Posibilidades del concreto

Concretos especiales

Concreto de Alto Desempeño vs. de Alta Resistencia
2da parte.

Analizando las tres categorías (perfeccionamiento del proceso constructivo; incremento de las propiedades mecánicas y desarrollo de las propiedades no mecánicas) mencionadas en la primera parte de este escrito, se puede hacer una distinción entre el Concreto de Alta Resistencia (CAR) y el Concreto de Alto Desempeño (CAD). Mientras que los CAR están íntegramente vinculados con la resistencia, los CAD son diseñados especialmente para satisfacer de la manera más efectiva posible, los requerimientos del proyecto de obra; pudiendo cumplir con una, dos o con las tres categorías mencionadas (perfeccionamiento del proceso constructivo, incremento de las propiedades mecánicas y desarrollo de las propiedades no mecánicas).

El ACI define al CAD como aquel concreto que cumple con los requisitos especiales de desempeño y uniformidad que no siempre pueden ser alcanzados rutinariamente usando sólo materiales convencionales y practicas normales de mezclado, colocación y curado. Esta descripción incluiría a los concretos autocompactables, los de contracción compensada, los compactados con rodillo y otros tipos de “Concretos especiales”. Sin embargo, en la mayoría de los casos, cuando se habla de elaborar un CAD se apunta a un objetivo claro y definido: obtener un material que, en estado fresco, presente una alta trabajabilidad, por razones de economía y calidad constructiva; mientras que en estado endurecido se comporte como una “roca” maciza, lo más homogénea posible, de elevada compacidad, estabilidad dimensional y durabilidad.

Ahora bien, el hecho de poseer las características antes referidas trae como consecuencia, que en la mayoría de los casos se alcance el nivel de Alta Resistencia (Resistencia a la compresión mayor a 40 MPa, de acuerdo a las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto del Distrito Federal, 2004). El uso de aditivos superfluificantes reduce considerablemente la cantidad de agua, además de aumentar la fluidez, generando un incremento significativo de la resistencia. Sin embargo, si bien un CAD es normalmente un CAR, no necesariamente debe satisfacer la condición de resistencia. En la actualidad, existen concretos con buena trabajabilidad en estado fresco y condiciones de durabilidad aceptables, en los que su resistencia final no excede los 40 MPa.

El camino inverso también puede ser válido: el hecho de buscar un elevado nivel de resistencia trae como consecuencia diversos factores, como el empleo de materiales seleccionados y bajas relaciones agua/cemento+mineral, lo que traería aparejado una estructura menos porosa, de baja permeabilidad y, por ende, más durable; lográndose así la condición de CAD. Asimismo, existen casos en los cuales un CAR, al no tomarse las medidas necesarias, no alcanza un alto desempeño. Un ejemplo de lo anterior ocurre, cuando se genera una microfisuracion por contracción por secado, en el caso que no se prevé un curado adecuado durante las primeras edades. Cabe decir que por lo general, hasta el momento en la literatura especializada, se mencionan a ambos tipos de concretos casi sin hacer distinción. Esto se debe a que, si se utiliza una adecuada tecnología de elaboración, colocación y curado; es posible lograr al unísono, ambas condiciones.

Como conclusión, podemos referir que el desarrollo y empleo de los CAR y CAD ha permitido la construcción de estructuras innovadoras, con mayor calidad y velocidad constructiva, más durables y con menores costos globales; estructuras que hoy son realidad gracias a la utilización de las adiciones minerales y de los aditivos superfluidificantes y reductores de agua de alto rango; sin ellos no hubiera sido posible lograrlo.

Referencia: Bálsamo, H., Asesor Técnico de la División Hormigones de MBT Argentina S.A., “Hormigones de alta resistencia (HAR) y de alta performance (HAP): ¿Cuál es la diferencia?, en Hormigonar, Revista de la Asociación Argentina del Concreto Elaborado, Año 2, No. 4, 2004.

