-INGENIERIA CIVIL-
CONCRETOS ESPECIALES
POR: José
Antonio Gamarra Amaro
1.-
DEFINICION
Los concretos
especiales son aquellos cuyas características especiales no son las del
concreto ordinariamente concebido, ya sea por algún tipo especial de
insumos, o por la tecnología de producción y/o aplicación.
El propósito
de este artículo es dar a conocer algunos de los tipos de concretos especiales
que se utilizan comúnmente. Los nombres de muchos de ellos nos describen el
uso, propiedades o condición del concreto. Es notable el desarrollo de
concretos que no utilizan cemento PORTLAND como elemento cementante.
La siguiente
relación tomada en parte del convite ACI 1168-78 (Cement and Concrete
Terminology); muestra algunos tipos de concretos especiales, poniendo énfasis
en los concretos de alto rendimiento.
ALGUNOS TIPOS DE CONCRETOS ESPECIALES
CONCRETOS
ESPECIALES FABRICADOS CON CEMENTO PORTLAND
CONCRETOS ESPECIALES FABRICADOS CON CEMENTO PORTLAND
|
||
C. con aire incluido
C. arquitectónico
C. colado centrifugado
C. coloreado
C. con densidad controlada
C. ciclópeo
C. con epóxico
C. con agreg. Expuesto
Ferrocemento
C. reforzado con fibras
C. fluído
C. cenizas volantes
C. tipo grounting
|
C.pesado
C. con alta resist. Temprana
C. con aislante
C. con latex-modoficado
C. con beta densidad
C. masivo
C. mano con resistencia moderada c/s slump
C. modificado con polímero
C. poroso
C. pusolámico
C. precolado
C. con graduaciones discontinuas en la contracción de fragua
C. perforable
|
C. pretensado
C. rolado compactado
C. protegido
C. Shotcrete
C. microsílica
Suelo cemento
C. liviano estructural
C. con superplastificante
C. terrero
C. blanco
C. con cero slump
C. compensado
|
CONCRETOS ESPECIALES SIN USO DE CEMENTO PORTLAND
|
||
c. acrílico
C. asfáltico
C. aluminio y calcio
C. epóxico
|
C. con látex
|
C. poliéster
C. polímero
C. silicato y potasio
C. sodio y potasio
C. sulfuroso
|
1.1 CONCRETO LIVIANO
Este concreto
es similar al concreto standart excepto que es te tiene una baja
densidad. Este concreto es preparado con agregados ligeros o una combinación de
estos y los agregados standart.
La densidad
del concreto liviano normalmente está entre 1365 y 1850 kg/m3 y y una
resistencia a la compresión a los 28 días de aproximadamente 175kg/m2.
Este concreto es usado primordialmente para reducir el peso propio en elementos
de concreto tales como losas de entrepisos en edificios altos.
1.2 CONCRETO PESADO
Este concreto
es producido con agregados pesados especiales, lográndose una densidad por
encima de los 6400 kg/m3. El concreto pesado es usado generalmente como
una pantalla contra la radiación, pero es también empleado como contrapeso y
otras aplicaciones donde la alta densidad es importante.
Como una
pantalla, el concreto pesado proporciona protección adecuada a los efectos de
rayos X, rayos gamma y la radiación de neutrones. La selección del concreto
pesado como pantalla anti-radiactiva está basada en los requerimientos de
espacio y en la intensidad y tipo de la radiación. Donde los requerimientos de
espacio no es importante, el concreto estándar generalmente proporciona la
solución más económica; sin embargo si la disponibilidad de espacio es
limitada, el concreto pesado reduce notablemente el espesor de la pantalla sin
sacrificar la eficiencia.
Agregados de
alta densidad tales como barita, ferrofosforo, geotita, hematita, ilmetita,
limonita, magnetita, y escoria de acero son usados para producir concreto
pesado.
