Posibilidades del concreto

A D I C I O N E S_ A L_ C O N C R E T O

Uso de ceniza volante y aditivo superfluidificante

El concreto es el material de construcción más utilizado en el mundo. Su producción –aparentemente muy simple– se contrapone con su complejo comportamiento, resultante entre otras cosas, por la gran variedad de agregados y de productos cementantes hidráulicos disponibles. Se pueden producir una gran variedad de concretos con pesos volumétricos de 300 a 3000 kg/m³ y con resistencias a la compresión de hasta 2500 kgf/cm2; sin embargo, se dice que un concreto es eficiente cuando alcanza la resistencia deseada, y que es económico y durable cuando resulta apropiado para las condiciones ambientales a las que estará expuesto.
Su principal propiedad mecánica –la resistencia a la compresión– hasta los años setentas estaba limitada aproximadamente a 450 kgf/cm² dado que el principal factor, la relación entre el agua y el cemento, también estaba limitada a 0.45 por la incapacidad de la tecnología para dar mayor fluidez sin aumentar la relación entre el agua y los cementantes (A/mC). Los diseños estructurales tradicionales se orientaban a dimensionar por resistencia, olvidando la vida útil de la obra. Finalmente, aparecieron los aditivos superfluidificantes, que revolucionaron la tecnología del concreto, ayudando a que se lograran concretos de alto comportamiento, muy fluidos y resistentes.
Por lo general, las investigaciones han sido orientadas en producir mezclas muy compactas que aumenten la densidad y disminuyan la permeabilidad. Esto puede ser logrado añadiendo materiales cementantes suplementarios, tal como la ceniza volante (CV), escoria o microsílica, que a su vez mejoran las propiedades reológicas de la mezcla en estado fresco.
En el año de 2007, en la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León, fue desarrollado un estudio para, entre otras cosas, evaluar la influencia del uso de la CV con propiedades puzolánicas y de aditivo SF en la trabajabilidad del concreto y en su calidad, en términos de su resistencia a la compresión y de los niveles de contracción por secado. El objetivo del estudio consistió en determinar el consumo óptimo de CV y de aditivo SF para obtener la máxima resistencia a la compresión en concretos con una consistencia dada, así como
evaluar los niveles de contracción por secado. En general, en el estudio se evaluaron varios escenarios, algunos de los cuales, consideraron la variación en el contenido de CV y la adición o no de aditivo SF.

Comentarios generales
Se observa que al ir aumentando tanto la CV como adicionando aditivo SF para una consistencia dada, la resistencia a la compresión se fue incrementando hasta un valor dado, sin embargo se observa que para proporciones muy elevadas de CV, la resistencia a la compresión comienza a decrecer, posiblemente debido al poco consumo de agua que no alcanza a saturar las partículas de cemento para que se produzca de manera adecuada la reacción de hidratación del cemento Portland y el consiguiente efecto puzolánico. Es conocido que a menor contracción por secado, menos tendencia al agrietamiento tendrá el concreto, en este estudio también se demuestra claramente la factibilidad de uso de la CV y del aditivo SF en la reducción de los niveles de contracción por secado.
Aunque en el estudio se aprecia que el consumo de cementante total aumenta de una serie a otra con el aumento en la proporción de CV, el costo del cementante es mucho más bajo, ya que la CV es mucho más barata que el cemento Portland. Adicionalmente se refiere que el poder usar la ceniza volante, que es un desecho industrial contaminante, en la producción de concreto, permite considerar al mismo como material sustentable.

Referencia: Herrera D. Alejandro; Rivera T, Jorge M., Universidad Autónoma de Nuevo León, “Concreto para uso estructural, económico, y sustentable con alto contenido de ceniza volante”, en Ciencia FIC, revista de divulgación Científica y Tecnológica, Facultad de Ingeniería Civil, UANL, núm. 1, enero-abril 2007.

 

