Hormigón ligero, aislante y resistente

F.A. Horta Rangel y A. González Arias. Publicado en Juv. Tec. Digital, Feb. 24 2013.  Original accesible en http://www.juventudtecnica.cu/Juventud%20T/2013/panorama/paginas/hormigon.html

Desde hace unas dos décadas se vienen investigando con regularidad los efectos de añadir a las mezclas de hormigón diversos residuos provenientes de procesos industriales.  Los residuos incluyen ceniza, neumáticos usados, viruta de metal, arena quemada de fundición, vidrio molido, diversas fibras y muchos tipos de plásticos.  Entre estos últimos se encuentran los polímeros de polietileno-tereftalato (PET), de uso común para embotellar agua o refrescos, los de polietileno, poliestireno, polipropileno biorientado, policloruro de vinilo (PVC) y algunos más, procedentes de envases desechables de todo tipo y otros residuos diversos. 

La adición de estos materiales a la mezcla cementosa da origen a cambios muy disímiles en las propiedades, tanto del concreto fresco como del solidificado; de aquí en cada caso se hace imprescindible llevar a cabo investigaciones detalladas en ambos sentidos, antes y después de fraguado.  Por regla general se estudia la influencia de la composición del hormigón sobre parámetros tales como la fluidez y facilidad de moldeo de la mezcla húmeda, la retención de agua del fraguado endurecido y su capilaridad, conductividad térmica y resistencia a la compresión.  Otros parámetros a investigar pueden ser el peso específico del material que se obtiene, su comportamiento ante el fuego, la posible emisión de productos volátiles y sus propiedades acústicas.  En la figura 1 se muestran algunos resultados parciales obtenidos en uno de esos estudios.

El hormigón convencional es una mezcla de cemento con áridos (grava o gravilla, y arena).  Al añadirle agua a la mezcla, los componentes reaccionan químicamente y se endurecen, convirtiéndose en un material con la consistencia de la piedra.   Posee buena resistencia a la compresión, mas no respecto a la tracción, a la flexión o a los esfuerzos cortantes.  Por eso es común usarlo asociado al acero en forma de vigas o barras (hormigón armado).  Es de uso habitual como material estructural de gran resistencia en obras de arquitectura e ingeniería de todo tipo (edificios, puentes, presas).  

Al agregar residuos plásticos al hormigón su resistencia a la compresión disminuye pero, en cambio, es posible conseguir materiales más económicos, ligeros, y con mejor aislamiento térmico y acústico que el convencional.   Además, este procedimiento resulta una vía adecuada para reciclar desechos que muchas veces no tienen fácil salida, y que en algunos lugares han llegado a convertirse en un verdadero problema (figura 2).  Lo usual es que las investigaciones se adapten a las materias primas locales, tratando de aprovechar y reciclar los desechos que abundan en cada lugar específico.

Es común añadir a la mezcla húmeda de hormigón y plástico una pequeña cantidad de algún compuesto químico que permite trabajarla con mayor facilidad (en proporción de hasta 2% en peso de cemento añadido).  Estos compuestos se denominan superplastificantes y aumentan la fluidez de la mezcla dispersando las partículas de cemento mediante un mecanismo de repulsión electrostática entre las micropartículas.  Con la mezcla resultante se pueden fabricar bloques, bovedillas y placas de pared para ser aplicadas en cerramientos no estructurales de viviendas y edificios (figura 3).  De acuerdo a las propiedades deseadas del producto final y la materia prima de que se trate, los agregados convencionales del hormigón se reemplazan en porcentajes diversos, que pueden llegar hasta el 50%.  También se varía la cantidad de agua añadida a la mezcla, pues la resistencia del hormigón decrece al aumentar la proporción agua/cemento.  Un hormigón más resistente necesita menos agua, pero es más difícil de moldear.  Es por eso que, junto a la proporción de agua, también es necesario ajustar la cantidad de superplastificante añadido.

¿Cómo mezclar materiales tan diferentes? 

En dependencia del tipo de plástico utilizado se reportan diversas formas de preparar las mezclas.  Una de ellas, usada en una investigación para reciclar polietileno, comienza por la selección manual de las bolsas, seguido de su trituración y desmenuzamiento mediante calor y enfriamiento por agua.  Después de enfriado el plástico se conforma por extrusión en cilindros largos y estrechos tipo ‘fideos’ (figura 4).   Al final el material se enfría y granula para añadirlo de esa forma a la mezcla. 