Las
propiedades del concreto pesado en estado fresco y endurecido pueden estar
condicionadas para darle a este trabajabilidad adecuada y los requisitos
necesarios para su uso, mediante una selección cuidadosa de materiales y
diseños. Excepto por la densidad, las propiedades físicas del concreto pesado
son similares a los concretos estándar.
1.3 CONCRETO DE ALTA-RESISTENCIA TEMPRANA
Como su
nombre lo indica, este concreto adquiere a edad temprana una resistencia
especificada mayor que la que se obtendría a la misma edad con un concreto
estándar. El periodo de tiempo en el que se desea que el concreto adquiera una
determinada resistencia muestra un rango muy amplio: va desde unas pocas horas
hasta algunos días. Para lograr un concreto con estas características se puede
usar los materiales y las mismas prácticas de diseño. Una alta
resistencia temprana puede ser obtenida usando una o una combinación de
los siguientes materiales dependiendo de la edad necesaria y de las condiciones
de trabajo que las especificaciones lo requieran:
- Cemento Tipo III (Alta –resistencia temprana)
- Alto contenido de cemento (360 a 600 kg/m3)
- Baja relación agua/cemento (0.2 a 0.45)
- Aditivos químicos
- Microsílica
El concreto
de alta-resistencia-temprana es usado para concreto pretensado, concreto
premezclado para una rápida producción de elementos, construcciones rápidas,
construcciones en climas fríos, pavimentación para uso inmediato y otros usos.
En pavimentos en uso de mezclas de alta-resistencia –temprana permiten abrir el
tráfico a las 24 horas después del vaceado. Los resultados de resistencia para
un slump de 1 ½ pulg. Son:
EDAD
(días)
|
Resistencia a compresión
(kg/cm2)
|
Resistencia a flexión
(kg/cm2)
|
4 hr.
6 hr.
8 hr.
12 hr.
18 hr.
24 hr.
7 d.
14
d.
28
d.
|
17.6
71.4
131.8
178.2
204.4
242.7
347.7
370.7
413.0
|
8.8
20.1
27.5
34.6
40.2
42.3
50.5
57.8
58.1
|
1.4.-
CONCRETO MASIVO
Concreto
masivo es definido por ACI 116 como “cualquier volumen grande de concreto
situado en un área específica con dimensiones suficientemente extensas que
requiere control de la generación del calor de hidratación y el cambio de
volumen con la mínima fisuración”
El concreto
masivo incluye no solo el bajo contenido de cemento como en el concreto que usa
en presas, diques, y otras estructuras macizas, sino también el uso moderado de
concreto que incluye un alto contenido de cemento en algunos miembros estructurales
que requieren considerar el manejo de calor de hidratación y el aumento de
temperatura.
En el
concreto masivo el aumento de la temperatura es causado como ya se dijo; por el
calor de hidratación que trae como consecuencia una diferencia de temperatura
entre la parte interior y la superficie, gradiente que ocasiona esfuerzos de
tensión y rajaduras en la superficie del concreto; el ancho y la profundidad de
las fracturas depende precisamente del gradiente de temperatura.
1.5.-
CONCRETO SIN SLUMP
Este concreto
es definido también por ACI 116 como: concreto con una consistencia
correspondiente a un slump de ¼ pulg. O menos.
Este concreto
en estado normal (seco), debe ser lo suficientemente trabajable para ser
colocado y consolidado con el equipo que va a ser usado en el trabajo.
Muchas de las
reglas básicas que gobiernan las propiedades del concreto estándar son
aplicables a este concreto; sin embargo, la medida de la consistencia del
concreto estándar difiere de la utilizada en éstos, pues la prueba del
cono de Abrams no es práctico para dar un parámetro de éstas características.
