Posibilidades del concreto

Concretos especiales

Concreto Compactado con Rodillo

2da.parte

En el Concreto Compactado con Rodillos (CCR) la resistencia a la compresión es uno de los parámetros a tomar en cuenta, sin ser el principal. Es así como el diseño y los ensayos de mezclas de CCR de una presa de gravedad están orientados a lograr mezclas con resistencias a com-presión y tensión que cumplan con los niveles de seguridad requeridos, alta capacidad de deformación, bajo incremento adiabáti-co de calor, parámetros de resistencia al corte entre capas acordes con los niveles de seguridad; además del bajo costo unitario. Cabe decir que la adherencia entre capas se convierte en un aspecto crítico del diseño y es una de las características que mayor problema ocasiona a los contratistas durante la construcción de una presa de CCR.

Una característica importante del CCR a diferencia del Concreto Conven-cional (CC), es la realización del transporte y la colocación con equipos utilizados comúnmente en el movimiento de tierras; esta condición permite desarrollar altas tasas de colocación, superiores a las obtenidas en el CC, permitiendo así la cons-trucción de presas de gravedad en tiempos relati-vamente cortos; esta es precisamente la principal ventaja de esta tecnología. A diferencia de otro tipo de estructuras y/o presas, los métodos y equipos utilizados en la construcción de presas de CCR, tienen una gran influencia en su comportamiento estructural y térmico, y en la estabilidad de la presa. Algunas de las ventajas del sistema se comentarán a continuación.

Debido a la alta resistencia a la erosión del CCR, el rebosadero puede construirse incorporado a la presa; ya sea controlado con compuertas o libre, lo que implica una economía apreciable en comparación con otro tipo de presas construidas con otros sistemas, que requieren un rebosadero independiente, debiéndose realizar excavaciones a cielo abierto en sitios de presa no muy abruptos o excavaciones subterráneas en sitios estrechos y abruptos. Por otro lado el volumen de una presa de CCR es significativamente menor al volumen que requeriría una presa de enrocado de altura equi-valente, por lo que el tiempo de construcción es generalmente menor en la construcción de presas de CCR, debido además a las altas tasas de produc-ción y colocación, y a los menores volúmenes de las presas de CCR. Adicionalmente, las actividades de inyecciones para tratamiento de la cimentación de la presa pueden ejecutarse desde galerías sin in-terferir con el avance del CCR, en donde además se presenta menos contracción por fraguado fraguado y por tanto son menos propensos a agrietarse. Además, la deformabilidad del CCR es mayor que la del CC por su menor módulo de elasticidad y mayor flujo plástico.

En la construcción de presas de CC se requieren agregados con bajo y controlado contenido de finos; en contraste, los agregados utilizados para las presas de CCR pueden tener elevados porcientos de finos, dependiendo de sus condiciones de plasticidad.

Respecto al costo unitario del CCR se refiere que puede ser equivalente desde 30 a 50% del costo unitario del CC de una presa de gravedad, mientras que puede ser hasta cinco veces más alto que el de un relleno granular. Dada la alta tasa de colocación del CCR, por lo general la presa está incluida dentro de la ruta crítica del proyecto; de esta forma su construcción se puede programar a fin de reducir en lo posible los costos financieros que implica su construcción.

A pesar de lo anterior, debe tenerse en cuen-ta que es imposible construir presas de CCR en cualquier lugar debido a que se requieren estribos en roca competente. Por lo tanto, a pesar de las múltiples ventajas que este sistema ofrece, puede no ser factible su utilización en sitios donde las condiciones geotécnicas de la cimentación de la presa, no sean las propicias.

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.

Adiciones al concreto

Concreto mejorado con humo de sílice

El concreto mejorado con humo de sílice (SF, por sus siglas en inglés) resulta un material más resistente y durable que el concreto tra-dicional; las propiedades que esta adición mineral le otorga a la mezcla, reducen considera-blemente los fenómenos de la corrosión y la car-bonatación. Asimismo, en su proceso tecnológico requiere de una correcta colocación, terminación y curado, aspectos que entre algunos otros serán comentados en este escrito.

