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PREMEZCLADOS
Las propiedades reológicas de la arena

Las propiedades reológicas de la arena son más importantes que la distribución del tamaño de las partículas, comentó J. Cleland en el New Zealand Standards Bulletin. A través de su propio trabajo, Metso Minerals señala que sus suposiciones eran correctas. Lo importante es que todos los tamaños de las partículas estén bien representados para asegurar que se obtengan las propiedades apropiadas del concreto.

El efecto de la forma es importante para las propiedades reológicas de la arena. Las arenas que tienen una pobre forma o que son angulares incrementan la fricción interna y demandan de más agua, lo que redundará en más costos. Siendo todas las cosas iguales, la demanda incrementada de agua para una trabajabilidad dada incrementa la dosificación de cemento requerida para lograr una cierta resistencia.
De ahí la reticencia de los productores a usar arena manufacturada. Una arena manufacturada de alta calidad producida por un proceso optimizado dará como resultado un mejor desempeño. Aunque la demanda de agua es más alta que en una arena natural equivalente, hay otros factores que influyen en el desempeño.

El proceso correcto para la producción de arena manufacturada es la clave para producir un agregado de calidad suficiente para la producción de concreto. Éste debe estar de acuerdo con las propiedades del tipo de roca. Si la fragmentación del tipo de roca fuente es tal que la arena producida satisface los requisitos de granulometría, entonces el proceso puede simplificarse. En el caso de tipos de rocas con una resistencia intrínseca más alta, el proceso necesita ser refinado para producir la forma requerida y satisfacer los requisitos de granulometría.

Para determinar los requisitos del proceso deben comprenderse las propiedades de la roca. Las pruebas usuales de las propiedades de la roca y el análisis petrográfico son básicas para comprender la fragmentación posible. A partir de esa información puede seleccionarse el equipo apropiado para la trituración y la clasificación.

La selección de la trituradora para la producción de arena manufacturada depende de las propiedades del tipo de roca, tales como los patrones de fragmentación, la dureza, y la aplicación que debe darse a la arena. Dos trituradoras han probado ser capaces de producir arena de alta calidad para el concreto y el asfalto: las VSI autógenas, y la nueva generación de trituradoras de cono de alta velocidad.

La selección de un circuito de trituración debe ser tal que se tome en cuenta la calidad del tipo roca. Metso ha descubierto que el consumo de energía es directamente proporcional a la resistencia de la roca. Una roca de resistencia más alta requiere mayor consumo de energía para crear un área superficial. La consecuencia es la producción de cantidades de filler (super finos) demasiado altas para la producción normal de concreto, o que puede estar fuera de la especificación.

Para usarse exitosamente debe clasificarse el filler, lo que puede verse en un típico flujo del proceso, en donde se han instalado un VSI, una pantalla de alta frecuencia y un clasificador de aire para elaborar productos de agregados finos de alta calidad.

Costos de la operación en la clasificación de un filler

El filler debe estar seco para usarse en arena fina especial, tal como arena para aplanado fino. Para las arenas finas se requiere del secado para satisfacer las expectativas del mercado. Muchos de estos productos son ensacados y no se venden a granel. Para la mayoría de los secadores, el requisito promedio
de energía para la reducción de 1% de humedad es de 7 litros de diesel. A fin de lograr ahorros en los costos en la aplicación de la clasificación por aire, en un medio ambiente ideal, los productos finales deben mantenerse tan secos como sea posible para reducir el costo asociado con el secado.

El procesamiento húmedo deja agua libre en la superficie del agregado. Dependiendo del tamaño de las partículas del agregado, el agua libre contenida puede elevarse al 10% Las partículas más finas tienen la capacidad de retener más agua debido a una mayor área superficial que incrementa grandemente los costos de secado.
Referencia: World Cement, abril de 2008.

PAVIMENTOS
Pavimento permeable

El concreto permeable, conocido también como concreto sin finos, es un tipo especial de concreto con alto grado de porosidad que permite el paso del agua a través de su estructura. Se puede usar en estacionamientos, áreas de transito ligero y paso de peatones. Su gran ventaja es permitir que el agua de las precipitaciones pluviales se filtre a través de su estructura porosa, lo que reduce el escurrimiento de aguas contaminadas. Este tipo de concreto se ha usado recientemente y ha ganado mayor atención debido a que se le considera como un material de construcción sustentable por su eficiente manejo de las aguas pluviales.

La ingeniería y las agencias de protección ambiental han advertido sobre cambios importantes en los ríos y lagos, generados por el manejo inapropiado del escurrimiento de las aguas pluviales en los grandes desarrollos inmobiliarios. El agua de lluvia tiende a escurrir de las grandes áreas urbanizadas, antes de ser retenido por el suelo o la vegetación, causando erosión de taludes de arroyos, contaminación de cauces e inundaciones que producen severos daños a zonas de tránsito y redes de drenaje.

