Tecnología

Pisos industriales
de Contracción Compensada

(Segunda parte)

Continuamos en esta segunda parte con el tema del Concreto de Contracción Compensada (CCC)

En la primera parte de este documento se dijo que el Con-creto de Contracción Compensada (CCC) es aquel concreto en donde uno de sus componentes, ya sea el cemento expansivo o cualquier otra adición, le garan-tiza un incremento volumétrico controlado después del fraguado; que atenúa o reduce el efecto in-deseado que causa la contracción por secado en las estructuras de los pisos industriales. En gene-ral, el ACI 116R (Cement and Concrete Terminology) define la compensación de la contracción, como la característica de los con-cretos o morteros preparados con cemento expansivo, en los cuales el volumen aumenta después del fraguado y, si la restricción elástica es adecuada, induce esfuerzos de compresión cuyo objetivo es con-trarrestar los esfuerzos de tensión que tienden a inducir la contrac-ción por secado.

Existe una analogía bien defi-nida entre el CCC y el concreto presforzado (CP). En la Tabla 1 queda explicada la analogía de referencia, con el entendido de que para fines ilustrativos, se parte de considerar el comportamiento de una trabe de CP simplemente apoyada, sometida a un estado de carga gravitacional cualquiera, y una losa de piso apoyada sobre el terreno, fabricada a base de CCC; en donde exclusivamente se consi-dera el efecto de las contracciones que se manifiestan en el concreto como consecuencia del secado.

Si en el elemento de CP selec-cionamos una zona cualquiera de la sección transversal, definida como A-A en la Tabla 1, podemos afirmar que el principio de funcionamiento del CP parte de considerar que es necesaria la compensación de los esfuerzos de tensión que se presentan en el lecho inferior de la trabe, ante cualquier acción gravitacional. Para ello, si se apli-can precompresiones, cerca del lecho inferior de la trabe, se estaría obteniendo un estado de esfuer-zos normales ot, similar al que se define en (f). Por supuesto, que el estado de esfuerzos de referencia es dependiente de la superposi-ción de los estados de esfuerzos resultantes de considerar la fuerza del presforzado P, en la tabla aso-ciada a (a), y la combinación de P con la excentricidad e (distancia entre P y la línea neutra L.N, de la sección); lo que a su vez genera un momento flector (P.e), en este caso asociado al diagrama (b) de la Tabla 1.

Por otra parte, cualquier acción gravitacional que actúe generará un estado de esfuerzos normales similar al que se presenta en (e); que al superponerse con la resul-tante de las precompresiones ya definida, tal y como aparece en (f), anulará los niveles de esfuerzos totales (ot) en tensión, resultando en secciones sometidas a predo-minantes esfuerzos de compresión en la fibra superior. Asimismo, en la fibra inferior podrán existir 3 escena-rios: pequeños niveles de esfuerzos en tensión, en compresión o esfuer-zos nulos. De acuerdo a lo anterior, una de las verificaciones más impor-tantes, que hay que llevar a cabo en piezas de CP, estará encaminada a comparar los niveles de esfuerzos resultantes; tanto en tensión como en compresión, tratando de que estos sean menores o iguales a los límites permisibles que establecen las normativas correspondientes.

De acuerdo a lo anterior, en las piezas de CP se busca crear artificialmente, antes de que el elemento se exponga a acciones gravitacionales, esfuerzos perma-nente tales que superpuestos con los esfuerzos resultantes de las acciones exteriores, garanticen que los esfuerzos totales en cualquier punto de la pieza, y para cualquier estado de carga de posible ocu-rrencia, permanezcan comprendi-dos entre los límites que el material puede soportar indefinidamente.

Analicemos ahora el principio de funcionamiento de un CCC, para ello seleccionemos un dife-rencial de la losa previamente refe-rida en la Tabla 1. Si en las primeras edades, luego de la colocación del concreto y durante el proceso de endurecimiento, se induce una ex-pansión o aumento de su volumen, éste tenderá a generar esfuerzos iniciales de tensión en el acero de refuerzo colocado en su interior para que posteriormente, cuando comiencen los procesos normales de contracción debido al secado, se convertirán en precompresiones inducidas sobre su concreto con-tiguo. Esto ayudará a que el nivel de agrietamiento consecuente sea mínimo; o sea, que durante el proceso de secado, las tensiones que se desarrollan en el concreto debido a las contracciones, en vez de provocar grietas, solo reducirán los esfuerzos previamente desarrollados por el efecto de la expansión inicial, resultante del uso de CCC.

En la Tabla 1, en las figuras (g), (h) e (i), se observa que al su-perponer los niveles de esfuerzos asociados con el proceso inicial de expansión en el concreto, con los que ocurren durante las contrac-ciones, se compensan los niveles de esfuerzos resultantes; ate-nuándose así significativamente el agrietamiento debido al fenómeno de la contracción por secado.

Tal y como se ha visto la ana-logía del principio de funciona-miento del CP y del CCC, se hace notable que en el caso del CP se inducen precompresiones en la masa de concreto por medio del pretensado del acero de presfuerzo, que posteriormente compensan los esfuerzos de ten-sión resultante de los estados de carga de posible ocurrencia. Por otro lado, en el CCC se inducen expansiones iniciales en la masa de concreto, por medio del uso de cementos o de materiales ex-pansivos; que al final compensan las contracciones que se producen debido al normal proceso de seca-do del concreto.

En general, después de las expansiones iniciales que ocu-rren en la masa de concreto, los niveles de contracción por secado (tanto en el concreto de contracción compensada, como en el concreto conven-cional) son similares. En la Fig. 1 queda demostrado el comportamiento respecto a este particular en ambos concretos.

