Posibilidades del concreto

Contracciones en el Concreto

Efecto de la contracción a edad temprana en el agrietamiento
2da parte.

Acontinuación se exponen los factores que se consideran tienen un impacto significativo en el alcance y magnitud de la contracción a edad temprana; así como en el agrietamiento asociado.

Restricciones ante movimientos: Las restricciones ante el movimiento son una de las principales razones que propician el agrietamiento. La restricción no cambia la contracción a edad temprana en sí misma; sin embargo, aumenta el esfuerzo de tensión en el concreto y por tanto, la probabilidad de que éste se fisure. Cuanto mayor sea la restricción impuesta, mayor será el riesgo de agrietamiento.

Compactación: En un concreto adecuadamente compactado se eliminan los vacíos en la mezcla y con ello se limita el fenómeno de la contracción a edad temprana y el potencial agrietamiento. Una buena compactación aumenta la resistencia a la tensión del concreto y, por tanto, su capacidad para resistir esfuerzos de tensión sin agrietarse. Los vacíos cerca de la superficie del concreto son especialmente preocupantes, ya que reducen significativamente la capacidad de resistencia del concreto en esa zona, haciendo vulnerable a la formación de grietas.

Exudación: Una inadecuada exudación del agua en la superficie del concreto, aumentará la contracción a edad temprana y la tendencia del concreto a agrietarse. La velocidad a la que exuda el concreto es más importante que la cantidad de agua perdida para predecir si éste se seca o no, o si se contrae o se agrieta a edad temprana. En la medida que el agua permanezca en la superficie del concreto, no habrá succión en los capilares, y por consiguiente no hay peligro de contracción a edad temprana, ni tampoco agrietamiento.

Superficie de secado: Las superficies que se secan en las primeras horas presentan mayor contracción a edad temprana; y son más propensas a agrietarse. Uno de los principios de la contracción a edad temprana establece que si el concreto se deja secar en las primeras horas, la superficie se agrietará; lo cual es motivo de preocupación en cualquier condición medioambiental, no sólo en clima caluroso o ambiente seco.

Protección temprana: La protección de la superficie del concreto durante las primeras horas reducirá siempre la contracción a edad temprana y con ello la posibilidad de agrietamiento. La protección puede proporcionarse mediante el uso de barreras contra el viento o con la aplicación de retardadores de evaporación a base de alcoholes alifáticos, que retardan el proceso de evaporación en la superficie del concreto y por tanto, retrasan el desarrollo de las fuerzas de succión que promueven el agrietamiento.

Curado: El concreto sin curar exhibe mayor contracción a edad temprana y es más propenso a agrietarse. Para mantener la humedad requerida en la superficie del concreto, es vital iniciar un régimen de curado adecuado, unas pocas horas después de que este es colocado.

Juntas: Las juntas en pavimentos de concreto no inciden directamente en la contracción a edad temprana, pero son un medio de “aliviar” los esfuerzos desarrollados como resultado de ésta; y por tanto, controlan la fisuración. Cuando las juntas se ubican en el sitio adecuado a las pocas horas de la colocación, pueden limitar los esfuerzos de tensión que se desarrollan en el concreto, ayudando así en la prevención a edad temprana del agrietamiento. Si las juntas se realizan tardíamente, no tendrán mucha influencia sobre el desarrollo de las contracciones ni en el control del agrietamiento. En resumen, la contracción a edad temprana del concreto con el consiguiente potencial de agrietamiento puede reducirse, si se reducen las restricciones externas, si el concreto se cura y compacta adecuadamente, y si se protege de la desecación superficial; además concibiendo juntas adecuadas, en cuanto a su ubicación y a su tiempo de desarrollo.

Referencia:“Early Age Shrinkage of Concrete”, en Cement, Concrete & Aggregates Australia-Data Sheets, junio de 2004.