El SF se encuentra disponible en el mercado en diferentes formas: seco, polvo densificado y acuoso. Depen-diendo del distribuidor se puede encontrar a granel, en silos o en bolsas. Cuando el SF se encuentra a granel, puede transportarse y manejarse igual que el cemento Portland y la ceniza volante. Cuan-do está empaquetado, pueden vaciarse las bolsas directamente a las mezcladoras; sin embargo nor-malmente no se hace de esta forma debido a que este polvo se expande muy fácilmente.

Para lograr del concreto mejorado con SF sus principales ventajas, su proceso tecnológico debe atenderse con cuidado y rigor. Deben seguirse cuidadosamente tres etapas: dosificación, adición y mezclado. De la misma manera, se atenderán con precaución otras etapas como la colocación, compactación y curado.

Dosificación: Debe ser suministrada a la mezcla la cantidad adecuada de SF. En algunas especifica-ciones se requiere que el SF sea una fracción del peso del material cementante, mientras en otras se utiliza como reemplazo de este. La dosificación del SF se hará con la misma exactitud con la que se consideran los otros materiales componentes del concreto; usualmente se especifican precisiones de ±1% por masa o volumen. La cantidad de agua en el SF acuoso también debe ser considerada en las proporciones de la mezcla, debiéndose ajustar el peso del agua de mezclado para corregir el agua de la mezcla.

Adición: La forma del material empleado: seco o acuoso, determina el momento de agregar el SF a la mezcla. Puede agregarse el SF seco en cual-quier momento durante el proceso de producción. El SF acuoso deberá agregarse primero si utiliza mezcladora de camión. Para concreto mezclado en planta fija, el SF acuoso se debe de agregar, una vez que el resto de los materiales estén en la mezcladora.

Mezclado: El SF debe distribuirse uniforme-mente en todo el concreto. Un pobre e incorrec-to mezclado puede traer como consecuencia variaciones en la resistencia a la compresión del concreto. Es importante referir que aspectos tales como el volumen de material a mezclar y la velocidad de rotación del mezclado deberán ser controlados.

Dependiendo de la cantidad de SF en el concreto, la mezcla en estado fresco es más cohesiva y menos propensa a segregarse que en el concreto convencional (CC). Para la transpor-tación se utilizan los equipos tradi-cionales, y en la colocación pueden emplearse: cubos, bombas, tolvas y canales. Durante la colocación, no se debe agregar agua al concreto para mejorar su trabajabilidad; pues tendría el mismo efecto que en los CC (en general se reduce tanto la resisten-cia como la durabilidad).

La compactación por vibrado siempre será necesaria. El incremento de la cohesión que provoca en la mezcla el SF, deja burbujas de aire atrapadas que deben eliminarse por vibración; independientemente del revenimiento.

La mayor diferencia entre el CC y el concre-to adicionado con SF radica en la terminación. Cuando se utiliza SF en más de un 5% en peso del cemento, la diferencia es pequeña; pero si se utiliza mayor cantidad, se reduce el sangrado y hasta puede llegar a eliminarse. Esto hace a los concretos mejorados con SF más susceptibles que los CC al rápido secado de la superficie y al agrietamiento plástico; a menos que se realice un curado adecuado, de ahí que un curado inade-cuado puede ser más peligroso para un concreto mejorado con SF que para un CC.

Referencia: Holland T., “Working with silica-fume concrete”, en Concrete Construction, marzo de 1987.

Durabilidad

Concreto en ambientes agresivos

A la rápida difusión del uso del concreto armado ha contribuido al complemento de las propiedades del acero y el concre-to. La barrera de protección que le proporciona el concreto a la varilla de acero es reforzada por el valor de pH alcalino que se alcanza luego de las reacciones de hidratación del cemento, que hacen pasivo al refuerzo y lo protegen químicamente. Sin embargo, la interacción con el medio ambiente provoca que dicha protección se vea dismi-nuida, principalmente por la acción de los cloruros y del CO2.

