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Generalidades
Las puzolanas son materiales naturales o artificiales que contienen sílice y/o alúmina. No son cementosas en si, pero cuando son molidos finamente y mezcladas con cal, la mezcla fraguará y endurecerá a temperaturas normales en presencia de apara, como el cemento.
Las puzolanas pueden reemplazar de 15 a 40% del cemento portland sin reducir significativamente la resistencia del concreto.
La mayoría de materiales puzolanicos descritos aquí son subproductos de procesos industriales o agrícolas, que son producidos en grandes cantidades, constituyendo un problema de desperdicio, si permanecen sin utilizar. Incluso si no hubiera otros beneficios, sólo este aspecto justificaría un incremento del empleo de estos materiales. Comparado con la producción y empleo del cemento portland, estos materiales contribuyen a ahorrar costos y energías, ayudan a reducir la contaminación ambiental y, en la mayoría de los casos, mejoran la calidad del producto final.
Tipos de Puzolanas
• Básicamente hay dos tipos de puzolana, llamadas puzolanas naturales y artificiales.
• Las puzolanas naturales esencialmente son cenizas volcánicas de actividades volcánicas geológicamente recientes.
• Las puzolanas artificiales son el resultado de diversos procesos industriales y agrícolas, generalmente como subproductos. Las puzolanas artificiales más importantes son arcilla cocida, cenizas de combustible pulverizado (pfa), escoria de altos hornos granulada y molida (ggbfs) y ceniza de cascara de arroz (RHA).
Cenizas Volcánicas
• La primera puzolana natural empleada en construcciones fue la ceniza volcánica del Monte Vesubio (Italia), encontrada cerca de la ciudad Pozzuoli, que le dio el nombre.
• Aunque los compuestos químicos son similares, el material vidrioso formado por el lanzamiento violento de la magna fundida en la atmósfera es más reactiva con la cal, que la ceniza volcánica formada por erupciones menos violentas.
• La generación de puzolanas naturales adecuadas está, por lo tanto, limitada a solo a algunas regiones del mundo.
• Las buenas puzolanas a menudo se encuentran como cenizas finas, pero también en forma de grandes partículas o tufos (ceniza volcánica solidificada), que deben ser triturados para emplearse como puzolana. Sin embargo, la calidad de dichas puzolanas puede variar grandemente, incluso dentro de un mismo depósito.
• Las puzolanas naturales son empleadas igual que las puzolanas artificiales
Arcilla Cocida
• Cuando los suelos arcillosos son horneados, las moléculas de agua se liberan, formando un material cuasi-amorfo reactivo con la cal. Esto también es cierto para los esquistos y suelos lateríticos y bauxíticos. Tal hecho fue descubierto en la antigüedad y las primeras puzolanas artificiales fueron hechas de piezas de alfarería molidas, una tecnología tradicional que aún es ampliamente practicada en el subcontinente de la India, Indonesia y Egipto, empleando ladrillos poco cocidos o defectuoso. (En India se le llama «surkhi», en Indonesia «semen merah» y en Egipto «homra»).
• Alternativamente, tal como se informó en un proyecto de la India, los suelos que contienen muy poca arcilla y demasiada arena para fabricar ladrillos, se cortan y se extraen en bloques formando pozos circulares. Luego los bloques son regresados a los pozos, junto con capas alternas de leña. El residuo obtenido al quemarlo es muy desmenusable y no necesita pulverización. Este se empleo como mortero para mampostería sólo añadiéndolo en la pasta de cal y mezclándolo, sin arena ni cemento (Bibl. 05.10).
• Una técnica similar procede de Java, Indonesia, en donde los bloques de arcilla son quemados en un horno tradicional, desintegrados, cribados y empleados con cal y arena y a veces también con cemento (Bibl. 05.11).
• La calidad de estos métodos tradicionales son muy variables, pero se han desarrollado mejores métodos de calcinación para producir puzolanas de mayor calidad y uniformidad.
• La ilustración muestra un horno de eje vertical (después de Thatte y Patel) desarrollado en la India. La alimentación consta de una mezcla de terrones de arcilla de 50 a 100 mm de tamaño y residuos de carbón de piedra (48% de ceniza, 31% de carbón estable, y 20% de volátiles). La calcinación se realiza ha 700°C durante tres horas, siendo la temperatura regulada por termopares y controlada por un ventilador de aire y el ingreso de la alimentación. La capacidad es de 10 toneladas por día. La National Buildings Organization, Nueva Delhi, desarrollo el proceso de lecho licuado, por la arcilla alimentada es calcinada en pocos minutos, obteniendo así grandes rendimientos en un proceso continuo (Bibl. 08.07).
