Posibilidades del concreto

Curado del concreto

Curado húmedo vs. Resistencia

El término curado se utiliza tanto para relatar el proceso natural por medio del cual el concreto hidráulico madura y desarrolla las propiedades mecánicas deseadas en estado endurecido, como para describir las acciones tomadas por el constructor para mantener el concreto húmedo, en un rango de temperatura adecuada; de forma que se garantice la hidratación del cemento.

Se ha comprobado que las reacciones de hidratación del cemento se dan solamente en un ambiente interno de saturación. De aquí que los investigadores de la tecnología del concreto recomienden realizar acciones de curado en los elementos, como parte esencial de los procedimientos constructivos, tendientes a obtener materiales con el mejor desempeño posible; tratando de alcanzar el mayor beneficio posible del alto costo del cemento.

Se distinguen dos tipos de climas extremos que pueden provocar problemas durante el mezclado, transporte y colocación del concreto: frío y cálido. En el caso del frio, la principal preocupación es que los compuestos del cemento no reaccionen con el agua, lo hagan lentamente, o incluso, que ésta se congele. Mientras que en el clima cálido, preocupa que el agua del concreto se evapore rápidamente, lo que puede repercutir en que parte del cemento no se pueda hidratar, haciéndose poroso; reduciéndose así la resistencia del material.

Desde el enfoque anterior se refiere que, por lo general, en las construcciones en climas cálidos, las condiciones de manejo del concreto están caracterizadas por la presencia de las siguientes características: alta temperatura ambiental, alta temperatura del concreto, baja humedad relativa y velocidad de viento y radiación solar considerables. Por ejemplo, el clima de la Península de Yucatán presenta alta temperatura y velocidad del viento que en ocasiones es considerable. Para el manejo del concreto, en cuanto a la humedad, el clima es subhúmedo lo que pudiera compensar el efecto de la combinación anterior. Los valores máximos diarios de la humedad relativa en esta región son suficientemente altos para suponer que se da un curado natural en el concreto; sin embargo la humedad suele tener un importante rango de variación durante el día, por lo cual el concreto puede quedar sujeto a ciclos de humedecimiento en la noche y de secado al mediodía.

En la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán se desarrolló un estudio en que se estimó la resistencia del concreto en cilindros extraídos a vigas de 15 x 15 x 60 centímetros, previamente fabricadas con una mezcla caracterizada por una relación agua/cemento de 0.6, un revenimiento de 10 cm y el uso de agregados calizos de alta absorción. Las vigas se sometieron a cuatro procesos de curado diferentes: inmersión, riego, aislamiento con forro de polietileno y curado al ambiente natural. Luego del estudio, se concluyó que no hubo diferencias significativas entre las resistencias de los concretos curados por los cuatro procesos considerados; aunque es importante referir que la relación entre la superficie expuesta del concreto y el volumen total del elemento es fundamental para definir el efecto del medio ambiente en el secado del concreto, y por tanto, en la necesidad de aplicar un curado húmedo.

De lo anterior se resume que es necesario realizar una mayor cantidad de estudios para determinar la influencia real del curado húmedo en la resistencia del concreto en clima cálido subhúmedo. Puede afirmarse además la influencia de este tipo de curado sobre otras propiedades del concreto, tales como: resistencia a la abrasión, dureza superficial, carbonatación y permeabilidad; en la zona más externa de los elementos, de las cuales depende en buena medida, la durabilidad del material y por ende de la estructura.

Referencia: Solís, R.; Moreno, E., “Influencia del curado húmedo en la resistencia a compresión del concreto en clima cálido subhúmedo”, en Revista Ingeniería 9-3, 5-17, UADY, México, 2005.

Adiciones al concreto

Resistencia a cloruros y la EAH

Es posible que el deterioro de las estructuras ubicadas cerca del mar se dé por el acceso de iones de cloruro a la matriz de concreto, pudiendo éstos alcanzar al acero de refuerzo e iniciarse así el fenómeno de la corrosión. Debido a ello es de vital importancia implementar procedimientos que permitan establecer cuál mezcla de concreto es la más indicada para estos casos.

