mojado. Para algunas calles en el área de Westmoreland, la ciudad seleccionó cuadras de pavimentación entrelazada. Se seleccionaron cuatro cuadras de la avenida North Gay para instalaciones de asfalto y concreto porosos.
Aunque la ciudad ya ha usado asfalto poroso en otra calle, el departamento de mantenimiento está preocupado por lo que pueda hacer un sellador de lechada al espaciamiento de huecos. El concreto permeable no necesita selladores adicionales. Los proyectos North Gay y Westmoreland probarán de qué manera estos tres materiales permeables para pavimentación se comportarán en las calles públicas residenciales.
La ciudad monitoreará qué tan bien el pavimento infiltra el agua, y vigilará de cerca la calidad del agua que entra al suelo. También evaluará y monitoreará las superficies de las calles para ver la durabilidad del pavimento (integridad estructural y superficial), las propiedades hidráulicas (desempeño de la filtración a través del tiempo), las necesidades de mantenimiento, la calidad del agua, la estética, y la aceptación del público. Si los materiales del pavimento permeable prueban ser tan durables como los materiales estándar, de fácil mantenimiento para el desempeño de la infiltración, que son rentables y aceptables al público, entonces la ciudad planea explorar su uso para proyectos de construcción de calles a escala más amplia.
Existe una relación directa entre la resistencia, la durabilidad, y la estructura de huecos al diseñar e instalar concreto permeable. Se requiere de un número mínimo de huecos para que el agua pluvial pase rápida y eficientemente, pero demasiados huecos reducen la resistencia y la durabilidad.
Referencia: Dave Frentress, The Concrete Producer,
enero 2006.

PREMEZCLADOS

La calidad: un asunto de durabilidad 2a parte

n la entrega anterior se hizo referencia, entre otras cosas, a ¿qué es lo importante para el concreto en la actualidad?; también se ha hecho referencia a que han tenido lugar una serie de conferencias en torno al tema de la durabilidad.
En esta ocasión cerramos el tema subrayando otros puntos a considerar dentro del interesante rubro de la calidad-durabilidad.
En la mayoría de las discusiones académicas se ha puesto poca o nula atención al líquido más agresivo en el planeta... ¡el agua! Sin duda alguna, el agua es necesaria para que ocurra la hidratación del cemento. Es la formación de los hidratos resultantes que aglomeran los varios componentes.
Estos hidratos no solamente contribuyen a la resistencia del concreto sino que también influyen en la permeabilidad y, por lo mismo, en la durabilidad del concreto. Por desgracia, es también el agua la que forma una parte crítica de casi todas las reacciones y que causan impacto en la deficiencia de la durabilidad del concreto. Las reacciones de corrosión del acero de refuerzo no pueden comenzar o no continuarían en ausencia de agua. La carbonatación del concreto puede avanzar rápidamente en un ambiente seco pero, en ausencia de agua, resulta poco probable que ocurra corrosión. La corrosión del refuerzo requiere de un potencial para activar la reacción, un electrolito (usualmente agua) y oxígeno para proveer el combustible para que continúe la reacción; sin alguno de estos componentes la reacción se detendría.
Entonces, donde se requiera una vida larga y viable para una estructura particular, es esencial que los diseñadores y los contratistas tomen en cuenta tanto el ambiente general como el microambiente de la estructura, ya que es el ambiente local o el microambiente lo que juega el papel más importante en la durabilidad, debe de dársele cuidadosa atención en los detalles del diseño, la especificación y la documentación. Por ejemplo, las fachadas que dan al sudeste en los edificios de Melbourne, en Australia, son las que con mayor probabilidad mostrarán trastorno debido al fenómeno del cambio de clima fresco. Los edificios pueden estar sometidos por varios días a temperaturas de más de 36 °C cuando la temperatura de la superficie del concreto excede la temperatura, a la sombra, en 15-17 °C es decir sufre una caída de 20°C en la temperatura en un periodo de 10 a 20 minutos. El concreto no puede tolerar un cambio tan drástico en la temperatura sin agrietarse. Cabe decir que el agrietamiento incrementa la permeabilidad del concreto. La permeabilidad del concreto con frecuencia puede ser menos de lo esperado. ¿Por qué? Bien, para lograr una alta durabilidad se requiere poner atención a las cuatro C, las cuales son:

• Composición.
• Cemento.
• Compactación.
• Curado.