Ilustración
Ceniza de Combustible Pulverizado (Ceniza Volante)
• Comparando los procesos de producción de ceniza de combustible pulverizado (pfa), más conocida como ceniza volante, y de cemento portland, ordinario (OPC), queda claro por que razón la pfa puede emplearse como sustituto parcial de éste último.
• El carbón de piedra finamente molido es inyectado a gran velocidad con un chorro de aire caliente (aproximadamente. 1500°C) en un horno en las estaciones de generación de electricidad. El contenido carbónico se quema instantáneamente, y la materia restante (que comprende sílice, alúmina y oxido de hierro) se funde en suspensión, formando finas partículas esféricas por el rápido enfriamiento mientras son llevados por los gases de combustión.
• En la producción de OPC, la piedra caliza y la arcilla, finamente molidas y mezcladas, son alimentadas en un horno giratorio inclinado, en el cual se forma clinker a 1400°C. El clinker enfriado se muele finamente y se mezcla con yeso para producir OPC.
• Dependiendo del tipo de carbón de piedra, la pfa contiene diversas proporciones de cal, la pfa de poca cal es puzolánica y la pfa con mucha cal tiene propiedades cementosas en si misma Igual que en otras puzolanas, la cal liberada por la hidratación del OPC se combina con la pfa para actuar como un material cementoso.
• Las partículas esféricas, huecas, vidriosas de pfa tienen la misma finura que el OPC, por lo que no es necesaria una mayor molida. La adición de pfa genera un concreto fresco más trabajable (probablemente debido al efecto de cojinete de bolas de las partículas esféricas) y homogéneo (dispersando el cemento y distribuyendo uniformemente el agua).
Otras ventajas de emplear la pfa son:
• Con el incremento del tiempo, se desarrollan mayores resistencias que el concreto sin pfa.
• La pfa no influye negativamente el comportamiento estructural de las piezas de concreto.
• Comparada con el concreto de OPC, el concreto de pfa es más liviano, menos permeable (debido a su compactación más densa) y con un mejor acabado
• El concreto de pfa es además más resistente al ataque del sulfato y a la reacción silice-álcali.
• Los concretos en los cuales se reemplaza entre 35 a 50% del paso de OPC por pfa han mostrado comportamientos satisfactorios.
• Los áridos derivados de la ceniza volátil muestran una excelente adhesión en concretos de pfa, contribuyendo favorablemente a su comportamiento y durabilidad.
Concreto de Cemento Portland Ordinario Fresco
Disperción de los Granos de Cemento Añadiendo pfa
Escoria de Alto Horno Granulada Molida
• La escoria de alto horno es un material fundido que se asienta sobre el lingote de arrabio en la parte inferior del horno. Esta es producida por los diversos componentes en el horno cuando se llega a los 1400° a 1600°C.
• Un enfriamiento lento de la escoria genera un material cristalino, empleado con árido Un rápido enfriamiento con aire o agua bajo presión forma pelotillas vidriosas (escoria expendida > 4 mm., adecuado con árido ligero) y gránulos menores de 4 mm., que poseen propiedades hidráulicas cuando se muelen finamente.
• La escoria triturada se mezcla con OPC para producir cemento portland, de alto horno (PBFC), en el que el contenido de escoria puede llegar al 80%. Sin embargo, ya que el PBFC es más lento para reaccionar que el OPC, la reactividad se reduce a mayor porcentaje de escoria.
• Aunque la resistencia temprana de los concretos de PBFC generalmente es menor que de los concretos de OPC, es probable que la resistencia final sea mayor. La más lenta reactividad del PBFC genera menos calor y puede ser ventajoso en donde el agrietamiento térmico es un problema.
• Además de hacer más trabajable el concreto fresco, el PBFC tiene gran resistencia al ataque químico y su capacidad de proteger el refuerzo de acero la hace adecuada para emplear en concretos reforzados y pretensado.
Ilustración
Ceniza de Cáscara de Arroz
• La combustión de los residuos agrícolas elimina la materia orgánica y, en la mayoría de los casos, produce una ceniza rica en sílice. De los residuos agrícolas comunes, las cascaras de arroz producen la ceniza de mayor cantidad (también llamado horno Paddy) - alrededor del 20% del peso - que también tiene el mayor contenido de sílice - alrededor del 93% del peso. Es su gran contenido de sílice lo que le da a la ceniza sus propiedades puzolánicas.
