Posibilidades del concreto

A G R E G A D O S_ P A R A_ E L_ C O N C R E T O

Arcilla expandida para hacer concreto

La arcilla expandida klinkerizada es un agregado inerte y ligero producido industrialmente que reemplaza con ventajas tecnológicas a los agregados naturales en la elaboración de concretos estructurales y aislantes para la industria de la construcción. Conocido y utilizado desde la antigüedad, su fabricación industrial se inicia en la década de 1910; utilizándose desde entonces con amplia difusión a nivel mundial. Por lo general, el proceso productivo utiliza arcillas naturales seleccionadas y adecuadamente tratadas, que alcanzan en hornos rotatorios a altas temperaturas un estado piroplástico, obteniéndose así un agregado ligero inerte formado por pellets. Éstos se caracterizan por tener una estructura interna celular encerrada por una corteza ceramizada (sumamente dura y resistente) con ph=7, por lo que no contiene sustancias químicamente activas; razón por la cual no existen riesgos de reacción álcali-agregado ni otro tipo de reacción indeseable con los otros componentes empleados en la mezcla.
Esta estructura celular, encapsulada en una cubierta cerámica klinkerizada, le brinda al material características de ligereza, resistencia mecánica y aislamiento térmico; confiriendo a los concretos una excelente relación entre peso propio y capacidad estructural. En general, la sustitución del agregado tradicional por este material, permite que se garanticen similares niveles de resistencia a la compresión con aproximadamente un 30% de menor peso.
Las características físico-químicas de los pellets de arcilla expandida, le confieren a estos concretos condiciones especiales, que los hacen especialmente aptos para diversos usos constructivos como puede ser la fabricación de premoldeados y pretensados. Por el bajo revenimiento y excelente trabajabilidad, facilitan el perfecto llenado de moldes y cimbras, así como la adherencia al acero de presfuerzo. Igualmente, su menor peso final permite un considerable ahorro; permitiendo que se transporten en el mismo camión hasta un 30% más de piezas equivalentes, con un costo total similar.
Por su parte, los concretos estructurales permiten lograr dosificaciones de igual resistencia a la compresión que las obtenidas con agregado triturado o con canto rodado, con reducción en el peso propio y menores costos de mantenimiento de plantas y equipos de transporte. Sobre la resistencia al fuego, debido a su alta estabilidad dimensional y baja conductividad térmica, los concretos ligeros hechos con arcilla expandida protegen con eficiencia al acero de refuerzo de las altas temperaturas; de hecho se reconoce su empleo para la construcción de estructuras con riesgo de incendios. Diversos estudios han demostrado que estos concretos son más eficientes en este aspecto que los de peso normal para una misma resistencia a la acción del fuego. En general, bajo la acción del fuego los concretos ligeros elaborados con arcilla expandida son más estables, más resistente al paso de llamas, gases y vapores, y mejores aislantes térmicos. Asimismo, la estructura celular de la arcilla expandida permite que las terminaciones elaboradas con este material amortigüen las vibraciones propagadas por el medio ambiente y por vía de impacto, al degradar su energía. Por otro lado, están constituidos por arcilla expandida de granulometría de 0-3 mm, cemento y agua, sin la incorporación de arena. La estructura interna abierta de este contrapiso le confiere alta capacidad de aislamiento térmico, no degradable en el tiempo. Es por lo tanto es recomendable su empleo para entrepisos y capas de nivelación, así como para pendiente en terrazas y azoteas expuestas. Además permiten el tránsito peatonal a las 24 horas de colocado.

Referencia: Milanino, J. (Ex Presidente de Arcillex S.A), “Hormigones con arcilla expandida: resistentes, livianos y aislantes”, en Hormigonar, Revista de la Asociación Argentina del Hormigón Elaborado, Año 2, No. 4, 2004.

