Posibilidades del concreto

AGREGADOS

Influencia de los agregados en las características del concreto

(3era parte)

ante la aplicación de cargas en el concreto, el microagrietamiento se inicia generalmente en la zona de interfase (ITZ) entre el agregado grueso y el mortero que lo rodea. Posteriormente, en el momento de la falla ante el incremento de las cargas, el patrón de grietas siempre incluye a la ITZ; lo que subraya la importancia de esta zona.

La ITZ tiene su propia microestructura. La superficie del agregado se cubre con una capa de cristales orientados de Ca(OH)2, con un espesor aproximado de 0.5 µm, tras de la que cual existe una capa de silicato de calcio hidratado del mismo espesor. Más alejada de los agregados está la zona de ITZ principal de alrededor de 50 µm de espesor, conteniendo productos de hidratación del cemento con cristales más grandes de Ca(OH)2.

Esta zona no sólo existe en la superficie de las partículas del agregado grueso, sino también alrededor de las partículas de arena. Aquí, el espesor de la ITZ es más pequeño, pero la suma de las zonas individuales generan un volumen considerable al grado que el volumen total de la ITZ está entre 1/3 y ½ del volumen total de la pasta de cemento endurecida. La microestructura de la ITZ está muy influenciada por las características de la cubierta final en la que las partículas de cemento son incapaces de unirse estrechamente con las partículas relativamente grandes del agregado; en consecuencia, la pasta de cemento endurecida en la ITZ es mas porosa que la pasta de cemento endurecida más alejada de las partículas del agregado.

Por otro lado, la magnitud del módulo de elasti-cidad (E) del concreto depende del E del agregado y del contenido volumétrico de éste en el concreto. Debido a que el E del agregado es raramente conocido, algunas expresiones de estimación del E del concreto consideran este particular, a través de un coeficiente dependiente de la densidad del concreto. En este sentido, la expresión del ACI 318-89 (ó 318-11) puede emplearse haciendo la consideración anterior para concretos elaborados con agregados de peso normal y ligero; sin embar-go, ninguna de las expresiones para la estimación de E considera la adherencia entre el agregado y la pasta endurecida de cemento cercana a la partícula.

La adherencia depende de la ITZ, la cual tiene una microestructura diferente al de las grandes cantidades de cemento endurecido. La forma de las partículas del agregado grueso y sus características superficiales pueden influir también en el valor del E del concreto y en la curvatura del gráfico que relaciona esfuerzo-deformación. Algunas investigaciones concluyen que también el tamaño máximo del agregado incide en el módulo de elasticidad del concreto, incrementándose éste con los tama-ños de los materiales pétreos. La diferencia entre los E del agregado y de la pasta de cemento endurecido influye sobre los esfuerzos en la interfase de los dos materiales; un mejor comportamiento monolítico del concreto se logra cuando la diferencia entre los E es baja.

Los agregados calizos, comparados con otros agregados, tienen gran influencia en la naturaleza y carácter de la microestructura de la ITZ. La reacción de este material se caracteriza por manchas cafés y muy alta porosidad. La interacción química entre algunas rocas y la pasta de cemento puede conducir a un incremento en la fuerza de adherencia. En particular el agregado calizo reacciona con la pasta de cemento hasta producir gran cantidad de poros en la ITZ, lo que conlleva a la reducción en la fuerza de adherencia a edades tempranas; sin embargo, a largo plazo, estos poros se llenan con productos de reacciones posteriores, incrementando la fuerza de adherencia. Debido a que los agregados calizos tienen buena adherencia con la pasta de cemento, las resistencias se pueden aumentar si se usa piedra caliza más densa en la producción de los concretos; con bajos coeficientes de desgaste, que agregaría el efecto de usar un agregado resistente a su buena adherencia con la pasta.

Referencia: Chan J. L.; Solís R.; Moreno E., “Influen-cia de los agregados pétreos en las características del concreto”, en Revista Ingeniería, 7-2, FIUADY, México, 2003.

ADICIONES AL CONCRETO

Concretos y CCA

El proceso de producción del arroz para su consumo genera un gran volumen de cáscaras mismas que deben ser depositadas adecuadamente para no contaminar. Por cada tonelada de arroz se generan aproximadamente 200 kg de cáscara que al quemarse producen unos 40 kg de ceniza. La Ceniza de Cáscara de Arroz (CCA) es un material silíceo que producido bajo combustión controlada puede constituir una puzolana altamente reactiva.

Tal y como ocurre con otras adiciones minerales como las cenizas volantes o la microsílice, las CCA pueden ser incorporadas al concreto con sus consecuentes ventajas técnicas y ambientales. Bajo condiciones de quema no controlada es producida una puzolana de menor calidad, denominada CCA residual. Este material puede optimizarse mediante una molienda apropiada pero; como es fácil vislumbrar, a un costo no despreciable. En este documento se exponen los resultados de un estudio en que se evaluó la viabilidad técnica y los beneficios económicos de la incorporación de CCA residual natural a concretos estructurales.

