Estas propiedades se pueden usar individualmente o en combinación para describir al concreto de alto comportamiento. En esta acepción se reconoce que el comportamiento debería definirse en función no sólo de la resistencia, sino de otros atributos importantes para una aplicación dada. No es necesario que el concreto de alto comportamiento sea de alta resistencia. Sin embargo, y en términos generales, el concreto de alto comporta- miento se percibe como uno que posee una alta resistencia, gran durabilidad y/o una buena trabajabilidad.

CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA

Para el caso de aplicaciones estructurales la resistencia del material constituye un factor esencial. Si se puede aumentar la resistencia, las dimensiones de la sección transversal de los miembros estructurales pueden reducirse, así como la magnitud de la carga muerta.
Como resultado, el empleo de materiales de alta resistencia es muy recomen- dado para el diseño de cualquier estructura, sobre todo de una de concreto. En el curso de los últimos 20 años, con el advenimiento de los aditivos químicos y minerales para usarse en las mezclas de concreto, su resistencia ha aumentado de manera considerable.

En nuestros días no resulta extraño enterarse de que concretos de 70 MPa (710 kgf/cm 2 )se han usado en proyectos significativos en muchas partes del mundo. Por ejemplo, se ha utilizado concreto de alta resistencia para proyectos tan famosos como el edificio Two Union Square, en Seattle, Washington, en 1988 (135 MPa o 1370 kgf/cm 2 ); en las Torres Gemelas “Petronas ”, en Kuala Lumpur, Malasia, en 1998 (80 MPa o 810 kgf/cm 2 );en el puente Confederation, en Prince Edward Island, Canadá, en 1997 (60 MPa o 610 kgf/cm 2 ) y en la plataforma marina Hibernia, en New foundland, Canadá, en 1996 (69 MPa o 700 kgf/cm 2 ).

Sin la disponibilidad de concreto de alta resistencia hubiera sido imposible la construcción de estas estructuras. La introducción de superfluidificantes (reductores de agua de alto rango) y de aditivos minerales, sobre todo humo de sílice), constituye el factor más importante que ha posibilitado la producción económica de concreto de alta resistencia. Con los superfluidificantes se aumenta significativamente el revenimiento del concreto, desde alrededor de 70 mm hasta 200 mm, sin perder la cohesión de la mezcla. Por tanto, los superfluidificantes no sólo permiten que el concreto se coloque con poca o nula compactación, sino que también de manera más notoria permiten la producción de concreto con una disminución sustancial de la relación agua / cemento.

Se han usado relaciones agua/cemento de 0. 2 para producir concreto con una resistencia a la compresión del orden de 150 MPa (1500 kgf/cm 2). Recientemente, se reportó en Japón que un nuevo tipo de aditivo está en proceso de desarrollo para generar concreto con una relación agua / cemento de menos de 0. 15.
En la producción actual de concreto de alta resistencia se emplea una combinación de aditivos minerales, y entre los más comunes están el humo de sílice, la ceniza volante y la escoria de alto horno molida y granulada. Debido a que estos aditivos minerales son mucho más finos que el cemento Pórtland (con partículas hasta 100 veces más pequeñas), permiten mejorar el empacado de las partículas en el concreto. Si se curan adecuadamente, los aditivos minerales disminuyen la permeabilidad, con lo cual se inhibe la intrusión de materiales indeseables en el concreto.

En particular, se encuentran muchos artículos de investigación en las memorias de los Congresos Internacionales de Concreto de Alto Comportamiento patrocinados por el American Concrete Institute, así como en las memorias del Congreso Internacional sobre Ceniza Volante, Humo de Sílice, Escoria y Puzolanas Naturales en el Concreto patrocinado por el Canada Center for Mineral and Energy Technology (CANMET).

CARACTERÍSTICA DE RESISTENCIA AL FUEGO

Debido a que el concreto de alta resistencia está empacado más densamente con partículas finas que el concreto de resistencia normal, han surgido preguntas acerca de comportamiento ante la acción del fuego de estructuras hechas con concreto de alta resistencia, sobre el cual en diversos estudios se ha demostrado que pierde su resistencia a la compresión según aumenta la temperatura, con una rapidez superior a la correspondiente al de resistencia normal, y es susceptible a desconchamientos explosivos cuando se expone a temperaturas por arriba de 300 °C.