Morteros especiales

Recubrimiento de pisos con morteros de poliuretano

Uno de los temas más preocupantes para el normal funcionamiento de una planta industrial, son los problemas que surgen como consecuencia de su propia actividad, y que requieren un mantenimiento de los pisos mediante el uso de productos de alta prestación que garanticen un óptimo resultado. Estos problemas son fáciles de reconocer; los más comunes son: el ataque agresivo debido a la acción de productos químicos, el alto tránsito que soportan, la falta de mantenimiento con productos de calidad y los choques térmicos. Las nuevas tecnologías existentes hacen que ese problema tenga una solución precisa que otorga grandes ventajas en la relación costo-beneficio y en la reducción de los tiempos de paro.

Los morteros de poliuretano (MP) son desarrollados para soportar altas exigencias y condiciones extremas de uso. Están compuestos con base en poliuretano y agregados especiales. Han sido diseñados para proteger principalmente al concreto; pero también son efectivos en aplicaciones sobre pisos metálicos o de madera. Son ideales para aquellas plantas donde se desarrollan procesos químicos, industrias alimenticias, frigoríficos, industria farmacéutica, laboratorios, celulosa, y en las que se produce ácido de baterías u otros productos corrosivos.

Entre sus principales características se pueden mencionar que los MP pueden ser colocados con espesores de 2 a 10 mm. Dado el bajo módulo de elasticidad que tienen se deforman ante fuertes impactos, lo que evita que se quiebre; previniéndose así la contaminación del sustrato. Asimismo, poseen un excelente poder adhesivo sobre el concreto lo que evita que se desprenda bajo condiciones normales; y si la preparación de la superficie es correcta, no es necesario el empleo de imprimación alguna.

Otro elemento destacable es la buena resistencia de estos morteros, que casi siempre alcanzan propiedades físicas de casi el doble de la del concreto común. Tienen además un coeficiente de expansión térmica similar al del concreto, por lo que resisten choques térmicos, lavados continuos con vapor de agua, así como congelamiento y deshielo. Una vez instalados y curados, los MP pueden ser sometidos, sin perder sus propiedades, a temperaturas que varían desde –37 ºC hasta los 104 ºC de inmersión permanente y 127 ºC intermitente.

Destaca también la resistencia a una amplia variedad de ácidos orgánicos e inorgánicos, álcalis, aminas, sales y solventes. Los MP tienen muy baja absorción de agua (0,5%) y resisten presiones de agua: negativas y positivas. Debido a su conformación, los MP son productos no tóxicos, inodoros que no atacan la piel. Después de su instalación, los pisos se pueden habilitar a las 10/12 horas al tránsito peatonal y a las 18/24 horas al tránsito industrial intenso.

Para su aplicación el concreto debe tener como mínimo 14 días con menos del 10 % de humedad. La superficie debe estar limpia, seca, bien nivelada, sin contaminación, sin defectos de terminación; por lo que si hay fisuras, éstas tienen que ser reabiertas y selladas con el mismo producto. Luego de este proceso todos los agentes de curado y selladores deben ser removidos. Previo a la aplicación del concreto, se recomienda hacer en la superficie de concreto un escarificado mecánico que incluya un sistema de aspiración de polvos, a fin de garantizar la perfecta limpieza superficial y con ello la rugosidad del sustrato para conseguir una adecuada adherencia del sistema.

Es importante aclarar que de no ser factible alguno de los métodos anteriores, se recomienda arenar, hidrolavar o atacar químicamente la superficie para abrir los poros y de esa manera lograr la adherencia deseada. Otro aspecto fundamental es que si el concreto tiene una resistencia a la compresión menor a 21 MPa, no es aconsejable emplear estos morteros.

Referencia: Rosati, J. I., “Morteros poliuretánicos autoimprimantes de alta resistencia”, en Hormigonar, Revista de la Asociación Argentina del Hormi-gón Elaborado, No. 4, 2004.