La mayor parte de la atención está enfocada en las primeras dos de estas cuestiones poniéndose mucho menos atención a las últimas. Desgraciadamente, son los dos últimos asuntos los que hacen la diferencia. Muchos edificios y estructuras antiguas han sobrevivido por un periodo de tiempo largo —ya que hace 60 o 70 años— cuando la compactación y el curado estaban cuidadosamente monitoreados y supervisados.
¿Podemos nosotros decir que los nuevos edificios se desempeñarán bien por un periodo similarmente largo sólo porque nosotros tenemos aseguramiento de la calidad? ¿O deberían los clientes pagar porque los ingenieros pusieran un interés personal en sus edificios y estructuras y ser directamente responsables por la supervisión del trabajo de concreto?

Referencia: Brendan Corcoran, miembro vitalicio
del Instituto del Concreto de Australia.

PREFABRICADOS

El curado correcto 1a. parte

El curado del concreto es importante en la producción de miembros de concreto prefabricado. Recientemente se han hecho grandes avances para obtener un mejor curado y para entender qué es lo que pasa al interior del concreto en las etapas tempranas.
La industria evolucionó desde la confianza desarrollada gracias a las hojas plásticas que cubrían holgadamente una losa, hasta los dispositivos para el monitoreo del curado del siglo XXI. En este sentido, el Elizabethtown College ha estado trabajando en un ambicioso proyecto para desarrollar un sistema que permita entender mejor el curado del concreto. El sistema ahí desarrollado monitorea el estado químico del agua que se combina con el cemento Portland para formar el hidrato sólido en el concreto endurecido. El sistema hace esto monitoreando las rotaciones a alta frecuencia de la molécula de agua sin reaccionar, a medida que disminuye sus rotaciones a frecuencias más bajas cuando la molécula se combina con el cemento Portland.
Al monitorear la desaparición de la molécula sin reaccionar, el usuario puede determinar la cantidad de agua que ha sido incorporada al hidrato, factor crítico para la determinación de la resistencia a compresión. Al monitorear la aparición de rotaciones de frecuencias más bajas, el usuario también puede monitorear la formación de la estructura que se está desarrollando, lo que proporciona información adicional. El sistema denominado Reflectometría con Dominio Temporal (Time-Domain Reflectometry: TDR) implica empotrar un pequeño y económico sensor en el producto de concreto e interrogar por medio de un pulso eléctrico muy rápido. La onda que retorna contiene información acerca del estado de la molécula de agua en la mezcla de concreto cuando el material se cura.
Al analizar esta onda se puede separar la cantidad de agua que no ha reaccionado, del agua que se ha combinado o que ha reaccionado con el cemento Portland. Hay varios componentes en nuestro espectro de agua reaccionante; sin embargo, ahora sólo se están enfocando en uno que tiene una aplicación comercial inmediata y cuya interpretación es directa.
El componente más rápido en la onda de retorno representa la molécula de agua que no ha reaccionado, independiente de todos los otros componentes que no pueden responder a estas velocidades. Este componente proporciona así una medida de la relación instantánea agua/cemento como una función del tiempo de curado, una propiedad correlacionada con la resistencia a compresión. Si simplemente se monitorea este componente con un sensor empotrado, usando una unidad pulsadora portátil y un software de control, se puede monitorear la concentración de agua que no ha reaccionado durante el curado.

Usando microondas
La estrategia desarrollada por los creadores del sistema utiliza altas frecuencias de microondas para aislar la molécula de agua sin reaccionar a velocidades a las cuales no puede responder ninguna otra molécula. Se usa un sensor empotrado para sondear el interior del material en donde los métodos de interrogación por medio de rayos no pueden usarse pues no pueden penetrar. En este sentido, hay por lo menos tres aplicaciones potenciales en la industria del concreto: para predecir la resistencia a compresión, para verificar el contenido de agua en el lugar y para detectar la humedad antes de la aplicación de la capa superficial.
Referencia: Paul Ramsburg —autor de este texto— es director de calidad regional del High Concrete Group, Denver, Pa. Puede contactarlo en: PRamsburg@high.net. Nat Hagar, profesor adjunto en Elizabethtown College, ayudó a escribir el artículo.

MORTEROS

El mortero seco en Europa 1a parte.