C A R B O N A T A C I Ó N __ D E L_ C O N C R E T O

Interrelación entre el pH y el proceso de carbonatación en el concreto reforzado

La durabilidad de las estructuras de concreto reforzado radica en la capacidad que tiene el material tanto para evitar el ingreso de agentes agresivos como el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono, y los cloruros, como para soportar ciertas concentraciones sin ver comprometida su integridad.
En el caso del dióxido de carbono (CO2) y los cloruros, uno de los parámetros para evaluar dicha capacidad está dado por el valor del pH del agua del poro del concreto. A mayor pH se requiere, en el caso de la carbonatación, mayor cantidad de CO2 para carbonatar el concreto y, en el caso de la corrosión por cloruros, mayor concentración de cloruros para iniciar la corrosión del acero de refuerzo. Cabe decir que la carbonatación del concreto puede afectar el pH del agua del poro. Este fenómeno se debe a la reacción de los productos del cemento hidratado con el CO2 presente en la atmósfera. Como resultado de esta reacción, el pH de la solución del poro puede descender desde unidades mayores a 12.5 hasta aproximadamente 8. Bajo estas condiciones, el acero de refuerzo pierde su estado pasivo y se torna vulnerable a la corrosión.
El método más común para determinar la profundidad de carbonatación en concreto es usando un indicador ácido-base de color (solución de fenolftaleína) rociada sobre una superficie recién expuesta del concreto. Sin embargo, esta técnica sólo indica un valor aproximado de pH, indicando cuando el concreto tiene un pH menor de 8.2 o mayor de 10.0. Como este indicador es sólo una aproximación, es deseable una forma más precisa de determinar el pH. El método denominado Lixiviación In-Situ (LIS), puede ser usado para estudiar el pH inicial de la solución del poro y los cambios debidos a la carbonatación, ofreciendo una información más precisa que la prueba de la fenolftaleína.
En este texto se exponen las experiencias de una aplicación del LIS, en cuyo estudio se utilizaron especímenes obtenidos de cilindros de concreto preparados con cementos puzolánicos. Los especímenes, respecto a los materiales se prepararon de acuerdo a las normas ASTM y las mezclas se diseñaron de acuerdo al procedimiento del ACI. En una investigación paralela se evalúa el comportamiento frente a la corrosión de barras de refuerzo en concreto carbonatado. Se elaboran, con las mismas mezclas, especímenes prismáticos de concreto, reforzados con dos barras de refuerzo paralelas (del #3) que sobresalen de la cara superior. Las barras de refuerzo fueron coladas con una separación de 50 mm en los especímenes, mientras que un electrodo interno de referencia se embebe en su centro. Después de desmoldados, los especímenes fueron puestos a madurar bajo condiciones de laboratorio por más de un año, antes de que fueran expuestos a un ambiente rico en CO2 (4%) con el fin de acelerar el proceso de carbonatación.
Para obtener la concentración de CO2 y la humedad relativa (HR) deseada dentro de la cámara, fue usada una mezcla de flujo de CO2 puro y aire a 2 diferentes niveles de humedad. Para determinar el pH del agua del poro del concreto antes de la carbonatación, se usaron cilindros de concreto de control. En resumen, los resultados antes de la carbonatación mostraron un pH dependiente de la cantidad de cemento usado como material cementante para mezclas con las mismas características. El valor del pH final después de la exposición a la carbonatación acelerada fue menor conforme menor cantidad de cemento se utilizó como material cementante. Los resultados son correlacionados con el inicio de la corrosión en pruebas paralelas, para evaluar el balance entre las propiedades mejoradas del concreto y la susceptibilidad a la corrosión inducida por la carbonatación en
cementos mezclados.
Referencia: Moreno, E. I., “Determinación del pH de la solución de los poros de concreto después de un proceso acelerado de carbonatación”, en Ingeniería, Revista Académica de la FI-UADY, 10-3, pp.5-12, 2006.

