Con el propósito de tener un mejor aprovechamiento de las cualidades
estructurales del concreto, a principos del siglo XX se lo dotó
de un esqueleto de acero, con lo que se generó el primer material
compuesto: el concreto armado.
Hoy
el reto está en los materiales compuestos que, si bien conservan
las cualidades perdurables del concreto, no requieren el cuidado que necesita
una estructura de acero, ni presenta los riesgos a los que este último
material es sometido cuando se presenta un incendio de alta temperatura.
En
resumen, la meta está en los materiales compuestos, ligeros, de
poco mantenimiento, que son más resistentes que el concreto armado.
¿Una
utopía? No, la respuesta está en los superconcretos, como
se los llama coloquialmente. Hay que reconocer sin embargo que, si se
compara estos concretos, tonelada por tonelada, con el concreto armado,
son una alternativa más cara, pero lo mismo resultó cuando
en su momento los rivales por vencer fueron las estructuras de cal y canto
y los arcos labrados.
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A
fines del siglo pasado el concreto, un material que resulta tan noble
y familiar a los constructores, corría el peligro de quedar a la
zaga de otros logros de la tecnología, pero gracias a su adaptabilidad,
hoy ha firmado nuevas alianzas y se beneficia de los materiales de la
era de la aeronáutica.
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Materiales compuestos
Los "composites" son materiales -fibras- con los que hoy se beneficia
el concreto, pero que fueron creados para dar una mayor fuerza y ligereza
a las estructuras de los aviones.
Los primeros intentos de dotar al concreto de estas cualidades se iniciaron
con el diseño de morteros reforzados con diferentes tipos de fibras,
incluso se utilizaron fibras vegetales con resultados alentadores.
Sin embargo, los logros más interesantes se obtuvieron cuando, al
mezclar de manera aleatoria las fibras plásticas con el mortero,
éstas impidieron el agrietamiento posterior y dieron una extraordinaria
resistencia al aplanado.
El paso siguiente fue fabricar elementos completos, vigas que tenían
como único refuerzo las fibras sintéticas.
Así, se continuó experimentando con nuevos tipos de fibras
que dieran una mayor resistencia a los elementos de concreto, no sólo
en el sentido tradicional -como la que da el refuerzo de acero al otorgar
una mayor resistencia a la tensión en los puntos de carga- sino que
también se buscó dar una mayor resistencia a los elementos
en lugares en los que inesperadamente pudiera recibir cargas, por ejemplo,
en un terremoto.
El resultado de estos experimentos fue la obtención de elementos
de concreto cada vez más resistentes a los esfuerzos multidireccionales,
es decir, los elementos soportan más esfuerzo por unidad de longitud
y, por lo tanto, pueden ser más esbeltos. Sin embargo, soportan la
misma carga que soporta un elemento tradicional, lo que representa una gran
ventaja ya que, actualmente, para generar estructuras que cubran amplios
claros, se requieren elementos de grandes espesores, mucho peralte, y estructuras
complejas que en primera instancia cumplen con soportarse a sí mismas
y luego a las cargas útiles. En otras palabras, un edificio o puente
de concreto pesa más que los contenidos o el tránsito que
deberá soportar.
Sin embargo, gracias a las fibras sintéticas se puede comenzar a
diseñar estructuras mucho más ligeras que, consecuentemente,
necesitarán menores apoyos y una menor cimentación.
Pero hay más; al no tener que hacer uso del acero, el concreto se
puede moldear de maneras diferentes a las tradicionales. Y aquí es
donde irrumpe la creatividad.
Por ejemplo, si pretendemos que una hoja de papel puesta de canto soporte
algo, simplemente se doblará, pero si la unimos por sus extremos,
la pequeña columna adquiere cierta capacidad de soporte; en otras
palabras, es una cuestión de geometría que aumenta la capacidad
portante con sólo jugar con las formas.
Lo mismo sucede con el concreto reforzado con fibras y dotado de aditivos
fluidificantes: gracias a la geometría, se lo puede colar en multitud
de perfiles y formas para obtener estructuras sumamente ligeras, perdurables
y de mucha resistencia.
Los superconcretos ya han dejado la etapa de prototipos de laboratorio y
se venden comercialmente, por lo que no se necesita esperar años
de investigación para comenzar a utilizarlos.
Sin embargo, es conveniente tener en cuenta que cada empresa ofrece materiales
distintos, pues se trata de compuestos, y cada mezcla en particular tendrá
un propósito determinado. Por esta razón, muchas compañías
ofrecen una asesoría experta que ayuda al profesional de la construcción
a encontrar la mezcla idónea para su proyecto.
