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TECNOLOGÍA DEL CONCRETO Y DE LOS MATERIALES UPC Online

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En esta sesión estudiaremos los siguientes temas:

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Los concretos especiales a diferencia de los concretos normales son aquellos cuyascaracterísticas son distintas debido a algún tipo especial de insumo, por la tecnologíapara su aplicación o por la tecnología de su producción. Por lo tanto los concretosespeciales son concretos para obras que requieren especificaciones particulares y de usopoco común, hoy en día existen variedad de concretos especiales para requerimientospuntuales en las distintas obras debido a sus condiciones especiales.

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El concreto espumoso también conocido como concreto celular, es un concretoultraligero de densidad controlada, formulado a base de espumas preformadas conaditivos especiales, mezclados con cementos y opcionalmente arena y fibras.

Dicha espuma está formada por micro burbujas de aire, no interconectadas, “forradas”por el cementante en diferentes diseños de formulaciones. Con lo que obtenemos unconcreto de muy baja densidad y un alto factor de aislamiento térmico, de granestabilidad dimensional y prácticamente sin absorción de agua.

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¿Qué es el concreto espumoso?

El concreto espumoso es también conocido como concreto celular o aireado, ya quecontiene en su interior millones de burbujas de aire independientes las cuales formanuna muralla de aire, este material de construcción es muy liviano y está destinado a laobra gruesa. Es producido por arena de sílice, cal, cemento, agua y un agente expansoren base a aluminio, el cual determina la expansión de la masa por la formación de estasburbujas de aire antes nombradas que se encuentran distribuidas en la mezcla. Todosestos componentes, molidos y combinados, se vierten en moldes, donde el polvo dealuminio crea una reacción química con la cal formando hidrogeno, el cual generamillones de pequeños poros que expanden la mezcla.

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El concreto espumoso presenta las siguientes propiedades:

• Poca conductividad térmica

• Resistencia al fuego

• Resistencia a la Humedad

• Durabilidad y Resistencia Mecánica

• Aislación acústica

• Proceso Productivo ecológico

A continuación desarrollaremos, cada una de ellas.

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Poca conductividad térmica

Una de las principales características de este material es ser un muy buen aislantetérmico. Esto es posible gracias a su estructura molecular. El aire, que es el mejoraislante térmico, al aprisionarlo en miles de células independientes en el bloque, creauna barrera contra el frío, tal cual lo haría un chaleco de lana gruesa. Esto también esmuy importante para el ahorro, ya que con esto no es necesario gastar dinero enaislantes. Los profesionales llaman este tipo de aislamiento “aislamiento repartido” o“mono muro”. Ya que atrapadas de manera homogénea en la masa del material, el aireasume su papel de aislamiento.

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Resistencia al fuego

Los bloques de hormigón celular, al estar compuestos por materiales minerales, nocontienen materias combustibles, por lo que es más resistente a altas temperaturas quecualquier otro producto utilizado para construir. Una pared de concreto celular de tansolo 15 cm. de espesor, puede soportar hasta 3 horas un incendio (1.200°Caproximadamente) y permanecer intacta. Es clasificado como material mineral de claseA1 de reacción al fuego.

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Resistencia a la humedad

El concreto celular presenta una absorción total inferior a la albañilería tradicional deladrillo cerámico y del concreto armado tradicional. Esto gracias a la presencia de celdasesféricas cerradas distribuidas homogéneamente en su estructura, que determina unabaja absorción de agua.

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Durabilidad y Resistencia Mecánica

El concreto celular resiste condiciones climáticas extremas. Esto debido a que susmateriales de fabricación le otorgan propiedades como resistencia la humedad y ciclosde congelación y deshielos. Además estamos frente a un producto libre de plagas, ysuperior a otros en la formación de hongos, ataques de insectos y a la acción deelementos químicos. Lo anteriormente mencionado permite que las construccioneshechas a base de este tipo de material puedan cumplir con las normas.

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Aislación acústica

La estructura de los bloques de concreto espumoso, al aprisionar miles de burbujas deaire independientes, forman un colchón natural de aire que constituye una barreracontra las ondas sonoras. Según los sistemas utilizados, los niveles de atenuación deruidos de las paredes pueden variar entre 38 dB y 67 dB.

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Proceso Productivo ecológico

El concreto celular es de color blanco. Éste se obtiene mezclando cemento, arena desílice, cal y agua, incorporando al final del proceso de amasado un agente expansor ypolvo de aluminio, que al reaccionar genera la formación de millones de burbujas de aireal interior de la masa.

