El uso del hormigón ha estado presente en multitud de estructuras desde los albores de la historia. Paralelamente han ido evolucionando con él los elementos básicos de las obras en las que se ha utilizado, la propia puesta en obra, los ensayos realizados y los aditivos utilizados.
En la actualidad el hormigón es el material más empleado en la construcción debido a su moldeabilidad, a su capacidad de resistir esfuerzos de compresión y a su economía. Las prestaciones del hormigón dependen de su composición, de las condiciones de curado y del método y condiciones de mezclado.
Características básicas del hormigón
Las especificaciones básicas del hormigón demandadas por el peticionario al fabricante son la resistencia a compresión y la consistencia, que indica la trabajabilidad del mismo.
La mayor parte de los hormigones que se emplean en construcción se fabrican en centrales de hormigón preparado o en centrales de obra, y se corresponden con hormigones de resistencia entre 25 y 30 N/mm2, consistencia blanda o fluida, colocación mediante vertido o bombeo y compactación mediante vibración.
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| Resistencia | Entre 25 y 30 N/mm2 en la mayor parte de los hormigones empleados en construcción |
| Consistencia | Blanda o fluida |
| Colocación | Mediante vertido o bombeo |
| Compactación | Mediante vibración |
Los beneficios del hormigón dependen de su composición, de las condiciones de curado y del método y las condiciones de mezclado.
Ensayos y bases de datos sobre el comportamiento del hormigón
En este trabajo se presenta una extensa base de datos construida con miles de resultados de ensayos de resistencia a compresión y consistencia realizados sobre hormigones fabricados en la misma planta y con diferentes dosificaciones, tipos de cemento y aditivos.
Se tienen en consideración otros aspectos como la inclusión de fibras, la temperatura ambiente y del hormigón o la hora de realización de las probetas.
Se crea una segunda base de datos de ensayos realizados en un periodo de tiempo corto con el mismo cemento y aditivo y teniendo en cuenta la relación agua/cemento exacta.
Para analizar la influencia de los diferentes parámetros y factores tecnológicos y ambientales en la resistencia a compresión, en la evolución de la misma con el tiempo y en la consistencia del hormigón, se ha utilizado primeramente estadística clásica, concretamente análisis de regresión lineal múltiple, análisis de varianza (ANOVA) y análisis multivariante.
Finalmente se han elaborado redes neuronales artificiales para predecir la resistencia a compresión o la consistencia de un hormigón en función de diversas variables de entrada, al igual que para la obtención de modelos de comportamiento.
Hormigón convencional y desafíos ambientales
Una de las principales preocupaciones del hormigón de cemento Portland convencional está asociada con la enorme cantidad de cemento global y el consumo de agregados gruesos naturales, que causa el agotamiento de los recursos naturales por un lado y problemas ecológicos por el otro.
Actualmente, existe un creciente cuerpo de literatura que enfatiza la importancia de implementar hormigón verde en aplicaciones concretas.
Como resultado, el concepto de hormigón verde, al reemplazar el cemento con materiales cementantes suplementarios como escoria de alto horno granulada molida, cenizas volantes, humo de sílice y metacaolín, o reemplazar el agregado grueso natural con agregados gruesos reciclados, puede desempeñar un papel esencial para abordar la amenaza ambiental del hormigón de cemento Portland convencional.
| Componente convencional | Alternativas consideradas |
|---|---|
| Cemento | Escoria de alto horno granulada molida, cenizas volantes, humo de sílice y metacaolín |
| Agregado grueso natural | Agregados gruesos reciclados |
Revisión bibliográfica sistemática sobre hormigón verde
Por lo tanto, este estudio ha realizado una revisión bibliográfica sistemática a través de la base de datos bibliográfica revisada por pares Scopus.
Scopus es una base de datos bibliográfica y de citas científicas, que proporciona acceso a un amplio rango de literatura académica y técnica en diversas disciplinas. Es un servicio de propiedad de Elsevier.
Se revisaron un total de 114 artículos que cubren las siguientes áreas:
- Beneficios de sostenibilidad del hormigón verde.
- Comportamiento mecánico del hormigón verde en términos de resistencia a la compresión.
- Propiedades de durabilidad del hormigón verde bajo varias exposiciones ambientales.
- Rendimiento estructural del hormigón verde en vigas reforzadas a gran escala bajo cortante y flexión.
- Investigación analítica que compara las capacidades de cortante de vigas de hormigón verde previamente probadas con los principales códigos de diseño y modelos propuestos.
Selección de materiales cementantes suplementarios
Con base en esta revisión, el lector podrá seleccionar el nivel de reemplazo óptimo de cemento con uno de los materiales cementantes suplementarios para lograr un cierto rango de resistencia del concreto que se adapte a una determinada aplicación de concreto.
El reemplazo del cemento con escoria de alto horno granulada molida, cenizas volantes, humo de sílice o metacaolín se plantea como una estrategia para reducir el consumo de cemento convencional y abordar los efectos ambientales asociados con su producción.
