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TECNOLOGÍA DEL CONCRETO Y DE LOS MATERIALES UPC Online

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En esta sesión estudiaremos los siguientes temas:

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Recordemos…

Los materiales de construcción tienen características físicas, mecánicas y químicas quelos definen para su buen uso. Además, debemos estudiar sus ventajas y desventajas,como: la durabilidad, su disponibilidad en el mercado y su fácil aplicación, costo,reposición, reciclado, respeto al medio ambiente, entre otros; pues todo esto estáenmarcado dentro de las normas y reglamentos nacionales e internacionales.

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Los invito a reflexionar respecto a las siguientes preguntas:

¿Cuál es la importancia del uso responsable de los asfaltos en el medio ambiente?

¿Qué obras en asfalto conoce?

¿En qué casos se colocaría fibra en el concreto?

¿Cómo usa los desechos y si los puede reciclar?

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Comenzaremos revisando nuestro primer tema: la forma de cuidar el medio ambientehaciendo un uso adecuado de los materiales de construcción, de acuerdo a la normativanacional e internacional establecida.

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Protección del medio ambiente

El uso sin técnica de los materiales de construcción acarrea el deterioro de lascondiciones ambientales circundantes producto de la ejecución de diversas obras civiles.

La generación de nuevas obras deben generar el uso responsable de los materiales paraconstruir estas ya sean materiales inertes orgánicos o de origen químico, pues si esto noes manejado con seriedad traerán deterioro e impactos al ambiente que difícilmente sepodrá revertir. (ERIC E. ANDRADE A. abril 6, 2012 Residuos de la Construcción)

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Cuando se hace uso de los materiales en una determinada obra de construcción, se debetener en cuenta el buen almacenamiento, la correcta colocación de los materiales, elmanejo de los sobrantes y los aspectos físicos naturales del entorno, para evitar dañarlo menos posible el sector de influencia donde se ejecuta así como minimizar el impactovisual.

Por ello, debemos ser muy cuidadosos con el almacenamiento y colocación de losmateriales de construcción, acorde a los reglamentos y normas establecidos.

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Para el correcto almacenamiento de los materiales en la construcción debemos teneren cuenta:

• Ubicación y características del área donde se asienta la construcción.

• Espacios disponibles.

• Consumo promedio de concreto y los materiales a usar en obra de acuerdo alcronograma de la obra.

• Consumo máximo y duración del período en el cual se realiza la mayor producciónde concreto.

• Forma y medios de aprovisionamiento de los materiales.

• Stock mínimo que es conveniente mantener.

• Evaluación de las alternativas de instalaciones de almacenamiento aplicables.

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Almacenamiento de los agregados

El almacenamiento de los agregados debe garantizar continuidad para la fabricación delconcreto, evitando los siguientes desarreglos:

• La mezcla de agregados de origen y tamaños diferentes.

• La segregación.

• La contaminación (suciedad) con sustancias perjudiciales.

• Variaciones en el contenido de humedad.

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Colocación de los agregados

Los agregados deben de colocarse en terreno duro y seco, limpiando el suelo demateriales arcillosos o sustancias orgánicas evitando corrientes de agua que podríancontaminar y segregar los materiales a usar.

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Colocación de los materiales de construcción

La colocación de los materiales de construcción es la operación o tarea dentro de unproceso productivo, cuyo propósito es colocar un material en un lugar y/o en unaposición determinada para ser usado en su punto de colocación final.

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Gestión de los residuos en los procesos constructivos

En los procesos constructivos como las demoliciones, preparación del terreno,excavaciones, preparación de cimentaciones y estructuras, y las diferentes etapas de losprocesos hasta el acabado de la obra; se generan diferentes tipos de residuos, quedeben ser gestionados siguiendo las reglamentaciones vigentes y las obligaciones que deellas se derivan.

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Gestión de los residuos en los procesos constructivos

La gestión de los residuos de la construcción determina la necesidad de planificar lageneración, gestión interna y aprovechamiento de los residuos que se generan durantela obra. Estas obligaciones establecen, entre otras, la necesidad de que los productoresde residuos de la construcción prevean la segregación en origen, al menos, de losresiduos de la construcción tales como:

• Hormigón

• Materiales cerámicos

• Metales

• Vidrio

• Plásticos

• Papel y/o Cartón entre otros.