Desde 1990 la industria del mortero seco ha estado creciendo enormemente en el mundo. En 2006, por primera vez se produjeron más de 100 millones de toneladas en el mundo. Este crecimiento se debe principalmente a los nuevos mercados en Europa oriental, incluyendo Rusia, y el Medio Oriente y China. Hay un cambio en estos países de los métodos de construcción tradicionales con mano de obra intensiva hacia procesos de construcción más mecanizados e industrializados, en los que se usan cada vez más productos acabados en fábrica, tales como mortero seco y materiales secos para construcción.
Los morteros secos hechos en fábrica tienen dos ventajas decisivas: reducen las variaciones en la calidad que no pueden ser evitadas debido a mezclas no conformes y a la insuficiente verificación de las materias primas durante la producción en los sitios de la obra. Por otro lado, permiten un progreso más rápido en la construcción. En los mercados florecientes la capacidad para construir rápidamente y con alta calidad son factores de crecimiento decisivos.

La industria del mortero seco en Europa
El mortero seco es producido en plantas de mortero seco especialmente diseñadas. Por medio de la selección de materias primas específicas, condiciones de almacenamiento apropiadas, y procesos de mezclado confiables y automáticos, las plantas proporcionan morteros secos homogéneos de alta calidad uniforme.
Una planta de mortero seco tiene cuatro partes: varios silos para almacenar la materia prima; un contenedor de mezclado automático con un proceso controlado que es alimentado neumáticamente con las materias primas; una unidad empaquetadora automática, típicamente usando un robot para apilar y para apretar sacos de tipo válvula en tarimas de madera; y un área de almacenamiento para el producto acabado y para las materias primas.
En Europa, existen plantas de mortero seco con capacidades de hasta 0.5 millón de ton. La más grande de este tipo puede producir hasta 20,000 sacos por día. La alta producción por procesos automáticos es uno de los factores claves para la capacidad de obtener utilidades en tales plantas. Para lograr esto, se usan mezcladoras de una velocidad muy alta. Con ellas se logran mezclas homogéneas de 1 tonelada que consisten de hasta 20 componentes diferentes en una dosificación en 3 minutos. Todo el proceso es controlado en línea desde un panel de control.
El mortero seco se propuso conquistar el mundo desde Europa en los sesentas. La industria europea del mortero seco todavía es considerada como líder en el mundo. El trabajo y las propiedades de los materiales de los productos manufacturados allí han sido optimizados a un grado alto. Por el momento, casi la mitad de los requerimientos del mundo son producidos en Europa. Los productos para restauración y rehabilitación juegan un papel cada vez más importante.
Los productos de mortero seco más importantes producidos en Europa son: Mortero para pegar ladrillos, pastas y enyesados (interior y exterior), adhesivos para azulejos y lechadas para juntas, capas de enrasado y contrapisos autonivelantes, sistemas para aislamiento externo y acabados (EIFS), pinturas en polvo y morteros para resane y reparación. Por su parte, los morteros para albañilería, son relativamente simples y contienen pocos aditivos (si acaso). Se usan principalmente para reducir la mano de obra en sitios de trabajo, y debido a su calidad más consistente.

Capas de enrasado para pisos
Las capas de enrasado para pisos se colocan sobre el concreto o, rara vez, en una base de madera. Ellas, a su vez, son la base para el recubrimiento final del piso. Las capas de enrasado para pisos representan un gran mercado para los productos de mortero seco. Aún se usan capas de enrasado para pisos a base de cemento y tierra húmeda pero son difíciles de manejar. Por lo tanto, se trató de mejorar la trabajabilidad por medio de superplastificadores. Aunque se tuvo éxito, los superplastificadores incrementaron la contracción de las capas de enrasado para pisos hasta un grado inaceptable. Por esta razón, no se usan capas de enrasado para pisos con superplastificadores de cemento, que están basados exclusivamente en la tecnología de los superplastificadores. Sin embargo, recientemente, las capas de enrasado para pisos con superplastificadores de cemento, que están basados en un sistema aglomerante de contracción compensada, una tecnología de superplastificadores, así como también aditivos reductores de contracción, han probado ser un éxito.
Debido a las desventajas de las capas de enrasado para pisos de cemento convencionales mencionadas, las capas de enrasado a base de CaSO4 habían sido ya introducidas en 1995. Todas las clases de anhidrita II así como también los hemihidratos se usan como aglomerantes. Algunos aditivos se agregan a las capas de enrasado para piso con CaSO4 a fin de optimizar sus propiedades. Frecuentemente contienen superplastificadores de melamina que aseguran gran comportamiento reológico.
Hacen posible bombear las capas frescas de enrasado a un punto de colocación y las distribuyen uniformemente y libres de burbujas, simplemente acabándolas con una barra pulidora. Así pues, se logra un buen desempeño de colocación. Un equipo típico para la colocación de la capa de enrasado de pisos consiste de 3 trabajadores puede colocar de 500 a 750 m² de capa de enrasado con superplastificador a base de anhidrita, mientras que el mismo equipo puede colocar únicamente de 120 a 150 m² de capas de enrasado de cemento convencional por día. Las ventajas adicionales de las capas de enrasado de pisos con superplastificadores de anhidrita son su muy baja contracción, de modo que pueden colocarse hasta 250 m² sin juntas, así como también un secado mucho más rápido, comparado con las capas de enrasado de cemento, logrando así una madurez más rápida de la superficie.