Reforzamiento del Concreto

Refuerzo estructuralcon materiales compuestos

El concreto reforzado es el material compuesto más usado en la industria de la construcción. En éste se combinan las propiedades básicas de resistencia del concreto (compresión) con las del acero de refuerzo (tensión). Su durabilidad y comportamiento dependen de diversos factores, siendo particularmente importante el rol de los materiales constituyentes.

El advenimiento de los materiales compuestos basados en polímeros ha conducido al estudio de cómo aplicarlos a elementos de concreto para usarlos como refuerzo y observar si se logra aumentar la vida útil del elemento. Apoyándose en investigaciones realizadas en el Centro de Investigación Científica de Yucatán, en el Instituto Tecnológico de Mérida (ITM) se llevó a cabo la presente investigación, con el fin de conocer los aspectos teóricos del uso de los polímeros y definir la factibilidad de su uso en elementos de concreto en flexión.

Los materiales constituyentes del compuesto utilizado en este estudio son la fibra de vidrio tipo E, poliéster Resinmex MR 250 y catalizador K2000; que sirve para lograr el fraguado y curado del poliéster, resultando lo que se conoce como matriz. Partiendo del hecho de que la resistencia del concreto a la tensión es baja, el compuesto se colocará en la zona de tensión y la eficacia de la transmisión de los esfuerzos dependerá de la adherencia entre el concreto y el material compuesto. Como material de unión se usó el propio poliéster–catalizador, de ahí la importancia de lograr una impregnación uniforme.

Las vigas que se estudiaron fueron de concreto simple, de 15 x 15 cm de sección transversal y 45 cm de longitud; ensayadas bajo la acción de dos cargas aplicadas en los tercios, de forma tal que se induzca flexión pura al centro de la pieza. Para las pruebas se utilizó la máquina ADR Digital Readout Unit, con capacidad de 100 KN, a la que se le adaptó un deformímetro. Después, se procedió a dosificar el concreto para una resistencia de 175 kg/cm2 a los 28 días, usando agregados de la región y cemento tipo I. Se llegó a una proporción en volumen de 1:2:3, con relación agua/cemento de 0.8 y revenimiento de 8 cm. Se alcanzó una resistencia de 143 kg/cm2 a los 7 días y de 203 kg/cm2 a los 28 días. Fueron elaboradas y probadas 8 vigas, una sin refuerzo, que sirviera de elemento base y las otras siete con material compuesto de 30 cm de longitud colocado en el centro de la cara en tensión, variando la cantidad de fibras longitudinales, transversales y en las caras laterales, y usando como material de liga entre la fibra y el concreto el propio poliéster. Una vez terminadas las piezas se dejaron bajo techo durante 30 días para dejar fraguar y verificar el comportamiento del compuesto con el tiempo. Se observaron al cabo de ese tiempo burbujas y algunos grumos, pero no se registró fisuración ni desprendimientos o separaciones del compuesto respecto a las caras de concreto. Solo en dos de las vigas se observó una falta de humectación uniforme.

Puede concluirse que en todas las vigas con material compuesto la falla ocurrió al instante de separase el compuesto de la superficie del concreto, sin ocurrir ruptura de las fibras; asimismo, el uso de material compuesto proporcionó mayor resistencia. Adicionalmente, la colocación de refuerzo en las caras laterales incrementó la carga de ruptura. En general, a mayor densidad de fibra mayor carga de ruptura; siendo poco representativo en el caso en que las fibras se colocaron transversalmente. En resumen, los resultados de las pruebas arrojaron un incremento en la resistencia de 32% con refuerzo de las caras laterales y de hasta un 41% al aumentar las tiras longitudinales, no siendo significativo, como antes se comentó, para las piezas con fibras transversales.

Referencia:Aguilar, J. T., “Reforzamiento de elementos de concreto con materiales compuestos”, en Revista Ingeniería 6-1, 7-11, UADY, México, 2002.

