Posibilidades del concreto

A D I T I V O S

Hiperfluidificantes base de policarboxilato

A veces se requiere construir con rapidez una ruta o una pista de aterrizaje, o reparar un pavimento urbano, una vereda o un bache con la finalidad de habilitar o poner la obra en servicio urgentemente. Para este fin, es necesario que el concreto tenga una elevada resistencia temprana. Es conocido que la interrupción de la comunicación genera malestar, pérdida de tiempo, trastornos y derrame económico. Sin embargo, las perspectivas de rápida habilitación son alentadoras. Quedaron atrás los cortes de tránsito por semanas para construir o reparar calles, avenidas o rutas.
La necesidad de habilitar rápidamente requiere de tres pasos claves: adecuada programación; una técnica de construcción o reparación, así como la aplicación de concretos de resistencia rápida que minimicen tiempos de curado, aserrado y habilitación al tránsito. Para el tercer paso clave existen tres alternativas: utilizar importantes cantidades de cemento; usar cementos de rápida hidratación, así como aditivos reductores de agua de alto poder. Aquí se hará referencia a los aditivos hiperplastificantes desarrollados con base en policarboxilatos.
Los policarboxilatos son cadenas de polímeros acrílicos cuyas moléculas tienen una compleja forma tridimensional lo cual, sumado a su composición química generan una acción dispersante de triple efecto: eléctrica, por absorción y por repulsión estérica. Los policarboxilatos se basan en copolímeros de ácido acrílico y grupos éter de ácido acrílico. Crean una capa de absorción de gran volumen alrededor de las partículas de cemento que demoran momentáneamente la formación de etringita en la superficie de dichas partículas y, además, debido a sus largas cadenas laterales impiden la floculación y facilitan la alta fluidez de la pasta de cemento y de mortero.
Los aditivos base policarboxilatos brindan al concreto un gran comportamiento en estado fresco combinado con sobresalientes resultados en estado endurecido (alta reducción de agua; elevada trabajabilidad extendida; mejor comportamiento reológico del concreto en estado fresco; posibilidad de combinar efectos; elevadas resistencias tempranas; altas resistencias finales; baja permeabilidad; bajísimas relaciones agua/cemento y alta relación desempeño/ costo). Las ventajas técnicas de estos aditivos son extraordinarias para cualquier concreto. Sin embargo, paralelamente se está frente a un aditivo de los denominados sensibles; es decir, afectado por los cambios externos, como: las características del cemento, finura y cantidad de arena, temperatura del concreto, cantidad de agua, variaciones en la dosificación, secuencia de mezclado, etc. Se requiere entonces, por parte del tecnólogo, mayor atención en todo lo referente al control de calidad respecto a un concreto tradicional, y contar con personal entrenado para salvar posibles cambios en los materiales o en las condiciones atmosféricas.
Los policarboxilatos son cadenas de polímeros de estructura compleja que pueden diseñarse y adaptarse a cada conjunto de materiales, particularmente a cada tipo de cemento, adición y situación ambiental. Es posible entonces proponer la tecnología del aditivo para cada obra, regulando sus características a fin de satisfacer los requerimientos de la misma, como por ejemplo, la trabajabilidad extendida, la reducción de agua y la resistencia inicial o final. El desempeño del aditivo se evalúa mediante la reducción de agua; la trabajabilidad extendida; el tiempo de fraguado; las resistencias inicial y final; la penetración de agua a presión y absorción; la contracción y la durabilidad. Cabe decir que los policarboxilatos pueden trabajar como altos reductores de agua tanto en concretos de bajo asentamiento, plásticos o fluidos, así como modificar el comportamiento reológico en concretos autocompactantes.

Referencia: Checmarew, Leonardo (Sika Argentina), “Hormigones con aditivos hiperfluidificantes para uso vial”, en Hormigonar, revista de la Asociación Argentina del Hormigón Elaborado, núm. 20, abril 2010.

