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Tecnología

Construir para el futuro

Nuevos materiales resultan en un hormigón más durable

Investigadores del Departamento de Estructuras de la Escuela de Ingeniería de São Carlos de la Universidad de São Paulo (EESC-USP) están abocados desde hace cinco años a un proyecto sobre nuevos tipos de concreto para la ingeniería civil, que podrán sustituir con ventajas a la tradicional mezcla de cemento, agua, arena y piedra de las estructuras de hormigón armado. En el marco del proyecto, han sido desarrollados más de 30 estudios para evaluar la seguridad de la aplicación de elementos premoldeados y de nuevos tipos de hormigón.

“De la manera en que evolucionan la ciencia y la tecnología de materiales, varios tipos de concreto con propiedades muy específicas serán empleados de acuerdo con las necesidades de cada construcción, tornándolas más seguras y durables”, prevé el profesor João Bento de Hanai, coordinador del proyecto temático que evaluó el potencial de los concretos especiales.

Y algunos avances ya han permitido desarrollar nuevas fórmulas: por ejemplo, la adición de compuestos orgánicos y puzolanas (polvos finos derivados de la escoria de los altos hornos, ceniza de cáscara de arroz o sílice activa extraída del humo de las siderúrgicas) torna al concreto más compacto y resistente, mientras que la adición de fibras cortas (de acero, poliméricas o naturales como el sisal y la palmera) le otorga al concreto una mayor capacidad de deformación y absorción de energía.

En el largo tiempo
Otros estudios, motivados por la preocupación con el medio ambiente, indican la posibilidad de reaprovechamiento de los residuos sólidos de la construcción y la demolición: ellos sustituirían a la piedra utilizada en la mezcla de hormigón, con una probable reducción en los costos. Sin embargo, estas innovaciones tendrán que ser mejor desarrolladas y difundidas para que sean integradas a la rutina de la construcción civil: “Debemos conocer mejor el comportamiento, inmediato y a lo largo del tiempo de estos nuevos concretos en las estructuras resistentes de una obra”, informa Hanai.

El hormigón de alta resistencia – dotado de minerales y aditivos reductores de agua que lo tornan más compacto y unas tres o cuatro veces más resistente que el concreto común – es uno de los materiales que Hanai estudió. El objetivo consistió en evaluar su eficiencia en la rehabilitación de estructuras dañadas por la acción del tiempo, por falta de mantenimiento o por fallas constructivas. En la recuperación de los pilares, por ejemplo, una de las técnicas analizadas fue el refuerzo por encamisado – que consiste en construir una especie de capa de concreto alrededor del pilar original.

La presión o resistencia de un material es medida en megapascales (MPa). Por ser más resistentes a la compresión – superior a 50 MPa, mientras que el hormigón común usualmente tiene una resistencia de alrededor de 25 MPa -, estos concretos especiales serían ideales para las estructuras de edificios y obras de infraestructura. Pero, según el investigador, su aplicación requiere ciertos cuidados: “el concreto del pilar que será reforzado, por ejemplo, tanto por su edad como por la composición, tiene propiedades de deformación y resistencia diferentes que las del concreto nuevo, aplicado por fuera”, explica Hanai. Por eso es necesario entender cómo trabajan estos materiales diferentes en conjunto y evaluar, caso por caso, la real eficiencia de este refuerzo.

Igual que el vidrio
Si se produce una sobrecarga y el concreto usado en el encamisado sufre una ruptura brusca, esto podría provocar la ruptura de la estructura interna. Esta posibilidad existe debido a las propias características del concreto de alta resistencia. Por ser más compacto, se muestra también más frágil en el instante de la ruptura: “El comportamiento del hormigón de alta resistencia es semejante al del vidrio. Aunque es muy resistente, no tienen buena ductilidad (capacidad de distenderse) y tiende a astillarse”.

Para mejorar el desempeño de estos concretos y evitar accidentes, una posible solución apuntada por el investigador consiste en adicionar algunos tipos de fibra. “Las fibras, como las de acero, carbono o de otros materiales poliméricos, funcionan como una especie de armadura en el interior del hormigón. Si son colocadas en cantidades adecuadas, controlarán todo el proceso de fractura interno que pueda suceder en el seno del concreto y reducirán el riesgo de una ruptura brusca”, explica.