En pruebas de laboratorio recientes [8 ] hechas en especímenes de concreto de alta resistencia se evidenciaron fallas explosivas cuando se les somete a un calentamiento con temperaturas por encima de 400 °C. El 18 de noviembre de 1996 una sección de 52 km de largo del túnel a través del canal que conecta a la Gran Bretaña con Francia (Channel Tunnel) sufrió graves daños por el fuego. La resistencia a la compresión del revestimiento del túnel era de 100 MPa (1000 kgf/cm 2 ). Se estima que el calor subió entre 1000 °C y 1200 °C.
Para mejorar el comportamiento del concreto de alta resistencia bajo temperaturas elevadas se han ensayado varias técnicas, una de las cuales refiere a la aplicación de un recubrimiento resistente al fuego sobre la superficie del concreto, mientras otra implica el confinamiento del concreto de alta resistencia en tubos de acero con lo que se evitaría el desconchamiento explosivo.

Recientemente se realizaron pruebas de laboratorio en concretos de alta resistencia mezclados con fibras sintéticas, como filamentos de polipropileno. Las fibras sintéticas se derretirían al alcanzarse los 140 °C, considerablemente menor que la temperatura bajo la cual el concreto de alta resistencia empieza a desconcharse. Esta acción de derretimiento da lugar a conductos continuos para que escape el vapor hacia la superficie del concreto. Cuando la presión de poro se alivia de esta manera, se evita el desconchamiento. Así, al emplear emplean fibras, la trabajabilidad del concreto se reduce, sobre todo durante el proceso de bombeo.

Hace falta una mayor investigación para optimizar la cantidad y el tamaño de las fibras sintéticas usadas para disminuir la generación de presiones de poro y, al mismo tiempo, para mejorar la trabajabilidad del concreto.

CURADO

El curado adecuado del concreto es uno de los requisitos más importantes para obtener las propiedades estructurales deseadas y de durabilidad del concreto. Aun cuando se coloque un concreto de buena calidad en la obra, el curado es necesario para garantizar que el concreto proporcione un buen servicio a lo largo de la vida útil de la estructura. Un buen concreto puede arruinarse por la falta de procedimientos adecuados de curado, cuyas prácticas actuales se basan en resultados de investigaciones relacionadas con la generación de resistencia de los concretos convencionales.

La mayoría de los concretos de alta resistencia son fundamentalmente diferentes del convencional, pues los primeros contienen una baja relación agua/mate- riales cementantes (a/mc), así como uno o más aditivos químicos. Además, los aditivos minerales tales como el humo de sílice, la ceniza volante y la escoria molida se emplean comúnmente para lograr alta resistencia, baja permeabilidad, menor aumento de temperatura y economía.
Las mezclas de concreto con aditivos minerales, las cuales presentan una menor rapidez de reacción, necesitan tiempos más largos de curado para el desarrollo adecuado de resistencia, en comparación con el concreto de resistencia normal. Debido a que el concreto con humo de sílice es más vulnerable al agrietamiento por contracción plástica que el de resistencia normal a edades tempranas, las prácticas adecuadas de curado son necesarias para controlar la tendencia al agrietamiento.

Los superfluidificantes se usan típicamente para proporcionar trabajabilidad. Ya que la composición del concreto de alta resistencia difiere de la correspondiente a las mezclas convencionales, la características a edades tempranas de la pasta hidratante también serán distintas. Por tanto, las prácticas actuales de curado pueden no ser las óptimas para el concreto de alta resistencia.
El concreto con valores bajos de la relación a/mc desarrollará su resistencia mucho más rápidamente y se volverá impermeable mucho antes, en comparación con aquéllos con relaciones a/mc mayores. Ésta es una característica importante pues puede significar que la duración del curado se pueda reducir en función de la relación a/mc. Con base en esta consideración, Hilsdorf encontró que uno de los siguientes criterios debe aplicarse para establecer la duración mínima de curado:

La profundidad de carbonatación debe controlarse para garantizar que un ambiente alcalino rodee al acero de refuerzo. La duración mínima de curado para alcanzar una resistencia adecuada a la carbonatación depende del espesor del recubrimiento, de la vida de servicio deseada, de la relación entre el tiempo y la profundidad de carbonatación, y de la relación entre la permeabilidad del concreto y la carbonatación.

El criterio de permeabilidad se basa en la adquisición de un cierto nivel de impermeabilidad medido con un método específico de prueba. Una de las dificultades para aplicar el criterio de permeabilidad estriba en la selección del nivel crítico de impermeabilidad debido a que no hay conocimientos suficientes acerca de la relación entre los valores medidos de la permeabilidad y la durabilidad a largo plazo.

El criterio basado en el grado de hidratación se sustenta en que el concreto alcance un grado especificado de hidratación. En la actualidad existen datos suficientes para relacionar el grado mínimo de hidratación al final del periodo de curado con el comportamiento a largo plazo.