D U R A B I L I D A D

Protección de estructuras de concreto reforzado

Muchos son los códigos que incluyen pautas para proyectar estructuras que alcancen una determinada vida útil en función de las condiciones de agresividad ambiental y del tipo de estructura. Es una realidad que la exposición de las estructuras a determinados medios agresivos puede llevar a fallos prematuros por corrosión, caso particular de las estructuras en donde por razones de diseño no se pueda garantizar un recubrimiento suficiente al acero de refuerzo.
En algunos casos es necesario el uso de métodos de protección adicionales que aumenten la vida útil de las estructuras. Hasta ahora los códigos contemplan la aplicación de medidas en términos de recubrimiento del acero de refuerzo y definen sólo de forma somera otras medidas de protección alternativas que no hacen referencia ni a los beneficios esperados de la medida ni a las condiciones de aplicación.
El recubrimiento de concreto protege de forma natural al acero de refuerzo, no sólo al actuar como una barrera física que dificulta la penetración del agresivo, sino además favoreciendo por su composición alcalina, la formación de una película de óxidos que evita la disolución del acero durante largos periodos y por tanto su corrosión.
La vida útil de una estructura va a estar controlada por parámetros tales como: la dificultad del agresivo para penetrar a través de los poros, la resistencia a la corrosión de la película pasiva o las condiciones de exposición ambiental. El que sea propuesto el empleo de un método de protección u otro, dependerá del tipo de actuación asociado, pudiéndose distinguir entre los métodos que actúan sobre el concreto, dificultando la penetración de los agresivos (aplicación de revestimientos o pinturas sobre la superficie del concreto) y los métodos que actúan sobre el acero de refuerzo, incrementando su resistencia a la corrosión (empleo de varillas galvanizadas, de acero inoxidable o poliméricas; aplicación de protección catódica, empleo de inhibidores de corrosión). Cabe decir que la evaluación del ingreso de los agentes agresivos, así como el estudio de la película pasiva sobre la superficie de la varilla son de suma importancia no solo para valorar la durabilidad de una estructura, sino también para el planteamiento de la aplicación de una protección adicional.
Son múltiples los estudios que se están llevando a cabo para evaluar la durabilidad de los concretos en cuanto a su resistencia a la penetración de agresivos a partir de la definición de parámetros controlables, como la porosidad del concreto, los coeficientes de difusión del agresivo o el coeficiente de absorción capilar. Sin embargo, son más escasos los estudios enfocados a la evaluación de la resistencia de la película pasiva frente a la corrosión. La formación de la capa de óxido como consecuencia del contacto del acero con los álcalis del concreto es lo que se conoce como Pasivación del acero. La película pasiva generada sobre la superficie del acero protege al mismo, de modo que su resistencia a la corrosión dependerá de las propiedades de esta película. La pasivación se convierte en un fenómeno a ser considerado en los modelos de predicción de vida útil de las estructuras de concreto reforzado. El tiempo que transcurre desde que un agresivo alcanza el nivel del acero hasta que se produce el inicio de la corrosión, estará controlado por las propiedades de la película pasiva.
En el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, se están desarrollando modelos que permitan cuantificar el beneficio aportado por los métodos de protección. El interés de este tipo de estudios reside en el control de los métodos de protección frente a la corrosión, pudiendo optimizar la aplicación de estos métodos en función de las condiciones de exposición y de las necesidades de cada estructura.

Referencia: Sánchez, Mercedes; Alonso Ma. Cruz, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, “Contribución de los métodos de protección en la vida útil de las estructuras de hormigón”, en Informes de la Construcción, vol. 61, núm. 516, octubre-diciembre 2009.

 

P I S O S_D E_CONCRETO

Apuntes sobre concreto estampado

Los pisos texturizados son losas de concreto coladas in situ, coloreadas con endurecedores y estampadas con moldes especiales con las que se obtienen diseños muy variados, combinando colores y texturas. Estos pisos –de naturaleza cementicia– poseen innumerables ventajas, como por ejemplo: ser adaptables a todo tipo de ambientes (interiores y exteriores) y estilos; ser fáciles de aplicar y con un costo de mantenimiento es bajo. Como ya se refirió, cubren una amplia gama de colores y pueden combinarse con otros materiales, permitiendo diseños que los hacen adaptables a los más variados estilos de viviendas. Es posible además, combinarlos con fajas de madera lustrada en espacios sobrios, con ladrillos o piedra lavada en ambientes rústicos o combinación
de colores en dibujos geométricos en espacios contemporáneos.
Recomendaciones generales El concreto deberá tener una resistencia mínima a la compresión de 21 y de 28 MPa, para zonas de temperaturas moderadas y alta, respectivamente. Dependiendo del estudio de mezcla, es común la especificación de mezclas ricas en cemento, a las que se incorporan fibras de polipropileno, en proporción dependiente a las especificaciones del fabricante.

Acerca del procedimiento
El área que deberá recibir el concreto tiene que poseer la subrasante preparada, nivelada, apisonada y compactada. Los espesores del piso, dependerán, entre otras cosas, de las especificaciones de uso y del tipo de tránsito, variando entre 6 y 12 cm aproximadamente. En algunos casos, el piso podrá reforzarse con malla electrosoldada o con fibras de polipropileno. Al igual que en los pisos convencionales, es importante que sea considerada la existencia de juntas de control, cuyas características y distribución deberán de especificarse claramente en los planos de proyecto.
El concreto deberá ser colocado y nivelado con una superficie uniforme, aplicándosele posteriormente un endurecedor, sobre la superficie de concreto fresco. Los endurecedores, son polvos que al espolvorearse sobre la superficie, proporcionan a la losa de concreto alisada y coloreada, mayor resistencia al desgaste y al impacto, adicionalmente disminuyen la porosidad superficial. Posteriormente, previo a la impresión debe aplicarse un desmoldante (ya sea en polvo o líquido) sobre la superficie llaneada. El desmoldante en polvo es un material volátil que es espolvoreado superficialmente sobre la losa de concreto una vez que el endurecedor superficial haya sido incorporado, su función es ayudar a despegar el molde de la losa y a aportar un segundo tono a la superficie. El desmoldante líquido se aplica rociando la superficie a estampar y los moldes que se utilizan, que pueden ser rígidos o flexibles. Finalmente, es aplicado el sellador superficial con el que se puede impermeabilizar la superficie y protegerla contra la abrasión. El tipo de sellador a usar dependerá del tránsito al que estará sometido el piso.

