Posibilidades del concreto

Concreto reforzado

Hitos recientes con concreto reforzado

La construcción de vías férreas originó un reto enorme para la ingeniería estructural del siglo XIX, produciendo una filosofía de diseño por esfuerzos admisibles que posteriormente se trasladó al concreto reforzado. Fue en esa época que se impulsó una metodología de diseño conservadora que consistía en no exigir al material más allá del punto en donde las relaciones entre esfuerzos y deformaciones dejaban de ser lineales. Tal es el caso del acero de refuerzo, en donde no se permitían niveles de esfuerzos superiores al esfuerzo de fluencia. Sin embargo, en el caso del concreto esta metodología deja de ser perfecta, debido a la no linealidad entre esfuerzos y deformaciones. Esta situación ya conocida desde antaño, repercutió en los primeros diseños de concreto reforzado ya que limitaban los esfuerzos en el acero y en el concreto de manera conservadora. Así, algunos hitos que impulsaron el desarrollo del diseño y la construcción en concreto reforzado son:

 • La génesis y desarrollo en Europa del concreto reforzado, patentado por el jardinero francés Joseph Monier en 1867. Posteriormente, su difusión mundial, a través de patentes y licencias de diseño y construcción, por las firmas Hennebique (Francia) y Wayss y Freytag (Alemania), lo cual terminó con la Primera Guerra Mundial. Según un texto publicado en Inglaterra en 1904, en ese momento existían en el mundo 43 sistemas patentados de diseño y construcción en concreto reforzado, de los cuales sólo 11 no eran europeos. Las décadas de 1920 y 1930 trajeron gran cantidad de investigaciones experimentales que ofrecieron las pautas de los métodos de diseño y construcción modernos.

 • La aparición de códigos para el diseño de estructuras de concreto basados en la filosofía de diseño por esfuerzos permisibles, dentro de los cuales se cuenta el primer código ACI, publicado en 1908. Asimismo, la publicación del Método de Cross en 1932; que revolucionó el diseño de estructuras de concreto. Entre otros aspectos, posibilitó el análisis de estructuras continuas de una manera sencilla.

 • La aparición del concreto presforzado a finales de la década de 1940, recién terminada la Segunda Guerra Mundial.

 • El desarrollo del Método de Resistencia a mediados de la década de 1950. También conocido como “Método de Rotura”, su filosofía se basa en diseñar la estructura para cargas mayores que deben ser resistidas por ésta. La resistencia se obtiene por medio de modelos matemáticos que permiten determinar una resistencia nominal, la que se disminuye intencionalmente por factores de reducción. Esta metodología se sigue utilizando actualmente.

 • La aparición de las computadoras y su aplicación como herramienta en el análisis y diseño de estructuras, hecho que nos ha llevado a desarrollar procedimientos y metodologías imposibles de imaginar hace sólo unas décadas atrás.

Se presume que en el futuro, el diseño y construcción de estructuras de concreto continuará su desarrollo hacia la utilización de Modelos de Información de Construcción BIM (por sus siglas en inglés: Building Information Modeling). Su esencia se resume en un proceso interactivo de generación y gestión de datos para las construcciones que sustentan todo su ciclo de vida utilizando programas de computo dinámicos en tiempo real, incrementando de manera importante el control de obra; y volviendo más eficientes el tiempo y los recursos de diseño y construcción.

Referencia: García, Luis E., “10 personas hablan de 10 tópicos del concreto: ¿Cómo ha evolucionado el diseño de las estructuras del concreto en los últimos 150 años?, en Noticreto: La Revista de la Técnica y la Construcción, edición 100, mayo-junio 2010.

