Producción y Aplicaciones del Hormigón: Una Perspectiva Global

Ciclo de vida del producto del material fabricado más usado en el mundo

El hormigón es un elemento fijo en la infraestructura urbana, desde autopistas interestatales hasta rascacielos imponentes. El hormigón puede verse en cualquier lugar sin sorpresa, ya que es el material fabricado por el hombre más utilizado en el mundo. Solo en Estados Unidos, se producen aproximadamente 9.000 millones de toneladas de hormigón anualmente.

El hormigón es un material de construcción excepcionalmente versátil con propiedades maleables o sólidas, dependiendo de su etapa de curado. Consiste en agregados y rocas mezclados con cemento fluido. Después de cierto tiempo, el hormigón se endurece en una masa rocosa debido a una reacción química conocida como hidratación. Una vez endurecido, se vuelve excepcionalmente fuerte y duradero a una resistencia de 20–138 MPa (3000–20 000 psi) — suficiente para sostener puentes, rascacielos y presas.

Producción de hormigón

El hormigón se produce en una planta o en una obra. El equipo puede variar desde herramientas manuales hasta maquinaria industrial grande. Sea cual sea la escala de producción, los componentes del hormigón deben mezclarse, moldearse y moldearse completamente dentro de restricciones de tiempo específicas. Cualquier interrupción puede afectar la integridad y apariencia del producto final.

Producción de hormigón a gran escala

La producción de hormigón a gran escala tiene lugar en dos tipos de plantas de hormigón: plantas de hormigón premezclado y plantas de mezcla central. Las plantas de premezclado mezclan todos los componentes del hormigón excepto el agua. Las plantas de mezcla central mezclan todos los componentes del hormigón incluyendo agua y son mejores para un control preciso. Típicamente, el hormigón es un fluido viscoso que se vierte en moldes para dar una forma deseada. Sin embargo, el hormigón también puede estar en forma no fluida. Esta versión más seca es preferida para fabricar productos de hormigón prefabricado.

Producción de hormigón a pequeña escala

Cantidades menores de hormigón se hacen en la obra usando un mezclador volumétrico o mezclador móvil por lotes. Estos mezcladores sirven como mini plantas de hormigón, capaces de producir varios tipos de hormigón. Son perfectos para sitios que solo requieren hormigón mínimo para instalar aplicaciones más pequeñas. Por ejemplo, un instalador usa un mezclador volumétrico para hacer hormigón para anclar portabicicletas, o para instalar bolardos y tubos de acero como dispositivos de seguridad vial.

Tipos de hormigón

Hay docenas de tipos de hormigón disponibles en el mercado para necesidades de construcción y edificación. A continuación se enumeran algunos tipos comunes de hormigón usados en infraestructura moderna.

Hormigón ordinario

El hormigón ordinario es una de las formas más populares de hormigón. Una mezcla típica incluye cemento, arena y agregados gruesos mezclados con cantidades específicas de agua. Tiene un tiempo de fraguado de aproximadamente 30–90 minutos con valores de resistencia de 10–40 MPa (1450–5800 psi). A los 28 días de curado, se alcanza el 75–80% de la resistencia total, y después de 90 días, el 95%.

Hormigón de alto rendimiento

El hormigón de alto rendimiento tiene mayor resistencia, trabajabilidad y durabilidad comparado con el hormigón ordinario. Tiene propiedades mecánicas a largo plazo y resistencia a edad temprana. Puede soportar entornos duros y es resistente a la fluencia y contracción, lo que minimiza el agrietamiento. La resistencia varía de 69–103 MPa (10 000–15 000 psi).

Hormigón armado

El hormigón armado usa varias formas de acero como refuerzo. La combinación de hormigón (con su alta resistencia a compresión) y acero (con su alta resistencia a tracción) da al hormigón armado sus propiedades de resistencia únicas. El hormigón armado tiene la capacidad de soportar muchas formas de estrés en cualquier tipo de construcción.

Hormigón prefabricado

El hormigón prefabricado funde hormigón en moldes en un entorno controlado. Una vez completamente fraguado y endurecido, se transportan al sitio de construcción. La etapa de curado ocurre bajo condiciones controladas donde se monitorean temperatura y humedad. El curado al vapor a veces se usa para producir productos prefabricados con alta resistencia con menos tiempo de curado.

Hormigón ligero

El hormigón ligero es cualquier hormigón con una densidad menor a 1920 kg/m³ (nota: el original dice 240 kg/m³ pero es probable un error; lo correcto es <2000 kg/m³). Incluye hormigón de agregado ligero, hormigón espumado y hormigón celular autoclavado. El hormigón ligero típicamente mejora capacidades térmicas y resistencia al fuego. Sin embargo, es más susceptible a fluencia y contracción.

Hormigón pervious

El hormigón pervious permite que el aire o agua circulen a través de una serie de huecos o vacíos creados dentro del hormigón. El agua puede drenar naturalmente, permitiendo el drenaje de agua superficial y recarga de aguas subterráneas. Es un material de desarrollo de bajo impacto que protege la calidad del agua y se usa en construcción sostenible.

Aplicaciones del hormigón

Antes de empezar cualquier aplicación de hormigón, el tipo apropiado de hormigón debe determinarse primero. Por ejemplo, el hormigón armado es adecuado para materiales de construcción que requieren alta resistencia a tracción, como columnas y vigas. El hormigón ligero es mejor para construir bloques de hormigón ligero para construcción de viviendas.