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Revisemos los siguientes videos sobre la colocación y el uso del cemento celular oespumoso y luego responde a la pregunta planteada.

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Usos recomendados

El concreto celular o espumoso puede utilizarse para:

‐ Relleno de zanjas de tuberías de agua, de electricidad.

‐ Relleno estructural: Sub‐base de cimentaciones, base de losas, alrededor detuberías.

‐ Otros usos incluyen tanques abandonados, bóvedas de servicios, minas,alcantarillas, espacios debajo de pavimentos y losas, aislante para techos, paredescontra fuego, muros de contención de carreteras, paneles prefabricados.

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¿Cuáles son las ventajas del concreto espumoso?

Las principales razones por las que este material está siendo cada vez más demandado,es gracias a sus cualidades que imitan las ventajas de la madera, y a la vez dejan afuerasus desventajas. Así podemos decir que es un producto con resistencia y solidez, unmaterial liviano, que además es muy rápido para la construcción, eficiente, económico,durable, resistente al fuego, excelente aislante y también está preocupado por el medioambiente tanto como producto, como también su fabricación.

Las principales ventajas se refieren a una mayor simpleza en la instalación en laconstrucción, siendo más limpio, fácil de manejar, se puede cortar fácilmente conserrucho especial lo que implica gran precisión en los cortes, se puede perforar, ranurar,lijar para moldearlo y así parecerse a la madera, además de simplificar las instalacionesde ductería eléctrica.

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El uso de la espuma en el concreto celular resulta en:

‐ Optima trabajabilidad Puede producirse en consistencia plástica o fluida.

‐ Facilidad de colocación por bombeo o gravedad.

‐ Valores pre‐seleccionados de densidad y resistencia.

‐ Buen aislante térmico.

‐ Los concretos ultraligeros deben fabricarse al pie de la obra para evitar la ruptura delas burbujas que conforman la estructura del concreto.

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Concreto permeable

El concreto permeable es un material de construcción de reciente uso que ofrecemúltiples ventajas económicas y ambientales.

La principal virtud del concreto permeable es el adecuado manejo del agua de lluvia. Elconcreto permeable no tiene finos o posee pocos finos. Este concreto se usaprincipalmente como pavimento en aplicaciones de viales de bajo tráfico, zonas deestacionamientos, parques y ciclovías. Es un concreto especial, resultado de lacombinación de agregado grueso, cemento y agua que favorece la creación de unaestructura de tipo porosa que permite el paso de agua a través de él. Es de bajaresistencia; con revenimiento cero; es seco y poroso y puede usarse como pavimento deaceptable calidad estructural, que permita filtrar el agua de lluvia, y evitar elescurrimiento superficial.

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En los últimos años, el concreto permeable se ha usado como una alternativa a la típicasolución de construir pozos para retención o almacenamiento de aguas pluviales. Engeneral, ha tenido éxito en la construcción de áreas de estacionamiento con pavimentosde concreto permeable que permiten la filtración del agua al subsuelo, reduciendo elescurrimiento superficial, evitando la contaminación, el encharcamiento y la erosión deáreas aledañas.

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Sabías que…

El procedimiento constructivo de un sistema de pavimento de concreto permeable esdiferente al empleado en la creación de pavimentos de concreto convencional; además,su criterio de aceptación no está basado en la resistencia a compresión, sino en laporosidad y permeabilidad, por lo tanto tiene una perspectiva diferente.

A continuación se presenta una revisión de algunos aspectos importantes relacionadoscon el uso del concreto permeable.

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ACI‐522R

El concreto permeable es un material de estructura abierta con revenimiento cero,compuesto por cemento Portland, agregado grueso, poco o nada de finos, aditivos yagua. La combinación de estos ingredientes produce un material endurecido con porosinterconectados, cuyo tamaño varía de 2 a 8 mm lo que permite el paso de agua. Elcontenido de vacíos puede variar de un 18 a un 35 por ciento, con resistencias acompresión típicas de 2.8 a 28 MPa. Su velocidad de drenaje depende del tamaño delagregado y de la densidad de la mezcla, pero generalmente varía en el rango de 81 a 730L/min/m2.

