Propiedades mecánicas del concreto celular
Date
1997
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Publisher
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Abstract
La tendencia actual del uso de materiales para construcción que satisfagan en mayor grado las crecientes exigencias funcionales, ambientales y económicas, vienen desembocando en el desarrollo de tecnologías que conduzcan a la obtención de materiales y procesos constructivos que garanticen, desde su construcción hasta la vida útil de las diversas edificaciones y estructuras una baja demanda energética de servicio y mantenimiento.
Por lo anteriormente expuesto, surge la necesidad de conocer e impulsar el uso de un material que viene dando muestras de una gran versatilidad de aplicaciones; tal material es lo que se ha dado en llamar Concreto Aireado o Concreto Celular. Este material, que se ofrece como un producto por las empresas de premezclado, ha sido ampliamente desarrollado en Europa y el norte de América, sin embargo, en nuestro país es un material poco utilizado y prácticamente desconocido, a pesar de que México sea uno de los principales productores de cemento en América y en cuyo territorio se registra un amplio margen de temperaturas extremas, por mencionar sólo algunos aspectos que favorecen su uso.
Resulta de interés particular conocer que es el concreto celular y como obtenerlo, para tener un primer acercamiento en la determinación de sus propiedades mecánicas que sirva para un posterior y más seguro manejo en el cálculo, diseño, fabricación y aplicaciones de este innovador producto.
El presente trabajo se compone de cuatro capítulos; siendo el primero de éstos una generalización sobre los materiales para el concreto celular y expone la discusión existente entre las diferentes acepciones que para este material intentan definirlo.
El capítulo dos comprende una descripción cualitativa y cuantitativa de la mezcla de los materiales componentes del concreto ligero celular en función de los parámetros que se determinaron como variables de interés, como lo es la relación agua-cemento, por mencionar una de ellas.
El estudio experimental se aborda en el capítulo tres, en el que tras una breve exposición sobre la elaboración de los especímenes de prueba se pasa a resaltar los aspectos más importantes de cada una de las propiedades mecánicas por determinar.
El análisis de resultados obtenidos se compendia en el capítulo cuatro una vez que se ha finalizado el proceso de pruebas. La discusión ultima donde se confronta los planteamientos teóricos contra los resultados obtenidos nos conduce a enunciar las conclusiones con las que se cierra el presente trabajo de investigación. La representación gráfica de los resultados obtenidos, así como las fuentes consultadas se localizan en los anexos correspondientes.
Desde el segundo decenio de este siglo, diversas necesidades y requerimientos constructivos de la ingeniería civil se han venido enfrentando y solucionando con dos de los materiales más desarrollados tanto en diversos países de Europa como en América del norte. Estos materiales tienen en común un material constitutivo: el cemento. Uno de estos materiales, ampliamente difundido y de uso prácticamente universal es el concreto. Por otra parte, el otro material al que nos referimos es el suelo-cemento, de menor difusión que el anterior pero igualmente ha dado muestras de una gran versatilidad de aplicaciones.
Con ambos materiales se ha hecho frente a las más diversas necesidades de construcción en diferentes áreas, y no en pocas de ellas se ha encontrado con una situación intermedia en la que por un lado el concreto resulta muy por encima de los requerimientos del proyecto, y por el otro, el suelo-cemento se queda corto para satisfacer los requisitos del proyecto.
La necesidad de contar con un material que venga a satisfacer los incesantes requerimientos de la industria de la construcción y que allane la frontera entre el concreto y el suelo- cemento, es lo que ha conducido al desarrollo de los concretos ligeros celulares.
En un primer acercamiento de carácter general al conjunto de los concretos de tipo ligero, se puede apreciar en un amplio margen, la diversidad de estos concretos en función de los distintos métodos y procesos para su fabricación, así como la variedad de sus posibles elementos constitutivos y la amplitud de las aplicaciones en relación a sus particulares características.
Lo anterior nos conduce a la necesidad de delimitar el alcance del presente estudio experimental del concreto ligero en una exposición monográfica. Sin llegar a ser rigurosamente estrictos en este aspecto, se considera aceptable que la tesis queda enmarcada y bien definida bajo el tema: Propiedades Mecánicas del Concreto Celular.
A saber, un estudio de las propiedades mecánicas de cualquier material resulta bastante extenso; no obstante, con el anterior titulo para el presente tema nos estamos refiriendo a la determinación de los parámetros expuestos en el subíndice "Objetivo de la Investigación" descrito en la Introducción.