 

S U S T E N T A B I L I D A D

Concreto elaborado con caucho reciclado

Los desechos de caucho han recibido gran atención en los últimos años debido al volumen en que se generan y a su dificultad para eliminarlos y/o reutilizarlos. Con la finalidad de minimizar el impacto ambiental que éstos generan luego de transcurrida su vida útil, recientemente en Venezuela en una investigación conjunta entre la Universidad Central, el Instituto de Investigaciones Científicas y la Universidad Simón Bolívar se analizó la influencia de la adición de la raspadura de las bandas de rodamiento de los neumáticos a los compuestos de concreto, a través de ensayos destructivos y no destructivos.
A pesar de que el concreto es uno de los materiales más versátiles en la construcción, existe la necesidad de modificar algunas de sus propiedades. La inclusión de caucho en el concreto deviene en mayor durabilidad y elasticidad, lo cual brinda múltiples usos. En la investigación previamente definida se hace referencia a los resultados obtenidos del estudio de las propiedades mecánicas y las mediciones de pulso ultrasónico de un concreto al cual se le incorporó la raspadura de las bandas de rodamiento provenientes de neumáticos en un 5%, variando el tamaño de la partícula. Se prepararon compuestos de concreto tradicional, formados por agregados finos (arena sílice con impurezas de mica) y gruesos, agua y cemento. El agregado grueso es piedra triturada, formada de rocas calizas de tamaño promedio 2.54 cm (1") y el cemento utilizado es Pórtland tipo I.
Se elaboraron mezclas de concreto tradicional y de concreto con adición de caucho con una relación agua–cemento constante de 0.45, y se sustituyó parte de la arena que se adiciona al concreto por caucho; el contenido de agregado grueso permaneció constante. El porcentaje de caucho utilizado fue de 5% en peso y los tamaños promedio de las partículas de caucho considerados fueron mayores o iguales a 1.19 mm (“grueso”); menores a 1.19 mm (“fino”), y con un tamaño de partícula denominado “al azar”.
Las mezclas se elaboraron tomando un diseño de mezcla tradicional, limitando el revenimiento a un valor oscilante entre 6 y 10 cm, fijando una resistencia a la compresión de 280 Kg/cm2 a los 28 días. Luego se elaboraron probetas normalizadas. Durante 28 días, éstas se mantuvieron en proceso de curado; posteriormente se determinó la resistencia a la compresión y a la tensión. Adicionalmente, se realizaron las medidas de los tiempos de tránsito de la onda de pulso ultrasónico a las mismas, realizándose 10 mediciones a cada una y utilizando vaselina como agente acoplante entre los transductores y la probeta. Los estudios sobre resistencia a la compresión y a la tensión realizados a los compuestos con diferentes tamaños de partícula de caucho reciclado (grueso, fino y “al azar”) a la edad de 28 días, indican que la adición de caucho de tamaños de partícula denominados fino y grueso disminuye las propiedades mecánicas. El descenso en los valores de las propiedades de resistencia a la compresión y resistencia a la tensión de los compuestos con caucho de tamaño fino y grueso, se debe a la porosidad que se origina en las muestras. Para el compuesto con 5% en peso de caucho de tamaño “al azar”, los valores de estas propiedades mecánicas no presentan variaciones al compararlos con el concreto tradicional.
Esto se debe a que en estas muestras hay mejor granulometría. En este caso las partículas pequeñas cubren los huecos que dejan las partículas grandes de caucho, disminuyendo de esta forma la porosidad. Se puede inferir que es factible de acuerdo a los resultados utilizar 5% en peso de caucho de tamaño aleatorio ya que no se modifican de manera importante las características del concreto (resistencias a compresión y a tensión, y adicionalmente módulo dinámico y velocidad de pulso ultrasónico). Por otra parte, la adición controlada de caucho hace al concreto más ligero y al mismo tiempo ayuda a disminuir los efectos negativos que generan los desechos de este material en el medio ambiente.

Referencia: Albano C.; Camacho N.; Hernández M.; Bravo A. J.; Guevara H, “Estudio de concreto elaborado con caucho de reciclado de diferentes tamaños de partículas”, en Revista de la Facultad Ingeniería, Universidad Central de Venezuela (ISSN 0798-4065 versión impresa), vol.23 núm. 1, Caracas, marzo 2008.