Se presentan en este escrito los resultados de una investigación desarrollada en la Universidad de los Andes, en Bogotá para determinar cómo influye la adición de Escoria de Alto Horno (EAH), el tiempo de curado y la resistencia a compresión en la penetración de iones cloruro en la matriz de concreto. Su propósito fundamental se ubicó en poder llegar a ofrecer recomendaciones para aumentar la durabilidad de las estructuras expuestas a este ambiente, a partir del empleo de materiales nacionales.

Para desarrollar la investigación se utilizó un equipo hecho en ese país que sigue los requerimientos del equipo de permeabilidad rápida a cloruros según ASTM 1202, y que mide fundamentalmente la corriente sobre una muestra de concreto por donde atraviesan iones cloruro en una dirección. La cantidad de iones que atraviesa la muestra depende de las propiedades resistentes del concreto a este paso iónico. Las medidas recolectadas se utilizan para calcular la carga eléctrica total que ha atravesado la muestra durante 6 horas, y así precisar la capacidad del concreto para evitar el paso de iones cloruro.

El procedimiento de ensayo comenzó dos días antes de evaluar la permeabilidad de la muestra, utilizando una probeta de 10 cm de diámetro y 5 cm de alto, que fue cortada de un cilindro más grande, de manera que las dos caras paralelas de la muestra eran lo más horizontales posible. Para taparla se aplicó un sellante que detiene la salida del líquido en esa dirección, así los iones cloruro pueden solamente desplazarse en una dirección.

Al segundo día se somete la probeta al vacío, utilizando una bomba de vacío que pueda generar una presión de 1 mm de Hg. Este procedimien-to se hace con el objetivo de sacarle el aire a la muestra y prepararla para que sea más factible la generación de canales por donde puedan fluir los iones cloruro. Al tercer día, comienza el ensayo con el empleo del equipo por un tiempo de 6 horas, recolectando luego los datos de voltaje del multímetro e introduciéndolos a un software para hallar los datos de corriente en cada lapso. Finalmente, el sistema calcula la integral de corriente vs. tiempo, obteniéndose así la carga total que pasa por la muestra durante las 6 horas.

Durante la calibración del equipo se utilizaron tres tipos de concreto con relación a/c de 0.84, con cemento tipo III, adicionando también tres diferentes porcentajes de EAH: 0%, 26% y 40% (referido al cementante total). También se introdujo como variable el nivel de voltaje, considerándose de 15, 30 y 60 V. La edad del concreto se consideró entre los 50 y 60 días. Asimismo, para los ensayos definitivos se utilizaron 6 dife-rentes relaciones a/c, oscilantes entre 0.46 y 0.84.

Se escogieron como variables principales: la relación a/c, el tiempo de saturación y el porcentaje de EAH. Adicionalmente se hicieron ensayos de resistencia a compresión simple a 3, 7, 28 y 56 días para todas las muestras. También se realizaron ensayos de absorción, densidad, porosidad, velocidad de onda de ultrasonido y módulos de elasticidad en las muestras.

De acuerdo a los resultados obtenidos, para proteger las estructuras ubicadas cerca del mar y que se encuentran bajo la acción de cloruros, se deben utilizar mezclas con adición de EAH cuya cantidad sea de aproximadamente el 25% del total de cementantes, relaciones a/c inferiores a 0.51 y resistencias a compresión elevadas (en lo posible mayores a los 40 MPa). Los concretos con estas características presentaron permeabilidades asociadas a un material con baja permeabilidad a los cloruros.

Referencia: Santamaría, N.; Yamín, N.; Arcila, C., “Resistencia a los cloruros en el concreto adicionado con escoria de alto horno”, en Revista de Inge-niería, núm. 23, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia, ISSN 0121-4993, 2006.