• Sin embargo, sólo la sílice amorfa (no cristalino) posee estas propiedades, es por esta razón que la temperatura y duración de la combustión son importantes en la producción de la ceniza de cáscara de arroz (RHA). La sílice amorfa se obtiene quemando la ceniza a una temperatura menor de 700°C. Una combustión sin control de las cascaras de arroz, ejem. cuando son usadas como combustible o quemada en un montón, generalmente a temperaturas mayores de 800°C, genera la cristalización de la sílice, que es menos reactiva.
• El incinerador que se ilustra, desarrollado primero por el Pakistan Council of Scientific and Industrial Research (PCSIR) y mejorado por el Cement Research Institute de la India (CRI), es fabricado con ladrillos con muchas aberturas para permitir un buen flujo de aire a la masa de cáscara de arroz. La superficie interior es cubierta con una malla de alambre fino calibre 16. Las cascaras son introducidas por la parte superior y la ceniza se retira por la puerta de descarga inferior. Un pirómetro regula la temperatura, que puede ser controlada tapando o abriendo los orificios, manteniendo una temperatura de aproximadamente. 650°C por 2-3 horas.
• La ceniza reactiva es de gris ocurra a blanca, dependiendo del carbón residual en ella, que no tiene efecto negativo si es menor de 10%. Para mejorar su reactividad, la ceniza es pulverizada en un molino de bolas por aproximadamente una hora, o más si contiene sílice cristalina. La ceniza puede reemplazar hasta 30% del cemento de un mortero o concreto. Alternativamente, puede ser mezclada con 30 a 50% de cal hidratada para ser empleada como cemento en morteros, enlucidos y concreto en masa.
Figura
• En otro proceso, la ceniza obtenida del quemado del montón o la de producción del arroz pre cocido se mezcla con 20 a 50% (del peso) de cal hidratada. Esta es triturada durante seis o más horas en un molino de bolas para producir ASHMOH, un aglomerante hidráulico adecuado para obras de mampostería, cimientos y obras de concreto en general diferentes al concreto armado. Una variación de éste es el ASHMENT, en el cual se sustituye la cal por cemento portland, (Bibl. 08.04).
Figura
• También se ha desarrollado un método que emplea lodo de cal, residual obtenido de la refinación de azúcar. Este es secado y mezclado con una cantidad igual (de peso) de cascara de arroz triturada y algo de agua. Se hacen trozos a mano del tamaño de pelotas de tenis y se secan bajo el sol Estos son quemados sobre una parrilla en un horno abierto, para producir un polvo blando, que se muele en un molino de bolas. El aglomerante hidráulico es empleado de la misma manera que el ASHMOH.
• Una variante de este método utiliza suelo con un contenido mínimo de arcilla de 20% en lugar de lodo de cal. El aglomerante resultante puede emplearse como una mezcla de 30% con cemento portland, para hacer cemento portland, puzolánico. Las pruebas han mostrado que la puzolana es mejor si la arcilla es bauxitica.
• En el National Building Research Institute, Karachi, Pakistan: La primera casa de bajo costo para ser construida con cal y ceniza de cascara de arroz, reemplazando completamente el cemento en la producción de bloques aligerados resistente a la carga, mortero y enlucido. El 30% del cemento portland, de los dinteles de concreto prefabricados y de las viguetas de techo fue reemplazado por RHA.
La casa
Generalidades
Los componentes esenciales del concreto son cemento, áridos (arena, grava) y agua. Cuando son mezclados en las proporciones prescritas, producen una masa trabajable, que puede tomar la forma de cualquier encofrado en la cual se coloca y se deje endurecer.
La tecnología del concreto es tal que requiere una gran experiencia y conocimiento práctico. Por ello, aquí sólo trataremos aspectos muy generales. Si se necesita información detallada, deberá consultar literatura especializada o recibir asesoría profesional.
Preparación de la Mezcla de Concreto
• Dependiendo de la aplicación y el comportamiento deseado del concreto, es necesaria una selección cuidadosa del tipo y proporción de cemento, áridos y agua, lo cual se realiza mejor mediante una serie de pruebas (si la calidad de los materiales no están estandarizadas o no son bien conocida).
• En la mayoría de los casos, se necesita una buena distribución granulométrica de áridos finos y gruesos, para no dejar vacíos que debiliten el concreto. Mientras más vacíos, se necesitara más cemento y agua.
• Las partículas de los áridos con superficies ásperas y formas angulares crean más fricción que las partículas redondas y suaves, que son más fáciles de compactarse. Se debe eliminar el limo, arcilla y polvo ya que interfieren con la adherencia entre el cemento y el árido, y requieren de más agua.
• El agua debe ser lo más limpia posible ya que las sales y otras impurezas pueden afectar negativamente el fraguado, endurecimiento y durabilidad del concreto Debe evitarse el uso de agua de mar, especialmente en concretos reforzados, en los cuales el acero se corroe fácilmente.