Concretos reciclados

Estimación del Módulo de Elasticidad en concreto reciclado

El concreto presenta un comportamiento mecánico a compresión proporcionado por la mezcla de agua, cemento, agregados y aditivos. Teniendo en cuenta que los materiales pétreos provienen de diferentes fuentes y mecanismos de explotación, el proceso de obtención de los mismos puede alterar las propiedades de los agregados. Estos cambios afectan el comportamiento de las estructuras de concreto, el que es evaluado mediante el desarrollo de ensayos de resistencia y de otras propiedades físico mecánicas como el Módulo de Elasticidad (EC), importante propiedad para el ingeniero calculista al estimar los niveles de desplazamientos y de distorsiones de entrepiso en las estructuras, durante el proceso de análisis y diseño estructural. Por lo general los valores de Ec son obtenidos para el cálculo estructural por medio de ecuaciones empíricas directamente dependientes de la magnitud de la resistencia a la compresión.

Se expone a continuación una metodología para evaluar la resistencia del concreto y estimar su Ec, en función de la resistencia obtenida, en mezclas cuyos agregados involucran fracciones de escombros. Estos valores pueden ser útiles para la estimación de una ecuación que pueda ser utilizada en el cálculo estructural; aprovechando así los residuos de escombros como agregados.

Debe de distinguirse el tipo de agregado para el cálculo del Ec del concreto. Considerando que los agregados aportan el 70% a la resistencia del concreto, es necesario evaluar la incidencia de las propiedades físicas y mecánicas del concreto cuando se utilizan agregados que involucran residuos. La literatura especializada sugiere que pueden ser reciclados para su uso como agregados en el concreto: residuos de adoquines, arcillas, bloques, tabiques, ladrillos, concreto simple, mampostería, cerámicos y material de carpeta asfáltica; siempre que no contengan materia orgánica, papel y/o tóxicos.

Para conocer la incidencia de las propiedades mecánicas de los agregados y de la fracción de éstos reemplazada por escombros en la respuesta a compresión del concreto y en la variación de EC es necesario entre otros aspectos, determinar las propiedades físicas y mecánicas de los agregados; así como la estimación del módulo de elasticidad, el peso unitario y el revenimiento de la mezcla de concreto a estudiar. Por último, una vez que se elaboren cilindros de dimensiones estándar con la mezcla previamente caracterizada, es posible correlacionar la resistencia del concreto con la velocidad de viaje de una onda ultrasónica por medio de la técnica del ultrasonido.

De acuerdo a la velocidad de pulso (v), se tienen en cuenta ciertas condiciones generales de calidad que van desde menores a 2.100 m/s (muy pobres), hasta mayores a 4.500 m/s (excelentes); pasando por pobres, cuestionables y buenas. Durante el ensayo, se mide el tiempo de viaje del pulso de la onda ultrasónica a través del espécimen de concreto. Si la trayectoria corresponde a un comportamiento lineal se puede determinar la velocidad de la onda.La aplicación del método de velocidad de pulso ultrasónico a la tecnología del concreto se basa en la relación de las propiedades elásticas del material con la velocidad de las ondas de compresión dentro de la masa de concreto. La siguiente ecuación permite correlacionar el módulo de elasticidad dinámico del concreto (Ed) con la relación dinámica de Poisson Jd y con la densidad (r) de la mezcla de los cilindros preparados con agregados que involucran fracciones de escombros:

En resumen, la construcción genera residuos que pueden ser recuperados y reutilizados dentro de la misma obra. Asimismo, las propiedades físico-mecánicas del concreto se verán afectadas, si este no se fabrica con agregados naturales; proponiéndose en este escrito una herramienta útil para la adecuada estimación de dichas propiedades con vistas a su utilización en el proceso de análisis y de diseño estructural.

Referencia: Serrano-G M. F.; Torrado L. M.; Porras N., “Propuesta de ecuación para la estimación del módulo de elasticidad del concreto preparado con material reciclado”, en II Simposio Iberoamericano de Ingeniería de Residuos, Barranquilla, Colombia, 2009.