Pruebas en el concreto

Madurez vs.resistencia a la compresión

Los métodos de madurez pueden acelerar la construcción con concreto e incrementar la seguridad. Dado que se desconoce la resistencia en el lugar, es necesario esperar para asegurarse que el concreto ha alcanzado la resistencia deseada. Un método confiable para determinar esta resistencia real del concreto en la estructura es la prueba de madurez. Esta madurez del concreto puede indicar directamente la resistencia en el lugar y como puede leerse continuamente, será posible conocer aquella en tiempo real, incluso a una edad temprana.

La madurez de un concreto se refiere a la amplitud de la hidratación del cemento. Ésta se mide tomando el diferencial de la curva tiempo-temperatura, siempre coincidiendo con el área bajo la curva. Pueden emplearse dos fórmulas para calcular esta área y proporcionar un valor o índice de madurez. La más simple, la Ecuación Nurse-Saul, proporciona un valor llamado Función Temperatura-Tiempo (TTF pos sus siglas en Inglés). Esta ecuación es efectiva dentro del rango de temperaturas de aproximadamente 5 a 30 oC, y es usada por su simplicidad. La segunda ecuación, la Arrhennius, proporciona un valor llamado Edad Equivalente. Aunque un poco más compleja, esta ecuación proporciona resultados más precisos cuando la temperatura varía en forma importante.

Se ha demostrado que, para una mezcla dada de concreto, la misma madurez es igual a la misma resistencia; sin importar la temperatura del curado, considerándose importante entonces el llegar a construir una curva que muestre la resistencia a compresión (o a flexión) del concreto a cualquier madurez (o edad equivalente).

La relación de madurez se conoce desde mediados de la década de 1950, pero no se usó mucho fuera del laboratorio pues no existía un equipo de fácil manejo. En 1987, American Society for Testing and Materials (ASTM) aprobó por primera vez la norma C 1074 que estandarizó el procedimiento para desarrollar relaciones de resistencia madurez.

La metodología a seguir típicamente desarrolla, en primer lugar el diseño de mezcla a utilizar. Luego, se cuelan y curan 17 cilindros en el laboratorio, con sensores de tiempo-temperatura empotrados en el centro de dos de ellos. A varias edades (1, 3, 7, 14 y 28 días) se toma un valor de madurez de los cilindros con los sensores; y se fallan éstos para obtener valores de resistencia a compresión. Ahora se tiene una relación entre índice de madurez (realmente la Edad Equivalente o el Factor de Temperatura-Tiempo) y la resistencia del concreto. Si se conoce este índice de madurez del concreto en cualquier momento, entonces se sabrá su resistencia.

En un nivel básico, todo lo que se necesita para determinar el índice de madurez dentro de una dosificación de concreto es un sensor de temperatura y un modo de registrar la temperatura con el tiempo. Diversos sistemas son utilizados para registrar el índice de madurez, entre los que se destacan: IntelliRock, Con-Cure, Onset e International Road Dynamics. Cabe decir que para que el ensayo sea preciso, el concreto en la estructura debe poseer la misma mezcla que el concreto que está siendo utilizado para monitorear la madurez. Si se está obteniendo concreto de distintos productores con características diferentes, o si el diseño de la mezcla de concreto cambia durante el estudio, es más difícil crear las curvas de correlación.

Algunas de las ventajas de las pruebas de madurez al concreto pueden resumirse en: Se permite el tráfico en las superficies de concreto tan pronto haya sido alcanzada la resistencia necesaria. Los cables de postensado pueden ser tensionados más rápido. Las cimbras pueden retirarse más rápido confiando en una operación segura. Es posible monitorear la resistencia en sitio en ubicaciones críticas y en el concreto a edad temprana. Los efectos del clima frío sobre la ganancia de resistencia pueden ser monitoreados y los sistemas de calentamiento detenidos más rápidamente, entre otras.

Referencia: Palmer, W. (Jr.), “Madurez y resistencia. Técnicas para construcción rápida y mejor seguridad”, en Noticreto, No. 89, julio/agosto, 2008.

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