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El asfalto es uno de los materiales más antiguos usados en ingeniería civil. Proviene defuentes naturales o del refinamiento del petróleo (cemento asfáltico).

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Clasificación

Los materiales bituminosos se clasifican en:

• Asfaltos: Usados en construcción de pavimentos.

• Alquitrán o brea: Usados como selladores.

• Membranas impermeables (techos)

• Tratamientos para pavimentos.

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Utilidad

El asfalto es una sustancia negra y pegajosa, derivada del petróleo, que se utilizafrecuentemente en el rubro de la pavimentación de calles y carreteras, así como tambiénpara la impermeabilización de estructuras como bodegas y techos, además se lo utilizaen la fabricación de baldosas, tejas y pisos.

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Asfalto en caliente

Según la temperatura, el asfalto se puede encontrar en estado sólido o semi sólido. Si selo calienta a la temperatura en que hierve el agua (100ºC), el asfalto toma unaconsistencia pastosa con la que es muy fácil de trabajar gracias a la facilidad de suextensión y se le conoce como asfalto en caliente.

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Si bien es posible encontrar asfalto en forma natural, casi la mayoría del que usamos essintético, que se fabrica a partir de los hidrocarburos no volátiles que permanecen luegodel proceso de refinamiento del petróleo con el que se produce gasolina y otro tipo deproductos. Antiguamente, el asfalto natural era utilizado en Babilonia como material deconstrucción, no obstante, existen vestigios muy antiguos que indican, que a lo largo detoda la historia, el asfalto ha sido utilizado como material para calafatear embarcaciones.

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El uso más común del asfalto es el revestimiento de pavimentos. El asfalto se esparce demanera uniforme sobre la carretera y luego se alisa, dando a las calles una resistenciamuchísimo mayor. En su uso como material para techos, lo más común es la utilizacióndel denominado asfalto soplado, que se produce a partir de los residuos que quedan delpetróleo luego de ser sometido a temperaturas de entre 204 y 316ºC.

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Asfalto en frío

Diferente al asfalto tradicional, el aglomerado asfáltico en frío es una novedosa solucióncreada con concreto asfáltico modificado con polímeros, que se ha diseñadoespecialmente para su aplicación y uso en frío. Esto supone un trabajo más práctico yeficiente en la reparación de las vías.

La aplicación del asfalto en frío no necesita una preparación previa ni imprimación.Aunque generalmente se usa en el re parcheó y pequeños trabajos, este asfalto no exigeel calentamiento del material, lo que elimina el uso de maquinaria pesada y porconsiguiente el corte del tráfico en las vías en las que se va a trabajar. Igualmente, por sufácil aplicación, no demanda métodos especiales y el tiempo para el uso de las vías coneste asfalto se reduce en gran porcentaje.

El asfalto en frío se compone de especiales emulsiones asfálticas y áridos seleccionados,con un proceso de elaboración totalmente en seco.

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¿Cómo se instala el asfalto en frío?

1. Se remueve el material básico inestable y se limpian los escombros del área que seva a pavimentar.

2. Se aplica el asfalto frío

3. Se esparce el material sobre el área a pavimentar

4. Se compacta la superficie con un apisonador

Para esta clase de trabajos se sugiere el uso de maquinaria liviana como apisonadores,placas vibratorias y otros para asegurar la correcta compactación y durabilidad delasfalto.

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Las emulsiones son mezclas de cementos asfálticos con agua emulsificante.

Estudiemos el proceso de fabricación de las emulsiones asfálticas. El siguiente es suesquema de fabricación.

Este proceso se da en las refinerías de petróleo.

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Aplicación de las Emulsiones

• Riegos de Imprimación

Se aplica sobre superficies no asfálticas que deben prepararse para recibir otro riegoasfáltico.