La determinación de la magnitud del experimento corresponde a una tesis teórico-práctica de tipo científico, propia para un nivel de licenciatura; esto es, que sin ser un estudio con soporte estadístico consistente, no es por ello menos científico y serio. Los resultados y conclusiones que de éste se deriven, sientan las bases para estudios posteriores que sobre este tema vengan a enriquecer el saber que hasta la fecha se tiene en nuestro país sobre concretos ligeros celulares o aireados.
La determinación de las propiedades mecánicas del concreto celular, se visualiza a todas luces demasiado pretensioso para ser abarcadas con rigor científico y consistencia estadística en un trabajo de tesis laurea, dado el carácter pionero de una investigación sobre este material.
El objetivo general del presente estudio experimental es la obtención de un concreto celular utilizando cemento Portland Puzolánico y arena de banco de naturaleza andesita de la región de Derrumbadas, Puebla; fabricado en planta de premezclado de concreto, con la adición del agente generador de aire de adquisición comercial de la marca Darafill™ R, para la determinación de la resistencia a la compresión simple (fc) como parámetro principal, obteniendo con ello un modelo metodológico para el diseño de la mezcla.
Se establecen a su vez, como objetivos particulares la determinación de las siguientes propiedades mecánicas y su correlación con la resistencia a la compresión:
• Módulo de Elasticidad (E).
• Módulo de Poissón (μ).
• Relación Esfuerzo-Deformación (fc-e).
• Módulo de Ruptura (MR).
• Influencia en la resistencia a la compresión por la inclusión de aire.
• Influencia en la resistencia a la compresión debido a relación agua-cemento (a/c).
Los métodos más aproximados y frecuentemente empleados para la fabricación de concretos ligeros se basan, por un lado, en la naturaleza del agregado (su densidad); por otra parte, en la serie de reacciones de índole química que se realizan cuando el cemento utilizado en la mezcla es hidratado.
Asimismo, paralelamente se vienen desarrollando y poniendo al alcance de los fabricantes de concreto premezclado, constructores y diseñadores diversos implementos y productos aditivos para lograr el aligeramiento del concreto.
La obtención del concreto ligero celular que nos interesa conocer, se genera por la liberación de gas que se obtiene a partir de reacciones químicas, debido al suministro a la mezcla ya elaborada (cemento-arena-agua) de un producto comercial en estado coloidal (Darafill M.R.), consiguiendo incrementos volumétricos que varían en un amplio rango que va del 12% (práctico) hasta un 35% (teórico), siendo estos valores porcentuales indicadores de la cantidad de aire incluido. El aire incluido resulta ser una variable dependiente de diversos factores que intervienen en el diseño y fabricación de la mezcla de concreto como son el tipo y naturaleza del agente cementante utilizado, la relación agua-cemento, tipo y granulometría del agregado fino y en última instancia la composición mineralógica del agua.
Con el manejo de las diferentes variables y con la obtención de los porcentajes máximos de aire incluido se pretende alcanzar densidades para este material entre los 1000 kg/cm² y los 1500 kg/cm².
En resumen, podemos plantear como hipótesis que: la obtención de un concreto ligero celular con las características antes mencionadas, será una alternativa de construcción en el campo de aplicación delimitado por la frontera establecida entre el concreto estructural y el suelo-cemento.
Una vez determinado el tema del presente trabajo, nos encontramos en la posibilidad de describir las características del estudio experimental. Es en primera instancia un trabajo teórico-práctico, ya que el acopio de información resulta de tipo documental y se hace uso de ésta información en aplicación directa al material para la verificación de la hipótesis de trabajo planteada anteriormente.
La metodología de acopio de información documental es a base de fichas de trabajo con sus correspondientes fichas bibliográficas; las fuentes de información consultadas son de diversa índole: libros, revistas, videos y fichas técnicas promocionales de tipo comercial. Asimismo, son fuente de consulta instituciones académicas, investigadores, empresas y asociaciones ligadas al estudio y desarrollo del concreto.
Para la verificación de la hipótesis se plantea la realización del experimento en su fase práctica, mediante un muestreo de especímenes de concreto celular, los cuales se probarán bajo la metodología de prueba y procedimiento contemplados en las Normas Oficiales Mexicanas (NOM) para concreto.
El criterio estadístico para el diseño del muestreo de especímenes de concreto para prueba, si rige bajo las siguientes premisas: sin ser necesariamente una muestra con consistencia estadística (hablando estrictamente), no deja por ello de ser un estudio experimental con rigor científico; esto es, los resultados que se obtengan del presente trabajo observaran cientificidad, lo cual quiere decir que podrán ser fácilmente verificados siguiendo la metodología descrita en el desarrollo de los capítulos siguientes.