Costo y beneficio
Ya se mencionó que por ahora, kilo por kilo, los superconcretos son
bastante más costosos que el concreto tradicional. Sin embargo, hay
muchos factores que se deben considerar.
Primero, al ser más ligeros, hay una muy notable reducción
del volumen necesario y, por lo tanto, de la cimentación, lo que
repercute de manera directa en el costo del proceso constructivo en su conjunto.
Segundo, los procesos constructivos se agilizan porque gran parte se puede
desarrollar en planta y, por lo tanto, causar las menores molestias posibles.
Por ejemplo, en la construcción de vías elevadas en las grandes
ciudades, la utilización de estos materiales daría la oportunidad
de utilizar cimentaciones mínimas y claros muy grandes a través
de otras vialidades elevadas, generándose vistas realmente futuristas.
Un concreto con las cualidades del acero es casi una solución obvia.
(Esto queda como una frase suelta en el discurso.)
Son, en pocas palabras, estructuras fabricadas en planta mediante un proceso
industrial que abatiría los costos, utilizaría poco personal
muy especializado y equipo pesado de alta producción.
El proceso es muy rápido, y estamos asistiendo de nuevo a los momentos
en que las estructuras de concreto armado volvieron obsoleto el arco de
piedra labrada.orte pasivo, simplemente no hay columnas. La firma diseñadora
del concreto de este puente resalta que la principal característica
es la ductilidad que posee la mezcla fresca, e incluso el material una vez
fraguado. (¿A qué puente se refiere?)
Su material se compone de una mezcla de cemento, materiales pétreos
meticulosamente graduados, sílice, agua, fibras de acetato de polivinilo
y un aditivo superfluidificante que le da al concreto sus cualidades dúctiles.
¿El material perfecto?
El material de construcción perfecto -según opinan los constructores-
será aquel que tenga la resistencia del acero, la versatilidad
del concreto, la flexibilidad de poderse diseñar y trabajar como
el plástico o la madera, la durabilidad eterna de la roca, todo
esto sin olvidar la belleza, por ejemplo, un acabado semejante al de las
cerámicas. ¿Se puede obtener todo esto en uno? Sí;
pero nadie mencionó que entre sus cualidades estuviera lo barato.
Sin embargo, a veces en la relación costo-beneficio intervienen
más factores que el costo por metro cúbico, y al parecer,
esa es la propuesta de Lafarge con su producto Ductal.
Características
típicas
Lo más recomendable es diseñar un concreto especifico para
cada tipo de trabajo, de la misma manera que se opera en una gran obra
con el concreto tradicional. La diferencia que presenta Ductal es su abanico
de posibilidades.
Ductal® es un material sumamente dúctil, una cualidad nueva
para el concreto, merced a que utiliza fibras metálicas, orgánicas
o incluso sintéticas. Por supuesto que puede ser colado en sitio,
aunque lo más recomendable es precolarlo en planta.
Componentes
· Cemento portland · Sílice· Fibras minerales
· Agua · Fibras metálicas o de acetato de polivinilo
· Agregados pétreos · Aditivos fluidificantes
Resistencia
Compresión 26,000 - 33,000 PSI 180 - 230 MPa
Flexión 5,800 - 7,200 PSI 40 - 50 Mpa
Fuerza a la fractura 1,300 - 2,000 lb (F)-ft/ft2 20,000 - 30,000 J/m2
Fuerza elástica a la fractura 1.4 - 2.1 lb (F)-ft/ft2 20 - 30 J/m2
Fluidez a la autocompactación
Fluidez (cono de Abrams.) 20 - 30 pulg. 50 - 70 cm
Fluidez (ASTM shock table) 10 pulg. 25 cm
Propiedades
Densidad 2.45 - 2.55 2.45 - 2.55
Aire contenido 2 - 4% 2 - 4%
Capilaridad (>10 mm) <1% <1%
Contracción 0 0
Principio de ductilidad
Ductal deriva su nombre de la palabra ductilidad, lo cual significa que,
a diferencia de los materiales pétreos quebradizos, posee la capacidad
de deformarse mientras continúa soportando sus cargas, incluso
cuando se han presentado los primeros signos de fractura.
Este comportamiento dúctil fue desarrollado a través del
entendimiento de las interacciones que ocurrían en la matriz de
fibras que refuerzan este concreto.
El estudio de los primeros elementos de concreto donde las fibras eran
colocadas de manera homogénea en la mezcla de cemento y agregados
pétreos, pero con una disposición aleatoria, generaba elementos
que quedaban reforzados en todos sentidos.