Material reciclado
Más que soluciones técnicas para mejorar la eficiencia y la seguridad de las construcciones, los investigadores de la EESC procuran alternativas para el problema ambiental generado por los residuos producido en los obradores. Una línea de investigación encabezada por Eloy Ferraz Machado Júnior, por ejemplo, se orienta hacia la reutilización de los residuos sólidos de construcción y demolición. “La idea de usar residuos molidos en lugar de piedra para hacer hormigón, por ejemplo, no es nueva”, dice Machado, “pero su aplicación tropezaba en un inconveniente: pese a ofrecer una buena resistencia, el concreto de reciclado es más poroso que el concreto normal, y esto facilita la penetración de agentes externos, que corroen la armadura en el interior del concreto”.

La solución encontrada fue disminuir la permeabilidad del concreto reciclado adicionándole látex a la mezcla. El resultado fue satisfactorio. En los tests de corrosión, hechos según criterios de la ASTM (American Society for Testing and Materials, o Asociación Americana para Tests y Materiales), el hormigón de reciclado tuvo resultados mejores que los del concreto común: la pérdida de masa en la armadura fue del 1,6% para el reciclado con látex y del 3,4% para el común. “Ahora estamos testeando cantidades menores de látex en la mezcla, para hallar la proporción ideal, de manera tal que el uso del látex no encarezca demasiado al producto final”, revela Machado.

Pese a que aún no tenga datos para calcular el costo final del hormigón con reciclado, Machado acredita que será una alternativa viable para la construcción de casas populares, con ventajas para el medio ambiente y para las arcas públicas: “El costo con el gerenciamiento de las deposiciones irregulares es de 5,3 dólares por tonelada, en tanto que el costo de reciclado no pasa de los 3,94 dólares por tonelada”, afirma. Y esto es solo el comienzo. “El próximo paso consistirá en utilizar residuos reciclados en la fabricación de bloques y, en una futura etapa, en la hechura de la mezcla”, dice. “La meta final es construir una casa entera con reciclados.”

Grupo permanente
En los cuatro años de investigación, el grupo concluyó 33 estudios que rindieron 18 disertaciones de maestría, tres tesis de doctorado y 12 trabajos de iniciación científica, además de otras 20 investigaciones que serán concluidas en los próximos 12 meses, la mayoría de doctorado. El número de publicaciones generadas ha superado las expectativas: más de 200, entre libros, artículos, informes técnicos y trabajos en congresos. Animados, los investigadores decidieron mantenerse como grupo de trabajo permanente en el Departamento de EESC-USP.

A largo plazo, el conocimiento generado podrá contribuir al perfeccionamiento de las normas técnicas que orientan a los profesionales de la producción, cuando sean revisadas por la Asociación Brasileña de Normas Técnicas (ABNT). Pero el sector productivo puede tener beneficios más inmediatos. La tecnología está disponible para empresas públicas o privadas interesadas en la elaboración de proyectos en asociación con la universidad, en la prestación de servicios de asesoría y consultoría o también en la realización de ensayos de estructuras y materiales. Asociaciones de este tipo ya han sido concretadas con empresas tales como el Instituto Brasileño de Pantallas Soldadas, para un estudio ya concluido sobre anclaje de pantallas soldadas en lozas de edificios, y con el Grupo Gerdau, para un proyecto en marcha de pisos industriales de hormigón armado con pantallas soldadas.

Recursos no faltan. Con el proyecto temático, fue posible armar una sala con clima controlado por computadora en el Departamento de Estructuras, que permite preparar muestras para tests de resistencia y deformabilidad de elementos estructurales a lo largo del tiempo. Con ello es posible testear estructuras en las mismas condiciones ambientales que las del local de la construcción, controlando la temperatura y la humedad del ambiente. “Pese a que nuestra especialidad es la construcción civil, estamos en condiciones de ensayar otros materiales y estructuras para diversos segmentos del sector productivo”, concluye Hanai.

Máquina universal de ensayos
El departamento cuenta también con un bien equipado laboratorio de ensayos mecánicos. Uno de los equipos más importantes es el sistema servohidráulico computarizado, adquirido por medio del Programa de Infraestructura de la FAPESP. “Esta máquina universal de ensayos es la única en América Latina con altura libre para ensayos de piezas de hasta 4 metros y capacidad de 300 toneladas de carga”, afirma Hanai. “El sistema servohidráulico se extiende también a la losa de reacción del laboratorio, de 26 metros de largo. Con este equipo, podemos simular incluso el efecto de terremotos y testear incluso grandes estructuras de la industria mecánica, como un vagón ferroviario, se fuera necesario.”

El Proyecto
Evaluación del Campo Potencial y Desarrollo de Aplicaciones de Concretos Especiales en el Proyecto, la Ejecución y la Rehabilitación de Estructuras de Hormigón
Modalidad
Proyecto temático
Coordinador
João Bento de Hanai – Escuelade Ingeniería de São Carlos de la USP
Inversión
R$ 19.434,90 y US$ 23.442,00

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