• En casos especiales, puede emplearse una variedad de aditivos, dependiendo de la necesidad de acelerar o retardar el fraguado, de la necesidad de mejorar la impermeabilidad y resistencia química, y así sucesivamente. Una correcta dosificación y control de calidad son vitales para obtener resultados satisfactorios y ahorrar costos.
• El árido y el cemento deben ser bien mezclados en estado seco. Sólo antes de emplear el concreto, el agua es añadida gradualmente mientras se continua el mezclado. Ya que la relación agua: cemento determina la resistencia y durabilidad del concreto (el exceso de agua produce vacíos de aire), la adición del agua requiere especial cuidado.
• Principalmente se aplica el mismo criterio en concretos preparados, suministrados por una planta central de dosificación/mezclado, mediante camiones mezcladores (que son pocos comunes en países en desarrollo). Sin embargo, un estudio del Cement Research Institute, India, recomienda la transportación de mezclas «semisecas» en vehículos pequeños que no agiten (más baratos) y se complete el mezclado antes del destino final.
• La uniformidad del concreto fresco se mide generalmente con la prueba de asentamiento: llenando un molde cónico en tres capas de igual volumen y compactando con una varilla cada capa 25 veces, alisando la parte superior, levantando el molde y midiendo la diferencia en alturas entre el molde y la muestra de concreto fresca. Los asentamientos entre 25 y 100 mm. son los más adecuados.
• Las mezclas se especifican principalmente por una designación en grados, ejem. C7, C10, C25, etc., las cuales hacen referencia a su resistencia a compresión (C) en N/mm2 (MPa).
Encofrado
• El encofrado, que puede usarse varias veces, usualmente esta hecho de tablones de madera o paneles de acero, con las juntas suficientemente herméticas para soportar la presión del concreto compactado, sin tener espacios vacíos por los cuales se filtre la pasta de cemento.
• La textura de la superficie de concreto endurecido puede predeterminarse por el tipo de encofrado. Si se necesitan superficies lisas, los residuos de concreto de moldeados anteriores deberán ser retirados de los encofrados.
• Para facilitar su retiro la superficies interiores de los encofrados deberían ser aceitadas con una brocha o spray.
• Si se necesitan refuerzos, estos son colocados en el encofrado después del aceitado y se colocan separadores (piezas de piedra o concreto roto) entre la superficie aceitada y el acero, de modo que el encofrado y el acero no hagan contacto entre sí. Esto es necesario para evitar que el acero sea expuesto sobre la superficie de concreto, en donde se puede oxidar fácilmente.
• La elección del encofrado debe tomar en cuenta la facilidad de ensamblar y desencofrar. En algunos casos, el encofrado puede diseñarse para que permanezca in situ (encofrado perdido); por ejemplo, en donde se necesita una capa aislante o un acabado especial, estos pueden constituir el encofrado (o parte de éste).
Colocación y Curado
• El concreto es transportado desde el mezclador hasta el encofrado mediante grúas, volquetes, carretillas, baldes, tuberías u otro medio, dependiendo de los recursos con los que se cuente. En muchos países en desarrollo, largas cadenas de trabajadores pasan el concreto en pequeñas cubetas de metal de uno a otro. Si el concreto no es producido en el lugar de la obra, se trae concreto preparado en camiones especiales.
• El concreto debe ser colocado sin interrupción, llenando áreas completas, ya que las juntas entre concreto colocado en diferentes tiempos son puntos débiles.
• Después que cierta cantidad de concreto esté en el encofrado se necesita compactarlo para llenar todos los vacíos. Esto se realiza más efectivamente con un vibrador (ya sea unido al encofrado o inmerso en el concreto) que libere el aire atrapado. Sin embargo, para la mayoría de construcciones de bajo costo, que no necesitan de resistencias altas, puede ser suficiente una compactación manual con una varilla adecuada.
• Es importante lavar inmediatamente todo el equipo que ha estado en contacto con el concreto, pues seria difícil retirarlo después de endurecido.
• El encofrado es retirado después de algunos días cuando el concreto esté suficientemente duro. Pero el desarrollo de la resistencia (curado) concluye después de varias semanas y un requisito vital es que el concreto se mantenga húmedo al menos 14 días, ejem. cubriéndolo con bolsas de yute húmeda que son mojadas regularmente.
• Todos los puntos indicados arriba, desde la preparación de la mezcla de concreto hasta el curado, se aplican igualmente para la construcción in situ (en el lugar de la obra) y para la prefabricación.