Durabilidad

Viviendas de concreto en zona costera

Hoy el problema más importante en las construcciones de concreto es el deterioro por acciones ambientales, tales como la humedad, los cloruros y los sulfatos; los que provocan considerables daños sobre estas estructuras. Entre los problemas más importantes se ubica la corrosión del acero de refuerzo, que provoca disminución de la resistencia de los elementos por pérdida del área de acero, y posteriormente el agrietamiento y desprendimiento del concreto. En el caso de viviendas de interés social, el problema es muy crítico; en este escrito se exponen algunos elementos que evidencian esta afirmación.

Los principales efectos que influyen adversamente en la durabilidad del concreto pueden clasificarse en físicos y químicos. Entre los físicos se destacan: el desgaste de la superficie por la erosión; el agrietamiento debido a la presión de cristalización de sales contenidas en los poros del material y la exposición a temperaturas extremas. Entre los químicos más importantes están los debidos a la hidrólisis; las reacciones que producen expansiones; el ataque de sulfatos contenidos en el agua o el suelo, o por ácidos generados por actividades humanas, la presencia de cantidades importantes de Mg+ y Ca+ en el cemento que provocan un efecto expansivo al hidratarse, y la corrosión de metales embebidos en el concreto tales como ductos, tubos y, principalmente, acero de refuerzo. La transformación del hierro metálico corroído se acompaña del incremento en el volumen, que en función del estado de oxidación, puede ser del orden de 600% del metal original, siendo esta la causa de expansión y del agrietamiento del concreto.

En la costa, la situación que más frecuentemente desencadena la corrosión es la presencia de cloruros. Éstos pueden ingresar al concreto por adición durante su fabricación por medio del uso de aditivos, o de agua y agregados previamente contaminados. También pueden ingresar por medio de la acción del aerosol marino; en donde la velocidad y dirección del viento predominante juegan un papel preponderante.

Los cloruros del exterior suelen penetrar por fuerzas de succión capilar o por difusión. El nivel necesario de cloruros en el concreto para que se rompa la capa pasivante en el acero depende, entre otras cosas, de: tipo de cemento, condiciones de curado y relación agua/cemento (a/c). El ACI 318 especifica una relación a/c máxima de 0,4 para concreto reforzado expuesto al ambiente marino; siendo igualmente esenciales una compactación y un curado adecuados. Las viviendas son sistemas altamente hiperestático, lo que le da gran resistencia y rigidez, por lo que la probabilidad de falla o colapso es muy baja. Esto ha provocado que el diseño y principalmente la ejecución sean tomados como los trabajos más simples en la rama de la construcción; de aquí que las actividades constructivas se realicen, generalmente, con supervisión insuficiente. Asimismo, los esfuerzos mecánicos que se presentan en los elementos son relativamente bajos, lo que da por resultado que los espesores de los elementos planos (losas o muros) sean reducidos, y que las dimensiones de las secciones transversales de los elementos lineales (cerramientos) también lo sean. Como consecuencia, el acero de refuerzo tiene siempre un recubrimiento escaso, lo que facilita que los agentes agresivos del ambiente ingresen más rápidamente. Adicionalmente, la calidad especificada en el concreto (verificada por su resistencia a la compresión) suele ser la menor de las que se usan para la construcción de estructuras; lo que trae consigo un material altamente permeable que permite una alta tasa de penetración y avance de los agentes no deseables.

Puede concluirse que las viviendas construidas en la costa presentan la mayoría de los factores que facilitan la corrosión del acero de refuerzo, por lo que su capacidad para resistir la acción del tiempo puede ser mejorada; incluyendo en su diseño y construcción aspectos que ayuden a hacerlas más resistentes ante las cargas ambientales.

Referencia: Solís, R.; Moreno, E.; Borges, P., “Durabilidad en la estructura de concreto de vivienda en zona costera”, en Ingeniería 9-1, 2005.