• Riegos de Liga

Se aplica sobre un riego de imprimación sobre capas asfálticas, su función es vincularuna capa con una mezcla asfáltica.

• Riego de imprimación reforzada

Consiste en una primera imprimación simple, y una vez que ha secado, se efectúa unasegunda aplicación de material bituminoso.

• Arena Asfalto

Consiste en el esparcimiento y compresión de arena de una granulometríapredefinida sobre una superficie imprimida. Espesor promedio de 2.5 mm.

• Fijadores de polvo o anti polvo

Fijan el polvo suelto evitando las molestias que estos ocasionan.

• Riego de Sellado

Consiste en una aplicación de material bituminoso seguido de una distribución dearena, se emplea sobre superficies asfálticas (mezclas asfálticas o suelo arena o arenaemulsión).

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Suelos estabilizados con emulsión asfáltica

Se define como suelo estabilizado con un producto bituminoso, la mezcla íntima,convenientemente compacta, de suelo, agua, ligante bituminoso y eventualmenteadiciones, cuyo fin es mejorar las características resistentes del suelo, disminuyendo sucapacidad de absorción de agua y/o aumentando su cohesión, por efecto de laincorporación de ligante bituminoso. (REPSOL 2013)

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Las fibras fueron usadas como material de construcción por muchos siglos. En lasúltimas tres décadas hubo un crecimiento por el interés en el uso de fibras en concretopremezclado, concreto prefabricado y concreto lanzado (hormigón proyectado). Lasfibras de acero, plástico, vidrio y materiales naturales (celulosa de madera) estándisponibles en una amplia variedad de formas, tamaños y espesor; pueden sercilíndricas, llanas, onduladas (rizadas) y deformadas con longitud típica de 60 mm a 150mm (0.25 pulg. a 6 pulg.) y espesor variando de 0.005 mm a 0.75 mm (0.0002 pulg. a0.03 pulg.) Las fibras se añaden al concreto durante el mezclado. (Martinez 2011)

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Los factores principales que controlan el desempeño del material compuesto son:

• Propiedades físicas de las fibras y de la matriz

• Resistencia de adherencia entre la fibra y la matriz

A pesar de que los principios básicos gobernantes en los refuerzos convencionales y enlos sistemas con fibras son los mismos, hay varias características que los diferencian:

• Las fibras se distribuyen aleatoriamente por toda la sección transversal, mientrasque las barras de refuerzo o armadura se ponen sólo donde son necesarias

• La mayoría de las fibras son relativamente cortas y poco espaciadas si soncomparadas a las barras continuas de refuerzo

• Generalmente no es posible lograrse la misma relación de área de refuerzo‐ área deconcreto con el uso de fibras si es comparado a la red de refuerzo con barras.

Las fibras se adicionan al concreto normalmente en bajos volúmenes (frecuentementemenos del 1%) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuración por contracción(retracción).

En general, las fibras no alteran considerablemente la contracción libre del concreto,pero, si son empleadas en cantidades adecuadas, pueden aumentar la resistencia alagrietamiento (fisuración) y disminuir la abertura de las fisuras.

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¿Por qué utilizar fibras sintéticas?

Las fibras sintéticas benefician al concreto tanto en estado plástico como endurecido.Algunos de los beneficios incluyen:

• Reducción de la fisuración por asentamiento (revenimiento)

• Reducción de la fisuración por contracción plástica.

• Disminución de la permeabilidad.

• Incremento en la resistencia a la abrasión y al impacto.

• Aporte en la resistencia a la fractura.

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¿Cómo trabajan las fibras sintéticas en el concreto a edad temprana?

Los cambios de volumen del concreto a edad temprana causan la formación de planosde debilitamiento y fisuras debido a las tensiones existentes que exceden a la resistenciadel concreto en un momento específico. El crecimiento de estas fisuras por contracciónse previene mediante el bloqueo mecánico de las fibras sintéticas. El sistema de soporteinterno de las fibras sintéticas impide la formación de grietas por asentamiento plástico.