Aplicaciones
• Concreto en masa, con árido graduado o de tamaño predominantemente pequeño, para cimientos, pisos, pavimento, muros monolíticos (en algunos casos), ladrillos, tejas, bloques huecos, tuberías.
• Concreto cavernoso, un concreto de peso ligero con árido grueso de un solo tamaño (denso o ligero) dejando vacíos entre ellos, adecuado para muros con y sin soporte de carga, muros interiores en estructuras porticadas o base gruesa para losas de piso. El concreto cavernoso proporciona un excelente soporte para enlucidos, buen aislamiento térmico (debido a los espacios de aire), y poca contracción durante el secado. Los vacíos grandes también evitan la acción capilar.
• Concreto de árido ligero, emplea arcilla expandida, escoria de alto horno esponjosa, ceniza volante aglutinada, pumita u otro árido ligero, para elementos y muros aislantes térmicos, y para bloques de construcción ligero.
• Concreto aireado, producido introduciendo aire o gas a la mezcla de cemento y arena (sin árido grueso), para aislamiento térmico, aplicaciones no estructurales y bloques de construcción ligeros. Las desventajas son la baja resistencia a la erosión, excesiva contracción y permeabilidad. Sin embargo, es fácil de manipular y puede ser cortado con una sierra y clavarse como la madera.
• Concreto armado, también conocido como RCC (concreto de cemento reforzado), que incorpora barras de acero en las secciones del concreto que están en tracción (para complementar la baja resistencia a tracción del concreto en masa y controlar el agrietamiento por retracción y térmico), para losas de piso, viguetas, dinteles, columnas, escaleras, estructuras porticadas, elemento de grandes luces y estructuras laminares curvas o plegadas, etc., todos estos voceados in situ o prefabricados. La elevada relación resistencia: peso del acero y su coeficiente de expansión térmica que es muy parecido al del concreto, lo convierte en un material ideal de refuerzo. Si se dispone de barras corrugadas (que tienen nervios para evitar movimientos longitudinales después del vaciado), estas deben ser preferida, ya que son más efectivas que las barras lisas, pudiendo ahorrarse hasta 30% de acero.
• Concreto pretensado, que es el concreto armado con el acero de refuerzo sometido bajo tensión durante la producción, para la construcción de piezas más ligeras, rígidas y resistentes al agrietamiento, tales como viguetas, losas, cerchas, escaleras y otras unidades de gran vano. Con el pretensado, se necesita menos acero y el concreto es sometido a compresión, permitiéndole soportar cargas mucho más pesadas antes que esta compresión sea superada. El pretensado se obtiene por pre-tensado (en el cual el acero es estirado antes que el concreto sea vaciado) o por post-tensado (después que el concreto ha alcanzado una resistencia adecuada permitiendo que el acero pase por conductos curvos o rectos, que son llenados con relleno de cemento después que el refuerzo ha sido tensado y anclado). Esto es esencialmente un proceso de fábrica, que requiere equipos especiales caros (gatos, anclajes, bancos de pretensado, etc.), caro no adecuado para viviendas de bajo costo.
• Sin embargo, la tecnología del concreto pre-tensado con alambre de acero de bajo carbono laminado en frío (CWPC), desarrollado en China, en donde aprox. 3000 fábricas de CWPC producen anualmente 20 millones de m3 de piezas prefabricadas, es una alternativa prometedora. Las resistencias a tracción de los alambres de acero de bajo carbón (alambre de acero normal) de 6.5 a 8 mm. de diámetro son duplicadas estirándolos con un troquel a temperaturas normales, produciendo alambres de 3, 4 ó 5 mm. de diámetro, y ahorrando de 30 a 50% de acero. Se emplea el concreto de grado C30. La tecnología es de fácil compresión e implementación, el equipo es simple (Bibl. 09.09)
Ventajas
• El concreto puede tomar cualquier forma y llegar a resistencias a compresión mayores de 60 N/mm2.
• Los concretos armados combinan las altas resistencias a compresión con las altas resistencias a tracción, haciéndolos adaptables a cualquier diseño de construcción y a todos los requerimientos estructurales. Son ideales para prefabricación de elementos y para construcciones en condiciones peligrosas (zonas sísmicas, suelos expansivos, etc.).
• El requerimiento de energía para producir 1 kg. de concreto en masa es el menor de los materiales de construcción fabricados (1 MJ/kg, igual a la madera; Bibl. 00.50), mientras el concreto armado (con 1% del volumen de acero) requiere aproximadamente 8 MJ/kg.
• La alta capacidad térmica y reflectancia (debido al color claro) son especialmente favorables para construcción en climas cálidos secos y zonas altas tropicales.