El criterio relacionado con la resistencia a la compresión implica alguno de los dos enfoques siguientes:

1. Concepto R1 1. Concepto R1 1. Concepto R1 1. Concepto R1 1. Concepto R1 – El concreto se cura hasta que alcanza una resistencia mínima especificada.

2. Concepto R2 2. Concepto R2 2. Concepto R2 2. Concepto R2 2. Concepto R2 – El concreto se cura hasta que la resistencia a la compresión en el lugar alcanza una fracción recomendada de la resistencia a la compresión especificada a los 28 días, de tal manera que en dicho lapso el concreto a una profundidad establecida alcance la resistencia especificada.

El concepto R1 ofrece la ventaja de que el uso de mezclas con bajas relaciones agua/cemento o que tengan un desarrollo rápido de resistencias tempranas pueden reducir la duración del periodo de curado.
Este criterio puede aplicarse cuando la durabilidad deba tomarse en cuenta.
El concepto R2 depende de la rapidez de generación de resistencia. Es independiente de la relación agua/cemento. Este concepto resulta adecuado cuando la resistencia estructural es importante. La noción básica es que el concreto debería curarse el tiempo suficiente para que la resistencia en el lugar a cierta profundidad por debajo de la superficie alcance la resistencia especificada usada para el diseño de la estructura.
Una vez concluido el curado, tiene lugar el secado de la superficie y la hidratación cesa cuando el contenido de agua de la capa superficial decrece por debajo de un valor crítico.

Cuando el frente de secado alcanza la profundidad establecida, la resistencia aumenta como resutado del secado mientras que la rapidez de hidratación disminuye. El objetivo es garantizar que las dos curvas de desarrollo de resistencia se crucen a una edad de 28 días o posterior.

Hilsdorf sugiere que el periodo de curado debería ser lo suficientemente largo como para que a 28 días la resistencia del concreto a la profundidad del primer lecho de refuerzo sea igual a la resistencia de diseño. La razón para este requisito es garantizar que la resistencia a la adherencia del acero de refuerzo alcance el valor supuesto en el diseño. Sin embargo, en la actualidad los datos son insuficientes para establecer la duración del curado que garantice que las dos curvas de desarrollo de resistencia se intercepten a la edad de 28 días.

CONCRETO AMBIENTALMENTE SUSTENTABLE

La demanda de concreto aumentó constantemente a medida que la población mundial creció rápidamente durante la última mitad del siglo XX. La demanda creciente se puede ilustrar a través del consumo mundial de cemento Pórtland. De acuerdo con la Revista Anual Mundial de Cemento (WCAR, por sus siglas en inglés), el consumo mundial de cemento ascendió a 1. 4 miles de millones de ton en 1995. La WCAR estimó que subiría de unas 1. 66 miles de millones de ton para el 2000, a aproximadamente 1. 84 miles de millones de ton en 2005 y a 1. 95 miles de millones de ton en el 2010.
La producción de cada ton de cemento Pórtland contribuye con cerca de una ton de bióxido de carbono (CO 2 )que se emite a la atmósfera. Cerca de la mitad de dichas emisiones se deben a la calcinación de piedra caliza y la otra parte se origina con la combustión de combustibles fósiles. En la actualidad, la producción en el nivel mundial de cemento equivale a cerca de

7%de la generación total mundial de CO 2 . Esta proporción se espera que permanezca constante durante la próxima década. El aumento de las emisiones de CO 2 hacia el medio ambiente terrestre es un asunto realmente preocupante para todos los habitantes del planeta. Durante los últimos cien años el “efecto invernadero ”ocasionó un aumento en el calentamiento global de 4 °C. Por tanto, sin la disminución de las emisiones de CO 2 podría ser inevitable un desastre ambiental.
Los pronósticos actuales estiman que la población mundial aumentará de seis mil millones hoy día a nueve mil millones en 2050 y a 11 mil millones hacia finales de este siglo. A medida que crece la población la demanda de la nueva infraestructura para las zonas industriales y urbanas en los países en desarrollo, así como la renovación de la infraestructura existente y de aquella en proceso de deterioro en los países desarrollados tendrán un aumento sustancial.

