Aditivos naturales naturales 17 FEBRERO, 2016 ~ JOAN ROMERO CLAUSELL
La tierra ha sido los materiales predominantes predominantes en el sector de la construcción en zonas con climas cálidos-secos y templados. Aún en la actualidad un tercio de la humanidad vive en viviendas de tierra, y en países en vías de desarrollo, esto representa más de la mitad. No ha sido posible resolver resolver los inmensos requerimientos requerimientos de hábitat en los países en vías de desarrollo con materiales industrializados como el ladrillo, hormigón y acero, ni con técnicas de producción industrializadas. No existen en el mundo las capacidades productivas y financieras para satisfacer esta demanda. Las necesidades de hábitat en los países en vías de desarrollo solo se pueden encarar utilizando materiales de construcción locales y técnicas de autoconstrucción.
La tierra es el material natural más importante y abundante en la mayoría de las regiones del mundo. Se obtienen frecuentemente directamente del sitio cuando se excavan cimientos. En los países industrializados la desmedida explotación de los recursos
naturales y los sistemas de producción de los recursos naturales y los sistemas de producción centralizados intensivos en capital y energía, no solo generan desperdicios sino que contaminan el medio ambiente e incrementan el desempleo. En esos países la tierra ha resurgido como material de construcción.
Crecientemente las personas que construyen sus viviendas demandan edificaciones eficientes económicas y energéticamente hablando, dan mayor valor a la salud y al clima interior equilibrado. Se está comprendiendo que los productos naturales para edificación como la tierra o la cal tienen cualidades más aptas para dar respuesta a solicitaciones que hoy en día se dan respuesta con el uso del hormigón, ladrillo o compuestos silicocalcáreos. Gernot Minke El mercado de la bioconstrucción evoluciona, y está pavimentando un camino sólido entre el tumultuoso sector de la construcción, incluso en España. Muchos son los que ven esta disciplina como un retroceso, una vuelta a una construcción primitiva ya sea por motivos económicos, nostálgicos o
románticos, pero nunca más lejos de la realidad. que a veces se confunde por el uso de materiales milenarios.
El mortero, un compuesto de conglomerantes inorgánicos, de agregados finos y agua, con posibles aditivos que sirven para pegar elementos de construcción. Como componentes básicos el conglomerante y el aglomerante, en muchos casos al largo de la historia: arcilla y arena. Estos componentes, son la clave constituyente de los morteros de edificación en muchos artículos y libr os publicados desde “De Re Rustica (149 B.B)” de Marcus Porcius Cato, hasta la actualidad. Sin embargo, otro constituyente en esta mezcla, muy importante en estas épocas, es el aditivo. Elementos como el huevo, la sangre, el azúcar, el queso o el estiércol tienen un campo de estudio todavía amplio, por explotar, y ser reconocidos debidamente como aditivo en el sector de la construcción. Elprimer paso es realizar un listado de materiales susceptibles de este estudio, que hayan sido estudiados a lo largo de la historia, usados, documentados o recomendados en algún documento por antiguo que sea. Los aditivos en Gran Bretaña se focalizaron en comunidades donde los bienes, como cales trabajables o ladrillos, eran de difícil obtención. Antes de los avances en el transporte en el siglo XVIII, la logística en distritos sin producción de cal era muy dificultosa, y los ladrillos que podrían fabricarse localmente tampoco tenían un uso muy extendido, ya que el coste del combustible para fabricarlos era muy elevado.