Planta de producción de concreto pretensado en Bangladesh (Foto: K. Mukerji)
• El concreto trabajado adecuadamente es extremadamente durable, no necesita mantenimiento, resistente a la penetración de humedad, acción química, fuego, insectos y ataque de hongos.
• El concreto tiene un prestigio extremadamente elevado.
• Una variedad de residuos industriales y agrícolas procesados puede ser empleada adecuadamente para reemplazar el cemento y/o mejorar la calidad del concreto.
Problemas
• Alto costo del cemento, acero y encofrado.
• Difícil control de calidad a pie de obra, con el riesgo de agrietamiento y deterioro gradual, si esta erróneamente mezclado, vaciado y curado con insuficiente agua.
• En climas húmedas o regiones costeras, se oxida el refuerzo (si esta insuficientemente protegido), originando grietas por la expansión.
• Resistencia al fuego sólo hasta aprox. 500°C, el refuerzo de acero comienza a fallar (si no esta bien cubierto) y después de incendios, usualmente las estructuras de RCC tienen que ser demolidas.
• La demolición del concreto es difícil y los escombros no pueden ser reciclados, sino sólo para árido, agregados de un concreto nuevo.
• Los efectos electromagnéticos negativos del concreto armado crea condiciones de vida dañinas.
Soluciones
• La proporción de cemento puede ser reducida mediante una cuidadosa composición de la mezcla, graduación de los áridos, realización de ensayos, control de calidad y sustituyéndolo con puzolanas más baratas; también, puede reducir costos, incrementando la producción de cemento descentralizada con suministros suficientes y poco desperdicio (un mejor embolsado).
• Se puede ahorrar en refuerzo de acero mediante un buen diseño estructural y empleo de barras corrugadas o pre-tensado con alambre de acero de bajo carbono laminado en frió.
• El control de calidad sólo es posible con un equipo bien entrenado y una supervisión continua.
• Incrementar la resistencia al fuego de los elementos no estructurales es posible empleando cemento aluminoso con ladrillos refractarios triturados, que resisten temperaturas de hasta 1300°C (concreto refractario).
• Se puede sustituir el árido de grava por ladrillo refractario triturado (residuo de ladrillos), donde la grava sea escasa (ejem Bangladesh), obteniéndose un concreto relativamente liviano de resistencia ligeramente menor pero mayor resistencia a la abrasión (erosión). Como el árido de ladrillo absorbe apara, se necesita más agua al preparar la mezcla de concreto.
• Deberían diseñarse juntas de expansión, si se pronostican excesivos movimientos térmicos.
Generalidades
El ferrocemento básicamente es igual que el concreto armado (RCC), con las siguientes diferencias:
• Su espesor raramente excede los 25 mm., mientras que los elementos de RCC raramente son menores de 100 mm.
• Se emplea un mortero rico en cemento portland, sin áridos gruesos como en el RCC.
• Comparado con el RCC, el ferrocemento tiene un mayor porcentaje de refuerzo, que comprende malla de alambre y alambres de pequeño diámetro ligeramente separados, distribuidos uniformemente en toda la área transversal.
• La relación resistencia a tracción a peso es mayor que la del RCC, y su tendencia al agrietamiento es menor.
• El ferrocemento puede ser construido sin encofrado para casi cualquier forma.
El ferrocemento es un material relativamente nuevo, fue empleado primero en Francia, a mediados del siglo XIX, para la construcción de un bote de romo. Su empleo en construcciones de edificaciones comenzó a mediados del siglo XX en Italia. Aunque su aplicación en un gran número de campos se ha incrementado rápidamente por todo el mundo, el estado del conocimiento del ferrocemento aún esta en su infancia, y su comportamiento a largo plazo aún no es conocido.
En 1976, se fundó el International Ferrocement Information Centre (IFIC) en el Asían Institute of Technology, Bangkok, Tailandia. Sirve como un local de consulta de información sobre el ferrocemento y publica el Journal of Ferrocement y otras publicaciones. La foto a continuación muestra el Ferrocement Park en Bangkok con algunos objetos típicos hechos con ferrocemento.
Composición del Mortero
• Los componentes esenciales del mortero, que representa aprox. 95% del ferrocemento son cemento portland, arena, agua y, en algunos casos un aditivo.
• La mayoría de los tipos de cemento estándar, localmente disponibles, son adecuados, pero deben estar frescos, de consistencia uniforme y sin terrones ni materias extrañas. Para aplicaciones especiales se necesitan tipos de cemento especiales, ejem cemento resistente al sulfato en estructuras expuestas a sulfatos (como en el agua de mar).