La distribución uniforme de las fibras a través del concreto contribuye a la no formaciónde grandes capilares causados por el movimiento del agua de exudación (sangrado)hacia la superficie. Las fibras sintéticas reducen la permeabilidad mediante lacombinación de la reducción de fisuras plásticas y la disminución de la capilaridad por laexudación.

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¿Cómo trabajan las fibras sintéticas en el concreto endurecido?

El beneficio del uso de fibras sintéticas en el concreto a edad temprana, continúa con elconcreto endurecido. Los atributos del concreto endurecido aportados por las fibrassintéticas son una reducción de la permeabilidad y una mayor resistencia a la fractura, laabrasión y las fuerzas de impacto.

La capacidad para resistir las fuerzas que ocasionan fragmentación o rotura del concretose mejora notablemente mediante el uso de fibras sintéticas. Cuando el concreto sinfibras es sometido a la compresión, se fracturará y fallará con la aparición de la primergrieta. Las fibras sintéticas fabricadas específicamente para el concreto impiden el efectoocasionado por las fuerzas de rotura, manteniendo fuertemente unido el concreto.Debido a que la cantidad de agua de exudación varía menos cuando se usan fibrassintéticas, la relación agua/cemento en la superficie es más constante y, por lo tanto, seobtiene una mayor resistencia a la abrasión. A esta mejoría contribuye igualmente elhecho de que las fibras sintéticas soportan el asentamiento interno, lo que contribuye amantener uniforme la exudación (sangrado).

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Otros aportes de las fibras sintéticas al concreto endurecido

Las fibras sintéticas reducen la fisuración plástica del concreto. Esto mejora suresistencia al impacto. El módulo de elasticidad relativamente bajo de las fibrassintéticas aporta la capacidad de absorción de choques o impactos.

Las fibras sintéticas ayudan al concreto a desarrollar su integridad óptima a largo plazomediante la reducción tanto del asentamiento plástico como de la formación de fisuraspor contracción, disminuyen la permeabilidad e incrementan la resistencia a la abrasión,la rotura y las fuerzas de impacto. Las fibras sintéticas son compatibles con todos losaditivos, los vapores de sílice y la química de los cementos.

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¿Cómo se utilizan las fibras sintéticas como refuerzo secundario?

Las fibras sintéticas que cumplen cierto criterio con respecto al concreto endurecidopueden ser empleadas como refuerzo no estructural por temperatura o refuerzosecundario. Estas fibras deben tener documentación que confirmen su capacidad demantener unido el concreto después de la fisuración . La distribución uniforme de lasfibras sintéticas a través de todo el concreto asegura la colocación crítica del refuerzosecundario.

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La palabra “nanotecnología” es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicasque se aplican al un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamentepequeñas “nanos” que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y susátomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partirdel reordenamiento de átomos y moléculas. Nano es un prefijo griego que indica unamedida (10‐9 = 0,000 000 001), no un objeto; de manera que la nanotecnología secaracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinario, y cohesionadoexclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja. El desarrollo de estadisciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman.

Aunque su uso se conoce más en el área de la tecnología (procesadores), los rápidosavances que está experimentando la nanotecnología en todas sus dimensionestambién son de aplicación en los procesos constructivos de la ingeniería civil.

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No olvides que…

Las fibras se añaden al concreto durante el mezclado y sus aportes principales son elotorgarle mayor resistencia a las fracturas y reducir la permeabilidad.

Se pueden aplicar en el concreto a edad temprana o en el ya endurecido.

La nanotecnología es una disciplina aplicable a los procesos de la ingeniería civil ypermite el desarrollo de materiales a partir de la manipulación molecular.

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Reflexiona un momento

¿Mejorará el concreto la respuesta a la tracción si le añadimos fibras?

El concreto con fibra mejora la respuesta a la tracción, pues es usado donde el concretoes requerido muchas veces a esfuerzos de tracción (como: puentes, edificios altos oestructuras pre esforzadas) o punzonamiento para evitar rajaduras debido a losesfuerzos internos que es sometido.

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Gestión de los residuos

Una adecuada gestión de residuos debe sustentar su reciclaje y la utilización demateriales recuperados como fuente de energía o materias primas, a fin de colaborar ala preservación y uso racional de los recursos naturales.