Fibras

Concreto reforzado con FRC

El concreto está considerado un material frágil, principalmente debido a su baja capacidad de deformación por tensión y poca resistencia a la fractura. Su desempeño se puede modificar, haciéndolo más dúctil con la adición aleatoria de fibras en la mezcla.

En el Concreto Reforzado con Fibras, (FRC, por sus siglas en inglés), éstas suelen ser eficaces en la detención de las grietas a nivel macro y microscópico. Para una óptima respuesta, diferentes tipos de fibras se pueden combinar para producir Concretos Reforzados con Fibra Híbrida (HFRC). Numerosas investigaciones exponen que el uso de combinaciones optimizadas de dos o más tipos de fibras en la misma mezcla puede conllevar a un compuesto con mejores propiedades, que aquel elaborado con un único tipo de fibra. Esto incluye la combinación de fibras con diferentes formas, dimensiones, resistencia a tensión y módulo de Young.

Se presentan en este escrito los resultados de una investigación que se centra en evaluar la influencia de diferentes volúmenes de fibras en el desempeño de ductilidad de especímenes de concreto. En general se ensayaron 27 especímenes de 10x10x50 cm, a los que se les incorporó de 0.0 a 2.0% de volumen de fibras de polyolefin y de acero en proporciones diferentes. Esta composición de fibras utilizadas responde a que las fibras de acero, que son más fuertes y rígidas, mejoran la resistencia al agrietamiento y a la rotura; mientras que la fibra de polyolefin, que es más flexible y dúctil, conduce a un mejoramiento de la resistencia y a una mayor capacidad de deformación posterior al agrietamiento.

En la actualidad, resulta todavía limitada la información disponible acerca del comportamiento de la ductilidad de los HFRC. Esta es la razón por la que se desarrolla este estudio, utilizando un modelo neurodifuso adaptativo para la predicción del desempeño por ductilidad de este material. De aquí que los objetivos fundamentales del estudio son: explorar la posibilidad de utilizar HFRC para mejorar el desempeño del concreto y evaluar en especímenes fabricados con este material la capacidad a flexión, así como la ductilidad.

Se utilizó concreto con resistencia a la compresión de 26.65 MPa, siendo analizadas las muestras en un marco de carga en donde se fue midiendo la deformación mediante un deformímetro de precisión de 0, 01 mm; al mismo tiempo se midieron los anchos de fisura utilizando un microscopio de detección de grietas. Las medidas anteriores se tomaron para distintos niveles de carga hasta el fallo.

Para predecir el desempeño por ductilidad y luego, de manera razonable, comparar los resultados experimentales con el pronóstico, se propone un Sistema de Inferencia Neurodifuso Adaptativo (ANFIS) como herramienta de predicción. Un ANFIS es un sistema híbrido que combina las habilidades de lógica difusa para la toma de decisiones con las habilidades computacionales de las redes neuronales, ofreciendo una plataforma sofisticada para la modelización y la predicción.

Esta herramienta requiere la generación de sistemas de inferencia difusa para cada parámetro tomado en cuenta en la predicción (módulo de rotura, carga última y de servicio, deformaciones asociadas a cargas última y de servicio, abertura de grieta, ductilidad de energía y de deflexión). Los parámetros de entrada en este caso son: la fracción de fibra adicionada, así como el porcentaje de fibra de polyolefin y de acero. En general puede resumirse que una fracción de volumen de fibra híbrida de 2.0% con una combinación 30-70 Polyolefin-Acero, mejora significativamente el desempeño por ductilidad de especímenes de concreto reforzado. Asimismo, los especímenes de HFCR presentan una mayor resistencia a flexión, aumentándose de forma importante el módulo de rotura; adicionalmente se reduce significativamente la abertura de grieta y se aumenta la ductilidad de energía y de deflexión.

Referencia:Eswari, S.; Raghunath, P. N.; Sugu-na, K., “Ductility performance of Hybrid Fibre Reinforced Concrete”, en American Journal of Applied Sciences 5 (9): 1257-1262, 2008, ISSN 1546-9239.