Se presentan en este escrito los resultados de un estudio realizado en la Universidad de Antioquia en Colombia a probetas cilíndricas de concreto reforzado y sin reforzar, de 12.5 cm de diámetro y 5 cm de longitud, expuestas a diferentes condiciones atmosféricas, para es-tudiar su comportamiento frente a la agresividad del ambiente. Las ciudades elegidas fueron Bogotá, Medellín y Ba-rranquilla; en cada ciudad se seleccionaron 3 sitios y en cada sitio se instalaron 7 probetas: 4 con refuerzo y 3 sin refuerzo, para un total de 63. En las probetas se utilizó: cemento Portland tipo I, arena de río con granulometría según ASTM C 778, agua y acero estructural de bajo carbono con diá-metro de 1,6 cm.

Las probetas fraguaron y se dejaron curando 1 mes en una cámara con temperatura de 22-23 °C y humedad relativa mayor al 80% En el período se realizaron análisis de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) a las probetas reforzadas para determinar el estado de pasivación del refuerzo, utilizando un potenciostato-galvanostato. Al final del período, las probetas fueron expuestas a los di-ferentes ambientes durante 1 año. En este período y en cada sitio se retiró una probeta reforzada cada 4 meses. Para el caso de las probetas sin refuerzo, se retiró una sección de cada una de ellas en el mismo intervalo de tiempo. Culminado cada período, a las probetas reforzadas se les realizó análisis de EIS y a las secciones sin refuerzo se les determinó el perfil de carbonatación por medio de un indicador de acidez y basicidad (fenolftaleína).

En las probetas reforzadas, durante el período de curado y gracias a las reacciones de hidratación generadas, se da inicio a la formación de una capa pasiva sobre la barra de refuerzo. Asimismo, en los diagramas de impedancia a los 6, 14 y 30 días para cada una de las probetas, se observa un aumento progresivo de la resistencia a la polarización del sistema; lo que se relaciona con el crecimiento de la capa pasiva sobre el refuerzo.

Los resultados de EIS a la probeta retirada tras 4 meses de exposición, muestran que el creci-miento de la capa pasiva sobre la barra aún sigue en proceso en cada una de las estaciones en los tres sitios de exposición. Adicionalmente, no se registra hasta ese momento ningún tipo de ataque sobre la barra, causado por iones despasivantes, especialmente en zonas costeras donde las probetas están expuestas a mayores concentracio-nes de cloruros. En el caso de las probetas sin refuerzo, al término de los cuatro primeros meses de expo-sición, fueron retiradas secciones de éstas de aproximadamente 3 cm, a las que se les determinó el perfil de carbonatación. Los resultados mues-tran que se ha presentado un perfil de carbonatación en las probetas de todas las estaciones.

Inicialmente, este comportamiento acele-rado de carbonatación puede estar relacionado con las altas temperaturas y las bajas humedades registradas en los primeros meses de exposición, provocando que los poros se encuentren secos y permitan el ingreso con mayor facilidad del CO2 atmosférico. Por otro lado, hasta el momento no se evidencia una gran diferencia en el proceso de carbonatación que muestran las probetas en los tres sitios. Adicionalmente, a partir de estos resultados se puede confirmar el estado pasivo de la barra de refuerzo, ya que el centro de la probeta no ha sufrido carbonatación.

Referencia:Correa. E. A.; Montoya, R. M.; Peñaran-da, S. L.; Echeverría, F.; Castaño, J. G., “Deterioro atmosférico del concreto en ambientes urbanos co-lombianos de diferente agresividad” en Ingeniería y Desarrollo, Universidad de Antioquia, Barranquilla, núm. 23, junio/diciembre, 2008.