En el proceso de elaboración de la mezcla es vital el ajuste del proceso de mezclado probando diferentes tiempos, así como el orden de ingreso de los materiales a la mezcladora. Se ensayaron tres concretos con igual relación agua/material cementante (0,55) y el mismo revenimiento: uno de referencia, otro con ceniza previamente molida, y el tercero con la CCA natural. En los dos últimos se reemplazó 15 % del peso de cemento por CCA. Las proporciones de los concretos fueron similares y el ligero incremento en el volumen de pasta (por la diferencia de densidad entre el cemento y las CCA) fue compensado con una reducción en el contenido de arena. La mayor demanda de agua en los concretos con CCA se satisfizo mediante la adición de un aditivo reductor de agua. Posteriormente, sobre muestras de concreto endurecido se determinó, entre otras propiedades, la resistencia a compresión a 28 y 90 días.

El concreto con CCA molida alcanzó propiedades claramente superiores al concreto de referencia a pesar de utilizar una menor cantidad de cemento. Por otra parte, en el concreto con iguales proporciones de CCA natural, se obtuvieron niveles de resistencia similares o superiores a los obtenidos en el concreto de referencia. Los rendimientos (resistencia a compresión cada 10 kg de cemento por m3 de concreto) alcanzados por cada una de las mezclas, arrojan que se pudieron lograr con la CCA natural valores com-parables a los alcanzados con la CCA molida; adicionalmente, ambos resultaron ser mayores al de referencia.

Los resultados muestran que se pueden utilizar CCA residual en estado natural optimizando el proceso de mezclado. En el concreto en donde se reemplazó el 15 % de cemento por CCA residual, se encontró que si bien no se alcanzan los beneficios que aportan las CCA molidas, las propiedades mecánicas son comparables y en algunos casos mejores que las de un concreto sin cenizas; aunque para su uso fue necesario compensar la mayor demanda de agua mediante la incorporación de aditivos. En general, las posibilidades de aprovechamiento de la CCA residual natural dependen de una secuencia de mezclado adecuada en el proceso de elaboración del concreto, encaminada a reducir el tamaño de partículas de la CCA, así como del equipamiento disponible para la elaboración de la mezcla. De este modo se torna competitiva la CCA residual, principalmente para usos locales o próximos a los centros de producción. A la vez, aunque en varias situaciones la incorporación de CCA puede resultar beneficiosa, como en el caso de ambientes con cloruros o sulfatos, también es necesario alertar sobre la necesidad de verificar la durabilidad del material para las condiciones de exposición en cada aplicación.

Referencia: Giaccio, G.; Zerbino, R.,“Hormigones con cenizas de cáscara de arroz”, en Revista Hor-migonar, núm. 14, abril de 2008.

CONCRETO VIBROCOMPACTADO

Acerca del concreto seco

El concreto seco vibrocompactado (CSV) es un material que permite la elabora-ción de una amplia gama de productos prefabricados dada su característica de rápido desmoldeado; entre los que pueden citarse: bloques, tuberías, adoquines, entre otros. Las investigaciones en torno a las propiedades me-cánicas de este material han sido bien explota-das; sin embargo, las asociadas a la correlación de éstas con la estructura interna son limitadas. Aquí se presentan los resultados de una in-vestigación desarrollada en Colombia, acerca de los CSV para adoquines de concreto, tomando en consi-deración su resistencia mecánica y la correlación de ésta con su microestructura.

El CSV es una mezcla de cemento Portland, agregados, agua, y en algunos casos aditivos y adiciones. Su conformación se consigue sometiendo la mezcla a vibraciones mecánicas y presión, obligando a las partículas a acomodarse en el interior de una cimbra. Esta es la razón por lo que la mezcla debe ser lo suficientemente rígida como para permitir su consolidación y desmoldeo; pero también ser tan húmeda que permita una adecuada distribución de la pasta durante las operaciones de mezclado y vibrado. Esta manejabilidad en la mezcla se obtiene controlando la relación agua/cemento (a/c).

En esta investigación se estudiaron las propiedades físico-mecánicas, y se acompañaron de una interpretación microestructural del material. Entre las primeras, la resistencia a la flexotracción es una de las más importantes a evaluar en los adoquines de concreto. En cuanto a la microestructura de los concretos secos, la literatura coincide en que las diferencias con los concretos convencionales radican principalmente en la porosidad; aspectos tales como la distribución de los tamaños del poro, las fisuras de contracción y la adherencia entre los agregados, deben de ser estudiados para un mayor entendimiento del comportamiento del material.

Se utilizaron para esta investigación tres mezclas (dos de concreto seco y una de concreto convencional), comparándose los resultados se-gún comportamiento mecánico, microestructura y porosidad. Todas las mezclas fueron preparadas en mezcladora de aspas rotatorias y fueron vibrados y compactados en máquina convencional para la fabricación de adoquines. Se elaboraron adoquines de dimensiones 6 x 10 x 20 cm; así como cilindros de concreto convencional de 10 cm de diámetro x 20 cm de altura.