R E S I S T E N C I A_D E L_C O N C R E T O

Influencia de las características geológicas del agregado grueso en la resistencia del concreto

La explotación de rocas ígneas, metamórficas y depósitos aluviales para concretos y pavimentos es muy común. Se exponen aquí los resultados de un estudio en el que se evalúa el desempeño como agregado grueso en el concreto, del material extraído en cinco canteras de Medellín, Colombia: CC-ig y SR-ig (roca ígnea), CON-sed y AN-sed (roca sedimentaria) e IND-met (roca metamórfica). Se presentan las comparaciones en resistencia a compresión a edades de 3, 7, 28 y 101 días; durabilidad y análisis petrográficos entre concretos de 28 MPa de diseño, hechos con cemento Pórtland tipo I y agregados de las cinco canteras. La evaluación de durabilidad fue hecha comparando testigos elaborados con materiales de cada cantera después de 28 días de curados.
Los resultados exhiben que a los 28 días, los cilindros realizados con los materiales de las dos canteras de roca ígnea (CC-ig y SR-ig) presentaron las mayores resistencias, los elaborados con roca metamórfica (IND-met) presentaron valores intermedios y los fabricados con las muestras de roca sedimentaria (AN-sed y CON-sed) los más bajos. Por lo anterior, analizando los resultados de este estudio, se verifica la influencia de la resistencia, rigidez y dureza del tipo de roca, en las propiedades del concreto, propiedades que están en orden decreciente al comparar rocas ígneas con rocas metamórficas y con materiales sedimentarios no consolidados. Posterior a los 28 días los cilindros siguen aumentando la resistencia, excepto los elaborados con el material de CC-ig que por sus características físico-mecánicas llegan a su valor límite. Las resistencias a 101 días mostraron como los mejores concretos a los que contenían rocas de SR-ig (roca cristalina y poco fracturada), y los menos convenientes a los fabricados con la roca metamórfica de IND-met, perjudicada por su foliación.
Los cilindros elaborados con sedimentos provenientes de AN-sed dieron los menores valores de resistencia en todas las edades de falla y en todos los ensayos; esto puede ser resultado del mayor contenido de fracción fina (limo y arcilla), de su mayor grado de meteorización y de la heterogeneidad de los materiales. En comparación con los cilindros con materiales de CON-sed se encontró, mediante la petrografía, que estos desarrollan mayor adherencia y menor porosidad que los fabricados con materiales provenientes de AN-sed.
Los cilindros elaborados con agregados de CCig presentaron mejor estabilidad ante los agentes agresores que los de SR-ig. La variación en el tiempo del peso de los materiales de las canteras de depósitos aluviales y roca metamórfica, por el ataque de los productos químicos, fue muy similar. Adicionalmente, se observó que una mayor concentración de sulfato de sodio no implica un mayor aumento de peso. Esta característica está influenciada principalmente por la presencia de poros en el concreto.
De los cilindros elaborados con agregados de las tres canteras sometidas a soluciones de químicos al 10%, los de IND-met presentaron el mejor comportamiento en relación entre las resistencias promedio de los cilindros comparado con los de curado normal a 101 días. Esto debido al grado de meteorización de los agregados de las otras dos canteras, que los hacen más susceptibles al ataque químico. Las muestras con menores resistencias presentaron en los análisis petrográficos, mayor cantidad de poros en la pasta y reacción entre la pasta y los agregados.
A partir de los resultados de resistencia a la compresión y durabilidad de las muestras analizadas, no se descarta ningún material usado, pero sí se pueden establecer claras diferencias entre los concretos elaborados con los materiales pétreos de las diferentes canteras.
Referencia: Tobón, J. I.; Ángel, E.; Gómez, V., “Comportamiento de concretos elaborados con diferentes áridos de los alrededores de Medellín”, en DYNA, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Vol. 74, N.152, mayo/agosto 2007.