Agregados

Influencia de los agregados en las características del concreto

1era parte

La necesidad de contar con concretos de ca-lidad hace indispensable conocer a detalle sus componentes, pues tanto la resistencia como la durabilidad dependen de las propiedades físicas y químicas de ellos, especialmente de los agregados. Sin embargo, uno de los problemas que generalmente se presenta al emplear el concreto, es la poca verificación de las ca-racterísticas de los agregados pétreos que se utilizan. En este escrito se resumen los resultados de una investigación desarro-llada en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán, en donde se evalúan las propiedades de estos componentes y su influencia en las características del concreto tanto en estado fresco como endurecido.

Los concretos elaborados en México requieren en su fabricación de agregados ob-tenidos de depósitos de origen natural o como productos de trituración de roca. Por su tamaño, se dividen en: agregados finos (arenas naturales o ma-nufacturadas con tamaños de partícula entre 60 µm y 5 mm) y gruesos (con tamaños entre 5 y 125 mm).

En el concreto en estado fresco, la absorción es quizás la propiedad del agregado que más influye en la consistencia, pues las partículas absorben agua disminuyendo la manejabilidad de la mezcla. Si dos tipos de agregados tienen similar absorción, otros factores como la forma, tamaño y graduación, influyen en la consistencia; ya que a mayor superficie del agregado a cubrir con pasta, se tendrá menos fluidez. Una buena consistencia y trabajabilidad de la mezcla se obtiene combinando índices bajos de absorción y buenos coeficientes de forma. Por otro lado, si el contenido de cemento se incrementa, se afecta la consistencia, induciendo al aumento del agua en la mezcla para mantener la relación agua-cemento; por lo que en algunas ocasiones puede ser necesario aumentar el contenido de cemento, para que se logren mejores consistencias en mez-clas de resistencias no muy altas.

La forma de los agregados tiene incidencia sobre la trabajabilidad del concreto fresco. Las formas básicas de éstos se pueden simplificar en 4 tipos: Equidi-mensional o esférica, prismática, tabular o elíptica, e irregular. De éstas, la que más puede afectar la traba-jabilidad, es la tabular (piezas planas y alargadas); pues pueden orientarse en un solo plano, favoreciéndose así la acumulación del agua y del espacio poroso debajo de ellas. Además, gravas con esta forma requieren mayor cantidad de arena, lo que implica incrementar el volumen de agua. Se prefiere entonces, agregados cuyas formas tiendan a ser angulares y cúbicas.

La manera como el grado de redondez del agre-gado puede influir en el concreto fresco es variable. A mayor grado de redondez menor relación de va-cíos; pero por otra parte un menor valor de este pa-rámetro reduce la capacidad de compactación. Por otro lado, la granulometría y el tamaño máximo del agregado para las gravas, afectan las porciones relativas de los agregados, así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad y la durabilidad del concreto. Cuando los agregados son muy gruesos, pueden producir mezclas rígidas; mientras que aquellos agregados que no poseen exceso de algún tamaño y tienen una curva granulométrica suave, producirán resultados más satisfactorios en las propiedades del concreto fresco.

En el agregado fino deben ser considerados: el módulo de finura (MF) y la continuidad en los tama-ños; ya que algunas arenas pueden tener módulos de finuras aceptables y sin embargo carecer de alguna clase granulométrica. Si se considera única-mente el MF, pueden obtenerse dos condiciones desfavorables, que el MF sea mayor a 3.1 (arena gruesa), siendo las mezclas poco trabajables, con poca cohesión entre sus componentes y requiriendo mayores consumos de cemento para mejorar su traba-jabilidad; y que el MF sea inferior a 2.2 (arena fina), de ahí que en este caso las mezclas sean pastosas, por lo que requieren mayores consumos de cemento y agua para el logro de una resistencia determinada, con la correspondiente mayor probabilidad de ocurrencia de agrietamientos de contracción por secado.

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.

 

Los editores

 

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