Según se observa en la Fig. 1, en el concreto conven-cional en las primeras edades (independientemente de la calidad del proceso de cura-do), los niveles de expansión son mínimos; sin embargo, de manera relativa a largo plazo los niveles de contracción son significativos. Por supuesto que estas magnitudes son de-pendientes, entre otras cosas de: contenido de humedad en la mezcla, cantidad y tipo de cemento, volumen, tamaño y calidad de agregados, así como de las características medioam-bientales en donde se conciba el colado, en lo que respecta a humedad y a temperatura. Res-pecto a los CCC, en las primeras edades las expansiones son altas y posteriormente la tendencia de la contracción sigue un patrón simi-lar al que existe en los concretos convencionales. En ambos casos la tendencia de las contracciones tenderá a disminuir con el tiempo; por lo que entonces, los niveles de contracciones resultantes en los CCC serán mucho menores a lo del concreto convencional.

Durante la elaboración de mez-clas de CCC para la construcción de pisos industriales, tanto los fabricantes del expansivo y del concreto como el constructor del piso y el laboratorio encargado del control de calidad, deben estar estrechamente relacionados entre sí, debiéndose considerar los tiempos necesarios para que se tengan los resultados deseados para un determinado nivel de compensa-ción de contracciones, e incluso considerando los agregados de la zona en donde se va a llevar a cabo la construcción. En los pisos de CCC es de especial importancia la protección y curado en los primeros siete días luego del colado; pues solo así es posible que la mezcla quede perfecta-mente hidratada y que adquiera las expansiones requeridas para que posteriormente absorba los esfuerzos de tensión inducidos por la contracción por secado.

Después de la expansión, la resistencia a la compresión, tensión y flexión del CCC es similar a las de un concreto convencional curado de mane-ra adecuada. Respecto a otras propiedades físicas como el módulo elástico, el coeficiente de Poisson y el coeficiente de expansión térmica, se refiere que las magnitudes también son similares a las de un con-creto convencional. En el caso de la resistencia a la abrasión, los pisos construidos con CCC tienen una resistencia mayor que los construidos con concreto convencional. Es opinión de este autor, que una de las razones de este particular es que el empleo de buenas técnicas de curado atenúa el efecto del sangrado que tienden a generar débiles capas super-ficiales, sobre las que circulan los equipos montacargas una vez que el piso se pone en operación. En general, las capas superficiales en losas bien curadas, resultan más resistentes y sobre todo duraderas.

El diseño de mezclas de CCC debe partir de eva-luar los niveles de expansión deseados de forma tal que estos no sean excesivos, pues se podrían inducir esfuerzos indeseables que tiendan a agrietar el piso o a deformarlo en exceso. De acuerdo a lo anterior, es necesario que el desempeño del concreto, en lo que a compensación se refiere, sea probado de acuerdo a lo que se establece en la norma ASTM C878/C878M, en donde se puede estimar la cantidad de material expansivo, necesaria para lograr los niveles deseados de expansión en el concreto.

Respecto al diseño estructural de pisos industriales construidos con CCC, se refiere que se deben de em-plear las mismas formulaciones establecidas en las nor-mativas de diseño de estructuras concebidas a base de concreto convencional (Por ejemplo, las Normas Técnicas Complementarias del Distrito Federal para Diseño y Construcción de Estruc-turas del Concreto, de 2004). Sin embargo, la diferencia está en el diseño de la mezcla, que tal como ya se ha dicho debe de diseñarse para que adquiera los niveles de expansión necesarios que atenúen las posteriores contracciones que se originan debido al normal proceso de secado del concreto en las primeras edades. Debido a que en el CCC se busca que las expansiones sean numéricamente iguales a las contracciones resul-tantes del secado, no es necesario considerar en esta etapa la revisión estructural del piso; ya que los niveles resultantes de esfuerzos son teóricamente nulos.

En general, los esfuerzos internos del con-creto durante el desarrollo de las expansiones son menores a los esfuerzos de contracción por secado que se desarrollan durante esta etapa, en la que el módulo de elasticidad y consecuentemente la rigidez no están comple-tamente desarrolladas. Así, dichos esfuerzo son relativamente pequeños y tienden a reducirse con el tiempo, después de que ha ocurrido la expansión completa.

El diseño de los niveles de expansión que debe de tener una losa de concreto de contrac-ción compensada se obtiene considerando la cuantía de acero de refuerzo que previamente resultó de un análisis estructural convencional, así como de los niveles de expansión restringida de la mezcla de concreto, obtenida de acuerdo a ASTM C878/C878M. La norma ACI 223R-10 (Guide for the Use of Shrinkage-Compensating Concrete), en función del tipo de sistema expansivo que se use, proporciona ayudas de diseño con las siguientes características (Fig. 2).

Tal y como se observa en esta ayuda de diseño, conociendo el nivel de expansión de un prisma previa-mente ensayado en laboratorio y la cuantía de acero de refuerzo, es posible estimar los niveles de expansión en el concreto; necesarios para una compensación de contracción determinada.

Como se ha visto el uso de CCC en la construcción de pisos industriales es una muy interesante alternativa, que permite la construcción de estos con niveles mínimos de agrietamiento por contracción por secado. Por otra parte, mediante el uso de esta técnica es posible que se logren tableros de losas de mayor tamaño, reduciéndose así el número de juntas de cortes y por ende, los costos de mantenimiento correspondientes.

TEXTO: E Vidaud.

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