En el ámbito de la ingeniería, la búsqueda constante de materiales innovadores y eficientes para la construcción de estructuras sostenibles y seguras ha sido un desafío permanente. No solo por las ventajas que ofrecen desde sus propiedades físicas, mecánicas y estructurales, también porque son alternativas que responden a las necesidades productivas y sustentables que se requieren en la actualidad. Entre estos materiales, el hormigón liviano se ha posicionado como una tecnología que cuenta con gran potencial constructivo debido a sus beneficios y oportunidades en la industria.
Para hablar de esta temática, conversamos con Karla Patiño, estudiante de Doctorado del Departamento de Ingeniería Estructural y Geotécnica de la Pontificia Universidad Católica de Chile, quien junto a los profesores Rosita Jünemann y Hernán Santa María, se adjudicaron un Fondo Semilla del Centro de Innovación del Hormigón UC, para caracterizar la relación tensión – deformación de hormigones livianos con agregado de vidrio expandido, con el propósito de desarrollar posteriormente modelos analíticos de estructuras sismorresistentes de hormigón armado con este material.
El presente reportaje explora los desafíos, ventajas y oportunidades que presenta el hormigón liviano en la construcción.
El hormigón liviano y sus propiedades
El hormigón liviano es un material versátil para la construcción, que ofrece ventajas técnicas, económicas y de medio ambiente. Se caracteriza por estar formado por agregado liviano que tiene una densidad de equilibrio entre 1440 y 2160 kg/m3, tal como lo define el ASTM C567. Esta propiedad tiene grandes ventajas como reducir el peso de los elementos estructurales, lo que puede disminuir el tamaño de estos y así contribuir a la sostenibilidad al utilizar menos hormigón. Por otra parte, su peso ligero permite que sea mucho más fácil de trasportar. Además, se puede lograr menor tiempo de ejecución en obra en comparación al hormigón convencional.
Adicionalmente, la ingeniera Karla Patiño destaca que "el hormigón liviano no solo ofrece soluciones más livianas, sino que es un material con igual o mayor durabilidad que un hormigón convencional. Los agregados livianos presaturados generan un curado interno en el hormigón, lo que hace que se prolongue la hidratación del cemento haciendo una microestructura más compacta e impermeable". Esta propiedad podría traducirse en una mayor vida útil de las construcciones.
Otra ventaja crucial radica en la conductividad térmica del hormigón liviano. Patiño señala que "los materiales con densidad más baja tienden a tener una menor conductividad térmica que los materiales con densidad más alta". Esto sugiere que el hormigón liviano podría ser una opción eficiente desde el punto de vista energético, especialmente en comparación con materiales más densos como el hormigón convencional.
Finalmente, el hormigón liviano, puede convertirse en una alternativa sustentable, ya que permite la reducción de áridos naturales al incorporar agregados artificiales que sean livianos. En este sentido, es importante destacar que la industria de la construcción con hormigón está enfrentado un déficit de áridos naturales, lo que ha generado importantes estudios para encontrar sustitutos. En el caso de la investigación de la ingeniera Karla Patiño, se está utilizando vidrio expandido con una granulometría baja.
Hormigón liviano y sismos: un gran desafío
En las últimas décadas se han obtenido homigones livianos con resistencias a la compresión semejantes a las de un hormigón convencional, lo que los ha llevado a ser utilizados en diversas estructuras como superficies de carreteras, losas de edificios y superestructuras de puentes, que son sistemas estructurales que resisten altas cargas gravitacionales.
Así también el hormigón ligero es particularmente adaptable al diseño y la construcción sísmica debido a la reducción significativa de las fuerzas de inercia “ya que al reducir el peso de la estructura se obtiene una menor masa, la cual está directamente relacionada a las fuerzas inerciales”. En este contexto, el proyecto de investigación “Desempeño sísmico de estructuras de muros de hormigón armado usando hormigón liviano”, que desarrollan Karla Patiño y los profesores Rosita Jünemann y Hernán Santa María, se enfoca en evaluar el comportamiento dinámico en muros estructurales reduciendo la masa al usar hormigón liviano, implementando una correcta caracterización de las propiedades mecánicas del material en los modelos numéricos.
Karla Patiño
Doctoranda UC
El uso de hormigón liviano en grandes estructuras como es el caso de los puentes, se utiliza en algunos países como una solución constructiva para aumentar la distancia entre apoyos. Esto se logra aplicando el hormigón liviano en las vigas de los puentes, lo que permite una disminución de su peso sin tener mayores deflexiones ni tener que aumentar el tamaño de la estructura.
La dosificación del material: factor clave
Uno de los principales desafíos en el desarrollo de estructuras con hormigón liviano radica en la dosificación precisa de los componentes. Patiño destaca este punto, mencionando que "trabajar con hormigón liviano implica encontrar el equilibrio adecuado entre la resistencia y la densidad del material". La dosificación correcta se convierte en un aspecto crucial para garantizar que el hormigón mantenga la resistencia estructural deseada sin comprometer su característica distintiva de menor peso específico.
Para comprender este aspecto, es crucial tener en cuenta que la vulnerabilidad principal del hormigón liviano es muy diferente al hormigón convencional. Por un lado, cuando tenemos un hormigón convencional, el cual considera áridos naturales tanto finos como gruesos, las fisuras suelen desarrollarse en la Zona de Transición Interfacial (ITZ por su sigla en inglés), es decir la zona de contacto entre el agregado y la pasta de cemento. En cambio, en el hormigón liviano la zona de mayor debilidad está en el agregado liviano, puesto que cuenta con una estructura porosa, lo que le quita resistencia al material.
Para enfrentar este aspecto, una de las posibilidades es mezclar agregado natural -ya sea fino o grueso-, con el agregado liviano, lo que permitiría desarrollar un término medio entre los agregados. Otra posibilidad es utilizar una granulometría mucho más baja, lo que favorece en la resistencia del material.
Oportunidades futuras: Investigación y modelos analíticos
A pesar de los desafíos actuales, la investigación en torno al hormigón liviano presenta una serie de oportunidades emocionantes. Patiño revela que están trabajando en modelos analíticos que reproduzcan los ensayos experimentales. "Queremos ver si este material tiene la capacidad para obtener un buen desempeño sísmico en estructuras de mediana o gran altura", agrega, señalando que estos modelos podrían allanar el camino para implementaciones más amplias del hormigón liviano en el diseño y construcción de grandes edificaciones y no solo en viviendas de baja altura.
Hasta el momento, el estudio realizado por la ingeniera Karla Patiño y los profesores Rosita Jünemann y Hernán Santa María se ha centrado en la modelación de muros esbeltos con hormigón liviano, validados mediante ensayos experimentales pseudoestáticos, estudiando la variabilidad de propiedades mecánicas como la tracción en la respuesta histerética del modelo, pero se espera en un futuro seguir avanzando en las posibilidades antisísmicas que el hormigón liviano puede ofrecer en la industria de la construcción en hormigón.
Autora: Valeria F. Moraga D.