Tema: ADITIVOS Y FIBRAS
La estética también en el hormigón
Autor: Ingenieros Anahí López, Juan M. Tobes y Raúl Zerbino
Fecha Publicación: 31/08/2007
La incorporación de pigmentos en el hormigón permitió a la industria de la construcción nuevas aplicaciones estructurales y arquitectónicas. Una investigación acerca del Hormigón Autocompactable Coloreado muestra las posibilidades que ofrece su uso.
Los avances en el diseño del hormigón generaron nuevas aplicaciones estructurales y arquitectónicas que se suman a las construcciones tradicionales con este material. Se destaca, entre ellos, la incorporación de color al hormigón y a otros materiales elaborados con cemento Pórtland.
Su empleo en elementos premoldeados, pisos y ornamentaciones permite lograr una mayor integración de las construcciones con el medio circundante. La e-Tower de São Paulo, con columnas realizadas con un hormigón rojo de alta prestación y una resistencia a compresión que alcanzó los 125 MPa y las columnas del puente Ritto en Japón, construidas con un Hormigón Autocompactable de color beige, son ejemplos sobresalientes de construcciones con hormigones coloreados.
El Hormigón Autocompactable (HAC) constituye uno de los más recientes desarrollos de la tecnología del hormigón. Es capaz de fluir en el interior de los encofrados, pasar a través de las armaduras de refuerzo, llenar el molde y compactarse por la acción de su propio peso, sin que se produzca la segregación de sus materiales componentes. Dos elementos a tener en cuenta son que las propiedades de los elementos construidos con este material dependen de sus características en estado fresco y que las variaciones en el tipo y proporciones de sus componentes afectan la calidad final. Por estos motivos se debe tener una matriz (mortero) con elevada fluidez para permitir el llenado de los moldes y, al mismo tiempo, obtener una viscosidad suficiente para evitar la segregación de los agregados gruesos.
Otros factores que inciden directamente en su producción están dados por variables externas como la temperatura del hormigón, las condiciones ambientales, el tiempo transcurrido desde la elaboración hasta la colocación o la energía de mezclado, que modifican la autocompactabilidad. Para obtener el hormigón autocompactante se emplean superfluidificantes de alta eficiencia combinados con materiales finos que se incorporan en contenidos mayores a los habitualmente utilizados en un hormigón convencional.
Dado que existe una amplia variedad y disponibilidad de materiales, el tecnólogo debe optar entre diversos tipos de cemento y adiciones minerales, y verificar su compatibilidad con diferentes aditivos químicos. Uno de sus principales campos de aplicación es el sector de la prefabricación, donde su uso puede propiciar un considerable aumento de la productividad, facilitar el diseño de elementos de formas complejas y eliminar la etapa de vibrado economizando en tiempos constructivos, mano de obra y mejorando la calidad del ambiente laboral. Además de reducir la contaminación sonora, como ventajas adicionales, aumenta la vida útil de los moldes y posibilita el empleo de moldes más ligeros.
En la foto 1 se muestra una silla- U realizada con HAC y en la foto 2 una mesa fabricada con hormigón coloreado convencional. En los últimos años el Área Tecnología del Hormigón del LEMIT-CIC ha incorporado entre sus líneas de investigación el diseño y caracterización de HAC coloreados (HACC). En este artículo se describen algunos de los logros de los estudios realizados.
Incorporación de color al hormigón
Los pigmentos son sustancias, generalmente en forma de partículas finas, que se incorporan con el propósito de colorear a los materiales. Entre los agentes colorantes más utilizados en el hormigón y otros materiales a base de cemento Pórtland se destacan los óxidos de hierro, que cumplen con propiedades deseadas como ser insolubles en agua, resistentes a la alcalinidad del cemento, inertes químicamente con respecto al cemento, a los agregados y a los aditivos, resistentes a la intemperie y estables tanto a la luz como a temperaturas extremas.
Las proporciones utilizadas varían, normalmente, entre el 2 y el 6 % del peso de cemento y se recomienda no utilizar más del 10 % de pigmento. También existen otros pigmentos como el negro de humo o la ftalocianina cúprica y los óxidos de cobalto y cromo para obtener colores verde y azul.
Dado que se trata de un material fino comparable al cemento u otras adiciones minerales, la incorporación de los pigmentos modifica la viscosidad de la pasta y la demanda de agua o aditivos químicos. El correcto diseño permite aprovechar los efectos de los pigmentos sobre la cohesión del material.
A su vez, las características de alta fluidez propias del producto pueden facilitar una mayor dispersión del pigmento favoreciendo la homogeneidad del color. Algunos especialistas en la temática indican que el uso de pigmentos permite ahorrar adiciones minerales.
En un estudio se evaluaron morteros con diferentes contenidos de pigmento donde se observó una disminución de la trabajabilidad al aumentar el contenido de pigmento amarillo y rojo, mientras que en el caso del pigmento negro no se apreciaron efectos sobre la fluidez.
Obtención del Hormigón Autocompactable Coloreado
El desarrollo de una metodología de diseño que incluyera la incorporación de pigmentos al HAC fue uno de los primeros objetivos del proyecto que desarrollaron los autores de este artículo. La metodología incluyó una etapa de optimización de la fase continua del hormigón (el mortero) que se realizó mediante estudios de fluidez. La técnica permitió ajustar las proporciones de materiales finos para lograr un material con un nivel de resistencia preestablecido; además permitió cubrir situaciones de índole práctica como cambios importantes en el tipo o partida de agregado fino utilizado durante la producción.