En mayo de 2012 se concedió una patente a investigadores de la Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica de la Universidad Politécnica de Madrid para un procedimiento de fabricación de hormigón adaptado a las condiciones locales de las Islas Canarias, donde abundan las rocas volcánicas.  Consiste esencialmente en una mezcla de hormigón convencional y poliestireno expandido, que se conforma en bloques por un proceso combinado de compresión/vibración acerca del cual la patente no proporciona mayores detalles (ref. 4).  Los autores reivindican que con este procedimiento se consigue un material más ligero y de mayor poder aislante que el convencional, con una resistencia mecánica igual o mejor que la de otras mezclas similares.

El poliestireno es un polímero termoplástico que se reblandece con el calor y puede presentarse de diferentes formas; la expandida es la más ligera de todas.  Se emplea para confeccionar cajas de televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos, maquinas desechables de afeitar, juguetes, estuches de CD y DVD, percheros, bandejas para alimentos congelados y envases para huevos u otros productos.  También se utiliza como aislante térmico y acústico, para fabricar chalecos salvavidas y para proteger efectos electrodomésticos durante su embalaje y transporte (figura 5).

Como gravilla se empleó picón volcánico, un árido usado desde antaño en Canarias para elaborar elementos prefabricados.  Sin embargo, su empleo sin otros aditivos no cumple los requisitos básicos contra el ruido y la demanda energética exigidos por el nuevo Código Técnico de la Edificación para alcanzar el bienestar térmico y acústico, vigente en España desde 2007.  Para ajustarse a este nuevo código con materiales convencionales, los constructores añaden placas delgadas aislantes adosadas a muros rígidos y gruesos (por ej., paneles de yeso en paredes de bloques), lo que supone un incremento de los costos en materiales y mano de obra, amén de una reducción de la superficie útil a causa del aumento de espesor de las paredes perimetrales.  Otra posible solución es la propuesta en la patente: adecuar el hormigón para poder aplicarlo directamente en la construcción de bloques, bovedillas y placas.

 Las ventajas reivindicadas por los autores para el nuevo hormigón son las siguientes:

- Reducción de peso del hasta casi un 33%.

- Mejor aislamiento acústico: una placa de 5 cm de espesor, revestida de yeso en ambas caras, proporciona el mismo aislamiento que una pared de bloques de hormigón convencional de 15 cm de espesor revestida en forma similar.

- Aumento de más del 100% en la resistencia térmica (es decir, en la reducción del intercambio de calor en las paredes). 

Esto último es de suma importancia para mantener una temperatura agradable dentro de las viviendas individuales o los edificios, tanto en invierno como en verano.   Cuando hay climatización o calefacción instalada, una alta resistencia térmica en las paredes externas de la edificación reduce la demanda energética y los gastos por ese rubro de forma notable.

Bibliografía consultada

1. Gaggino Rosana, Componentes Constructivos Elaborados con una Mezcla

Cementicia y Agregados de Plásticos Reciclados,  Centro Experimental de la Vivienda Económica. CEVE - CONICET. Asociación Argentina de Materiales.  2do Encuentro de Jóvenes Investigadores en Ciencia y Tecnología de Materiales – Posadas – Misiones, 16 - 17 Octubre 2008.

2. Plastificante.  Wikipedia, la enciclopedia libre.

3.   Gustavo Ignacio Cáceres, Ángel Oshiro, María Positieri.   Propiedades del Hormigón con Residuos Sólidos No Biodegradables Grupo GinTeMac, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Córdoba, Av. Cruz Roja Argentina Esq. Maestro López, Córdoba, Argentina.

Reciclado de residuos de construcción y demolición (RCD) y de residuos de procesos (RP) PROCQMA - Universidad Tecnológica Nacional, 2006. (11 y 12 de Abril, San Rafael, Mendoza) ISBN 950-42-0056-7.

4.  Patente Procedimiento de fabricación de hormigón P201132108.  Inventores UPM Mercedes del Rio y Pedro F. Yanes.  http://www.upm.es/observatorio/vi/index.jsp?pageac=bpatentes.jsp&tipo_propiedad=PATENTE

Figura 1.  Conductividad térmica de diferentes materiales de construcción con y sin aditivo plástico. La reducción del flujo de calor en el material mezclado es casi 10 veces menor que en el convencional.  Otros parámetros se comportan de manera muy diferente (referencia 1).  

Figura 2.  Botellas desechables y cintas de embalaje de polietileno-tereftalato (PET).

Figura 3.  Bloques elaborados a partir hormigón y PET.

Figura 4.  (Izq.) Extrusor para polietileno reciclado.  Note los ‘fideos’ en el extremo de la máquina; (Der.) Granulado final listo para la mezcla después de triturar los ‘fideos’. (Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional de Córdoba, Argentina, 2006).

Figura 5.  Bandeja de poliestireno expandido y extruido.