En la recuperación y reciclado de residuos de construcción y demolición un aspectofundamental a tener en cuenta, es el hecho de que concurren intereses económicos ymedioambientales en el mismo punto. El desafío para el futuro es, por tanto, conseguircompatibilizar el desarrollo económico de la sociedad con la preservación del medioambiente que la sustenta; es lo que se conoce como desarrollo sostenible. En estesentido son prioritarias todas las actividades recuperadoras y recicladoras. Si bien enningún caso es posible la sustitución total de la actividad primaria por la secundaria orecicladora, cualquier iniciativa en favor del progreso de ésta última es un paso adelantehacia el señalado desarrollo sostenible, que se impone como la única alternativa posibleal futuro progreso de las actividades productivas.

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Los residuos de refacción de viviendas, edificios comerciales y otras estructuras sonclasificados como residuos de construcción. La composición es muy variable, puedeincluir piedras, ladrillos, hormigón, maderas, elementos de instalaciones especiales, etc.Los residuos de edificios demolidos, calles y veredas levantadas y otras estructuras sonclasificados como residuos de demolición, éstos son similares a los anteriores peropueden incluir vidrios rotos, plásticos y metales.

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Antecedentes del reciclaje de residuos de construcción

Los antecedentes en nuestro país son mínimos en lo que a reciclaje de residuos deconstrucción se refiere. En Estados Unidos la Asociación Federal de Carreteras, recicla lospavimentos de hormigón. Estados Unidos, Dinamarca, Holanda, Gran Bretaña, Alemaniay Japón poseen programas para reciclar materiales de construcción con la creación deplantas de tratamiento. Dinamarca ha impuesto una tasa a partir del 1º de enero de1990 por tonelada de residuos que no se recicle. Japón prevé reciclar de 10 a 12millones de toneladas de hormigón por año.

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En los países anteriormente mencionados existe una legislación específica que regula ygrava el vertido de residuos de construcción. Los materiales alternativos de construccióntambién pueden conservar recursos. Tecnologías que permiten el uso más eficiente de lamadera incluyen paneles conglomerados, productos estructurales prefabricados, talescomo vigas, productos laminados encolados, y maderas con juntas. Estos productospermiten el uso de “sobras” y pequeños trozos de madera que de otra manera sedesperdiciarían. (Andrade 2011)

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Materiales reciclables

El hormigón es 100% reciclable, siempre que no esté contaminado. Dependiendo de lacalidad del hormigón, triturado puede ser usado con diferentes fines, por ejemplo, comoagregado para un nuevo hormigón. Para lo cual se han realizado numerosos estudios conel fin de determinar la calidad y especificaciones técnicas de las materias recicladas.

Madera y otros productos tales como ventanas, puertas, armarios pueden ser salvadoscuando se demuelen o rehabilitan edificios. Tiene sentido emplear materiales quetodavía son útiles, en vez de destruirlos o tirarlos. Por el bien de las futurasgeneraciones.

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Conclusiones

• Protección del medio ambiente de los materiales de construcción.

El uso sin técnica de los materiales de construcción acarrea el deterioro de lascondiciones ambientales circundantes producto de la ejecución de diversas obrasciviles.

• El asfalto.

El asfalto es uno de los materiales más antiguos usados en ingeniería civil. Provienede fuentes naturales o del refinamiento del petróleo (cemento asfáltico).

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• Las fibras en el concreto.

Las fibras sintéticas benefician al concreto tanto en estado plástico como endurecido.Algunos de los beneficios incluyen:

− Reducción de la fisuración por asentamiento (revenimiento)

− Reducción de la fisuración por contracción plástica.

− Disminución de la permeabilidad.

− Incremento en la resistencia a la abrasión y al impacto.

− Aporte en la resistencia a la fractura.

• El uso de subproductos, desechos y el reciclado en la construcción:

Una adecuada gestión de residuos debe sustentar su reciclaje y la utilización demateriales recuperados como fuente de energía o materias primas, a fin de colaborara la preservación y uso racional de los recursos naturales.

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