TUBOS

Alivio autógeno en los tubos de concreto

La mayoría de las cualidades de los tubos de concreto tales como resistencia, durabilidad, versatilidad y economía, son bien conocidas por los ingenieros, diseñadores, supervisores y contratistas. Sin embargo, un aspecto de la durabilidad que con frecuencia pasa desapercibido y que se considera una propiedad importante del concreto es el alivio autógeno.
El agua en los poros del cemento hidratado es altamente alcalina, con un rango de pH que varía de 12 a 13. La alcalinidad del agua en los poros del concreto proporciona un doble efecto: proporcionar una capa protectora pasivadora alrededor del refuerzo de acero que evita la corrosión y crear un proceso conocido como alivio autógeno. El alivio autógeno es la capacidad del concreto para reparar o aliviar grietas en la presencia de humedad e hidróxido de calcio. Cuando se expone al dióxido de carbono que proviene del aire, en la superficie de las grietas o los huecos, el hidróxido de calcio se convierte en el carbonato de calcio menos soluble. Esta sustancia se precipita hacia afuera en la superficie de la grieta y el lento proceso de deposición eventualmente llena la grieta o el hueco en el concreto, “aliviándolo” efectivamente.
Para un material frágil, sometido a cambios dimensionales que dependen de la cantidad de humedad presente, la propiedad de autoalivio del concreto es crucial para su aplicación en estructuras de retención de agua. Reconociendo la falta de atención que se ha dado al tópico en años recientes, el eminente tecnólogo del concreto y autor Adam Neville, revisó el alivio autógeno y los problemas asociados con el agrietamiento en 2002, que tratan con el mecanismo del proceso, de las condiciones necesarias para que tenga lugar y el ancho más grande conocido de las grietas que pueden aliviarse.
Se citan ejemplos de grietas de hasta 1.5 mm de ancho en un tubo de concreto, que han sido aliviadas al término de cinco años. El alivio autógeno es común en tubos de concreto reforzado enterrados debido a la presencia de humedad, ya sea en el lado del suelo o dentro del tubo mismo. Estas grietas que no se mueven, cuando son aliviadas autógenamente, son impermeables y pueden producir una estructura más fuerte que la original. Una de las razones es que el tubo de concreto sella la grieta con unos cristales de carbonato de calcio que se forman cuando el dióxido de carbono en el suelo circundante, el aire y el agua carbonatan el óxido de calcio libre en el cemento y el hidróxido de calcio es liberado por la hidratación del silicato tricálcico del cemento. La fórmula para esta reacción es: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O.
La ironía de este proceso es que en el concreto reforzado sometido a agrietamiento hay una estrecha interconexión del alivio autógeno y los procesos que podrían, en otras circunstancias, conducir a la corrosión del refuerzo. Para que el acero de refuerzo se corroa, debe haber presencia de humedad tanto para su parte en la reacción química en los sitios catódicos en la superficie del acero, así como para proveer una ruta de conducción a través del concreto para la corriente electrolítica. Esta misma humedad permitirá, por supuesto, el alivio autógeno. Para especímenes de concreto agrietados y expuestos a ambiente marino, se ha reportado que grietas de un ancho menor que, o igual a 0.5 mm, se aliviaron antes de que hubiera algún efecto significativo en el acero de refuerzo.
Informes: www.concpipe.asn.au