Concretos especiales

Concreto compactado con rodillo

1era parte

El concreto convencional tiene un ángulo de fricción similar al de un relleno hecho con material granular, con la diferencia de que el valor de la cohesión es mayor y permite construir en forma segura rellenos con mayor pendiente. Debido a este hecho se pensó en la posibilidad de utilizar los mismos equipos para la construcción de presas de tierra, mediante el transporte y colocación de materiales granulares enriquecidos con cemento, desde la planta de producción hasta su sitio de colocación; incrementando el rendimiento y disminuyendo los costos de construcción.

La utilización de esta tecnología en los trabajos de reparación de la presa de Tarbela en Pakistán y la utilización de equipos de movimiento de tierras en la construcción de la presa de Alpe Gera en Italia, dieron lugar al desarrollo e investigación tanto de las características del material como tal llamado Concreto Compactado con Rodillo (CCR), así como de los métodos a emplear en la construcción de presas de gravedad con este tipo de material. Éstos permitieron la construcción de la primera presa con este sistema en el mundo, Willow Creek en Oregón, EE.UU., que aún no ha cumplido 20 años de construida.

El CCR y el concreto convencional (CC), están constituidos por los mismos componentes. Se diferencian en su consistencia, en la dosificación de la mezcla y en las características de sus componentes. El CCR tiene tal consistencia que puede soportar el peso de un compactador, que lo densifica mediante la acción combinada de su peso y de su vibración. Adicionalmente, el CCR en estado fresco tiene la apariencia de una grava con una granulometría continua y solo adquiere la apariencia del CC cuando fragua el cemento. Desde un inicio, el tamaño máximo del agregado se ha venido reduciendo; en cambio el contenido de arena se ha ido incrementando, con el fin de prevenir su segregación.

La granulometría continua del agregado, permite incrementar la densidad del CCR respecto a la del CC. La densidad del CCR con un agregado de buenas características alcanza fácilmente valores del orden de 2,50 t/m3, mayores a los 2,3 t/m3 que se obtendría con el mismo agregado en un CC reforzado. El CCR permite utilizar agregados de regular calidad, usualmente prohibidos para ser usados en el CC, lo que implica desarrollar programas de diseño de mezclas y de investigación de sus propiedades mucho más complejos que las que se realizan con un CC.

En el CCR el contenido de cementante es bastante menor, por lo que en una presa de gravedad, este menor contenido de cementante unido a la adición de puzolana, incide directamente en una menor generación de calor y en la menor magnitud de los gradientes térmicos que se generan, disminuyendo así el potencial de agrietamiento. El tipo de cemento recomendado para ser utilizado en la construcción de presas de gravedad utilizando CCR, es el de moderado calor de hidratación o en su defecto un cemento mezclado con adiciones activas tales como puzolanas o cenizas volantes.

Las propiedades del CCR están determinadas principalmente por los factores que definen su dosificación: contenido de cemento, contenido de puzolana, contenido de humedad, granulometría y la adición de aditivos retardantes. La homogeneidad del CCR es uno de los principales propósitos en su producción, por lo que la dimensión y la selección del tipo de mezcladora a utilizar en su preparación tienen una gran importancia, a diferencia de la producción del CC. La mezcla de CCR se realiza utilizando: alta proporción de agregados y baja cantidad de agua y cemento, lo cual induce a un corto tiempo de fabricación.

El CCR es muy sensible a la variación del contenido de humedad, la que afecta sus propiedades elásticas. En general se afectan las resistencias a compresión y tensión, y el módulo elástico, y se genera segregación; adicionalmente, se generan presiones de poros (fenómeno intrínseco de la mecánica de suelos), que afectan el contacto pasta-agregado, disminuyendo por esta causa las resistencias antes indicadas.

Referencia: “Concreto Compactado con Rodillo (CCR)”, en Noticreto. La Revista de la Técnica y la Construcción, Revista de la Asociación Colombiana de Productores de Concreto, núm. 58, enero-marzo de 2001.

 

Los editores

 

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