Propiedades mecánicas del concreto

Contenido de agua en la Velocidad del Pulso Ultrasónico

La aplicación fundamental del método de la Velocidad del Pulso Ultrasónico (VPU) en el estudio del concreto consiste en la estimación de las propiedades mecánicas (resistencia a la compresión). Su precisión puede estar condicionada por la incidencia de varios factores, uno de los cuales es el contenido de agua de la muestra de concreto, que puede conllevar a importantes imprecisiones en la estimación de estas propiedades mecánicas.

Se conoce la dependencia lineal de la VPU en función del contenido de agua para diferentes dosificaciones de concreto. En este escrito se realiza un análisis sobre esta dependencia, pretendiendo mostrar que un modelo no lineal (exponencial) describe mejor el comportamiento de la velocidad.

Para el estudio se utilizaron probetas cilíndricas de 200 mm de longitud por 100 mm de diámetros con diferentes dosificaciones, en las que se midió la variación del contenido de agua a partir de la pérdida de peso (hasta peso constante) y en las que se acoplan los transductores utilizando el método de transmisión, lo que permite la medición del valor de la velocidad en función del contenido de agua.

El comportamiento de la velocidad V en función de la cantidad de agua C muestra una tendencia no lineal, contrario a lo reportado en resultados previos. Se puede plantear que si bien el decremento de C es proporcional al decremento de V, este será mayor en la medida en que V esté más alejada de cierta velocidad máxima.

Estamos en presencia de un fenómeno en el cual los valores extremos tienen un comportamiento asintótico como resultado del proceso de secado de la muestra, en donde se infiere que a medida que C disminuye, V disminuye suavemente y para C 0 la velocidad toma su valor mínimo. Igualmente para C 8 la velocidad toma su valor máximo, describiendo un proceso suave que corresponde con el fenómeno de desorción capilar+difusión, los que son dependientes del tiempo y del gradiente de concentración.

Este proceso de secado involucra dos etapas: primero la capilaridad; donde el agua libre va a la superficie de los poros y se evapora en el aire circundante, y el periodo de la difusión que es responsable de la salida del agua de los poros finos. Ambos dependen en gran medida de la porosidad del medio.

Durante el proceso de pérdida de agua, se generan las contracciones irreversibles que no son más que parte de las deformaciones que no se recuperan al volver a mojar el concreto. El proceso de difusión del agua desde el centro hasta la superficie es un proceso complejo. La superficie se seca más rápidamente que el interior y, por tanto, la contracción libre tiende a desarrollarse principalmente en la periferia de la sección. La distribución irregular de esta contracción libre y la deformación plana necesaria, provocan esfuerzos de tensión en las fibras exteriores y de compresión en las interiores. Esto, unido a la dependencia que existe entre la velocidad con las características acústicas del medio, nos permite comprender por qué la velocidad varía con el contenido de agua en la muestra.

Es conocido que el objetivo fundamental de la aplicación del ultrasonido en el estudio del concreto es correlacionar el valor de la velocidad con la resistencia a la compresión, sin embargo cuando las condiciones de humedad cambian, el comportamiento de V con C se altera tal como se ha analizado; y la resistencia no tiene el mismo comportamiento, sino que sigue una tendencia a un valor constante. Por esta razón es muy importante conocer que no siempre valores altos de velocidad implican valores altos de resistencia. Se demuestra física y estadísticamente que el modelo que mejor describe el comportamiento de la velocidad en función de la concentración es el modelo exponencial decreciente, a partir del cual se puede estimar la resistencia a compresión con un acertado nivel de confiabilidad.

Referencia: Rodríguez, M; Bonal, R., “El contenido de agua en el concreto y su incidencia sobre el valor de la velocidad del pulso ultrasónico”, en XXI Congresso Nacional De Ensaios Nao Destructivos,CONAEND 2002.