Curiosamente, una viga de concreto sometido a un esfuerzo cortante en
cualquiera de sus secciones soportaba el valor a la tensión de
la fibra involucrada, pero multiplicado por todos los puntos donde se
estaba generando la rotura. Y estos valores resultaron ser superiores
al compararlos con los elementos armados con acero de refuerzo de manera
tradicional.
Una viga armada de manera tradicional soporta proporcionalmente el área
de acero involucrada en la prueba, mientras que la armada con fibras lo
hace en toda el área del elemento. Conforme la fibra posee mayores
cualidades a la tensión y una superficie más adherente,
las propiedades aumentan.
Pero diferentes arreglos en la matriz de fibras, en la selección
de agregados, diseño de la mezcla y aditivos fueron otorgando cualidades
aún más interesantes a los nuevos diseños de concreto.
Los elementos, además de poder resistir esfuerzos a la tensión
en toda su área, como es el caso de las vigas metálicas,
también podían transmitir y repartir los esfuerzos de una
manera nunca antes posible en el concreto, una manera más común
a los elementos metálicos. Incluso un comportamiento dúctil,
prácticamente elástico, que permitía al elemento
sobrecargado más allá de sus capacidades de diseño
flexionarse antes de colapsar, o recuperar su geometría.
Un puente no demasiado lejos
Como un pequeño ejemplo y un atisbo hacia el futuro, demos un vistazo
a un pequeño puente. No es la obra más importante construida
en este material (ésta podría ser el Puente Confederación,
de 13 kilómetros de longitud, el más grande de Canadá),
pero ilustra ampliamente la enorme gama de posibilidades de estos materiales
revolucionarios.
Se trata de un puente peatonal de 60 metros de claro en Québec,
Canadá. De primera impresión, podría parecer una
estructura metálica; sin embargo, incluyendo el refuerzo inferior
en diagonal, está enteramente construida de superconcreto. El puente
carece de elementos de soporte.
Este concreto en particular está diseñado atendiendo a que
las fibras de refuerzo obedezcan una precisa disposición en lo
que técnicamente se denomina la matriz de refuerzo.
El resultado es un conjunto de estructuras ligeras, sumamente resistentes,
fabricadas en planta y que se trasladaron hasta el sito de montaje, donde
se armaron como si se tratara de una estructura metálica, pero
con la ventaja de que esta estructura no requerirá mantenimiento,
no la dañará la corrosión e incluso podría
soportar las altas temperaturas de un incendio sin debilitarse ni fallar.
Este puente se construyó enteramente en planta en tramos de diez
metros y se montó en el transcurso de una sola jornada.
Otro ejemplo de la creatividad que se puede desarrollar con estos materiales
es el Puente de la Paz en Corea -de nuevo se trata de un puente peatonal
y de tránsito de bicicletas-. El elemento principal es un arco
circular que guarda el tipo de perfil de la arquitectura de los puentes
orientales. Su estilo en este aspecto podría obedecer al de una
apariencia más tradicional.
BOX
Un material sin tiempo
De todos es conocida la bondad del concreto. Basta recordar que algunas
de las primeras estructuras de concreto de las que se tiene conocimiento
datan de los tiempos del imperio romano, y que muchas se encuentran en
perfecto estado a pesar de los 2000 años de descuidos y guerras
que han sufrido. Para muestra basta un botón, y ahí está
la cúpula de más de 40 metros de claro del Panteón
de Roma.
Lamentablemente, con la desaparición del Imperio Romano muchos
de estos logros constructivos quedaron en el olvido, o al menos rezagados.
Lo que no significó que el concreto desapareciera de la historia.
Durante siglos perduró como un cementante calizo, mezclado con
otros materiales, calcinados, hidratados o rehidratados. Dio la solidez
a las grandes obras de piedra que tuvieron que resistir los asedios guerreros
o bien que soportaron grandes arcos de piedras labradas con las que se
materializaron las plegarias a Dios.
Sin embargo, y a pesar de haber comprobado su gran calidad como cementante,
durante todo ese tiempo la mezcla y la calidad de los cementos y, consecuentemente,
los morteros y concretos obtenidos, era tan variable como el humor y la
buena voluntad del maestro constructor.
En épocas relativamente recientes, en pleno apogeo de la edad industrial
-en 1824-, el cemento portland se obtuvo de manera industrial, y con él,
las estructuras civiles a base del concreto moderno y científicamente
calculado que hoy conocemos pudieron homogeneizar su calidad.
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