 

C O R R S I Ó N

Análisis de fisuración por corrosión

El proceso de corrosión de armaduras en el concreto provoca fisuras que reducen la capacidad portante y aumentan las deformaciones, afectando la durabilidad. Diversas variables influyen en este proceso y en la generación y propagación de las fisuras longitudinales. Aquí se exponen los resultados de una investigación desarrollada en las Universidades Nacional del Centro de Buenos Aires y Nacional del Sur en Argentina, para estudiar la influencia de la relación adimensional entre el recubrimiento de concreto y el diámetro de varilla (C/D) en función de la ubicación de la misma. Se empleó el Método de los Elementos Finitos utilizando un modelo elástico lineal que simula el proceso de fisuración del recubrimiento en elementos de concreto armado, a través del cual fue posible estimar para cada escenario estudiado, el esfuerzo necesario para generar la fisura por el efecto de la corrosión.
Estudios experimentales previamente desarrollados, han demostrado la incidencia de la relación C/D, en la generación y propagación de fisuras; siendo ésta mayor si el espesor de las fisuras es menor a 1.0 mm. A partir de ahí la evolución de las mismas es errática pues el óxido puede difundirse libremente por la fisura, disminuyendo el esfuerzo que le dio origen.
Se estudiaron modelos planos y espaciales utilizando predicciones elástico lineales, con la aplicación del Método de los Elementos Finitos mediante el programa ALGOR FEMS. La geometría de los modelos respondió a las relaciones C/D = 1.0, 1.25, 1.5, 1.75, 2.0, 2.5 y 3.0, con disposiciones de armadura centrada y en esquina. Se determinó la distribución de esfuerzos y de deformaciones máximas principales y en la deformada del sistema; con la finalidad de identificar las zonas más solicitadas, en donde se pueden desarrollar las fisuras.
A fin de validar los resultados obtenidos se compararon con las determinaciones experimentales y numéricas publicadas en otros trabajos que analizaron modelos con otras dimensiones, sometidos a corrosión uniforme y acelerada, y empleando una intensidad de corriente constante. Las principales características del concreto empleado fueron: Módulo elástico de 36,000 MPa, Coeficiente de Poisson de 0.2, Resistencia característica a tensión de 3.55 MPa y a Compresión de 30 MPa.
La acción sobre el concreto provocada por los productos de corrosión, se materializa con una presión radial sobre el concreto adyacente a la barra. Las zonas en que el esfuerzo alcanza la resistencia característica a tensión del concreto permiten establecer la ubicación de las fisuras y el nivel del esfuerzo que las origina. El esfuerzo de referencia se pudo relacionar con la pérdida de radio determinada empíricamente por otros autores basados en resultados experimentales, permitiendo llegar a la expresión para estimar dicha presión en función de la relación C/D y de la resistencia a tensión del concreto (fc,sp en MPa), según se expone a continuación:

 

Teniendo en cuenta los resultados experimentales y numéricos obtenidos por otros autores, el comportamiento de los modelos analizados pudo considerarse adecuado. El análisis de los resultados, permitió observar que el proceso de fisuración depende directamente de la relación recubrimiento de concreto/diámetro de barra (C/D).
La correlación con resultados experimentales de otros autores, permitió encontrar una expresión de la presión necesaria para generar la fisura, en función de la calidad del concreto y de la relación C/D. La expresión de referencia es importante para la evaluación del comportamiento estructural a partir de la superposición con otras acciones actuantes, lo que permitirá la consideración de esfuerzos vistos en el diseño que posibilitarán la atenuación del proceso de fisuración a efectos de incrementar la durabilidad.

Referencia: Peralta M. H.; Rivas I. E.; Ortega N. F, “Análisis numérico de la fisuración superficial de estructuras de hormigón armado por efecto de la corrosión”, en Informe de la construcción, vol. 58, núm. 501, Instituto de Ciencias de la Construcción, Madrid, España, enero-marzo 2006.