Contracciones en el concreto

Efecto de la contracción a edad temprana en el agrietamiento
1a parte.

Una vez colocado y endurecido, el concreto es un material relativamente frágil que se contrae con el tiempo, produciéndose entonces agrietamiento, si el concreto está restringido al movimiento. Estudios han demostrado que la pérdida temprana de la humedad en el concreto fresco puede producir grandes esfuerzos de tensión que a edades tempranas, traerían consigo la contracción y el agrietamiento. Por su parte, el estudio de la contracción a largo plazo ha llevado a límites cada vez más estrictos como la contracción por secado del concreto a los 56 días, con el fin de controlar el desarrollo de grietas. Estas especificaciones tienen poco impacto en la contracción a edad temprana y las correspondientes grietas que pueden aparecer pasados uno o dos días de colocado el concreto. Este agrietamiento es, a menudo, erróneamente diagnosticado como resultado de la contracción por secado a una edad más tardía.

Los modelos de contracción que se utilizan actualmente en los códigos y normas de Australia no tienen en cuenta el movimiento resultante de la contracción a edad temprana en el concreto. Del mismo modo, los efectos a edad temprana no son medidos en ensayos de contracción a series de probetas. Entonces mediante la adopción de buenas prácticas de sitio (buena compactación y control de la pérdida de humedad), es posible prevenir los efectos adversos de la contracción a edad temprana.

Tomando en consideración algunos antecedentes sobre estos ensayos, así como los fundamentos en el mecanismo de influencia de la contracción a edad temprana en el agrietamiento, en este reporte se proporcionan recomendaciones para minimizar y por consiguiente reducir las grietas resultantes.

Movimiento temprano en concretos: Casi tan pronto como se añade el agua a la mezcla, se inicia una reacción química entre el agua y el cemento (hidratación), cuyos efectos son poco evidentes en las primeras horas. Se conoce, y está muy bien documentado, el impacto que esta reacción dependiente del tiempo, tiene sobre la colocación, endurecimiento y desarrollo de resistencia en el concreto; sin embargo la contracción que se produce en estas primeras horas no ha sido adecuadamente reconocida. Algunas investigaciones, han demostrado que la contracción a edad temprana puede desarrollar esfuerzos en el concreto de magnitud similar a los resultantes de la contracción por secado. Estos se desarrollan en un momento en que el concreto tiene muy baja resistencia a tensión, y por tanto es muy probable el agrietamiento.

El concreto mantiene propiedades de semifluido por unas pocas horas. Las reacciones de hidratación son muy lentas en las primeras 3 a 4 horas de vida, pero se acelerarán en las próximas 8 a 12 horas, cuando el concreto cambie de su estado semifluido a uno más rígido, con posibilidades de agrietarse. Los períodos definidos anteriormente dependen de muchas variables, entre las que se encuentran: las adiciones en el concreto, las proporciones de la mezcla y las condiciones meteorológicas.

En el concreto recién consolidado, el agua en los espacios entre el cemento y las partículas de agregado ejerce una presión positiva en la mezcla. A medida que la capa superficial se seca, esta situación va cambiando y el concreto pasa de un estado de saturación a un estado parcialmente saturado. Esto hace que la tensión capilar en el agua intersticial cree una succión que atrae a las partículas sólidas más cercanas. Cuando el concreto se restringe, ante esta contracción se desarrollan esfuerzos en las resistencia a tensión del concreto, inevitablemente se producen grietas. La diferencia en los niveles de saturación a lo largo de la profundidad del concreto provee la restricción interna causante de que se desarrollen estos esfuerzos en la superficie.

Este mecanismo de restricción interna, complementado por las restricciones externas que proporcionan la cimbra, la fricción interna y la geometría del elemento; puede dar lugar al agrietamiento a edades tempranas. Estas grietas por contracción pueden hacerse evidentes de manera inmediata o posteriormente.

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

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