Posibilidades del concreto

Acero de refuerzo

Acero de refuerzo en losas de concreto
2da parte.

Varias revistas relacionadas a la industria del concreto han presentado la idea de que el uso del acero de refuerzo en el concreto puede ser compensado por medio del empleo de aditivos y adiciones. Nuestro propósito se dirige a verificar esta idea, a partir de reconocer la función que ambos –acero de refuerzo y adiciones– realizan en las estructuras. Arquitectos e Ingenieros incide en esta responsabilidad. Muchos dan cuenta de la importancia del acero de refuerzo en el concreto, a partir de reconocer las diferenciadas y esenciales funciones que las adiciones y el acero de refuerzo desempeñan en el comportamiento de los elementos estructurales de concreto.

Es responsabilidad del propietario asegurarse de que no existan cambios en los materiales especificados en el proyecto. Se han reportado casos de losas construidas con concreto simple que han desarrollado importantes niveles de agrietamiento y deformación durante su vida útil. Así, queda en evidencia una tendencia a la reducción de la calidad de las construcciones; situación que genera a la larga, pérdidas económicas debido a los necesarios trabajos de mantenimiento y de reparación. Muchos de estos trabajos consisten, bien en el aumento de la cantidad de refuerzo o en el reemplazo del ya existente, o bien en la aplicación adicional de sobrecapas de concreto. Algunos contratistas consideran, por varias razones, no utilizar el concreto simple, con y sin adiciones. La razón más importante se ubica en la considerable amplitud de las fisuras que se desarrollan en el concreto, lo que repercute en un aumento del costo de mantenimiento para el propietario. El acero de refuerzo en elementos estructurales de concreto lleva más de 100 años en el mercado de las construcciones, y muchas de sus ventajas están garantizadas siempre y cuando exista una correcta distribución de éste dentro de la masa de concreto (con sus correspondientes niveles de recubrimientos).

En el caso de una losa apoyada sobre el terreno con un lecho de refuerzo, el armado se deberá colocar a 1/3 de la profundidad desde la superficie de la losa, con un recubrimiento mínimo de 5.0 cm. Muchos expertos consideran que la cuantía de refuerzo a colocar debe reducirse o de plano eliminarse, siempre y cuando se considere el uso de elementos pasajuntas en juntas de contracción y construcción, que garanticen el libre movimiento por contracción y una adecuada transferencia de esfuerzos entre ambos lados de las juntas de referencia. Si bien es cierto que hoy en día se consiguen altas calidades y resistencias en las mezclas de concreto, también lo es que es necesario continuar trabajando para reducir al máximo los niveles de agrietamiento. Tal es el caso de la referida losa apoyada sobre el terreno, donde a pesar de que se conciban juntas de contracción y construcción para que se absorban las contracciones, es posible que en algunos casos se considere adicionalmente, el uso de acero adicional.

Defensores del concreto masivo consideran que con adiciones es posible aumentar la resistencia del concreto y con ello se puede reducir el espesor de la losa y el número de juntas de dilatación; para ellos, esto es ahorro al compararse con losas reforzadas con acero. En resumen, en losas apoyadas sobre terrenos bien compactos, el uso de acero de refuerzo trae consigo un aumento de la capacidad a flexión, lo cual redunda en la reducción del peralte útil y del número de juntas, lo cual constituye un importante ahorro. La fácil colocación, la reducción del agrietamiento, la disminución y control del ancho de fisuras, la minimización de los desplazamientos y de las deformaciones y el incremento de la resistencia, son sin duda, algunos de los beneficios más importantes del empleo del acero de refuerzo en las losas de concreto.

Referencia: Reiterman, R., “Why steel reinforce-ment is needed in concrete slabs”, en Point of view, Concrete International, 1996.

Agregados para el concreto
Escorias de fundición de cobre

Las fundiciones generan grandes volúmenes de residuos, desechos y subproductos, entre los que se encuentran: polvos de fundición, ácido sulfúrico y escorias de fundición de cobre (EFC). La utilización de EFC en la Industria de la Construcción no es nueva. En Chile se han utilizado como rellenos de caminos (estabilización de asfaltos), en la fabricación de ladrillos refractarios y como material abrasivo para limpieza de superficies de acero. Por su parte, en Canadá y Estados Unidos se emplea como base granular en la construcción de caminos, líneas férreas y terraplenes. En Brasil, se ha estudiado la influencia de su uso como aditivo en el cemento y como agregado fino. Al igual que en Japón, donde se investiga el empleo de las EFC como agregado en el concreto; pues estas escorias procesadas en forma de grava o agregado grueso, y sometidas a un proceso de molienda, adquieren características similares a las de un agregado fino.