Para numerosas aplicaciones estructurales el concreto se convertirá indudablemente en el material preferido debido a su bajo costo y a su fácil disponibilidad. La pregunta a la que se enfrenta la industria del concreto es:“¿será capaz de satisfacer el reto de proteger la calidad del medio ambiente y a la vez proyectar al concreto como el material de construcción preferido?”
La demanda creciente para el desarrollo de infraestructura implicará un aumento enorme en la producción de cemento Pórtland. La construcción de nuevas plantas de cemento indudablemente aumentará las emisiones de CO 2, mientras la construcción de nuevas plantas termoeléctricas de gran capacidad producirá grandes cantidades de cenizas volantes y de escoria de calderas, las cuales no están siendo recicladas de una manera signi- ficativa. De acuerdo con Manz, 550 millones de ton de cenizas de carbón se produjeron en todo el mundo en 1992 y de ellas sólo 35 millones de ton se usaron como puzolana por las industrias del cemento y del concreto, lo cual representa 7%de toda la cantidad de ceniza disponible. La producción anual actual de ceniza de carbón en todo el mundo se estima que alcance los 715 millones de ton, de las cuales cerca de 500 millones son generalmente adecuadas para utilizarse como puzolanas.
El uso anual a escala mundial de la ceniza volante por las industrias del cemento y del concreto es de cerca de 38 millones de ton, lo cual es muy bajo. La producción mundial anual de escoria de alto horno es de 110 millones de ton. Sin embargo, la utilización de escoria es muy baja, como sucede con la puzolana debido a que en muchos países sólo una pequeña parte de la escoria se procesa como material cementante. Por tanto, se desperdician recursos cementantes potencialmente valiosos.
Los efectos benéficos derivados del uso de ceniza volante y de escoria están bien documentados. Las investigaciones demuestran que el empleo de ceniza volante y de escoria en mezclas de concreto no solamente está disminuyendo el consumo de energía y la emisión de CO 2, sino que también representa una manera rentable de mejorar la durabilidad y de minimizar el agrietamiento por temperatura.

La mezcla de concreto superfluidificado que contiene entre 60%y 70%de ceniza volante o de escoria de alto horno como proporción en volumen del material cementante total ha denotado una alta resistencia y gran durabilidad a una edad relativamente temprana. Así, la sustitución a gran escala del cemento en el concreto por subproductos industriales y por otros materiales puzolánicos resultará sumamente ventajosa desde el punto de vista de economía, eficiencia energética, durabilidad y desarrollo sustentable.

RECICLAJE DEL CONCRETO

El uso de agregados obtenidos de los desechos de demolición de estructuras deconcreto brinda una gran oportunidad para conservar recursos naturales no renovables. En muchas partes del mundo se han agotado los bancos naturales de agregados y el transporte de agregados en grandes distancias puede resultar mucho más costoso que el uso de agregados de bajo costo reciclados localmente. De este modo, se estima que la generación anual mundial de escombros de concreto y de mampostería producto de demoliciones es del orden de mil millones de ton.

En la actualidad, sólo pequeñas cantidades de agregados se obtienen del reciclado de concreto y de mampostería. Los escombros se pueden procesar de tal manera que pueda usarse para sustituir al agregado natural en el concreto. Una de las razones principales para no utilizar agregado reciclado para concreto es que resulta más poroso que el agregado natural. Por tanto, para lograr un cierto grado de trabajabilidad, la cantidad de agua para preparar concreto fresco tiende a ser alta y como resultado las propiedades mecánicas del concreto endurecido se ven afectadas de manera adversa. En un estudio se indica que este problema puede resolverse mediante el uso de aditivos reductores de agua y de ceniza volante como parte del concreto . Hace falta más investigación para desarrollar lineamientos que permitan el uso de concretos mezclados con agregados reciclados.

REFERENCIAS

*National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, Maryland, USA Presentado en el Congreso Internacional ACI- IBRACON,
25-27 de abril de 2004,
Sao Paulo, Brasil

CONCLUSIONES

El concreto es el material de construcción hecho por el hombre que más se usa. Se piensa en términos generales que las estructuras de concreto son durables y proporcionan una vida útil de 50 o más años con poco o nulo mantenimiento. Durante el último cuarto del siglo XX observamos muchas evidencias del deterioro prematuro de estructuras de concreto. Al mismo tiempo, la sociedad ha exigido estructuras no contaminantes para lograr un desarrollo sustentable.
Es un reto enorme para esta industria producir concretos más durables y más económicos, y al mismo tiempo, minimizar el impacto ambiental.
La industria del concreto debe buscar la forma de mejorar las propiedades del material como pueden ser la resistencia, la durabilidad y la facilidad de colocación y en paralelo apoyar las metas de sustentabilidad. En especial, la industria debería establecer como metas las siguientes:

Es evidente que la industria del concreto se enfrenta al reto de ponerse al frente del desarrollo futuro de tal manera que proteja al medio ambiente, y al mismo tiempo, proyecte al concreto como el material de construcción preferido en el siglo XXI.