C O N C R E T O S _E N D U R E C I D O

Métodos para determinar la resistencia del concreto 1a. parte

El método estándar para evaluar la calidad del concreto en edificios o estructuras consiste en ensayar simultáneamente especímenes de concreto a la compresión, flexión y tensión. Las principales desventajas de este método se ubican en que los resultados no se obtienen de forma inmediata, a que el concreto en los especímenes puede diferir del de la estructura y a que las propiedades de resistencia de un especimen dependen de su forma y dimensiones. Medir de forma directa la resistencia del concreto estructural, implica esfuerzos destructivos en la construcción, razón por la que han sido desarrollados varios métodos no destructivos
de evaluación. Estos métodos se sustentan en que ciertas propiedades físicas del concreto están relacionadas con la resistencia, y pueden ser medidas por métodos que no comprometan la integridad estructural de la edificación. Estas propiedades incluyen la dureza, resistencia a la penetración de proyectiles, así como la capacidad de respuesta y transmisión del pulso ultrasónico y rayos X. El propósito de este resumen se ubica en describir brevemente estos métodos, destacando sus ventajas y desventajas.
Ensayos de penetración: La Pistola de Windsor es generalmente considerada como el mejor medio de ensayo por penetración. Se trata de una pistola de perforación que accionada por pólvora, intenta hacer penetrar en la masa de concreto endurecido un dispositivo de 6.5 mm de diámetro y 8.0 cm longitud. Posterior al proceso de penetración (por disparo) se mide la profundidad, la cual sin dudas, constituye un importante indicador de la resistencia a la compresión del material. Los resultados de esta prueba son variables, por lo que no debe ser considerara para la obtención de valores exactos de la resistencia del concreto a la compresión; sin embargo sirve como medio rápido de control de calidad y madurez del concreto en obra, proporcionando además un importante medio de evaluación del desarrollo de resistencia con el curado.
Esclerometría: El número esclerométrico es un indicador de la dureza superficial de la masa de concreto endurecida, mediante el cual es posible establecer correlaciones empíricas respecto a los valores de resistencia a la compresión. Las mediciones se desarrollan con el instrumento conocido como esclerómetro o martillo de Schmidt, que pesa alrededor de 1.8 kg. El esclerómetro, no es más que un martillo de masa controlado por un resorte que se desliza como un émbolo dentro de una cubierta tubular. Durante el desarrollo de las mediciones, el martillo es golpeado por la acción del resorte contra la superficie del concreto, midiéndose entonces a escala la distancia del rebote.
El esclerómetro proporciona un método económico, simple y rápido para obtener un indicador de la resistencia del concreto; pero la precisión de ±15 a ±20 % es únicamente aplicable para los especímenes curados y probados en condiciones similares a los que se consideraron para el desarrollo de las curvas empíricas de correlación. Asimismo, factores como el grado de carbonatación de la superficie, tipo de cemento y de agregado grueso, niveles de humedad en el concreto y las características superficiales del concreto, pueden alterar de manera representativa la correlación de referencia.
Ensayos de adherencia: Un ensayo de adherencia mide, a través de un dispositivo hidráulico especial, la fuerza necesaria para extraer un aditamento de acero con un ensanchamiento de su sección transversal en uno de sus extremos que previamente durante el colado, se ha dejado embebido con una profundidad de 7.6 cm en la masa de concreto. Durante la extracción de referencia, el concreto se ve sometido a esfuerzos simultáneos de tensión y cortante, sin embargo la fuerza aplicada estará muy relacionada con la resistencia del concreto a la compresión. Aunque los ensayos de adherencia no miden el esfuerzo en el interior del concreto, ofrecen información sobre la madurez y el desarrollo de resistencias en una parte representativa de este. Estas pruebas tienen la ventaja de medir cuantitativamente la resiste ncia del concreto in situ. Su principal desventaja radica en que tienen que ser planificadas con antelación y dispuestos en la cimbra antes de que el concreto sea colocado, además de que posterior al ensaye quedan algunos daños menores.
Referencia: Feldman R. F., “CBD-187. Non-destructive testing of concrete”, en National Research Council Canada, www.nrc-cnrc.gc.ca