En este documento se exponen los resultados de un estudio experimental de la resistencia a la flexotensión de concretos fabricados con un agregado fino, obtenido a partir de la combinación de arena con grava de EFC en distintas proporciones en volumen (25%, 40% y 50%), para dos relaciones a/c (0,45 y 0,52) asociadas a resistencias especificadas a la flexotensión de 3,6 y 4,3 Mpa a 28 días. Se pretende validar experiencias previas en la trabajabilidad del concreto fresco, así como la densidad y resistencia a la flexotensión en el concreto endurecido cuando se utiliza grava de EFC proveniente de una planta de fundición de cobre. Se mide la trabajabilidad en el concreto fresco, la densidad, la carga de rotura por flexotensión y la carga de rotura por compresión en el concreto endurecido comparando los resultados con un concreto de referencia que no contiene escorias. Dentro de las principales conclusiones obtenidas se destacan:

1. La incorporación de EFC afecta la trabajabilidad de la mezcla. Se observa un incremento de la docilidad del concreto con contenido de EFC en relación al concreto de referencia, lo que se atribuye a la textura de las EFC; que resultan ser mós lisas que la de las arenas utilizadas.

2. La exudación en los concretos que contienen EFC aumenta respecto al concreto de referencia, siendo esta proporcional al contenido de EFC. Esto se atribuye al alto peso específico de EFC en relación al resto de los materiales, y a que la absorción de las partículas de EFC es muy baja.

3. Se observa en el concreto endurecido que la sustitución de arena por un determinado porcentaje de EFC genera un incremento proporcional en la densidad del concreto. Lo anterior se atribuye al alto peso específico que presenta la escoria, lo que genera un aumento de la densidad medida que se incrementa con el porcentaje de EFC.

4. La resistencia a la flexotracción y compresión del concreto aumenta en todos los casos estudiados, en función del porcentaje de incorporación de EFC. Se concluye que la principal ventaja de las EFC desde el punto de vista de la resistencia es el incremento de la capacidad de carga con respecto al concreto de referencia.

5. Los valores máximos de la resistencia tanto a flexotracción, como a compresión se alcanzan para contenidos de EFC del 40% y 50%. Sin embargo, después de un análisis de la desviación normal de los valores medios no es posible concluir cuál de ambos contenidos de EFC genera la tensión de rotura mayor. Los resultados señalan que la docilidad de la mezcla se incrementa debido a la textura lisa de las escorias, se produce un aumento de la densidad del concreto endurecido, y las resistencias tanto a flexotracción como a compresión se incrementan en función del contenido de EFC utilizado en la mezcla.

Referencia: Cendoya, P., “Efecto en la resistencia de las escorias de fundición de cobre como agregado fino en el comportamiento resistente del concreto”, en Ingeniare, Revista Chilena de Ingeniería, vol. 17, núm. 1, 2009.

pruebas no destructivas
Resistencia del concreto basada en la velocidad de pulso ultrasónico

La velocidad ultrasónica se empezó a desarrollar como una alternativa de prueba no destructiva para evaluar la calidad de los materiales desde hace más de 50 años. Actualmente, dada su simplicidad, versatilidad y repetibilidad, se utiliza para evaluar estructuras de concreto. La técnica se sustenta en que las ondas de sonido se propagan en los medios sólidos a partir de excitaciones vibratorias en forma de ondas, cuya velocidad depende de las propiedades elásticas del medio. Así, conocidas la velocidad del sonido y la masa del sólido, se pueden estimar las propiedades elásticas del medio, relacionadas con los parámetros de calidad del material.

Presentamos los resultados de un estudio para identificar variables adicionales a la velocidad (V) que expliquen la variación independiente en la resistencia (R), obteniendo un modelo predictivo de ésta, que incluya características de los agregados, y/o algún parámetro de las proporciones. Experimentalmente se manipularon tres variables: el origen de los agregados, la relación agua/cemento (a/c) y la relación entre la grava y la arena (g/a). Fueron ensayados concretos preparados con 6 muestras diferentes de agregados provenientes de bancos en la periferia de Mérida, en Yucatán. Se mantuvieron constantes las propiedades elásticas de los agregados para no introducir variaciones en V o en R. Con cada uno de los 6 agregados se prepararon mezclas con a/c de 0,4; 0,5; 0,6 y 0,7 buscando cubrir intervalos de resistencias oscilantes entre 200 y 350 kg/cm2. Adicionalmente, para cada una de las 4 mezclas anteriores se consideraron cuatro relaciones g/a: 1,5; 1,2; 1 y 0,8; de forma tal que se pudiera cubrir un rango de posibles combinaciones (desde mezclas muy gravosas, hasta plásticas ricas en mortero). Fueron probados 16 concretos diferentes para cada uno de los 6 agregados. Con cada mezcla se moldearon tres cilindros estándar de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. Así, resultó una población total de 96 concretos diferentes y 288 cilindros a probar. Los cilindros se sometieron a curado por inmersión durante 7 días y luego se mantuvieron al aire por 3 semanas. A los 28 días se realizó la medición de la V utilizando transductores de onda compresional acoplados al equipo medidor de pulso. Posteriormente se ensayaron a la compresión por el método destructivo tradicional. En ninguno de los cuatro casos hubo correlación alguna entre V (en m/s) y R (en kg/cm2), ya que el nivel de resistencia es relativamente constante; la relación que existe entre ambas variables se manifiesta con incrementos simultáneos. De lo anterior se demuestra que el factor más importante para que exista una correlación entre V y R es la variación en la a/c, que es responsable de la variación en la estructura porosa del concreto y de la resistencia. También se puede suponer que una de las principales fuentes de dispersión en la correlación es la variación entre las propiedades físicas de los agregados, que producen variación en la V, sin provocar grandes cambios en la R. La cantidad de agua por m3 (A) fue otra variable que mostró tener influencia tanto sobre V, como sobre R; obteniéndose así la siguiente expresión:R = 0.25V - 33.058IC + 1.795A - 904.35