 

P A V I M E N T O S

Concreto permeable en Australia

Se exponen a continuación las experiencias del empleo de Pavimentos de Concreto Permeables (PCPs) en Australia. La investigación se apoyó en la revisión de las propiedades y en la evaluación del comportamiento in situ de los pavimentos, complementada por ensayos de laboratorio.
Muchos de los pavimentos estudiados no habían sido sometidos a mantenimiento sistemático. A pesar de esto, el estudio mostró que a 10 años de servicio, mantenían una buena permeabilidad. En general, el barrido de la superficie del pavimento resulta ser beneficioso para la permeabilidad. Ensayos de laboratorio han confirmado que los sedimentos finos obstruyen las porciones superiores de las juntas. Bajo las condiciones australianas, no es tan necesario realizar barridos sistemáticos a los PCPs, tal y como se supone en el Hemisferio Norte.
En general, los PCPs pueden retener hasta un 90% de sólidos suspendidos en el agua que se filtra; sin embargo, estudios desarrollados en Europa y simulaciones de laboratorio muestran reducciones por obstrucción en la permeabilidad cuando se alcanzan edades de servicios que oscilan entre los 5 y 10 años. Este hecho necesita ser considerado en el diseño del PCPs, por lo que es importante cuantificar los cambios en la capacidad de filtración con el tiempo.
Debido a la obstrucción, el mantenimiento está considerado como una parte íntegra de cualquier sistema de PCPs. Los ensayos han mostrado que la capacidad de filtración puede restaurarse de manera importante, removiendo y reemplazando de 10 a 25 mm del material de drenaje en las juntas de los pavimento. Para los PCPs con aberturas de evacuación o desagüe esto puede ser relativamente rápido y económico, usando una barredora de calle convencional.
Mientras en Estados Unidos se dispone de barrido por aspiración en los PCPs tres o más veces por año, experimentos en Europa y Australia han demostrado que este mantenimiento frecuente es innecesario. Esa limpieza sólo se requiere cuando haya un accidente. De hecho, muchos pavimentos se han comportado adecuadamente en períodos de 10 a 20 años de servicio sin limpieza sistemática.
Cabe decir que en el escrito citado está la evaluación de una amplia gama de pavimentos en Australia por medio de pruebas in situ con el objetivo de medir el porcentaje de filtración, la obstrucción de las juntas, el efectos del barrido en la superficie y en general el comportamiento durante la etapa de servicio. Se investigó la conductibilidad hidráulica de varios pavimentos permeables en Nueva Gales del Sur y en el sur de Australia. Se ensayaron dos tipos: los pavimentos con aberturas de desagüe a lo largo de las juntas y los de juntas ensanchadas. Se demostró que la obstrucción era un proceso natural; pero que gran parte del sedimento que causa la obstrucción se retuvo en las capas superiores del material de la junta, y que éste podía ser removido al barrer. Sin embargo, los ensayos también indicaron que este barrido frecuente no era necesario.
A pesar de la obstrucción en el transcurso de 8 a 10 años, los resultados demostraron que los pavimentos aún exhiben buenos porcentajes de filtración; ya estudios anteriores, habían evidenciado que pequeños cambios en la conductibilidad del pavimento tienen lugar después de períodos de servicio de 6 a 10 años. En consecuencia, se puede concluir que en función de una correcta elección de los parámetros de diseño de los PCPs, se puede esperar un uso satisfactorio durante periodos comparables con otros tipos de pavimentos. Un hallazgo importante del estudio resultó el hecho de que el porcentaje de filtración no debe utilizarse en el diseño de pavimentos permeables; en cambio, es necesario tener en cuenta un factor de obstrucción para considerar la obstrucción gradual que ocurre en ellos. c

Referencia: Beecham, S.; Pezzaniti, D.; Myers B.; Shackel, B.; Pearson A., “Experience in the application of permeable interlocking concrete paving in Australia”, en 9na. Conferencia Internacional de Bloques de Concreto para Pavimentos, Buenos Aires. Argentina, septiembre, 2009.

 

 

Vota por el artículo
	regresar