1.6.-
CONCRETO ROLADO-COMPACTADO
Este es un
concreto sin slump, y seco que esw compactado mediante un rodillo vibratorio un
equipo en forma de una platea de compactación. Este concreto es una
mezcla de agregado, cemento y agua; ocasionalmente materiales cementantes
como el Fly Ash también puede ser usado. El contenido de cemento varía desde 60
a 360 kg/m3. La mezcla puede ser hrecha con una mezcladora tradicional, o
en algunas ocasiones con camiones mezcladores o mixer. Este
concreto-rolado-compactado está considerado como el mas rápido y
económico método de construcción en presas de gravedad, pavimentos,
aeropuertos, caminos rurales, y como sub-bases para caminos y avenidas que
luego serán pavimentadas.
Una
resistencia a la compresión de 70 a 315 kg/m2 pueden ser obtenidas para
concreto-rolado-compactado en proyectos de presas. Los proyectos de pavimentos
sin embargo requieren de un diseño a la compresión de aproximadamente 350
kg/cm2.
El concreto
-rolado-compactado debe reunir algunas condiciones para su colocación, por
ejemplo, tener suficiente espesor para que la compactación sea uniforme y
completa con los equipos usados. Una medida optima del espesor puede ser de 8 a
12 pulg. Cuando va ser colocado y consolidado con equipo convencional de
movimiento de tierra o equipos de pavimentos.
1.7.-
SUELO-CEMENTO
El
suelo-cemento es una mezcla de suelo pulverizado o material granular, cemento y
agua. La mezcla es compactada para lograr alta densidad y ocurre la reacción de
hidratación del cemento que liga los agregados proporcionando la fragua y la
durabilidad.
El
suelo-cemento es primordialmente usado como una base para caminos, calles,
aeropuertos y áreas de parqueo. Elementos bituminosos o concreto de cemento
portland son usados luego sobre la base. El suelo-cemento es también usado como
una sub-base para pavimentos de concreto, como protección para presas de tierra
y embarcaderos, reservorios y la estabilización de fundaciones.
1.8.-
SHOTCRETE
Shotcrete es
un mortero de concreto que es lanzado neumáticamente sobre una superficie a
alta velocidad. La relativamente seca mezcla es consolidada por la fuerza
de impacto y puede ser colocada sobre superficies verticales u horizontales sin
ocurrir disgregación.
El
shotcrete es usado tanto para una nueva construcción como para
reparaciones. Su aplicación es particularmente importante en estructuras
abovedadas o en la construcción de túneles para la estabilización de fragmentos
de roca suelta y expuesta.
Las
propiedades del shotcrete endurecido son muy dependientes del operador.
Shotcrete tiene un peso específico y una resistencia a la compresión similar a
un concreto estándar y uno de alta resistencia respectivamente. Agregados
con tamaño máximo de ¾ pulg. Pueden ser usados.
Shotcrete
puede ser producidos mediante un proceso seco o húmedo.
En el proceso
seco se hace un pre-mezclado del cemento y los agregados; luego ésta mezcla,
supuesta homogénea es impulsada por una compresora de aire hacia la boquilla.
El agua es adicionada a la mezcla en la boquilla a la salida mezclándose
íntimamente, para que inmediatamente sea lanzada, proyectada sobre la
superficie.
En el proceso
húmedo, todos los ingredientes son pre-mezclados y luego lanzados sobre la
superficie. Si se adiciona al final de la boquilla una compresora de aire, se
incrementa la velocidad del lanzamiento de la mezcla sobre la superficie.
1.9.-
CONCRETO BLANCO, CONCRETO COLOREADO
1.9.1.-
CONCRETO BLANCO.-El cemento blanco portland es usado para producir concretos
blancos. Es un material usado ampliamente como material arquitectónico. El
cemento blanco es fabricado de acuerdo a ASTM C150. Este concreto es producido
con agregados y agua que no contengan materiales que puedan modificar la
coloración del concreto.
1.9.2.-
CONCRETO COLOREADO.- Este concreto, puede ser producido usando agregados
coloreados, añadiendo pigmentos de colores o ambos. Cuando son usados los
agregados de colores ellos deberán ser expuestos en la superficie del concreto.
