EL CONCRETO: TAN FLEXIBLE COMO RESISTENTE

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RESUMEN: 

Tan flexible como resistente. El concreto es el material de construcción más extensamente utilizado dado el balance que ofrece entre resistencia, economía y versatilidad. Su valoración ha estado históricamente referida a su capacidad para resistir esfuerzos de compresión, premisa que resulta válida únicamente cuando las solicitaciones impuestas hacen predominante dicha propiedad mecánica en el comportamiento estructural.

*El artículo que presento tiene como coautor al ingeniero Juan David Tabares, Líder de Proyectos de I+D en Argos.

Desde esta perspectiva, las prestaciones esperadas para el material pueden derivarse de diversos requerimientos estructurales, arquitectónicos y funcionales en los que la resistencia a compresión no es la única propiedad a considerar. En particular, el concreto es un material frágil por naturaleza y son diversos los hitos que han marcado el avance del material en la búsqueda por vencer esta barrera tecnológica. El uso de refuerzo continuo mediante barras de acero, la introducción de fuerzas de pretensado y el uso de refuerzo discontinuo mediante fibras representan avances importantes en la tecnología del concreto estructural.

Imagen tomada de Wikimedia Commons. Puente Mihara, Japón.

La adición de fibras discontinuas en una matriz de base cemento tiene por objeto el aumento de la tenacidad del material y su capacidad de absorción de energía. El uso de fibras se ha vuelto común en el concreto con el objeto de controlar la fisuración por contracción plástica del material. Sin embargo, el desarrollo de concretos reforzados con fibras para su uso en elementos de mayor compromiso estructural, ha requerido la consideración de las propiedades de la matriz de base cemento y la incorporación de volúmenes de fibra más altos. Bajo esta perspectiva, el desarrollo de concretos flexibles que exhiban una mayor capacidad de deformación a tracción y flexo-tracción representa un nuevo hito en la tecnología del concreto, que permite pasar de un comportamiento cuasi-frágil como el observado en un concreto convencional a un comportamiento dúctil comúnmente observado en materiales como el acero.

El desarrollo de concretos flexibles pasa por un enfoque de diseño micro-mecánico en el cual se considera la estructura de la matriz, las propiedades y características de la fibra y la relación de adherencia entre ambas.

Cementos Argos. Ensayo a flexo-tracción sobre probeta de concreto flexible.
Comportamiento a tracción de materiales base cemento.

La capacidad de deformación y absorción de energía del material está determinada por la existencia de un proceso de microfisuración distribuida, en lugar de la formación de una única fisura localizada observada en la mayoría de los concretos convencionales con y sin refuerzo de fibras.

Para ello es necesario un balance apropiado entre la tenacidad de la matriz y la capacidad de transferencia de esfuerzos de las fibras distribuidas aleatoriamente en la matriz. Asimismo, el mecanismo de transferencia predominante a favorecer es el pull-out o arrancamiento de las fibras, por lo que las variables que controlan la adherencia entre la fibra y la matriz requieren igualmente ser valoradas.

Bajo estas premisas de diseño, una de las iniciativas más fructíferas en el desarrollo de estos materiales ha sido la llevada a cabo por el Profesor Dr. Victor Li y su equipo de investigación en materiales avanzados de Ingeniería Civil en la Universidad de Michigan, con quien Argos se encuentra actualmente trabajando en diversos proyectos de investigación.

El desarrollo adelantado por Dr. Li bajo el nombre de ECC (Engineered Cementitious Composites), ha establecido una línea de desarrollo de este tipo de concretos que presentan una capacidad a deformación entre 300 y 500 veces la exhibida por un concreto convencional, así como un control sobre el ancho de las fisuras por debajo de las 100 µm, potenciando la durabilidad del material. Si bien las materias primas tienen un papel fundamental en el desarrollo del concreto flexible, el uso de subproductos de la industria ha sido considerado como medida para reducir el impacto ambiental usualmente asociado a los concretos.

El uso de concreto flexible está sin duda ligado al diseño de estructuras por desempeño, siendo diversas las aplicaciones potenciales, tanto estructurales como arquitectónicas. La alta capacidad de disipación de energía y control de daño del material ha permitido su uso en elementos estructurales altamente solicitados, favoreciendo la reducción del refuerzo longitudinal y transversal. El desarrollo de vigas de acople, conexiones viga-pilar, muros de contención, elementos fusible, elementos de refuerzo y rehabilitación estructural y zonas de anclaje son solo algunos ejemplos. Asimismo, otra línea de desarrollo se enfoca en la tecnología de construcción y reparación de puentes, mediante la aplicación en tableros, losas de transición y pilas.

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Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.

«La alta capacidad de disipación de energía y control de daño del material ha permitido su uso en elementos estructurales altamente solicitados, favoreciendo la reducción del refuerzo longitudinal y transversal».

CONCLUSIÓN

La versatilidad del material abre igualmente una ventana a la creatividad y la innovación. El desarrollo de fachadas y paneles arquitectónicos, la innovación en las formas dada la ausencia de refuerzo continuo y la reducción en los espesores hacen del concreto flexible una alternativa atractiva para arquitectos, ingenieros y diseñadores.

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Acerca del autor

  • Profesión: Comunidad
    País: Colombia

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