Una solución típica es usar pozos de retención de aguas de lluvia para disminuir la velocidad de descarga de las aguas pluviales del lugar. Estos pozos trabajan bien pero son costosos. El concreto permeable es una solución alternativa, viable y efectiva a este requerimiento, que permite que las áreas de estacionamiento sean cubiertas con un material que permite que el agua de lluvia se filtre a través de su estructura. Esto reduce la proporción de escurrimiento de aguas pluviales y logra la infiltración de la precipitación, facilitando la recarga de las fuentes de agua subterránea.

El concreto permeable es un concreto sin finos, o pocos finos, con una relación agua/cemento baja, que se usa principalmente en aplicaciones de poco volumen. Es un concreto de baja resistencia, seco, sencillo de fabricar, que se puede usar para crear un pavimento de buena calidad estructural, que drene el agua de lluvia, lo que reducirá el escurrimiento favoreciendo el abastecimiento de las aguas subterráneas. Su diseño, fabricación y construcción es diferente al concreto convencional. Su criterio de aceptación se basa en la porosidad, uniformidad y espesor, en lugar de la resistencia como es el caso del concreto convencional; por lo tanto tiene una perspectiva diferente. Está constituido por agregado grueso de un solo tamaño (típicos de 3/8" a 3/4" de tamaño máximo), materiales cementantes y agua, en la que poco o nada de agregado fino se incluye en la mezcla, lo que favorece la creación de una estructura de tipo porosa (celda abierta) que permite que el agua y aire pase a través de él. Las cantidades de material cementante y agua se seleccionan y controlan cuidadosamente en la mezcla para crear una pasta capaz de recubrir las partículas del agregado grueso sin perder fluidez durante el mezclado y colocación del concreto. Usando la pasta suficiente para cubrir las partículas se mantiene un sistema de vacios interconectados del orden del 15 al 35% (alta porosidad), dependiendo de los materiales y aplicación. El resultado es un concreto que drena rápidamente, con velocidades de filtración características de 100 a 750 It/min/m². Por su elevado contenido de vacios estos concretos de peso ligero (1,000 a 1,900 kg/m³) alcanzan resistencias a compresión promedio de 3.5 a 30 MPa. Las principales aplicaciones del concreto permeable se han orientado a áreas de estacionamiento, pavimentos de bajo tráfico y pasos peatonales. El concreto permeable es un material resistente y durable. Las áreas de estacionamiento diseñadas y construidas adecuadamente durarán entre 20 y 40 años con escaso mantenimiento.
Referencia: Carlos Aire, (UNAM), Cemento hormigón, núm. 920, 2008.

PREFABRICADOS
Características de las losas postensadas

Al igual que en una losa reforzada en donde el refuerzo de acero y las mallas se usan para controlar la contracción, la temperatura y la integridad de la losa, el postensado puede hacer lo mismo con beneficios adicionales como grandes colados, en lo que se pueden obtener 2, 500 m² con losas postensadas; velocidad de construcción para acelerar el programa de construcción; menos juntas ya que los colados más grandes sin juntas de expansión, construcción o aserradas hacen que la losa sea más homogénea y mejoran el desempeño futuro. La reducción en el número de juntas hace más difícil el acceso del agua por debajo de las losas y mejora el desempeño de la subrasante; contenido de refuerzo reducido ya que generalmente se requiere sólo de refuerzo en las orillas.
Las losas postensadas son más delgadas que una de concreto reforzado, redundando en ahorros y flexibilidad lo que permite a la subrasante compartir una porción mayor de la carga concentrada, y la losa misma una porción menor. Aun bajo grandes sobrecargas, que pueden producir agrietamiento, el presfuerzo asegura que la losa vuelva a su posición previa después de remover la carga. Esto contrasta con una losa reforzada en donde es más probable que quede un punto débil, lo que lleva a un deterioro continuo.
Además, el postensado controla dinámicamente el agrietamiento precomprimiendo el concreto. Por otro lado, el acero de refuerzo no puede detener la formación de grietas por contracción, pero limita los anchos de las grietas. La resistencia a la penetración de humedad se logra mejor a través de una losa precomprimida. Un uso común de una losa postensada puede verse en los tanques de agua, ya que la losa está diseñada para que no se agriete. Sobre mantenimiento, cabe decir que el menor número de juntas reducirá la necesidad de mantenimiento futuro. Los estudios han demostrado que el costo mayor en la vida total de una estructura involucra el mantenimiento de las juntas.

Detallado y diseño
Los criterios de diseño para losas de concreto postensadas son el esfuerzo de tensión en el concreto. Los efectos de las cargas debido a ruedas y postes, la reacción de la subrasante, la temperatura, contracción, fluencia y la fricción de la subrasante, todo esto son factores considerados uno a uno, y se aplica suficiente presfuerzo para mantener los esfuerzos de tensión dentro de los límites prescritos. El presfuerzo aplicado por los tendones complementa la resistencia a tensión por flexión permisible del concreto. Una consideración importante en el diseño es el número de repeticiones de carga que ocurrirán durante la vida de una estructura. Una losa postensada es cargada axialmente por tendones que usualmente corren en ambas direcciones. El postensado tiene una capacidad para comprimir la sección de concreto a un nivel de esfuerzo más grande que el que crearán las cargas aplicadas en tensión.