2.- CONCRETO
DE ALTO RENDIMIENTO USO DE LA MICROSILICA
2.1.-
Introducción
Históricamente, el rendimiento (performance) del concreto fue especificado y
evaluados en términos de resistencia, a mayor resistencia, mejor expectativa de
rendimiento. La experiencia sin embargo, muestra que aquellas estructuras
diseñadas para servicio de larga vida: puentes, pistas, estructuras marinas,
plantas de tratamiento, están fallando en medio ambientes hostiles debido al
problema de durabilidad y no a deficiencias de resistencia. Para ser durable,
el concreto tiene que resistir intemperismo, ataques químicos, abrasión y otros
procesos de deterioro. La resistencia a estos procesos está relacionada a
estabilidad dimensional y permeabilidad.
El término
concreto de alto rendimiento (High Performance Concrete – HPC) fue acuñado para
describir un material no solo con alta resistencia, sino también con un
significativamente alto módulo de elasticidad, mínimo cambio volumétrico y baja
permeabilidad.
El concreto
de alto rendimiento debe cumplir los siguientes requerimientos:
- Permeabilidad: como un indicador de su durabilidad no deberá exceder de
500 coulomb en un test de permeabilidad del ion cloro AASHTO 227. Este
requerimiento lo haría prácticamente impermeable.
- Estabilidad dimensional: medido en un alto módulo de elasticidad, baja
contracción y deformación, y bajo valor de hidratación. Estas características
son indispensables para evitar cualquier efecto de esfuerzos indeseables en las
est5ructuras.
- Otras características de resistencia y trabajabilidad pueden ser
añadidas dependiendo del uso final.
Los
diseñadores deben darse cuenta que el HPC no es una extensión simple del
concreto estándar, por lo que los códigos de diseño existentes solo pueden
aplicarse en determinados casos.
Los concretos
convencionales de alta resistencia pueden ser incompatibles con los diseños
HPC. Por esto la selección de materiales componentes: cementos, agua,
agregados, aditivos, requieren de una cuidadosa selección en función a su
propia durabilidad y también a la interacción entre ellos. El solo hecho de
bajar la relación Agua/Cemento no produce HPC. El uso de aditivos
especializados y la cuidadosa selección de agregados puede influir en forma
significativa en las propiedades, por ello la secuencia de
mezclado, eficiencia de la mezcladora, el manejo y el curado del concreto
que son importantes en concreto normal, son aún más importantes en el
HPC. Las pruebas muestran el efecto de factores tales como el orden
en que los materiales son añadidos, la energía de la mezcladora, y lo mas
importante, el adecuado curado del concreto. El manejo de este tipo
de concreto en obra es también determinante.
Los altos
requerimientos de calidad convierten en mandatario un estricto control de
calidad. El control para HPC puede exceder la capacidad de la mayoría de las
máquinas de prueba usadas por laboratorios uy algunas de sus características
innovadoras tales como baja permeabilidad y estabilidad dimensional
requieren de aparatos de medición sumamente sensibles difícilmente disponibles
en los laboratorios estándar.
En los
últimos tiempos, debido al desarrollo de nuevas tecnologías,
implementación de nuevos materiales y mejoramiento del uso de otros que ya se
venían utilizando, ha sido posible la obtención de concretos en los que las
características de resistencia, durabilidad, trabajabilidad y peso propio
ofrecen altos estándares de comportamiento.
Para lograr
durabilidad, debemos por consiguiente, lograr un concreto m{as impermeable. La
permeabilidad está asociada a la fisuración, microfisuración y densidad o
porosidad del concreto.