Los adoquines de concreto seco fueron sometidos a pruebas de flexotracción para evaluar su módulo de rotura (MR) y el porcentaje de absorción. De cada una de las muestras se ex-trajo una porción para ser analizada según técnicas de microscopía electrónica, estereoscopia de bajos aumentos y porosimetría de mercurio. En general, los resultados del estudio arrojan que a pesar de tener menos contenido de cemento, las mezclas de concreto seco para fabricar adoquines son tan resistentes como los concretos normales; si bien tienen mayor porosidad, este incremento respecto al concreto convencional no afecta la resistencia del elemento. Esta diferencia en la porosidad es evidente a nivel macroscópico; sin embargo a nivel microscópico ambos concretos son muy parecidos, solamente en diámetros de poro menores a 0,3 µm se comienza a encontrar alguna diferencia.

Por otra parte, en el mismo estudio se evaluó el uso del polvo de mármol como material llenante de los espacios vacíos en la mezcla de concreto seco; observándose de los ensayos, que éste garantiza un mejor desempeño de la mezcla tanto en lo que respecta a la resistencia como en lo que respecta a la absorción.

Referencia:Hincapié Henao, A. M.; Montoya Góez, Y., “La microestructura de los prefabricados de concreto”, en Revista Universidad EAFIT, vol. 41, núm. 140, Colombia, 2005.

PAVIMENTOS DE CONCRETO

Fisuración en pavimentos construidos con TAR

La creciente necesidad de contar con vialidades con elevados es-tándares de calidad, ha llevado a realizar inversiones en infraestructura vial que impulsan el desarrollo econó-mico a nivel mundial. Con esta idea se ha incrementado considerablemente la construcción de los pavimentos de concre-to, motivado por la creciente disponibilidad de empresas constructoras viales con equipos para pavimentación de Tecnología de Alto Ren-dimiento (TAR) y costos cada vez más reducidos.

En este escrito se hace referencia a una de las patologías que con más frecuencia se presentan en los pavimentos de concreto construidos con TAR: la fisuración temprana. Aquí se proporcionan los aspectos más importantes que deben conocerse, a fin de que éstas puedan ser evitadas y que consecuentemente la comunidad interesada disponga de las pertinentes medidas correctivas.

La fisuración temprana de pavimentos de concreto construidos con TAR se asocia a un conjunto de aspectos relacionados con la tendencia natural a sufrir fisuras que tiene el concreto, y que deben conocerse a profundidad por los especialistas responsables de los proyectos. Es conocido el hecho de que el concreto es susceptible de fisurarse y varios autores han realizado diferentes clasificaciones en las que por lo general se establece la diferencia entre el concreto en estado fresco y en estado endurecido.

Debido a los cambios de comportamiento en esta necesaria transición en el concreto, desde el estado fresco al endurecido, en la actualidad se prefiere hablar de concreto a edad temprana, durante la cual se produce la mayor parte de las transformaciones químicas y volumétricas de la pasta, por lo que se hace interesante conocer la influencia que esto puede tener en la fisuración. Este fenómeno se presenta en el concreto cuando los esfuerzos de tensión que se generan superan su capacidad resistente; sin embargo, sobre todo para las primeras horas, es preferible referir al concepto de extensibilidad o capacidad de deformación.

Entendiendo la extensibilidad del concreto como su capacidad de deformarse sin tener fisuras, puede afirmarse que mientras el material se encuentra en estado fresco es muy alta su capacidad de deformación; pero que esta disminuye rápidamente a medida que avanzan las reacciones de hidratación, y crecen los vínculos entre los productos de hidratación de las distintas partículas de ce-mento. En general, la fisuración temprana del concreto depende entonces de la relación entre las deformaciones que se producen y la capacidad del material para absorberlas. Es por ello que, para evitarlas o mantenerlas dentro de ciertos límites, se recomienda analizar las variables que influyen sobre ambas, la disponibilidad de materiales y las condiciones de trabajo que se conjugan en cada obra para encontrar la manera de actuar sobre ellas en lo posible. Se mencionan en la literatura cuatro claves a considerar para evitar las fisuras tempranas sobre los pavimentos construidos con TAR: (i) minimizar la contracción temprana, (ii) aumentar la extensibilidad de la mezcla, (iii) disminuir la restricción entre la losa de concreto y la base, y (iv) conformar adecuada-mente las juntas.

Muchas son las manifestaciones y morfologías que adquieren las fisuras tempranas, destacándose las fisuras de contracción plástica, de contracción por secado, de borde, las que se inducen sobre barras de unión, y las marcas superficiales. En cualquier caso, existen causas que justifican la morfología que adquieren. No obstante, el mecanismo general es similar, sólo son diferentes por la influencia de una u otra variable por lo que el seguimiento cercano de la obra será fundamental para poder diagnosticar correctamente la patología y, obrar en consecuencia. Cabe decir que en la ejecución de pavimentos de concreto con TAR resulta imprescindible controlar las variables para evitar dificultades que tengan graves consecuencias sobre la calidad y el costo de las obras. Por esa razón sólo con el compromiso real de todas las partes involucradas se podrá lograr construir pavimentos de calidad a costos razonables.

Referencia: Becker E., “Fisuración temprana en pavimentos de concreto”, en Noticreto, núm. 94, mayo/junio de 2009.

 

TEXTO: Los editores

 

<< Regresar