Posibilidades del concreto

M A T E R I A L E S_ A L T E R N A T I V O S

Cementantes alternativos para el concreto

Siendo la producción de cemento la responsable de aproximadamente el 4% de la producción industrial de gases de invernadero, y en pro de generar materiales alternativos, en este apartado se presentan los resultados de una investigación dirigida a desarrollar cementantes que sean una alternativa ambientalmente sostenible en la construcción civil. En la investigación quedó determinada la resistencia a la compresión y el comportamiento reológico en estado fresco de mezclas de concreto desarrolladas con escoria activada en ambientes alcalinos y sulfatados. Se usaron mezclas de pasta sin ningún tipo de agregado, con una relación agua/cementante (a/ce) de 0,30. Una vez preparadas las mezclas fueron colados cubos de 50 mm de lado para ser ensayados a 7 y 28 días; por cada edad se ensayaron 3 muestras. A las 24 horas de colados se desmoldaron y se procedió a mantenerlos en condiciones controladas de humedad y temperatura hasta el día del ensayo.
Para el desarrollo del estudio fueron definidas cinco mezclas mediante un proceso de optimización experimental de la resistencia a compresión. Las mezclas fueron realizadas con cementantes hechos parcial o totalmente con residuos industriales como: escoria granulada de alto horno; escoria básica del proceso de purificación del acero mediante la inyección del oxígeno; polvo del horno de cemento y partículas de láminas de yeso resultantes de procesos de demolición de viviendas.
Para determinar la mejor combinación de los anteriores materiales se realizaron 32 mezclas distintas, obteniéndose en algunos casos curvas de respuesta para la resistencia a la compresión a los 7 y 28 días. La determinación de las propiedades reológicas de las mezclas optimizadas se realizó sobre muestras de concreto utilizando un reómetro tipo ICAR y agregados de origen pétreo. El diseño de todas las mezclas se realizó para un metro cúbico de concreto a partir de las densidades de los materiales constituyentes, se utilizó un contenido fijo de cementante para todas las mezclas igual a 400 kg/m³ y una relación a/ce de 0,49. Una vez fabricadas las mezclas se midieron las propiedades reológicas dentro de los 10 minutos siguientes. Adicionalmente, se determinó el revenimiento mediante el cono de Abrams como medida de comparación. Los resultados del estudio arrojaron que: Las mezclas elaboradas con bajos contenidos de cemento y con cementantes alternativos extraídos de subproductos o de residuos industriales obtuvieron adecuados valores de resistencia a la compresión.
Las mezclas elaboradas sólo con materiales alternativos (sin incluir Cemento Pórtland), obtuvieron resistencias menores. Sin embargo, su empleo se puede limitar a aplicaciones como estabilización de suelos, rellenos industriales, terraplenes y cimentaciones.
La inclusión de escoria básica del proceso de purificación del acero mediante la inyección del oxígeno produce una mejora en la trabajabilidad ya que disminuye el esfuerzo de fluencia y aumenta la viscosidad de la mezcla; sin embargo, aumenta el sangrado.
En general, el revenimiento mediante el cono de Abrams, a pesar de ser el método más utilizado a nivel mundial, no presenta una buena correlación con las propiedades físicas del flujo de las mezclas ensayadas.
Se concluye que las resistencias y la trabajabilidad de las mezclas compuestas de Cemento Pórtland y residuos industriales son adecuadas para una cantidad importante de aplicaciones en la construcción. Sin embargo, para las mezclas formadas completamente por residuos industriales se presentó una importante disminución en la resistencia a la compresión y quedó en evidencia el gran potencial para determinadas aplicaciones.

Referencia: Lizarazo Marriaga, J.M., (Universidad Nacional de Colombia); Claisse, P. (Oxford University, UK), “Resistencia a la compresión y reología de cementantes ambientalmente amigables”, en Ingeniería e investigación, Universidad Nacional de Colombia, Bogota, vol. 29, núm. 2, agosto del 2009.

 