El reemplazo del agregado grueso natural con agregados gruesos reciclados constituye otra estrategia del hormigón verde, orientada a disminuir el consumo de recursos naturales y a incorporar materiales procedentes de residuos de construcción.
Durabilidad bajo diferentes exposiciones ambientales
Además, el análisis del desempeño de durabilidad reveló que no se recomienda la adición de materiales cementantes suplementarios en concreto expuesto a una temperatura superior a 400 °C.
Además, se observó que la combinación de escoria de alto horno granulada molida con cenizas volantes en una mezcla de concreto era superior al hormigón de cemento Portland convencional en términos de resistencia a largo plazo al ataque de sulfatos.
| Condición de exposición | Observación |
|---|---|
| Temperatura superior a 400 °C | No se recomienda la adición de materiales cementantes suplementarios |
| Ataque de sulfatos a largo plazo | La combinación de escoria de alto horno granulada molida con cenizas volantes era superior al hormigón de cemento Portland convencional |
Resistencia mecánica y modelos de predicción
El comportamiento mecánico del hormigón verde se analiza en términos de resistencia a la compresión, mientras que las propiedades del hormigón convencional se estudian mediante extensas bases de datos de resultados de ensayos.
La resistencia a compresión y la consistencia constituyen las especificaciones básicas demandadas al fabricante. La consistencia indica la trabajabilidad del hormigón y está relacionada con su colocación mediante vertido o bombeo y con su compactación mediante vibración.
La influencia de las dosificaciones, los tipos de cemento, los aditivos, la inclusión de fibras, la temperatura ambiente, la temperatura del hormigón, la hora de realización de las probetas y la relación agua/cemento exacta puede analizarse mediante estadística clásica.
Para este análisis se han utilizado la regresión lineal múltiple, el análisis de varianza y el análisis multivariante.
Finalmente, las redes neuronales artificiales permiten predecir la resistencia a compresión o la consistencia de un hormigón en función de diversas variables de entrada, al igual que obtener modelos de comportamiento.
Comportamiento estructural de vigas
La investigación sobre hormigón verde también aborda el rendimiento estructural de vigas reforzadas a gran escala bajo cortante y flexión.
La observación más sorprendente que surge de la comparación de datos de las vigas probadas experimentalmente con las ecuaciones de diseño de cortante de concreto disponibles es que las vigas que tienen hasta un 70% de cenizas volantes como reemplazo de cemento Portland o hasta un 100% de agregados gruesos reciclados como reemplazo de los agregados gruesos naturales fueron predichas de manera conservadora por las ecuaciones de la Sociedad Japonesa de Ingenieros Civiles de 1997, el Instituto Americano del Concreto de 2019 y la Asociación Canadiense de Normas de 2014.
| Elemento sustituido | Nivel de sustitución indicado | Resultado de la predicción |
|---|---|---|
| Cemento Portland | Hasta un 70% de cenizas volantes | Predicción conservadora mediante las ecuaciones de diseño de cortante indicadas |
| Agregados gruesos naturales | Hasta un 100% de agregados gruesos reciclados | Predicción conservadora mediante las ecuaciones de diseño de cortante indicadas |
Normas y referencias de diseño estructural
La comparación analítica de las capacidades de cortante de vigas previamente probadas con los principales códigos de diseño y modelos propuestos constituye una de las áreas de la revisión bibliográfica.
Las ecuaciones de la Sociedad Japonesa de Ingenieros Civiles de 1997, del Instituto Americano del Concreto de 2019 y de la Asociación Canadiense de Normas de 2014 predijeron de manera conservadora las vigas con los niveles de sustitución indicados.
Esta observación relaciona los resultados experimentales del hormigón verde con los procedimientos de cálculo empleados para valorar la capacidad de cortante de elementos estructurales.
Importancia de las citas bibliográficas acerca del hormigón
La literatura sobre hormigón reúne estudios relacionados con la evolución histórica del material, sus elementos básicos, la puesta en obra, los ensayos realizados, los aditivos, la resistencia a compresión, la consistencia, la durabilidad y el comportamiento estructural.
También incluye investigaciones sobre la sustitución del cemento y de los agregados gruesos naturales, la economía circular, la reducción del agotamiento de los recursos naturales y la disminución de los problemas ecológicos.
Una revisión bibliográfica sistemática permite organizar los resultados disponibles y relacionarlos con aplicaciones concretas, condiciones ambientales, niveles de sustitución y métodos de diseño estructural.
En este contexto, las citas bibliográficas acerca del hormigón sirven para identificar los avances en el empleo de materiales cementantes suplementarios, agregados gruesos reciclados, métodos estadísticos, redes neuronales artificiales y códigos de diseño de cortante.
Referencia bibliográfica principal
Título original: “Green Concrete for a Circular Economy: A Review on Sustainability, Durability, and Structural Properties”.
Autoría: Abathar Al-Hamrani, Murat Kucukvar, Wael Alnahhal, Elsadig Mahdi y Nuri C.
Base bibliográfica empleada: Scopus.
Número de artículos revisados: 114.
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