Comentario final
El uso de este tipo de técnica ofrece gran flexibilidad en el diseño visual de pisos de concreto, pues es posible combinar texturas, colores y formas tanto en ambientes interiores como en exteriores. Respecto a la calidad del producto, a pesar de que se trata de un trabajo artesanal, la calidad es buena, dado que es posible garantizar el empleo de personal entrenado y especializado. Adicionalmente, el hecho de que se considere la aplicación de un endurecedor de superficie, trae como consecuencia un aumente la durabilidad del piso y una alta resistencia al desgaste.

Referencia: López, Mónica (Bomanite Sudamericana SRL), “Pisos de Hormigón Estampados”, en Hormigonar, revista de la Asociación Argentina del Hormigón Elaborado, núm. 15, 2008.

 

Q U Í M I C A_D E L_C O N C R E T O

Sobre química y concreto

El primer principio que demos comprender es que el concreto es termodinámicamente inestable. Cuando la pasta de cemento está expuesta a la atmósfera comienza a deteriorarse, lo cual es una forma de corrosión química. La pasta reacciona a la exposición a la lluvia ácida o al dióxido de carbono atmosférico, lo que trae como consecuencia que las superficies se descascaren y carbonaten, y que el silicato de calcio hidratado que da al concreto su resistencia se convierta en carbonato de calcio y gel de sílice y de aluminio.
La química no es solamente termodinámica; es también cinética; es decir, que el concreto tiene el potencial para cambiar. Pero, ¿qué tan rápido lo puede hacer? Al respecto, se puede decir que el concreto creado cuidadosamente con materiales adecuados, en las proporciones correctas y con buenos procesos de curados que garanticen óptimas microestructuras, puede resultar muy durable.
Un aspecto importante es que el concreto es inherentemente reactivo y dada su estructura particular y las condiciones de exposición, esa reactividad conllevará a una durabilidad excelente o a una pobre, por lo que se evidencia que en plazos cortos o largos, es la química la que marca la diferencia en dicha durabilidad.
Varias reacciones químicas pueden deteriorar al concreto, dependiendo de su composición y de sus condiciones de exposición; sin embargo, el causante de este deterioro no siempre es un elemento externo, sino que también pueden ser agentes contaminantes que quedan indeseablemente en el interior de la masa de concreto.
La humedad o el agua, juegan el papel más importante en el proceso de fraguado, en el desarrollo de resistencia y en el eventual deterioro del concreto. El cemento Portland se endurece debido al proceso químico de la hidratación, donde los silicatos y aluminatos del cemento reaccionan y se combinan con el agua para producir el aglomerante que mantiene unidos a todos los componentes del concreto. Como definiera Duff Abrams, la relación agua–cemento define la resistencia del concreto, aunque el tamaño y la granulometría del agregado y la cantidad de cemento influyen sobre la cantidad de agua requerida para producir una mezcla trabajable.
Por su parte, la temperatura afecta la velocidad de las reacciones químicas, siendo una regla práctica general que la velocidad de reacción química se duplica por cada incremento de 10 °C en la temperatura, de ahí que quede planteado que la temperatura influye en la velocidad del fraguado y de endurecimiento.
Una parte vulnerable del concreto es la pasta de cemento, foco de agentes químicos agresivos externos como: el dióxido de carbono atmosférico (CO2) y los gases ácidos que se disuelven en la humedad para producir la lluvia ácida. La pasta de cemento es altamente alcalina (pH mayor de 12,5), bajo condiciones ideales de carbonatación, la cal hidratada que forma parte del concreto, reacciona con el CO2, formando carbonato de calcio; este proceso progresa lentamente, disminuyendo el pH y reemplazado los productos de hidratación por el carbonato de calcio.
En general, la lluvia ácida es agresiva, puede afectar las superficies expuestas y destruir los minerales hidratados del cemento que son los encargados de proveer la resistencia y la durabilidad. Durante el diseño de una mezcla de concreto, se debe considerar la química. Por ejemplo, si el concreto es colocado donde puede estar expuesto a medios agresivos tales como cloruros o sulfatos, deberá seleccionarse un tipo de cemento idóneo.
En la actualidad, existen muchas ayudas, especificaciones y recomendaciones, que se basan en el conocimiento de la química del cemento y del concreto, para que el profesional de la ingeniería pueda diseñar las mezclas considerando los medios de exposición.

Referencia: Vagn C. Johansen; Waldemar A. Klemm; Peter C. Taylor. Laboratorio Tecnológico de la Construcción (CTL, por sus siglas en ingles), “Why chemistry matters in concrete”, en Concrete International, marzo de 2002.

 

 

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