• Solo debe emplearse arena inerte, limpia, libre de materia orgánica y sustancias nocivas, y relativamente sin limo ni arcilla. El tamaño de las partículas no debe ser mayor de 2 mm. y es deseable una granulométria continua para obtener una mezcla trabajable de alta densidad. Se puede emplear arenas ligeras (ejem. ceniza volcánica, pumita, plásticos inertes resistente a los álcalis), si no se requiere de resistencias altas.
• El agua potable es la más adecuada. Debe estar libre de materia orgánica, aceite, cloruro, ácidos y otras impurezas. No debe emplearse agua de mar.
• Los aditivos se pueden emplear para reducir el agua, incrementando así la resistencia y reduciendo la permeabilidad (añadiendo los llamados «super plastificante»); para la impermeabilización; para incrementar la durabilidad (ejem. añadiendo hasta 30% de ceniza volante); o para reducir la reacción entre el mortero y las armaduras galvanizadas (añadiendo trióxido de cromo en cantidades de aprox. 300 partes por millón del poso del mortero).
• Las proporciones de la mezcla recomendadas son: relación arena/cemento de 1.5 a 2.5, y relación de agua/cemento de 0.35 a 0.5, todas las cantidades determinadas por peso. Para la estanqueidad (como en estructuras que retienen agua o líquido) la relación agua/cemento no debe ser mayor de 0.4. Debe tenerse mucho cuidado al seleccionar y proporcionar los materiales constituyentes, especialmente buscando reducir el agua necesaria, ya que el exceso de agua debilita el ferrocemento.
Armaduras
• La malla de refuerzo (con aberturas de mallas, de 6 a 25 mm.) puede ser de diferentes tipos, siendo el principal requisito la flexibilidad. Debe estar limpia y libre de polvo, grasa, pintura, óxido suelto y otras sustancias.
• El galvanizado, como las soldaduras, reduce la resistencia a tracción y el revestimiento de zinc podría reaccionar en el ambiente alcalino produciendo burbujas de hidrógeno en la malla. Esto puede evitarse añadiéndose trióxido de cromo al mortero.
• El volumen del refuerzo es de 4 a 8% en ambas direcciones, esto es entre 300 y 600 Kg/m3; la superficie específica correspondiente al refuerzo varia entre 2 y 4 cm2/cm3 en ambas direcciones.
• La malla de alambre hexagonal, llamada comúnmente tela de gallinero, es la más barata y fácil de usar, y disponible casi en todos los lugares. Es muy flexible y puede emplearse en secciones muy delgadas, pero no es estructuralmente tan eficiente como las mallas con aberturas cuadradas, pues los alambres no están orientados en las direcciones principales (máxima) de los esfuerzos.
• La malla de alambre cuadrada soldada es mucho más rígida que la tela de gallinero y proporciona una mayor resistencia al agrietamiento. Sin embargo, soldaduras inadecuadas producen puntos débiles.
• La malla de alambre cuadrada trenzada tiene características similares que la malla soldada pero es un poco más flexible y fácil de trabajar que la malla soldada. La mayoría de los diseñadores recomiendan mallas cuadradas trenzada de alambres con diámetro de 1 mm (calibre 19) o 1.6 mm (calibre 16) espaciados a 13 mm (0.5 pulg.).
• Metal plegado, que se forma cortando láminas de poco calibre y estirándolas en dirección perpendicular al corte, tiene casi la misma resistencia que la malla soldada pero es más rígida y por lo tanto proporciona una mejor resistencia al impacto y un mejor control de las grietas. No puede emplearse para hacer piezas de curvas agudas.
• El acero de esqueleto que generalmente soporta a la malla de alambre y determina la forma de la estructura de ferrocemento, pueden ser alambres lisos o corrugado de diámetros pequeños (generalmente no más de 5 mm) para mantener una estructura de refuerzo homogénea (sin tensiones diferenciales). Alternativamente, se han empleado encofrados que sirven de esqueleto con madera o bambú, pero con éxito limitado.
• Las fibras, en formas de alambre de acero cortas u otros materiales fibrosos, pueden añadirse a la mezcla de mortero para controlar el agrietamiento e incrementar la resistencia al impacto.
Malla Hexagonal de Alambre
Malla Cuadrada de Alambre
Trenzado Metal Plegado
Malla Cuadrada Soldado
Malla Trenzada (alambre ondulado)
Malla Tejida
Método de Construcción
• El primer paso es preparar el esqueleto en el cual se fija la malla de alambre atada con un alambre delgado (o en algunos casos soldándola). Se necesita un mínimo de dos capas de malla de alambre y, dependiendo del diseño, se han empleado hasta 12 capas (con un máximo de 5 capas por cm de espesor).