Consecuentemente, los materiales orgánicos y otros materiales locales (sobre todo los residuos de producción de granja) aumentaron su aplicación en el apoyo a la albañilería para fabricar y mejorar los morteros, sobretodo en resistencia y durabilidad. A pesar de que la textura, el color y los ingredientes variaban con la localidad, el tipo de material disponible y las preferencias de los constructores, siempre solían tener un patrón marcado con los mismos materiales: sangre, leche, queso, grava, arcilla, orina, huevos, escorias, concha de almeja, vidrio roto, vajilla, mantequilla, polvo de la calle, etc. A pesar de la cantidad de mezclas posibles, la aparición de unas pocas recetas y mezclas supervivientes en los que usaban este tipo de materiales, parece haber un método protocolario. Desafortunadamente, la procedencia de la idea de añadir estos materiales a los morteros pobres de arcilla, para complementar sus propiedades físicas, se desconoce. Algunos ejemplos de autores como Hugh Plat en “The Jewel House o f Art and Nature” en 1594, Richard Neve en “The City and country Purchaser” en 1703 o Joseph Moxon en “Mechanick Exercises” en 1703 son referentes para autores posteriores dando detalles sobre recetas de aditivos orgánicos o incluso materiales constituyentes de morteros. Además existe la “Encyclopedia Britannica” de 1771 que lista una extensa lista de recetas
tantos para construcción como para farmacia y botánica de acceso libre
por internet. En el siglo XVIII, a pesar del creciente uso del cemento, existían artículos y documentación que se ha seguido creando y estudiando sobre estos materiales, aunque muy escuetamente. El autor Louis J. Vicat en su libro de 1837 “A practical and scientific Treatise on Calcareous Mortars and Cements” trata estos temas, sobretodo en el capítulo XI donde comenta la exposición de los morteros a las inclemencias del tiempo. En el cual expone que:
…en estas situaciones en las que es imposible evitar el uso de cales de buena calidad, y será de utilidad estar pendiente de que las de mala calidad pueden ser en algún caso apropiadas siempre y cuando se haga uso de aditivado de una baja cantidad de azúcar grueso disuelto en agua, con el que ya hayan trabajado. Esta sustancia, “jaghery” está ampliamente extendida en el Este…para los morteros comunes hechos de concha calcinada…resiste la acción de la intemperie por siglos; y yo no tengo duda de que gran parte de esta virtud es gracias a su azúcar incluido, la influencia del cual, en la primera solidificación del mortero, está muy marcada. Incluso en este país, se puede encontrar ocasionalmente ventajas en el uso del azúcar más barato, o melazas, cuando los trabajos importantes han de ser estucados con
buenas cales, para su ayuda al endurecimiento, es importante su aplicación principalmente en la capa más superficial… Existe numerosa bibliografía haciendo referencia puntual a este tipo de aditivado o de forma integral, por poner un último ejemplo, el trabajo más amplio en este sentido que trata los constituyentes orgánicos a gran escala fue Arnold J.Cooley’s en “A Cyclopaedia of Practical Receipts” en 1880. No solamente trabaja en este libro los ingredientes de morteros con aditivos orgánicos, también con su explicación química y propiedades físicas de cada uno. El lector puede, con facilidad, deducir qué componente orgánico confiere a la mezcla las propiedades características del mismo. A continuación se presenta un listado de materiales usados como aditivos hidrofugantes a lo largo de la historia, según diversas fuentes y autores.
Muchos de ellos se siguen usando en la actualidad en gran parte de la arquitectura vernácula de regiones menos industrializadas, otros aditivos son rescatados de recetarios antiguos o bibliografía anteriormente descrita. Para entender la evolución del uso de este tipo de materiales en el sector de la construcción, presentamos un cronograma que nos ayudará a entender de forma holística este fenómeno en el territorio europeo:
Joan Romero Clausell, docente y coordinador académico del Experto universitario en gestión de proyectos de arquitectura en bioconstrucción .
Con cascarilla de arroz mejoran el cemento tradicional E n uno de los proyectos de investigaciones del G rupo de Materiales Compuestos de la F acultad de I ngeniería de la Universidad del Valle, en convenio con la E mpresa Arrocera La Esmeralda y el apoyo de Colciencias, se lograron mejorar las propiedades mecánicas de durabilidad y compresión del cemento. Jairo Canaval Agencia AUPEC Diciembre de 2007
El cemento portland, el tradicional, el que se consigue en cualquier ferretería, mejora sus propiedades si se le agrega un producto obtenido a partir de la cascarilla de arroz. En uno de los proyectos de investigaciones del Grupo de Materiales Compuestos de la Facultad de Ingeniería de la Cascara de Arroz Universidad del Valle, en convenio con la Empresa Arrocera La Esmeralda y el apoyo de Colciencias, se lograron mejorar las propiedades mecánicas de durabilidad y compresión del cemento. El procedimiento se inició con la quema de la cascarilla de arroz, para eliminar el compuesto orgánico de la misma. Luego, la ceniza se sometió a un proceso químico para extraer la sílice y adicionarlo, en pequeñas cantidades al cemento. Luego de varias pruebas y de cambios, se obtuvo, en el laboratorio, una muestra del nuevo cemento compuesto, con una mejora del 20 por ciento de la resistencia a la compresión, en comparación con el Pórtland tradicional. La compresión es la capacidad desoportar carga que tiene el concreto y las exigencias en compresión de este material son importantes a la hora de construir un puente, un edificio o una casa de habitación. Un edificio de gran altura, requiere de materiales con buena capacidad de soportar cargas a compresión u otras propiedades, incluso aquellas relacionadas con el medio ambiente donde estará colocado.
