Naturaleza del Concreto
Definición del concreto: Es un material compuesto formado por partículas de
material granular grueso (agregados) embebidos en una matriz de material
ligante (cemento o otro tipo de cemento).
Composición del concreto:
El concreto de cemento Portland se compone de agregados finos y
gruesos, y un ligante (cemento).
La pasta de cemento Portland se forma por cemento y agua.
Agregados:
Pueden ser de diferentes materiales, pero comúnmente se utilizan
materiales naturales como las rocas.
Se separan en fracciones gruesas y finas.
Composición de la pasta:
Está formada por materiales cementantes, agua y aire atrapado o
incluido.
La pasta constituye entre el 25% y el 40% del volumen total del
concreto, con el cemento entre el 7% y el 15%, el agua entre el 14% y el
21%, y el aire atrapado entre el 4% y el 8%.
Importancia de los agregados:
Los agregados constituyen entre el 60% y el 75% del volumen del
concreto, lo que hace crucial su correcta selección.
Tipos de cemento:
El cemento puede ser de diferentes composiciones químicas, pero el
cemento Portland es el más utilizado en construcción (95% de las
veces).
Calidad del concreto:
La calidad depende de la calidad de la pasta, los agregados y la unión
entre ambos.
En un concreto bien hecho, cada partícula de agregado debe estar
completamente cubierta por pasta y todos los espacios entre las
partículas deben ser llenados.
Ventajas del Concreto
Ventajas y Desventajas del Concreto:
Ventajas:
o
Capacidad para ser moldeado en diferentes formas.
o
Es económico y durable.
o
Resistente al fuego.
o
Puede fabricarse in-situ, utilizando materiales locales.
o
Ofrece propiedades estéticas (color, textura, forma).
Desventajas:
o
Baja resistencia a la tensión.
o
Baja ductilidad.
o
Inestabilidad volumétrica (expansión o contracción con cambios
de temperatura).
o
Baja relación entre resistencia y peso.
Propiedades del Concreto (Tabla 1.3):
Resistencia a compresión: 35 MPa.
Resistencia a flexión: 6 MPa.
Resistencia a tensión: 3 MPa.
Módulo de elasticidad: 28 GPa.
Densidad:
o
Concreto de peso normal: 2300 kg/m³.
o
Concreto ligero: 1800 kg/m³.
Comparativa con Otros Materiales (Tabla 1.4):
El concreto tiene una densidad de 2300 kg/m³ y una resistencia a la
tensión de 3-35 MPa, que varía dependiendo de su composición.
Otros materiales como el acero y el aluminio tienen una mayor
resistencia a la tensión, pero requieren más energía para producirlos en
comparación con el concreto.
Fabricación y Costos:
El concreto se puede fabricar in-situ, lo que permite usar materiales
locales y reducir costos, aunque requiere supervisión adecuada,
especialmente cuando se utiliza mano de obra no calificada.
También se pueden fabricar elementos prefabricados bajo condiciones
controladas en fábricas.
Durabilidad y Resistencia al Fuego:
El concreto es un material muy durable, capaz de permanecer sin
mantenimiento por muchos años si se diseña y coloca correctamente.
Tiene excelente resistencia al fuego, manteniendo su integridad
estructural por más tiempo que el acero cuando es expuesto a altas
temperaturas.
Consideraciones Energéticas:
El concreto requiere menos energía para producirse en comparación con
otros materiales como el acero.
o
El acero consume 300 GJ/m³, mientras que el concreto solo 22
GJ/m³ debido al menor consumo energético del cemento.
Propiedades Térmicas y Eficiencia Energética:
El concreto tiene buenas propiedades térmicas, conduciendo el calor
lentamente y almacenando calor durante periodos fríos, lo que permite
diseñar edificaciones eficientes energéticamente utilizando su inercia
térmica.
Versatilidad Estética:
El concreto tiene amplias posibilidades estéticas, pudiendo ser
personalizado en términos de color, textura y forma, lo que lo hace
versátil en diseño.
Limitaciones del Concreto
Debilidades del Concreto:
1. Fragilidad y baja resistencia a la tensión: El concreto es frágil y tiene
una resistencia muy baja a la tensión. Esto significa que no debe ser
cargado en tensión, excepto en situaciones de bajo esfuerzo de flexión,
como en las losas no reforzadas sobre el terreno.
2. Uso de acero de refuerzo: Debido a la baja resistencia a la tensión, el
concreto debe ser reforzado con acero para asumir las cargas de
tensión. Si el concreto se somete a tensiones imprevistas, puede
agrietarse.
3. Baja ductilidad: El concreto no tiene mucha capacidad para deformarse
antes de romperse, lo que significa que carece de resistencia al impacto
y dureza en comparación con los metales.
4. Relación resistencia-peso: Aunque el concreto es resistente en
compresión, su relación entre resistencia y peso es baja. Esto significa
que para alcanzar una alta capacidad de carga, un elemento de concreto
debe ser mucho más grande que el mismo elemento de acero.
5. Inestabilidad volumétrica: El concreto es menos estable que el acero
estructural, ya que experimenta contracciones irreversibles debido a la
pérdida de humedad y cambios lentos de volumen bajo carga, incluso en
condiciones normales de servicio.
Soluciones y Desarrollo de Nuevos Tipos de Concreto:
Investigación y desarrollo: Se han realizado esfuerzos para mitigar
estas debilidades a través de la investigación. Esto ha conducido al
desarrollo de nuevos tipos de concreto, como:
o
Concretos reforzados con fibras.
o
Concretos de cemento expansivo.
o
Concretos modificados con látex.
Posibilidades futuras: Se anticipa que en el futuro se seguirán
desarrollando nuevos tipos de concreto para abordar mejor estos
problemas.
Resumen:
El concreto tiene debilidades importantes, como su baja resistencia a la
tensión, fragilidad, baja ductilidad, y problemas de inestabilidad volumétrica.
Estas limitaciones pueden controlarse parcialmente con un buen diseño y
selección de materiales, pero aún así, se han desarrollado y se seguirán
desarrollando nuevos tipos de concreto para mejorar sus propiedades y
aplicaciones.
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