R E L L E N O_F L U I D O

Mejoramiento de terrenos de apoyo a pavimentos

El Relleno Fluido (RF) es un material de origen cementicio homogéneo que en estado fresco fluye como si fuera un líquido, sin segregar ni sangrar, transformándose, endurecido, en una estructura estable que soporta cargas como si fuera un sólido. Se caracteriza por ser un buen material cuyo destino principal es el reemplazo de suelo compactado en el relleno de zanjas, bases de pavimentos y cavidades de difícil acceso que requieran ser rellenadas.
Los suelos, que son utilizados habitualmente para el relleno de zanjas y excavaciones, deben ser compactados en capas a través de una energía mecánica de compactación y de una humedad óptima; para así evitar los asentamientos continuos, posteriores a su ejecución.
En cambio el RF presenta una fluidez específicamente diseñada para permitir el relleno total de las cavidades de una excavación, logrando por sus características específicas las mejores condiciones de valor soporte sin necesidad de compactación alguna.
En la práctica, el desarrollo de bases de mejoramiento de losas de pavimentos, no se concibe según lo dispuesto debido a las dificultades de conseguir materiales adecuados, así como a la imposibilidad de lograr los niveles de compactación y de uniformidad necesarios en todas las capas; como una consecuencia del ineficiente control de ejecución. Lo anterior trae como consecuencia asentamientos diferenciales importantes y deformaciones que pueden ocasionar el hundimiento de los pavimentos, con los consiguientes problemas al tránsito circulante y los altos costos de reparación necesarios. Entre las más importantes ventajas de los RF pueden citarse:
Que escurre en todas direcciones por ser un producto fluido, rellenando la totalidad de los vacíos, sin necesidad de aplicar energía mecánica que pueda deteriorar posibles conducciones en la excavación.
Sus características mecánicas se pueden predecir a lo largo de su vida útil por ser un material cementicio; producto de la tecnología del concreto premezclado.
Se pueden diseñar con la capacidad portante adecuada, para poder ser removidos fácilmente durante operaciones de mantenimiento.
Características
Las empresas proveedoras de concreto elaborado tienen diseños específicos, con diferentes contenidos de cemento que oscilan entre los 60 y 250 kg/m³, según los requerimientos y tipo de utilización en cada proyecto.
Las propiedades mecánicas del RF corresponden con las propiedades de los suelos. Se elaboran a partir de los materiales y el equipamiento utilizado en el concreto elaborado; sin embargo una vez que se pone en servicio, presenta las características propias de los suelos.
La fluidez es la propiedad que distingue a este material de los otros empleados para rellenos. Permite que los materiales sean autonivelantes, que fluyan, rellenen huecos y sean autocompactables sin necesidad de emplear equipos en la colocación y compactación. Los RF diseñados adecuadamente no deben presentar segregaciones, sangrado ni contracciones de volumen; sin embargo, presentan una leve expansión luego del fraguado.
Las resistencias medias a la compresión a 28 días del RF más comunes del mercado, se encuentran entre 0,3 MPa y 5,0 MPa, valores semejantes a los hallados en un suelo bien compactado. Asimismo, con el aumento en el
contenido de cemento, se pueden lograr resistencias a la compresión superiores a 8.0 MPa.
En lo que respecta a los valores soportes a 56 días para los diseños empleados en el relleno de base, los valores oscilan entre 60% y 130% Por su parte, la densidad, según los materiales que se emplean en la fabricación de la mezcla, varía entre 1350 kg/m³ y 1700 kg/m³.

Referencia: Martínez, V. A., “Rellenos fluidos o de densidad controlada: Una solución innovadora para inconvenientes en la construcción” en Hormigonar, Revista de la Asociación Argentina del Hormigón Elaborado, noviembre de 2003.

 

D U R A B I L I D A D

Especificaciones de desempeño para el concreto durable

Resulta primordial para la industria del concreto desarrollar y potenciar, en lo posible, la aplicación de especificaciones de desempeño.En este trabajo se expone el resultado de la revisión de algunas normas y especificaciones del concreto en varios países y se proponen los pasos iniciales por modificar la práctica actual.
A diferencia de una especificación prescriptiva que define a la mezcla de concreto por sus componentes y proporciones, una especificación de desempeño define al concreto por sus niveles de plasticidad y dureza; mismos que garantizan ciertos criterios de comportamiento del material. La diferencia entre ambas puede definirse a través de la Durabilidad. Con las especificaciones prescriptivas, puede lograrse un concreto durable, donde además de los componentes y las proporciones de la mezcla, se pueden establecer las tecnologías de construcción que se sigan en la obra.
La especificación de desempeño ideal se define como un conjunto de instrucciones claras, medibles, y ejecutables que corrigen los requisitos funcionales del concreto endurecido y evitan las exigencias de los medios, métodos, materiales componentes y proporciones. Por ejemplo: el único requisito para una columna interior de un edificio dónde la durabilidad raramente es un problema, podría ser la resistencia mínima a la compresión. En cambio, en una losa de puente se podrían incluir entre otros requisitos de durabilidad, además de la resistencia mínima, la baja permeabilidad, la resistencia al desgaste y la mínima abertura de fisuras. Por supuesto, la comprobación de estos requisitos funcionales requerirá que se definan los estudios y criterios de aceptación, necesarios para la precalificación de la mezcla de concreto antes y después de su colocación. En lugar de una lista de componentes de una mezcla típica para una especificación prescriptiva, se requiere para una especificación de desempeño, una certificación de que la mezcla satisface los requisitos de especificación y que además cumplen con los ensayos de precalificación correspondientes.
Adicionalmente, un sistema de especificación de desempeño deberá incluir:
• Un sistema de calificación/certificación que establezca los requerimientos de las plantas de producción de concreto (control de calidad y mano de obra).
• Productores y contratistas que garanticen que la mezcla sea correctamente fabricada, transportada y colocada.
• Suficiente flexibilidad para permitir al productor proporcionar una mezcla que cumpla con los criterios de desempeño y con los requerimientos del contratista.
• Requisitos para la aceptación de las pruebas de campo, necesarios para verificar que el concreto cumpla con los criterios de desempeño, así como las instrucciones necesarias para la toma de acciones en el caso en que dichos criterios no se hayan cumplido.
En la práctica el proyectista no suele definir las condiciones de exposición en las especificaciones de proyecto, por lo que el contratista o proveedor del concreto deberá inferir los requisitos de durabilidad, lo cual constituye una contradicción que obstaculiza la integración entre los equipos de proyecto y de construcción.
En códigos de Australia, Nueva Zelanda, Canadá, Sudáfrica y la Unión Europea se definen las condiciones de exposición por región específica en función de la durabilidad. Adicionalmente, en Australia, Nueva Zelanda y Canadá se establecen especificaciones que se sustentan en criterios de desempeño. En resumen, un acercamiento a los tipos de exposición sería un primer paso para adoptar especificaciones sustentadas en criterios de desempeño para las versiones futuras de cualquier código actual, tal y como lo asumen códigos como los de Australia, Nueva Zelanda y Canadá. En revisiones posteriores, después de haber clasificado el tipo de exposición, sería más fácil agregar las especificaciones de desempeño y eliminar algunas de las prescriptivas. c