Este modelo permite predecir la resistencia a la compresión axial de concretos elaborados con diferentes agregados de la ciudad de Mérida, utilizando la medición del pulso ultrasónico, el índice de calidad del agregado (IC), que aporta información sobre las propiedades elásticas de los agregados; así como la cantidad de agua utilizada en la mezcla (A), que está asociada a la cantidad de cemento utilizada para una misma relación agua-cemento.

Referencia: Solís, R.; Moreno E.; Castillo, W., “Predicción de la resistencia del concreto con base en la velocidad de pulso ultrasónico y un índice de calidad de los agregados”, en Ingeniería, Revista Académica de la FIUADY, 2004.

Pisos industriales
Elementos componentes del sistema estructural

Quienes estamos vinculados a la industria de la construcción caminamos muchas veces dentro de naves industriales sin prestar atención a la superficie sobre la cual transitamos, salvo en dos casos: cuando detectamos alguna patología o cuando nos llama la atención su estética y luminosidad. Sin embargo, estos pisos deben soportar las acciones más agresivas dentro de la nave industrial; tal es el caso de la circulación de peatones y vehículos con carga, el derrame eventual de productos químicos, así como la limpieza con productos químicos. Es por ello que se le debe dar un lugar de importancia en el momento de su diseño y ejecución. A tales efectos existen normativas, procedimientos y recomendaciones a nivel internacional entre las que sobresalen las guías del American Concrete Institute (ACI) 223, 302 y 360, asociadas todas al diseño de losas sobre terreno.

Referido a la composición del sistema estructural, para una correcta ejecución se debe tener en cuenta no lo que llamamos piso industrial; es decir: “losa de concreto”, sino también lo que se encuentra por debajo y por encima de ella. Daremos un breve repaso de las bases y sub-bases, las barrera de vapor y la losa de concreto, tres elementos componentes del sistema estructural.

Las bases y sub-bases son el apoyo del sistema. Están formadas generalmente por material granular, compactable, poco compresible el cual permite un drenaje adecuado. Conceptualmente, no es más que un “sistema de soporte” que debe tener un nivel uniforme, sin cambios abruptos y con una capacidad portante pareja en toda la superficie; de tal forma que se evite la presencia de áreas más blandas o más duras. Aunque los pisos de concreto no requieren necesariamente de un suelo con gran capacidad portante, la necesidad de uniformidad está basada en que éstos deben soportar finalmente toda la carga, de ahí la importancia de diseñar y construir cuidadosamente el sustrato.

En lo que respecta a las barreras de vapor (BV), se refiere que este elemento se materializa a través de una capa de polietileno cuyo espesor recomendable no debiera ser menor de 200 micras. De esta forma no evitará solamente el flujo de vapor ascendente; sino también reducirá el rozamiento entre la losa y la base granular, en los casos que se disponga debajo de ésta. En general se puede disponer de dos maneras: por debajo de la base o por debajo de la losa. Si se coloca debajo de la base, ésta absorberá parte del agua de la mezcla de concreto, reduciendo así la exudación y permitiendo comenzar antes con el proceso de terminado. De esta forma se reduce la probabilidad de ampollamiento y delaminación, el alabeo de la losa durante el secado y la fisuración por contracción plástica y de secado. En cambio, si la BV se aplica debajo de la losa no se reduce solamente la fricción con el terreno, evitando así la aparición de fisuras aleatorias; sino que se reducen los costos de obra si se puede emplear el terreno existente como base, reduciéndose también el problema potencial de humedad en el piso. Por último, el tercer elemento es la losa de concreto que tal y como lo expresan las recomendaciones de la guía ACI 302 deben presentar, además de una adecuada resistencia, otras características deseables. Debe haber suficiente pasta para lograr una adecuada terminación de la superficie; lográndose así la durabilidad superficial requerida. Por otra parte el concebir mezclas con bajas relaciones agua/cemento (a/c), sin duda redundará en la calidad del producto final.

Para la construcción de una losa de concreto se debe contar con una serie de requisitos del material; tanto en estado fresco como endurecido. Se hace referencia a: fácil colocación, adecuada terminación y poseer la resistencia mec<nica requerida; los que pueden lograrse a partir de la minimización de la cantidad de pasta y/o de la maximización de la calidad de ésta.

Referencia: Balzamo, H. (BASF Argentina), “¿Que hay debajo de nuestros zapatos?”, en Hormigonar, Revista de la Asociación Argentina del Hormigón Elaborado, año 5, núm. 15, 2008.

Los editores

<< Regresar