En general, como ya se ha comentado, se emplean los mismos materiales que en elconcreto convencional; es decir, materiales cementantes, agregados grueso y fino,aditivo y agua. Sin embargo, el agregado fino está limitado a pequeñas cantidades o seelimina de la composición de la mezcla. Si bien, al añadir agregado fino se incrementa laresistencia puede reducir el contenido de vacíos y por lo tanto la permeabilidad delconcreto, la cual es la principal característica de estos concretos.

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Composición

Como materiales cementantes se pueden emplear: el cemento Portland de uso general(ASTM 150 y C1157); cementos adicionados (ASTM C595 y C1157), así como materialessuplementarios como la ceniza volante, humo de sílice y escorias de alto horno (ASTMC618, C1240 y C989). Cabe subrayar que por lo general se emplean agregados gruesosde 9.5, 19.0 y hasta 25.4 mm de tamaño máximo (ASTM C33), que puede ser de pesonormal o ligero, y de forma redondeada o triturada. Los agregados de forma redondeadaproducen mayores resistencias; los de mayor tamaño superficies más ásperas, mientrasque los de tamaño pequeño y textura suave son más fáciles de colocar aunque requierende mayor cantidad de cemento. Respecto al agregado fino, es común que no se use; sinembargo, en caso necesario se recomienda su uso en bajos contenidos, cuidando que nose reduzca la permeabilidad del concreto.

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Agua

El agua potable es adecuada para la elaboración del concreto permeable. Se puedeemplear agua de otras fuentes o reciclada; sin embargo debe cumplir con lo especificadoen la ASTM C1602, y se debe verificar que su empleo no influya en el tiempo defraguado, resistencia y durabilidad. Debido a la ausencia o limitada cantidad de agregadofino, la cantidad de agua es un factor determinante en el concreto permeable. Laresistencia del concreto depende de la adherencia entre la pasta de cemento y laspartículas de agregado grueso. La falta de agua provocará la falta de adherencia,mientras que el exceso de agua puede generar la obstrucción de los poros. En el primercaso se puede presentar la falla prematura de la superficie, y en el segundo se perderá lacapacidad de filtración de la superficie, es decir, perderá permeabilidad.

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Aditivos

La mezcla de concreto permeable es más rígida y su tiempo de fraguado es menorcomparado con la del concreto convencional, por lo que en caso necesario se puedenemplear aditivos retardantes de fraguado, muy recomendable en climas calurosos parafacilitar la entrega y su colocación. Para prolongar la condición fresca de la mezcla yfacilitar la descarga se pueden emplear estabilizadores de hidratación o aditivosretardantes de larga duración. En todos los casos se debe verificar que los aditivoscumplan lo especificado en la ASTM C494.

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En la Tabla 1 se presenta las propiedades típicas de las mezclas de concreto permeable.

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Revenimiento

En general, es cero; sin embargo se han usado valores en el rango de 20 a 50 mm. Laprueba del revenimiento –que se puede realizar de acuerdo con la ASTM C143– no esuna prueba que se considera para fines de control de calidad, como en el caso delconcreto convencional, sólo se considera como un valor de referencia, debidoprincipalmente a que la mezcla es demasiado rígida y la medición del revenimiento en lamayoría de casos no es aplicable.

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Peso unitario

El peso unitario del concreto permeable es del orden del 70% del concreto convencional.Su determinación se hace de acuerdo con lo especificado en la ASTM C1688.

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Tiempo de fraguado

El tiempo de fraguado se reduce en el concreto permeable, por lo que en algunos casosse deben usar aditivos químicos para permitir la adecuada colocación.

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Propiedades en estado endurecido

• Porosidad: La porosidad es una medida de los espacios vacíos entre los agregados. Lacondición para que un concreto sea permeable es que el contenido de vacíos seamayor al 15% del volumen total de la mezcla.

• Permeabilidad: La permeabilidad al igual que la porosidad depende de laspropiedades de los materiales, la proporción de la mezcla y de los métodos decolocación y compactación. Una excesiva compactación reducirá la permeabilidad alsellar los poros necesarios para la filtración del agua.

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Propiedades mecánicas

La resistencia a compresión típica es del orden de 17 MPa; sin embargo, se puedendesarrollar resistencias hasta de 28 MPa. La resistencia a compresión está influenciadapor los materiales componentes, el esfuerzo de compactación y por el contenido devacíos.

