Tecnología

Prefabricados de concreto: Puente Great Belt Link en Dinamarca. Prominencia y competitividad

Cada día aumentan las exigencias de prestaciones en las estructuras de concreto, de ahí que debe ser constante el mejoramiento del material.

Si bien es cierto que el uso del concreto cuenta con excepcionales características que permiten su empleo masivo y provechoso en las construcciones; también lo es que cada día aumentan las exigencias de prestaciones en estas estructuras, hecho que obliga a un mejoramiento no sólo en sus materiales componentes; sino también en su proceso tecnológico.
Mucho ha evolucionado hasta nuestros días la tecnología del concreto. Sin embargo, es hacia fines de la segunda mitad del siglo pasado donde se produce un vertiginoso desarrollo. Esta es la razón por la que hoy podemos referirnos a los concretos especiales como aquellos elaborados con aditivos y otras consideraciones, que le conceden a este material diferentes y variadas propiedades y aplicaciones. En tal sentido podemos afirmar que los Concretos de Alto Desempeño (CAD) o High Performance Concretes, constituyen uno de los principales argumentos de la evolución de la tecnología del concreto; pues en consecuencia a la excepcionalidad de sus aplicaciones, los CAD han experimentado un mayor grado de optimización. Son conocidos sus valores mejorados de resistencia así como de durabilidad; propiedades que los ubican en la mejor alternativa para la construcción de estructuras con requerimientos especiales, tanto desde el punto de vista estructural, como ambiental.
Diversas son las definiciones que se manejan en la comunidad científica para identificar a los Concretos de Alto Desempeño, en consecuencia, no existe un concepto universalmente aceptado. Muchas instituciones y especialistas reconocidos internacionalmente han definido a los CAD siguiendo diferentes criterios de evaluación, pero no pocos coinciden en que son aquellos que satisfacen ciertos criterios propuestos, que logran superar las limitaciones de los concretos convencionales, y que adicionalmente presentan mejor comportamiento tanto en estado fresco, como endurecido; cumpliendo con requisitos especiales de desempeño y uniformidad.
Esta idea hace referencia a concretos especiales como de alta trabajabilidad, de retracción compensada, de alta densidad, de baja permeabilidad, ligeros, autocompactables, translúcidos, con color, de alta resistencia inicial (y final), entre otros muchos de una gran variedad.
Cualquiera que sea el parámetro referido (resistencia o durabilidad), para alcanzar los niveles exigidos de un CAD, no es suficiente con la tecnología del concreto tradicional. Aunque los CAD están compuestos esencialmente de los mismos materiales que un concreto convencional, sus proporciones son diseñadas para proveerlos de propiedades mecánicas y durabilidad superiores, cualidades que son requeridas por proyecto. En este sentido, la literatura también refiere a los CAD como concretos que no pueden ser obtenidos con materiales convencionales; ni a través de los métodos tradicionales de mezclado, colocación, compactación y curado.
Como material de construcción paradigmático fue creado en Francia en los años ochentas del siglo pasado, en sus inicios, para resolver el deterioro acentuado de puentes, estructuras marinas y pavimentos de concreto, de ahí que su uso principal se ubicaba en concretos de muy alta resistencia. En lo sucesivo, los CAD han sido utilizados frecuentemente en países desarrollados; sin embargo, su empleo se ha extendido también a países en vías de desarrollo. Los CAD no sólo atienden a exigencias de resistencia, sino también a permeabilidad, ligereza, trabajabilidad, densidad, entre otras. Colosales estructuras exhiben la tecnología de los CAD por todo mundo, entre las que destaca el Puente Gran Belt Link en Dinamarca (Ver Foto. 1), la cual sin dudas, es de las más representativa.
Construido con segmentos de CAD (50 000 ton) en un entorno controlado, es un puente colgante que forma parte de una red ferroviaria que conecta las islas danesas de Selandia y Fionia, que permite la unión del continente a Suecia y al resto de Escandinavia, a través de Dinamarca. Con 1,624 km de longitud, conocido también como el Puente de Oriente, el Gran Belt se considera el tercer puente colgante más largo del mundo y el mayor proyecto de construcción en la historia de Dinamarca.
El Instituto Americano del Concreto (ACI) ofrece determinadas características de los CAD que pueden ser desarrolladas para aplicaciones y ambientes muy específicos: facilidad de colocación, compactación sin segregación, propiedades mecánicas a largo plazo, resistencia inicial, permeabilidad, densidad, calor de hidratación, dureza, estabilidad volumétrica y gran periodo de vida de servicio en un medioambiente severo. Debido a que muchas de estas características están relacionadas entre sí; cualquier cambio en alguna de ellas, usualmente resultará cambios en otras. Por esta razón serán siempre cuidadosamente vigiladas.
Según la Fundación de Investigación en Ingeniería Civil (CERF por sus siglas en inglés) al contrario de un concreto convencional, un CAD debe tener una o más de las siguientes exigencias:
1. Fácil colocación y compactación.
2. Alta resistencia inicial.
3. Propiedades mecánicas a largo plazo superiores.
4. Resistencia a la abrasión o a cargas de impacto.
5. Baja permeabilidad.
6. Estabilidad volumétrica y con ello menos deformaciones y fisuras.
7. Mayor periodo de resistencia a los ataques químicos, ciclos de congelamiento y deshielo, o altas temperaturas.
8) Durabilidad mejorada.
En la evaluación del diseño de los Concretos de Alto Desempeño, como se ha analizado, se utilizan criterios de resistencia mecánica y durabilidad; siendo un factor determinante en la resistencia la baja relación agua/cemento empleada.
Los parámetros usuales en la evaluación de la resistencia mecánica de los CAD suelen ser: esfuerzo a compresión, módulo de elasticidad, contracción por secado y deformación diferida. De igual manera los parámetros que se utilizan con mayor frecuencia para evaluar la durabilidad son: resistencia al congelamiento y deshielo, resistencia a la abrasión, resistencia a la corrosión del acero de refuerzo, entre otros.
En general, desde el punto de vista de los materiales, el CAD no es más que un concreto de muy baja porosidad, que se obtiene usando relaciones agua/materiales cementantes muy bajas, resultantes a la vez, de usar cantidades de agua mucho menores a las empleadas en el concreto convencional.
A medida que esta porosidad se reduce, la resistencia aumentará, siempre y cuando los agregados, sobre todo los gruesos, sean lo suficientemente “duros”. Se puede afirmar que para producir CAD, es necesaria una cuidadosa selección de los materiales componentes, con mayor rigor que aquella que se realiza para los concretos ordinarios. Un estricto control de calidad deberá abarcar tanto a los 5 componentes de la mezcla: cemento, agregados, agua, aditivos y adiciones, como al proceso de fabricación en sus diferentes etapas. Un elemento muy importante es el hecho de que el diseño de la mezcla de los CAD no es una actividad completamente empírica, sino que se trata de una actividad que vincula lo empírico con lo experimental.
Diversos estudios demuestran que para obtener altos valores de resistencia a la compresión en el concreto deben emplearse altos consumos de cemento, bajas relaciones agua-material cementante, adecuadas granulometrías de agregados y tamaños máximos de agregados gruesos menores de los que se emplean usualmente en los concretos convencionales. En el caso del cemento Portland, su elección es importante para la fabricación de CAD, debiendo considerarse tanto su resistencia, como su uniformidad.
Varias investigaciones han determinado la influencia de los diferentes tipos de cemento, así como de sus características físicas y químicas, en la efectividad de los aditivos y adiciones de los CAD, en todas se evidencia la importancia de realizar ensayos de resistencia al cemento a los 7, 14 y 28 días, para una adecuada selección del que deberá emplearse. Asimismo, se hace significativo que son muy necesarias las recomendaciones específicas según las condiciones de servicio a las que serán sometidos los concretos. Son en todo caso las especificaciones del proyecto (resistencia o durabilidad) las que determinarán el tipo de cemento a utilizar.