Pero, además de mejorar la compresión, el nuevo compuesto cementante obtenido mostró una mejor durabilidad y un excelente desempeño en ambientes marinos. El cemento con la adición, es menos permeable a los iones cloruros que son los que facilitan la corrosión del acero, que recubierto de concreto, funciona como la columna vertebral de las construcciones. Ahora, el Grupo de investigación en Materiales Compuestos que dirige la profesora Ruby Gutiérrez de Mejía, Química de la Universidad del Valle con Doctorado (Ph.D.) en Ciencias de los materiales de la Universidad Complutense de Madrid, trabaja en el diseño de equipos para la producción a gran escala. El Grupo de Investigación, del cual hacen parte varios docentes y dos estudiantes de Doctorado en Ingeniería de materiales de la Universidad del Valle y que se encuentra adscrito al Centro de Excelencia en Nuevos Materiales – CENM, hace los ajustes y adaptaciones a las nuevas máquinas de la empresa arrocera, para la Cultivo de Arroz producción a gran escala del sílice y, además, el aprovechamiento del material orgánico de la cascarilla de arroz. Como producto de los resultados de la investigación, la Universidad del Valle y la empresa Arrocera La Esmeralda, diligencian la consecución de una patente por el nuevo invento producto de la investigación. Al mismo tiempo, el grupo de Materiales Compuestos trabaja en el desarrollo de nuevos materiales cementantes con las mismas o superiores propiedades mecánicas que el cemento tradicional y que favorezcan el menor uso de recursos naturales no renovables, el mínimo consumo energético y sin emisiones, por ende, contribuyan a la sostenibilidad del medio ambiente. Consecuentes con tal idea, el Grupo sigue experimentando con subproductos industriales y agroindustriales, escoria siderúrgica, cenizas volantes y otros minerales, un objetivo es la producción de nanopolvos activos.
Los nanomateriales son aquellos de dimensiones minúsculas pues un nano equivale a la millonésima parte de un milímetro.
Su historia y su descripción como material Este material es un subproducto de desecho del proceso de elaboración del ferrosilicio y el silicio metal. Durante muchos años estas industrias son fuente de contaminación del aire de manera importante, en la medida que los controles de las emisiones fueron ejerciéndose, sobre todo en los países nórdicos en Europa, los mecanismos de filtración y captación de las mismas fueron perfeccionándose; es así como en la década de los 40 en Noruega comienzan a mostrar interés en solucionar el problema de desechos sólidos en que se convirtieron las captaciones atmosféricas. Es así, que cuando se caracterizan los residuos provenientes de la industria del ferrosilicio se determina que estos poseen un elevado % de dióxido de sílice (SiO2). Y descubren que este polvo, extremadamente fino, cien veces mas fino que el cemento posee una importante propiedad puzolanica, es decir, reacciona con la cal libre que se forma durante el proceso de hidratación del cemento portland. Esta cal libre (Ca (OH)2) es a su vez un subproducto de la compleja reacción química que se produce cuando mezclamos el cemento hidráulico con el agua. Lo interesante de este material, la microsilice, es que combina la propiedad puzolanica con una alta finura y no reacciona con el agua. El manejo de este material tan fino fue solucionado instalando plantas densificadoras a la salida de los filtros, es decir el material es compactado densificándolo y haciéndolo mas manejable para su transporte y posterior dosificación. Numerosas pruebas fueron realizadas para comprobar su desempeño como adición en el concreto y estas fueron sobrepasadas. En nuestro país, Venezuela, contábamos con una de la mayor planta de reducción de ferrosilicio en Suramérica, Fesilven, ubicada en Ciudad Guayana, Puerto Ordaz Estado Bolívar. Pero no fue sino en los años 90, una vez privatizada y adquirida por un Grupo Español, Ferro atlántica, que se comenzó con la comercialización de la microsilice nacional porque desde finales de los 80 algunas empresas de tecnología, básicamente MBT, la habían introducido importada dando inicio a un proceso que aun continua, incorporar la microsilice como adición en concretos de altos desempeños y durables. ¿Porque de alto desempeño y durables? Cuando hablamos de durabilidad en el concreto inmediatamente la relacionamos con un concreto