• La arena, el cemento y los aditivos son dosificados cuidadosamente por peso, mezclados en seco y luego con agua. El mezclado a mano generalmente es satisfactorio pero el mezclado mecánico produce mezclas más uniformes, reduce el trabajo manual y ahorra tiempo. La mezcla debe ser trabajable, pero tan seca como sea posible, para una mayor resistencia final y para asegurar que mantenga su forma y posición entre la aplicación y el endurecimiento.
• Después de revisar la estabilidad del esqueleto y el refuerzo de la malla de alambre, se aplica el mortero a mano o con una llana, y se trabaja completamente dentro de la malla para cerrar todos los vacíos. Esto puede hacerse en una sola aplicación, acabando ambos lados antes que se produzca el fraguado inicial. Para ello se necesita que dos personas trabajen simultáneamente en ambos lados.
• Las estructuras más gruesas pueden hacerse en dos etapas, esto es, enluciendo la mitad del espesor por un lado, dejándola curar por dos semanas, después de las cuales se completa la otra superficie.
• La compactación se alcanza golpeando el mortero con una llana o pieza plana de madera.
• Debe tenerse cuidado de no dejar ningún refuerzo expuesto en la superficie, el recubrimiento mínimo de mortero es de 1.5 mm.
• Cada etapa de colocación del enlucido debe realizarse sin interrupción, preferiblemente en climas secos o bajo techo, y protegido del sol y del viento. Como en construcciones de concreto, el ferrocemento debe ser curado húmedo por lo menos 14 días.
Aplicaciones
• Construcción de botes (una de las más exitosas aplicaciones, especialmente en China).
• Protección de presas, canales de irrigación, sistemas de drenaje.
• Silos (encima o debajo del terreno) para almacenaje de granos y otros alimentos comestibles.
• Tanques de almacenamiento de agua, con capacidades de hasta 150 m3.
• Tanques sépticos y retrete, e incluso módulos completos de servicios para lavado y retrete.
• Tubos, canales, retrete, palanganas, y similares.
• Paredes, techos y otros componentes de construcción, o edificaciones completas, in situ o en forma de elementos prefabricados.
• Muebles, tales como repisas, mesas y camas, etc. y varios artículos para juegos infantiles en el terreno.
Algunas Aplicaciones de Ferrocemento
Letrina en el Housing & Building Research Institute, Dhaka, Bangladesch. (Fotos: K. Mukerji)
Ventajas
• Los materiales necesarios para producir ferrocemento están disponibles fácilmente en la mayoría de los países.
• Puede tomar casi cualquier forma y se adapta a casi cualquier diseño tradicional.
• En donde la madera es escasa y cara, el ferrocemento es un útil sustituto.
• Como material de construcción, el ferrocemento es una alternativa climáticamente y ambiental mente más apropiada y barata que láminas de hierro galvanizado y de asbesto-cemento.
• La fabricación de elementos de ferrocemento no requiere equipo especial, es intensiva en trabajo y fácilmente de aprender por los trabajadores no especializados.
• Comparado con el concreto reforzado, el ferrocemento es más barato, no requiere encofrado, es más liviano y tiene una superficie específica de refuerzo 10 veces mayor, alcanzando una mayor resistencia al agrietamiento.
• El ferrocemento no es atacado por agentes biológicos, tales como insectos, gusanos, y hongos.
Problemas
• El ferrocemento aún es un material relativamente nuevo, por ello su comportamiento a largo plazo aún no es suficientemente conocido.
• Aunque el trabajo manual en la producción de componentes de ferrocemento no requiere conocimientos especiales, el diseño estructural, cálculo de los refuerzos requeridos y determinación del tipo y de las proporciones correctas de los materiales constituyentes requieren considerable conocimiento práctico y experiencia.
• Las mallas galvanizadas pueden causar formación de gas en los alambres y así reducir la resistencia de adherencia.
• El uso excesivo de ferrocemento en construcciones puede crear condiciones de vida dañinas, ya que el alto porcentaje de refuerzo tiene efectos electromagnéticos nocivos.
Soluciones
• Investigar sobre las condiciones de las estructuras de ferrocemento más antiguas.
• Desarrollos de guías de construcción y reglas sencillas que puedan ser aplicados sin conocimiento técnico especial.
• La malla galvanizada puede ser sumergida en agua durante 24 horas y luego secada durante 12 horas, para dejar que las sales empleadas durante la galvanización salgan a la superficie. Luego el residuo puede ser cepillado.
• Los problemas con la malla galvanizada se puede reducir añadiendo trióxido de cromo al agua de la mezcla.
• Se deben evitar las habitaciones completamente cerradas con componentes de ferrocemento (esto es, pisos, paredes y techo).