Corrosión

Cinética de corrosión en zonas medioambientalmente urbanas

Hasta hace unos años se consideraba que las estructuras de concreto hidráulico tenían una vida útil ilimitada, y que su durabilidad dependía únicamente de sus características mecánicas; aspecto que hacía que durante la etapa de diseño, no se tomaran en cuenta las condiciones ambientales a las cuales iban a estar expuestas. Diversas investigaciones han demostrado en la actualidad que la durabilidad de las estructuras tiene una importante dependencia con las características del medio ambiente en el que van a estar inmersas. Este documento expone parte de los resultados del proyecto DURACON, auspiciado por el Programa de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED), y que tiene por objetivo la caracterización de la durabilidad de concretos expuestos a las condiciones ambientales reinantes en Iberoamérica. Mediante la exposición de muestras de concreto armado a ambientes marinos y urbanos; en esta investigación en particular, se exponen resultados preliminares acerca de la exposición de muestras de concreto a un medio ambiente catalogado como urbano en un período de 8 meses.

Las muestras se fabricaron con dos tipos de concreto en función de la relación agua/cemento (a/c) de 0,45 (21 MPa) y 0,65 (35 MPa). Se utilizó un mismo tipo de cemento y tres espesores de recubrimiento: 1.5, 2.0 y 3.0 cm. Las pruebas para evaluar la susceptibilidad a la corrosión del acero de refuerzo fueron: resistencia a la polarización lineal y monitorización de potenciales de corrosión siguiendo la norma ASTM C 876-91. Cabe decir que fueron preparadas doce vigas de concreto de 15 cm x 15 cm x 30 cm, de las cuales seis fueron de concreto simple y seis de concreto reforzado con seis varillas de acero del #3 (9.5 mm de diámetro). Las varillas fueron colocadas dentro de las vigas con los espesores de recubrimiento antes especificados. Las vigas se situaron en soportes metálicos, con una cara orientada hacia los vientos predominantes (cara expuesta) y la otra cara hacia los vientos no predominantes (cara resguardada).

Las vigas de concreto reforzado fueron empleadas para realizar la evaluación de los parámetros electro-químicos: Potencial de Corrosión (Ecorr) y Cinética de Corrosión (icorr). La icorr fue medida usando la técnica de Resistencia a la Polarización Lineal (Rp), de acuerdo con la norma ASTM G 59-97.

Los valores de Ecorr que se observan a lo largo de los ocho meses de estudio, para los aceros de refuerzo con sus diferentes recubrimientos, son en general más positivos que -200 mV; lo que con base en la norma ASTM C 876-91, indica un riesgo de corrosión del 10%.

En las varillas de refuerzo de las muestras con a/c de 0.45 se distingue ligeramente la influencia del recubrimiento, presentando valores más nobles de Ecorr las varillas con recubrimiento de 3.0 cm e incluso más negativos los de recubrimiento de 1.5 cm. Este comportamiento se identifica de igual forma en la cinética de corrosión, siendo el recubrimiento de 3.0 cm el de menor magnitud. En las muestras con a/c de 0.65 se observa cómo los valores de cinética o velocidad de corrosión son similares, independientemente de los niveles de recubrimientos. En general, hasta esta etapa de monitorización, los valores de la cinética de corrosión mostrados por las muestras indican un nivel de corrosión despreciable, lo que coincide con los que marca la literatura especializada concordando además perfectamente con los valores de potenciales de corrosión.

Referencia: Zamora, M.A.B.; Mendoza, D. N.; Za-mora, H.H.; Calderón, F.A., “Influence of the coating on the corrosion rate in concrete beams exposed to environment -DURACON Project”, en Portugaliae Electrochimica Acta, (ISSN 1647-1571), Sociedad Portuguesa de Electroquímica, Portugal, 2009.

Pisos de Concreto

Alabeo en losas de concreto apoyadas sobre el terreno

Las losas de concreto apoyadas sobre el terreno tienden a deformarse en las juntas a todo lo largo del perímetro de los tableros, trayendo como consecuencia que se pierda en estas zonas el contacto con el terreno de apoyo. Lo anterior constituye un serio problema en pisos de edificios industriales, pues éstos deben permanecer nivelados para permitir que equipos montacargas operen de forma segura.