de bajo contenido de agua y asentamiento adecuado para su colocación. Esto es solo posible con el uso de aditivos plastificantes o superplastificantes dependiendo de los requerimientos de la obra. Básicamente nos referimos a concretos con baja relación A/C, ya que como sabemos solo una pequeña cantidad de agua es la que reacciona con el cemento (24%-26% de su peso). Esto hace que el resto del agua se evapore, o sea, se vaya; en ese proceso ocurre la formación de la red capilar que es el camino dejado por el agua en su recorrido por el elemento del concreto. Por ello un concreto con alta relación A/C es de baja resistencia ya que posee un alto % de poros combinado con una extensa red capilar y aunado a una matriz cristalina débil por haber sido sometido el proceso de hidratación a un medio acuoso que dispersó las partículas de cemento. En tanto que un concreto con baja relación A/C tiene todo lo contrario, poca red capilar, bajo % de poros y una alta resistencia. En ambos casos ocurre la formación de hidróxido de calcio como subproducto de la reacción de hidratación, como lo mencionáramos. ¿Qué ocurre cuando añadimos microsilice? La microsilice reacciona con la cal libre y da origen a un incremento de la red cristalina, silicatos, además de que las partículas de microsilice que no reaccionan pasan a sellar los poros existentes debido a su pequeño tamaño. La consecuencia de todo este proceso es la consecución de un concreto mas impermeable, bajo contenido de poros por sello y por
mayor red cristalina. Es de hacer notar que por ser la microsilice un fino se requiere del uso de súper plastificante para lograr un asentamiento adecuado así como una reducción de agua notable (25%-35%). El resultado, un concreto poco poroso, de alta resistencia mecánica y de fácil colocación, disminuyendo de esa forma el impacto de la colocación y la compactación en el proceso de ejecución del elemento. Es decir un concreto durable, ya que a poca porosidad es muy baja la capacidad de permear líquidos y gases a su interior, o sea un concreto verdaderamente impermeable. Los diversos estudios realizados en muchos países, incluidos el nuestro, demuestran este comportamiento del concreto adicionado con microsilice. Ante todo lo expuesto es bueno aclarar, para evitar caer en exageraciones, que la dosis óptima de microsilice que debe ser adicionada oscila entre un 5% y un 10% DEL PESO DEL CEMENTO EN EL DISEÑO. Cantidades por debajo no proveen mejoras apreciables en el desempeño de un concreto sin adicionar, así como cantidades mayores al rango mencionado. También hay que destacar que con el uso de la microsilice no se incrementan las resistencias a tempranas edades ya que debemos recordar que su propiedad es reaccionar con un subproducto de la hidratación y para ello estos deben estar presentes. Por lo tanto ese beneficio lo observaremos con las resistencias a edades tardías. Una tendencia, peligrosa por cierto, que ha tomado cuerpo es la de sustituir cemento por microsilice. Primero deberíamos realizar un análisis de costo para ver que tanto nos permite ahorrar esta vía, por otro lado estaríamos socavando la obtención de resistencias tempranas por buscar ¿qué? En fin una practica no aconsejable. Este material ha sido incorporado con éxito en los diseños de morteros para reparaciones estructurales, por lo que es frecuente ver que morteros predosificados de marcas de empresas de tecnología lo mencionen como componente importante. Promocionar su uso así como darlo a conocer de forma técnica para aprovechar sus beneficios será una de nuestras tareas en construyendosoluciones.com. ¿Qué lograremos? Concretos durables y de alto desempeño en las obras que así lo ameriten. Obras importantes en Venezuela con concreto adicionado con microsilice: Túnel de trasvase de Yacambu. Metro de Caracas, línea IV. Represa Macagua II. Represa Caruachi. 2 Puente sobre el Orinoco. Muelles de PDVSA. Pisos industriales. Tanques de reservorio de agua. Plantas de tratamiento. Colaborado por: Humberto R Fuchs H . Bibliografía: Condensed silica fume in concrete. Malhotra, Ramachandram, Feldman y Aitcin. CRC Press. 1987. Florida. EE.UU. Para citar este articulo en formato APA: ( A. 2012, 12. Microlilice o humo de silice. Revista ARQHYS.com. Obtenido 09, 2016, de http://www.arqhys.com/construccion/microlilice.html.) Via: http://www.arqhys.com/construccion/microlilice.html