El hormigón es un material versátil y sus aplicaciones son abundantes. Las características maleables pero resistentes del hormigón lo hacen ideal como material base para construir edificios, infraestructura urbana y varios productos prefabricados.

Los edificios de hormigón son resistentes al fuego y reducen el uso de energía mientras proporcionan mejor calidad de aire interior.

Materiales de construcción

El hormigón se usa ampliamente para construir hogares y edificios comerciales, así como accesorios relacionados como entradas y columnas. El hormigón aislante mantiene el calor dentro de las paredes, reduciendo el uso de energía en más de un 40%. El hormigón que come smog puede ayudar a reducir óxidos nítricos en entornos contaminados circundantes en más de un 60%. Los edificios de hormigón requieren menos mantenimiento y duran más, mientras proporcionan mejor calidad de aire interior. Otros beneficios incluyen resistencia al fuego, viento y huracanes.

Las autopistas de hormigón son lo suficientemente duras para soportar el impacto constante de vehículos fuertemente cargados.

Carreteras y autopistas

Las carreteras y autopistas de hormigón son muy duraderas y requieren mantenimiento mínimo. No son susceptibles a roderas o restricciones de carga por deshielo primaveral. Son lo suficientemente duras para soportar tráfico constante de vehículos fuertemente cargados.

La construcción de puentes usando hormigón es rentable y permite acabados arquitectónicos y decorativos.

Puentes

El hormigón es uno de los materiales más económicos y rápidos para la construcción de puentes; se usa comúnmente para superestructuras de puentes (las porciones superiores de los puentes). Estas incluyen tableros, bordillos, aceras y muros de barrera de tráfico lateral. Con planificación adecuada y usando productos de hormigón prefabricado, el proceso puede completarse eficiente y competitivamente. Impactos visuales y características decorativas también pueden añadirse.

Los bolardos de hormigón ofrecen algo de protección contra impactos mientras complementan la arquitectura circundante.

Bolardos

El hormigón prefabricado se usa para dispositivos de guía de tráfico como bolardos de hormigón. Estos bolardos de hormigón pueden complementar la arquitectura circundante mientras ofrecen protección contra impactos de vehículos. Típicamente están reforzados con varillas de acero recubiertas de epoxi para añadir durabilidad. Los bolardos de hormigón son ideales para áreas de alto tráfico como entradas de edificios y estacionamientos para ayudar a proteger peatones y mobiliario.

Las presas de hormigón usan refuerzo de acero para durabilidad y colocan tuberías de agua dentro del hormigón para limitar grietas.

Presas

Las presas son una de las estructuras más exigentes y sustanciales hechas de hormigón. La Presa Grand Dixence en Suiza tomó 6 millones de metros cúbicos de hormigón para construir. También usa refuerzo de acero para añadir máxima resistencia a las propiedades del hormigón. Para limitar cualquier agrietamiento, el agua circula a través de tuberías dentro del hormigón. Los diseños de presas requieren selección cuidadosa de la mezcla de hormigón con el tipo correcto de agregados.

Mantenimiento

Incluso con sus propiedades resistentes, el hormigón aún requiere mantenimiento adecuado para extender su vida útil. El hormigón debe limpiarse un mínimo de una vez al año para remover mugre y suciedad, así como óxido u otras manchas. Las grietas también deben repararse rutinariamente para una superficie estructuralmente sólida. La falta de reparación de grietas puede llevar a intrusión de agua, causando problemas con el subrasante. El resellado periódico de la superficie reduce la infiltración de humedad y manchas. También evitará que la suciedad y maleza se formen a través de esas juntas.

Reciclaje

La industria de la construcción es parte de un movimiento de cero residuos con 127 millones de toneladas de hormigón reciclado anualmente en EE. UU. Cuando las estructuras de hormigón son demolidas, el hormigón sobrante se recicla para nuevos proyectos de construcción, grava, piedras de jardinería y mantillo. Los agregados de hormigón se recogen y pasan por una máquina trituradora. El hormigón con varillas de acero pasa por el mismo proceso, y las piezas metálicas se remueven luego con imanes y otros dispositivos de clasificación.

El objetivo del reciclaje no es solo eliminar el hormigón de los vertederos, sino conservar energía durante el reprocesamiento. Triturar hormigón viejo in situ elimina la necesidad de transporte, reduciendo costes y emisiones. Plantas grandes portátiles por carretera pueden triturar hormigón a 544 toneladas por hora. Trituradoras más pequeñas pueden triturar 136 toneladas por hora, con el beneficio adicional de poder ajustarse en áreas más estrechas.

Desarrollos en hormigón

El hormigón auto-reparable tiene como objetivo abordar uno de los mayores defectos del hormigón: el agrietamiento. Una vez que el hormigón se agrieta, puede resultar en corrosión de los refuerzos de acero usados en la estructura. El agrietamiento también plantea peligros inmediatos: contenedores de hormigón para residuos tóxicos pueden tener resultados desastrosos por agrietamiento, por no mencionar el riesgo para trabajadores de mantenimiento. Ingenieros de la Universidad de Gante han sido pioneros en la investigación para desarrollar hormigón auto-reparable. Está lleno de polímeros superabsorbentes que se hinchan y bloquean grietas de hormigón para auto-reparación. La investigación y desarrollo de hormigón continúa para un futuro en la construcción que avance eficiencia, seguridad y sostenibilidad.