Construcción
Muchos de los requisitos para una losa postensada son similares a una losa de concreto reforzado. Dos variaciones de los requisitos de construcción son los siguientes: Puesto que la longitud de la losa es mucho más grande que una losa de concreto reforzado, los esfuerzos generados por la fricción en la subrasante pueden ser de mucha importancia. La losa necesita descansar en una superficie, lo que minimiza la fricción. La losa con frecuencia se cuela en un cimiento adecuado con una delgada capa deslizante de arena y una membrana plástica entre el concreto y el cimiento para lograr este requisito.

La aplicación oportuna de algún presfuerzo inicial sirve para controlar el agrietamiento por contracción inicial. La losa entera se contrae bajo el presfuerzo por deslizamiento. Hay que procurar la prevención del agrietamiento por esfuerzo tan pronto como sea factible para evitar la formación de grietas por contracción.
Referencia: Concrete Australia, vol. 34, No 3.

TUBOS
Daños externos en tuberías 3a. parte

Cuando el lado interno de los tubos de concreto no está dañado y tiene elevada densidad, las elevadas velocidades de flujo no provocan daños, mientras que no se transporten sólidos dentro del líquido, que conduzcan a la abrasión, con velocidades como 12 m/s, o mayores. Los tubos de concreto por regla se emplean para el transporte de líquidos por efecto de la fuerza de la gravedad a baja presión, de manera que no se presentan altas velocidades.

Cuando debido a la elevada velocidad se presentan escalones o agitaciones, el tubo debe ser diseñado como sistema a presión. El alcance de los daños por erosión depende si el agua fluye con nivel de llenado oscilante, como en tuberías de aguas pluviales. La Concrete Pipe Association of Australia propone limitar la velocidad máxima de flujo en tubos de concreto a 8 m/s. Esta limitación parece aceptable para desagües de aguas pluviales, que se construyen en línea recta.

Cuando hay aguas residuales con contenido ácido que fluye a través de la tubería, la velocidad de generación de daño en la superficie de concreto es más elevada que en la pared exterior de la tubería, el ataque se producirá sólo sobre la superficie humectada del lado interior del tubo.

Bajo determinadas condiciones los tubos de aguas residuales de concreto pueden estar expuestos a la corrosión por ácido sulfúrico (H2SO4), generado por bacterias. La presencia física de corrosión consiste en eflorescencias blancas sobre el nivel de las aguas residuales, que se tornan visibles. Posteriormente, se desarrolla la formación del daño con suma rapidez, en donde la superficie de concreto se degrada y se sueltan los agregados de la pasta de cemento endurecida. Los factores de influencia más importantes para la generación de H2S, son la acumulación de sedimentos, las temperaturas reinantes y la demanda biológica de oxígeno.

Cuando las aguas residuales contienen oxigeno insuficiente, las bacterias extraen oxígeno del azufre contenido en las aguas residuales, de la capa viscosa sobre la pared interior del tubo, la que conduce a la formación de sulfuros. El H2S desprendido a la atmósfera interior del tubo se absorbe en la humedad de la pared interior del tubo y por otras bacterias se oxida a H2SO4. El ácido generado se presenta de una forma reducida, pero tiene un valor pH bajo (valores medidos por debajo de 1,0) y es muy agresivo. Éste ataca el concreto fuera del nivel de aguas residuales. Cuando se emplean agregados resistentes a los ácidos, cuando se corroe la pasta de cemento endurecida, éstos caen hacia fuera. De esa forma queda al descubierto más pasta de cemento endurecido.

Bajo determinadas circunstancias, las propiedades hidráulicas en tuberías de aguas residuales en combinación con condiciones agresivas tienen gran influencia sobre la elección de las medidas de saneamiento apropiadas. Cuando el gas que se ha formado aguas arriba en una tubería de aguas residuales con reducida velocidad de flujo, se separa de las aguas residuales debido a un rápido incremento de la velocidad de flujo. El lado superior de la pared interior del tubo se corroe, mientras que las paredes laterales son atacadas tanto por corrosión como también por erosión, debido a que los componentes del concreto destruidos por la corrosión son disueltos por la elevada velocidad de las aguas residuales. Los daños aguas abajo en la tubería de alimentación, en la que las aguas residuales en el transcurso del día periódicamente se descargan en la tubería principal y durante estos periodos llenan la tubería de alimentación hasta la altura apropiada.

Cuando las aguas residuales en el transcurso de los ciclos de bombeo suben a la altura máxima de llenado, la erosión se concentra en este punto y forma, en lugar de un espesor de pared del tubo continuamente variable, un escalón en el concreto. Los daños pueden ocasionarse por ejemplo, en cervecerías o mataderos. El valor pH de las aguas residuales aquí generadas puede descender hasta 4,0. Con valores tan bajos, las bacterias que se encuentran en la capa viscosa producen sulfuros o mueren, o bien la formación de la capa viscosa se inhibe anticipadamente. c
Referencia: Mark G. Alexander, University of Cape Town, Sudáfrica A. M. Goyns, PIPES CC, Sudáfrica,
PHI International, 2, 1, 2008.