Para evaluar los morteros se emplearon como dispositivos un tronco de cono y un embudo en V (foto 3). Con el primero se obtuvo el diámetro final y con el segundo se midió el tiempo que tardó el mortero en pasar a través del embudo. Este instrumental resulta económico y de fácil traslado, por lo tanto apropiado para ajustes en obra. Una vez obtenido el mortero con parámetros adecuados de fluidez, fue posible ajustar las proporciones del HAC aun para diferentes tipos de agregado grueso.
En la foto 4 se muestran cortes longitudinales de tubos de 100 mm de diámetro llenos con tres HAC elaborados con diferentes agregados de uso frecuente en la provincia de Buenos Aires: piedra partida granítica (Olavarría), piedra partida cuarcita (Mar del Plata) y rodados silíceos (río Uruguay). En todos los casos se puede apreciar una distribución homogénea de los agregados gruesos a lo largo de cada tubo. Por sus características arquitectónicas uno de los aspectos particulares del HACC es la valoración de la terminación superficial.
En un hormigón visto la homogeneidad de coloración y textura aparecen como requerimientos de proyecto, por lo que fue necesario desarrollar herramientas específicas para su caracterización. Algunos resultados obtenidos sobre morteros y hormigones autocompactables coloreados a modo de ejemplo con muestras de morteros rojo, amarillo, negro, verde y azul en el momento de medir el diámetro de escurrimiento: El color negro fue obtenido utilizando negro de humo como pigmento.
Se consiguió una coloración más oscura que la alcanzada con óxido de hierro negro. La principal diferencia respecto de los óxidos de hierro amarillo y rojo es el incremento de la demanda de aditivo, que fue de aproximadamente un 30 % para obtener similares parámetros de autocompactabilidad. En este caso los pigmentos negro, amarillo y rojo se combinaron con cemento gris, resultando, como es lógico, colores más apagados que los morteros con pigmento azul o verde, que fueron elaborados con cemento blanco. La metodología que se adoptó permitió seleccionar las mejores combinaciones y proporciones de cementos, adiciones minerales y aditivos superfl uidifi cantes disponibles en el mercado (foto 5).
En base a los morteros se pueden diseñar los correspondientes HACC. La Tabla 1 muestra las proporciones, propiedades en estado fresco y resistencia a compresión a la edad de 28 días de cuatro HAC elaborados con cemento gris (G) y con el mismo cemento combinado con 3 % de pigmento amarillo (A), 5.4 % de pigmento rojo (R) o 3 % de negro de humo (N). Un elemento que se debió tener en cuenta en el desarrollo del proyecto fue que debido a la elevada fl uidez del HAC se hizo necesario desarrollar nuevos métodos de ensayo para valorar las propiedades en estado fresco.
Entre ellos se destacaron el ensayo de Escurrimiento y el Embudo en V. El primero emplea el cono de Abrams para valorar la capacidad de fl uir del HAC bajo efecto de su propio peso sin restricciones. También valora cualitativamente la existencia de segregación. Se obtienen como resultados el tiempo (T50) que tarda el hormigón en alcanzar el círculo de 500 mm de diámetro y el diámetro fi nal (Df).
El Embudo en V tiene por objeto evaluar la habilidad de fl uir en áreas restringidas (pequeñas aperturas). También permite califi car la tendencia a la segregación y al bloqueo. Se obtiene como resultado el tiempo (Tv) que tarda el hormigón en pasar a través del embudo. La foto 6 muestra los escurrimientos de los hormigones G, A, R y N que estuvieron comprendidos entre 625 y 695 mm. En las fotos ampliadas se puede apreciar la estabilidad de cada una de las mezclas, evidenciada en una excelente distribución de los agregados gruesos y ningún signo de segregación de pasta.
Es interesante notar (Tabla 1) que los tiempos T50 variaron entre 2.8 y 4.0 segundos y que los tiempos Tv se modifi caron ante la incorporación de pigmento, lo que debe interpretarse como un aumento de la viscosidad del material. Otro aspecto relevante en un HACC es la valoración de la terminación superfi cial y homogeneidad del material. Entre las virtudes del HAC se encuentra la capacidad de copiar texturas.
En la Foto 7 se comparan los colores y terminación en las superfi cies de contacto de diferentes tipos de moldes acero obtenidas con los hormigones A, R y N. Finalmente, se debe comentar que los HACC que se realizaron en el proyecto alcanzaron a los 28 días valores de resistencia a compresión mayores a 40 MPa.
A modo de conclusión
La incorporación de pigmentos al hormigón autocompactable abre nuevas alternativas de aplicación a este nuevo material, ya que suma a las opciones estéticas propias del hormigón coloreado convencional la posibilidad de copiar texturas y realizar diseños novedosos o formas complejas.
A partir de los estudios realizados se ha desarrollado una metodología de diseño de Hormigón Autocompactable Coloreado, obteniendo los criterios para preparar mezclas con diversos tipos de pigmentos, agregados, cementos, adiciones minerales y aditivos químicos, así como diferentes niveles de resistencia y clases de fluidez.
El método permite, entre otras virtudes, definir las dosis óptimas de superfluidificante, considerar los cambios en la demanda de aditivo conforme el tipo y contenido de pigmento utilizado, así como los efectos de los pigmentos sobre la viscosidad del hormigón.
En base a dicho método se han logrado hormigones con importantes niveles de resistencia estructural, homogeneidad de color y una excelente terminación superficial. A la vez, la condición de autocompactable permite la fabricación de elementos estructurales libres de defectos, lo que además de su calidad estética garantiza una prolongada vida en servicio.
