Es bien conocido que uno de los retos más significativos para los proyectos, en especial los de infraestructura, es la consecución de fuentes de materiales de buena calidad. Sin embargo, cada vez se hacen más escasas, por lo que el mercado ha puesto a disposición una serie de soluciones para mitigar los efectos desfavorables inherentes a las materias primas por su condición de origen.
No obstante, se han explorado algunas formas en que el camino para mitigar las condiciones adversas de los agregados, dentro de una mezcla de concreto, se puede convertir en el mejoramiento de la mezcla, para convertirla en un material de alto desempeño.
Concretos de alto desempeño
A menudo este tipo de concretos se relacionan con una alta resistencia, y si bien es cierto que una de las características principales de un concreto de alto desempeño es que posea una elevada capacidad a la compresión, deben acompañarle otras propiedades como un alto módulo de elasticidad, una alta densidad, una baja permeabilidad y la durabilidad, vista como la capacidad de resistir el ataque de agentes externos en el tiempo.
Entre las diferencias más considerables de un concreto convencional a uno de alto desempeño, se tienen la selección de los materiales y las metodologías de diseño de la mezcla. Se trabaja por lo general una relación agua/material cementante (a/mc) significativamente baja, por lo que se hace necesario el uso de aditivos reductores de agua de gran poder, donde se puede destacar los de tipo hiperplastificante.
Adicionalmente, toman mucha relevancia las adiciones puzolánicas, que pasan de ser usadas para mitigar efectos desfavorables causados principalmente por la mineralogía del agregado, a potencializar los efectos del cementante y generar reacciones químicas estables, que contribuyen a una matriz con enlaces más fuertes en la mezcla de concreto. En función del número de puzolanas que se incorporan a la mezcla, se puede hablar de mezclas binarias (cemento y una puzolana) o ternarias (cemento y dos puzolanas) (ACI SP-189).
Calidad de los agregados
Como parte fundamental del trabajo con una mezcla de concreto de alto desempeño, es importante mencionar los agregados, que como componente que ocupa la mayoría del volumen, siguen teniendo un lugar fundamental. Y es que aún para los concretos convencionales se sabe que especificaciones como NTC e INVIAS, e incluso las internacionales tienen una serie de requerimientos para garantizar el adecuado comportamiento de los pétreos dentro de la mezcla.
Gran parte de estas pruebas se basan en el análisis de la limpieza de los agregados, medida como la ausencia de partículas arcillosas y otras fracciones contaminantes. Del mismo modo, resistencia a agentes como sulfatos y cloruros, que pueden deteriorar el concreto en estado endurecido. Por lo que, se asume que el cumplimiento de estos requisitos es suficiente para garantizar la estabilidad del material en el tiempo.
De manera análoga, se debe cuestionar si el incumplimiento en estos parámetros es limitante para que los agregados puedan ser usados para la producción de concreto, y la respuesta normalmente sería afirmativa. Sin embargo, la tecnología del concreto ha crecido al punto de poder restarle relevancia a los agregados, como constituyente, a la vez que se enfoca en lograr un concreto con énfasis en otras propiedades, tales como una permeabilidad entre baja y nula, donde la ausencia de agua al interior evita el desarrollo de las reacciones químicas, que una desviación en la calidad del agregado pudiese ocasionar.
Caso de estudio
El caso de estudio presentado es un proyecto de infraestructura vial, desarrollado en la zona norte del país, en el departamento de Sucre. En este sector, las fuentes de materias primas y los procesos de extracción impiden que se tenga un agregado de alta calidad. Sin embargo, la necesidad de viabilizar este agregado y de conseguir su aprobación por parte de la interventoría, llevó a la aplicación de las más recientes teorías en el diseño de mezclas de concreto, para garantizar la calidad del material por durabilidad, así como para lograr un alto desempeño y posibilitar su uso en estructuras complejas como puentes y grandes obras de drenaje. En la foto 1 se presenta el agregado en mención.
Agregado para la producción de concreto. Proyecto en el Departamento de Sucre.
Crédito: Andrés Berrío.
Se trata de un agregado con presencia de óxidos de hierro y caliza dentro de su composición mineralógica, además de otros minerales fósiles, como biomicritas, lo que hace que los productos de trituración no sean los más adecuados para su uso en construcción.
El trabajo desarrollado con este material se puede resumir en 3 etapas básicamente:
- El uso de relaciones a/mc considerablemente bajas, para todos los tipos de concretos que se encontraban entre un rango de 21 Mpa hasta 49 MPa, por debajo de 0,4.
- Para lograr el mejor empaquetamiento granular posible se realizó una división de los agregados en 3 fracciones dentro del proceso de trituración: un agregado grueso, un agregado fino y una fracción intermedia, que le daba continuidad a la curva granulométrica.
- El uso de dos puzolanas, para lograr una mezcla ternaria. Un subproducto de una termoeléctrica y la segunda, una arcilla calcinada a altas temperaturas. Ambas clasificadas como puzolana tipo N, según ASTM C618.
A partir de la implementación de estos ajustes al diseño se pudo lograr un material con características a nivel de ensayos de desempeño y durabilidad, tales que permitieran su aprobación para el uso en el proyecto, sin comprometer la calidad de la obra, como se presenta en la tabla 1.
Ensayos para validación por desempeño en durabilidad.
Crédito: Andrés Berrío.
Además, debe considerarse que el agregado se clasificaba como potencialmente reactivo, al ser analizado mediante el método de barras de mortero (ASTM C1260), quedando en el rango de inocuo, luego del tratamiento con las dos puzolanas usadas.
En la gráfica 1, se presenta la curva media de desarrollo de resistencia, hasta los 28 días, del concreto diseñado para 49 MPa, a usarse en las vigas postensadas de puentes dentro del proyecto.
Desarrollo de resistencia de la mezcla de estudio.
Crédito: Andrés Berrío.
Referencias
- ACI-SP-187. High Performance Concrete.
- ASTM C618-19. Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete.
- ASTM C1202-19. Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration.
- ASTM C1260-14. Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates (Mortar-Bar Method).
- NTC-4025-19. Norma Técnica Colombiana. Método de Ensayo para Determinar el Módulo de Elasticidad Estático.
- NTC-4483-16. Norma Técnica Colombiana. Método de Ensayo Para Determinar La Permeabilidad Del Concreto Al Agua.
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