La resistencia a flexión varía entre 1 y 3.8 MPa. Su determinación puede estar sujeta aimportante variabilidad, por lo que es común medir la resistencia a compresión y usarrelaciones empíricas para estimar su valor. Por su parte, la contracción por secado en elconcreto permeable se presenta más pronto, sin embargo, es menor, del orden de lamitad de lo esperado en el concreto convencional. La menor contracción permiteeliminar el número de juntas, o en todo caso, respecto a los pavimentos construidos conconcretos convencionales, colocarlas más espaciadas.

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La Tabla 2 muestra la relación entre la resistencia a compresión y el contenido de vacíospara 2 tamaños de agregado, 19.0 y 9.5 mm (ASTM C33, No. 67, y 8, respectivamente).

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Medioambientales

El volumen de vacíos del concreto permeable, proporciona solución al problema de laescorrentía superficial proveniente de las aguas de lluvia, cuando se usa el sistema depavimentos con concreto permeable, no se formaran los charcos de agua que deteriorana la larga la superficie de rodadura. Además de permitir la filtración de loscontaminantes de los autos, lo que impide la contaminación de áreas cercanas. Además,cuando se usa en combinación con áreas con vegetación, el concreto permeable permiteel ingreso de agua y oxígeno, necesario para el crecimiento de las plantas y calidad delaire.

También, disminuye la sensación térmica (alta temperatura ambiental) por los vacíos delconcreto permeable, dado que su estructura de poros permite la circulación de aire ypor lo tanto menor retención de calor. Asimismo, la luz que refleja el concretopermeable hace que disminuya la temperatura ambiental, especialmente en las zonasurbanas; en la noche, los pavimentos de concreto permeable requieren de menoriluminación debido a la mayor reflexión que tienen a la luz.

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Económicos

El concreto permeable puede usarse como una alternativa en áreas de estacionamientoy reducir la necesidad de construir pozos de retención para almacenar el agua pluvial. Elmismo pavimento actuará como área de retención, lo que reducirá el costo de laconstrucción de pozos de retención, la instalación de bombas, los tubos de drenaje, y sumantenimiento o permitir sistemas de alcantarillado de menor tamaño.

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Estructurales

La textura porosa del concreto permeable proporciona la tracción suficiente para losvehículos y reduce el hidroplaneo, aún con lluvia, permitiendo seguridad a losconductores y a los peatones. El concreto permeable es durable y resistente al tiempo,pudiendo durar muchos años (20 a 30 años) con el mantenimiento adecuado.

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El concreto espumoso, también conocido como concreto celular, es muy usado en laconstrucción. Contiene en su interior millones de burbujas de aire independientes queforman un concreto muy liviano.

USOS RECOMENDADOS:

• Relleno de zanjas de tuberías de agua, de electricidad, paredes de retención.

• Relleno estructural: Sub base de cimentaciones, base de losas.

• Otros usos incluyen espacios debajo de pavimentos y losas, aislante para techos,paredes contra fuego, muros de contención de carreteras, paneles prefabricados.

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El concreto permeable es un tipo especial de concreto con alto grado de porosidad cuyaprincipal característica es permitir el paso del agua a través de su estructura porosa, porlo que es considerado como un material de construcción sustentable.

Si tenemos en cuenta la insuficiencia y escasez de agua que se tiene actualmente(aproximadamente el 97.5% del agua sobre la Tierra es agua salada, lo que solo deja el2.5% como agua fresca, de la cual dos tercios está congelada en los glaciares y las capasde hielo polar, que también se están derritiendo rápidamente debido al cambioclimático), gracias a la permeabilidad del concreto, se podría ser amigable con el medioambiente y también recargar los acuíferos subterráneos del planeta con el agua noutilizada.

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El concreto permeable es un concreto fabricado en base a cantidades controladas decemento, agregado grueso, agua y aditivos para crear una masa de partículas deagregado cubierta con una capa delgada de pasta. Una mezcla de concreto permeablecontiene poca o ninguna arena, lo que crea un contenido de vacío substancial. Usando lasuficiente pasta para cubrir y aglomerar las partículas del agregado, se crea un sistemade vacíos interconectados altamente permeables que drenan con rapidez desde susuperficie. Para la resistencia de este concreto y para evitar que la pasta fluya y llene losvacíos, se requiere una relación baja de a/c, esto es importante para la producciónexitosa.

Los métodos de proporcionamiento convencionales y los métodos de prueba no sonaplicables al concreto permeable, por lo que el ASTM y ACI vienen trabajandoarduamente en estos diseños de concreto. Se espera que en el futuro este tipo deconcreto sea usada con mayor frecuencia en todos los países.

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