Es común que en un tablero de losa alabeado, con el paso de equipos montacargas, se produzca un desgaste en las zonas de las juntas. Por otro lado, las esquinas de la losa pueden fracturarse debido a que el material de apoyo de la subbase tiende a degradarse, lo que trae como consecuencia el rápido deterioro de los pisos industriales, causando problemas de seguridad y sobre todo de economía; pues se comienzan a requerir acciones de reparación.

La causa principal del alabeo en las losas de concreto apoyadas sobre el terreno es la contracción diferencial que ocurre en la superficie expuesta de la losa, debido a los diferenciales de humedad que existen entre dicha superficie y la parte interna de la losa. Estas contracciones a su vez son causadas, entre otros aspectos por el secado del concreto y por procesos químicos de carbonatación que se producen en la superficie de la losa. En general, los factores que intervienen en el desarrollo del alabeo son aquellos que determinan la humedad relativa y la variación de humedad dentro de la masa de concreto, incluyendo las características del material del terreno de apoyo, las características de la mezcla (relación agua cemento, proporcionamiento, y la calidad del cemento y de los agregados), el manejo de la mezcla de concreto, así como las condiciones de servicio después de la construcción. Aunque en muchos casos es posible reparar los problemas asociados al fenómeno del alabeo en tableros de losas de piso apoyadas sobre el terreno, es preferible la prevención del problema. Una de las medidas de prevención más importante es la reducción de los niveles de contracción en la masa de concreto. Esta medida es de posible cumplimiento si se consideran, entre otras cosas: correctas proporciones de los componentes de la mezcla, acertado manejo de la mezcla en estado fresco, adecuadas técnicas de curado y el empleo de aditivos compensadores o reductores de contracciones.

Es frecuente pensar que reforzando el lecho superior de la losa se puede atenuar el alabeo, sin embargo para ello se requerirían cuantías de refuerzo que tenderían a ser muy costosas. La decisión de reparar o no una losa de piso con problemas de alabeo deberá evaluarse en función de las expectativas de desempeño esperadas y, por supuesto, del costo efectivo de la reparación; aunque aspectos tales como la edad de la losa y el correcto comportamiento de las juntas entre tableros contiguos, durante el paso de montacargas, también deberán de ser considerados.

La reparación de una losa de concreto apoyada sobre el terreno se podrá iniciar una vez que ésta haya alcanzado su estabilidad respecto a los ciclos de humedad, dependiendo de las variaciones que experimenta el concreto en estado fresco. La selección de la técnica de reparación dependerá entonces del control del alabeo, mismo que se podrá monitorear directamente en campo.

Algunas de las técnicas de reparación de losas alabeadas son: medición y monitoreo sin ninguna intervención, humedecimiento de la superficie para la reducción o inversión del alabeo, inclusión por corte de más juntas, proceso de inyección de material cementicio de baja contracción, a través de orificios estratégicamente desarrollados en la superficie de la zona de la losa alabeada (posterior-mente es necesario devastar la zona alabeada para garantizar la nivelación deseada), y la colocación de elementos pasajuntas para garantizar una buena transferencia de carga entre tableros contiguos y minimizar así el diferencial de movimiento. En general, las causas que provocan el alabeo en las losas de concreto apoyadas sobre el terreno son las contracciones en la superficie debido a los cambios de humedad. Es importante la prevención del problema, independientemente de que éste puede solucionarse. Las opciones de solución más comunes dependen de las condiciones de servicio y de la severidad del problema, y siempre serán más certeras cuando el proceso de desarrollo del alabeo se haya estabilizado.

Referencia: Mailvaganam N.; Springfield J.; Re-pette W.; Taylor D. “Curling on concrete slabs on grade”, en Construction Technology Update, núm. 44, National Research Council of Canada, diciembre del 2000.

Los editores

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