Referencia: Bickley, J.A.; Otón, R.D.; Hover, K.C., “Performance especifications for durable concrete. Current practice and limitations”, en Concrete Internacional, septiembre de 2006.

 

R E S I S T E N C I A

El origen de los agregados en la resistencia del concreto

La resistencia a la compresión del concreto es el principal parámetro utilizado para medir la calidad de este material. Desde que el concreto se empezó a utilizar como material estructural se encontró que la relación entre el agua y el cemento tiene una gran influencia en su resistencia. Estudios posteriores mostraron que la combinación óptima entre los agregados gruesos y finos, buscando la mayor compacidad entre éstos, también era un factor que afecta a la calidad del concreto. Además de las propiedades inherentes del material, los principales factores que afectan la resistencia del concreto a la compresión son:
el curado inicial, el tamaño del especimen de ensaye (y su esbeltez), la velocidad de aplicación de la carga, el estado de humedad y el cabeceo.
A continuación se exponen los resultados de un estudio de evaluación de la resistencia del concreto en función de la variación paramétrica de las relaciones agua-cemento (a/c) y grava-arena (g/a). Para el desarrollo del estudio, elaborado por la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán, se emplearon materiales calizos comunes en la Península de Yucatán, provenientes de diferentes bancos de origen. En este estudio referencial fue desarrollado un diseño factorial en el que la variable dependiente fue la resistencia a la compresión del concreto y las variables independientes fueron: (i) la relación a/c en peso, que se varió en cuatro niveles (0.4, 0.5, 0.6, y 0.7), (ii) la relación g/a en volúmenes absolutos, en la que también se variaron cuatro niveles (0.82, 1.00, 1.22 y 1.50) y (iii) el banco de origen de los agregados, que se hizo variar en 6 modalidades, todas asociadas a diferentes canteras de extracción y trituración de roca caliza en la Península de Yucatán.
El diseño factorial permite evaluar los efectos individuales de cada variable independiente sobre la variable dependiente; así como los efectos combinados de las variables independientes. De ahí que, en este estudio se evaluaron dos tipos de efectos en la resistencia del concreto: los efectos principales, que son los que producen cada una de las variables independientes, y los efectos de la interacción entre dos o más variables independientes. Al combinar todos los niveles de las variables independientes se formaron 96 grupos diferentes, cuyo orden de realización y de observación fue aleatorio. Para cada estudio se utilizaron especimenes de forma cilíndrica con dimensiones de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura. Las probetas se fabricaron, curaron y ensayaron a compresión siguiendo la normativa ASTM.
Los factores que permanecieron constantes durante el desarrollo del experimento fueron: el procedimiento de compactación (varillado), la edad en que las probetas fueron ensayadas a la compresión (28 días), el procedimiento de curado de las probetas (curado estándar por inmersión), el tipo de cemento (cemento CPC 30, equivalente al ASTM Tipo I), el uso de los mismos equipos durante los trabajos de pesado, mezclado, cabeceado y ensaye a compresión, y el empleo del mismo personal técnico de laboratorio.
En el estudio se demuestra que el análisis factorial de varianza de la resistencia del concreto es una buena alternativa para el estudio de los materiales, ya que analiza los efectos independientes e interactivos que ejercen las variables independientes, en este caso las relaciones a/c y g/a, y el banco de agregados. En general, dentro del contexto del estudio, se encontró la significativa influencia que tienen la relación a/c y el banco de origen de los agregados en la resistencia a la compresión del concreto, así como un efecto cercano al nivel significativo de la interacción entre estas dos variables; también se pudo observar el nulo efecto en la resistencia del concreto a la compresión, que tiene el factor representado por la relación g/a. c

Referencia: Solís-Carcaño, R.; Moreno, E.; Arcudia- Abad, C., (Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma de Yucatán), estudio publicado en Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería, Universidad de Zulia. vol. 31, núm 3, 2008.

 

 

 

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