Todos estos
parámetros se pueden controlar mediante:
a. La optimización del uso del cemento, el cuál intrínsecamente tiene
ciertos comportamientos negativos para la masa del concreto, por el cual debe
limitarse su uso al mínimo necesario para cumplir los requerimientos de
resistencia. En otras palabras un diseño de concreto con mayor contenido de
cemento puede no ser un Concreto de Alto Rendimiento, justamente porque
el exceso de cemento afecta la durabilidad del mismo: los efectos térmicos,
químicos y de variabilidad volumétrica del cemento producen en su entorno
fenómenos y sub productos que afectan negativamente entre otras cosas la
permeabilidad del concreto. En algunos casos las sílices de los agregados
reaccionan con los álcalis de los cementos provocando la destrucción den los
mismos.
b. Uso de diseño en las cantidades mínimas posibles. Para producir la
fragua del cemento, solo se requiere entre 15 y 20% de su peso en agua, todo
exceso sirve para dar trabajabilidad al concreto y para la absorción de los
agregados en caso de que físicamente lo requieran.
Un diseño
estándar, en consecuencia tiene entre 2 y 3 veces mas agua que la requerida
para la fragua del cemento y este exceso una vez colocado el concreto,
tiende a salir a la superficie, abriéndose paso a través de conductos que
atraviesan la masa del concreto y constituyen los futuros caminos de ingreso
para todos los agentes externos. Parte de ésta agua queda atrapada bajo
los agregados y armadura de3 acero haciendo perder la adherencia de estos
elementos.
La pérdida de
un volumen apreciable de agua causa variación volumétrica en la masa del
concreto, en consecuencia un concreto con mayores cantidades de agua tiene
mayor posibilidad de sufrir variaciones volumétricas, presentándose la
fisuración que es el principio del fin del concreto.
c.- Los agregados deben tener una textura y graduación optima de acuerdo
al
tamaño
máximo y al uso del concreto.
La granulometría y textura de los agregados nos determinan en primera instancia
el volumen de vacíos que deberá ser rellenada con la lechada de agua-cemento y
algún aditivo. Por lo tanto, como un concreto mal graduado tiene una mayor
cantidad de vacíos, requerirá de mayores cantidades de agua y cemento con las
consecuencias que ya se han explicado.
d.- El uso de tecnologías, agentes y/o materiales que nos permitan evitar hasta
donde sea posible exceso de consumo de cemento y agua:
Esto incluye
cementos adicionados, en los que la adición es un elemento capaz de reaccionar
con los sub productos nocivos de la fragua del cemento. Esta reacción
produce a su vez un elemento cementante que contribuye a incrementar la
resistencia e impermeabilidad del mismo.
Obviamente
mientras mas cerca se llegue a los granos del cemento, el rendimiento de la
adición será mejor, de hecho, mientras mas pequeños sean los granos de la
adición con respecto al tamaño de los granos del cemento, mayor posibilidad
tendrán de acercarse a éstos y lograr los efectos benéficos. Las
adiciones normales que se han utilizado en primera instancia, tiene una
granulometría similar a la del cemento, en consecuencia, se pierde mucho
del efecto benéfico por lo expuesto líneas arriba. Actualmente, con la
microsílica, es posible obtener el efecto que por mucho tiempo se estaba
buscando: en promedio un grano de cemento puede obtener entre 50,000 y
100,000 granos de microsóilica. Además, le da continuidad a la
Granulometría Global de la mezcla, permitiendo concretos mas densos e
impermeables. Todo esto también se refleja en un incremento notable, de las
características mecánicas del concreto.
2.2.-
ADITIVOS DE ALTO RANGO
Los aditivos
de alto rango nos permiten evitar el uso de un porcentaje significativo del
agua de los diseños normales de concreto, en consecuencia nos permiten obtener
a relaciones agua/cemento adecuadas a las exigencias de concreto de alto
rendimiento y adicionalmente el efecto plastificante, permite que la mayor
homogeneización mecánico, por ejemplo: es ya conocido que entre dos concretos
de igual relación agua/cemento, tiene notoriamente mejores resultados químicos
y mecánicos, el concreto plastificado.
JOSE ANTONIO GAMARRA AMARO