Los agregados deberán estar exentos de sustancias perjudiciales: materia orgánica, limos, arcilla y exceso de finos. El agregado grueso debe ser triturado y proveniente de rocas duras. De igual manera se utilizará agua potable y siempre limpia de impurezas perjudiciales al concreto. La relación agua-cemento (a/c) será menor a 0.40, aunque algunas fuentes la establecen como menor o igual a 0.35. Son igualmente importantes los aditivos, entre los que pueden citarse como más comunes los reductores de agua (de medio, alto rango o superfluidizantes), y los minerales; entre los que se ubica la microsílice como de las más eficientes puzolana para fabricar CAD de alta resistencia. Como ya se señaló no serán atendidos solamente los materiales componentes.
Se requiere de mano de obra calificada y de supervisión estricta para la implementación de la tecnología de los CAD, así como debe contarse con las herramientas y el equipamiento adecuado en la ejecución. Es preciso asegurar además un continuo proceso de curado al concreto, extendiéndolo el mayor tiempo posible.
En resumen, entre las muy diversas ventajas que ofrecen los CAD frente a los concretos convencionales; como más significativas pueden mencionarse entonces:
• Elevadas resistencias inicial y final.
• Facilidad de colocación y compactación, sin sufrir segregación y sin afectar la resistencia.
• Propiedades mecánicas favorables a largo plazo.
• No requieren vibración en la colocación.
• Elevada densidad y baja permeabilidad que impide el paso de agentes agresivos (aunque con materiales y tecnologías especiales pueden lograrse CAD ligeros muy compactos).
• Tenacidad y durabilidad ante los efectos medioambientales. Incremento en el ciclo de vida de la estructura a largo plazo. La vida de servicio puede llegar a ser de 100 años o más.
• Reducción en los costos de mantenimiento.
• Bajo calor de hidratación, lo que permite sin mayores dificultades el colado de estructuras masivas.
• Estabilidad volumétrica. Se producen mínimas expansiones y contracciones térmicas; y por consiguiente menores deformaciones y de fisuras.
• Menores volúmenes de materiales a consumir al requerirse secciones transversales más reducidas. Esto también redunda que estructuralmente se tendrán construcciones con menor masa dinámica. Si se consideran todas las ventajas de los CAD, las construcciones resultarían más económicas que con un concreto convencional, garantizando así la construcción de obras de ingeniería que de otra manera serían imposibles. Ahora bien, la desventaja más importante que exhiben los CAD se ubica en el elevado costo inicial de los elementos con ellos construidos. Todos los argumentos anteriormente comentados conducen a la tesis de que para su elaboración se requieren materiales cementantes y aditivos químicos especiales que encarecen considerablemente la construcción a corto plazo.
Se ha intentado exponer en breve síntesis el creciente desarrollo de los concretos de alto desempeño en la industria de la construcción a nivel mundial, como respuesta a una demanda de optimizar los materiales de construcción, y con ello del concreto estructural. No sólo desde el punto de vista arquitectónico, sino también estructural, funcional, y hasta económico; los CAD representan una alternativa viable para lograr estructuras más racionales y estéticas, máximo si se tiene en cuenta que uno de los mayores retos de la tecnología del concreto se ubica, principalmente, en aumentar la vida de servicio de las estructuras; hecho que los CAD lo garantizan con resistencia y durabilidad. c