El problema del hormigón armado

17 de Junio, 2016

Las grietas están empezando a aparecer. Autor: Dean McCartney.

Por sí mismo, el hormigón es un material de construcción muy perdurable. El magnífico Panteón en Roma, la mayor cúpula de hormigón no reforzado del mundo, está en excelentes condiciones después de casi 1.900 años. Y sin embargo, muchas estructuras de hormigón del siglo pasado - puentes, carreteras y edificios - se desmoronan. Muchas estructuras de hormigón construidas este siglo quedarán obsoletas antes de la finalización del mismo.

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El Panteón de Agripa, en Roma. 118 y 125 d. C.

 

Dada la supervivencia de las estructuras antiguas, esto puede parecer curioso. La diferencia fundamental es el moderno uso del refuerzo de acero, conocido como armado de acero corrugado, oculto dentro del hormigón. El acero se obtiene principalmente del hierro, y una de las propiedades inalterables de hierro es que se oxida. Esto arruina la durabilidad de las estructuras de hormigón en formas que son difíciles de detectar y costosas de reparar.

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El armado de hormigón de deteriora con el paso del tiempo debido a la oxidación

Si bien la reparación puede estar justificada para preservar el legado arquitectónico de los edificios emblemáticos del siglo XX, como los diseños  de hormigón armado de Frank Lloyd Wright, es cuestionable si esto resulta asequible o conveniente para la gran mayoría de las estructuras. El escritor Robert Curlandia, en su libro “Planet Concret”, estima que los costes de reparación y reconstrucción de las infraestructuras de hormigón, solo en los Estados Unidos, supondrá de billones de dólares - a pagar por las generaciones futuras.

Los viejos puentes necesitan dinero nuevo para ser reemplazados.

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Los viejos puentes necesitan dinero nuevo para ser reemplazados.

El refuerzo de acero fue una innovación espectacular del siglo XIX. Las barras de acero corrugado añaden resistencia, lo que permite la creación de largas estructuras en voladizo y delgadas losas con menor apoyo. Se aceleran los tiempos de construcción, ya que se requiere menos hormigón para construir estas losas.

"Estas cualidades, impulsadas por la promoción enérgica y a veces engañosamente difundidas por la industria del hormigón en el siglo XX, llevaron al hormigón a su masiva popularidad."


El hormigón armado compite con las tecnologías de construcción más duraderas, como marcos de acero o de ladrillos tradicionales y mortero. A lo largo de todo el mundo, se han reemplazado opciones sensibles al medio ambiente, de baja huella de carbono como ladrillos de adobe y tapial - prácticas históricas que además podrían resultar más duraderas.

Casa de Adobe premiada con el Terra Award 2016. Edra Arquitectura Km0
Casa de tapial en Ayerbe reconocida con el premio Terra Award 2016. Por Edra Arquitectura km0


Los ingenieros de principios del siglo XX pensaron que las estructuras de hormigón armado perdurarían por mucho tiempo - tal vez 1.000 años. En realidad, su vida útil es más parecida a los 50-100 años, y a veces menor.  Los códigos y políticas de construcción en general, requieren una supervivencia de los edificios de varias décadas, pero el deterioro puede comenzar en tan poco tiempo como 10 años.


Muchos ingenieros y arquitectos apuntan a las afinidades naturales entre acero y hormigón: tienen características de dilatación térmica similares, y la alcalinidad del hormigón pueden ayudar a inhibir la oxidación. Pero todavía hay una falta de conocimiento sobre las cualidades de sus compuestos - por ejemplo, los cambios de temperatura relacionados con la exposición al sol.

Los numerosos materiales alternativos para el refuerzo de hormigón - tales como acero inoxidable, bronce de aluminio y materiales compuestos de fibra de polímero – todavía no son ampliamente utilizados. La asequibilidad de refuerzo de acero no aleado es atractiva para los promotores. Sin embargo, muchos planificadores y promotores no tienen en cuenta los costes extendidos de mantenimiento, reparación o reemplazo.

Luigi Chiesa Wikimedia Commons, CC BY SA
Barato y eficaz, en el corto plazo al menos. Luigi Chiesa / Wikimedia Commons, CC BY-SA


Existen tecnologías que pueden abordar el problema de la corrosión del acero, como la protección catódica, en el que toda la estructura se encuentra conectada a una corriente eléctrica inhibidora de la corrosión. También hay interesantes nuevos métodos para controlar la corrosión, por medios eléctricos o acústicos.

Otra opción es tratar el hormigón con un compuesto inhibidor de la corrosión, aunque estos pueden ser tóxicos y no apropiados para edificios. Hay varios inhibidores no tóxicos, incluyendo nuevos compuestos extraídos de bambú y derivados de bacterias "biomoléculares".

 

"Sin embargo, ninguno de estos  avances puede resolver el problema inherente de que poner de acero dentro de hormigón arruina su magnífica durabilidad potencial."

 

Esto tiene serias repercusiones para el Planeta. El hormigón es el tercer mayor contribuyente a las emisiones de dióxido de carbono, después de automóviles y plantas de energía alimentadas con carbón. La fabricación de cemento por sí solo es responsable de aproximadamente del 5% de las emisiones de CO globales. El hormigón también constituye la mayor proporción de residuos de construcción y demolición, y representa alrededor de un tercio de todos los residuos de vertedero.

 

El coste medioambiental de la reconstrucción


El reciclaje de hormigón es difícil y caro, reduce su resistencia y pueden catalizar reacciones químicas que aceleran su descomposición. El mundo necesita reducir su producción de hormigón, pero esto no será posible sin la construcción de estructuras más duraderas.

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La recuperación de las barras de refuerzo: un trabajo caro. Anna Frodesiak / Wikimedia Commons

En un artículo reciente, sugiero que la aceptación generalizada de hormigón armado podría ser la expresión de un punto de vista tradicional, dominante y en última instancia destructivo de la materia como algo inerte. Pero el hormigón armado no es realmente inerte.

El hormigón se considera habitualmente como un material similar a la piedra, monolítico y homogéneo. De hecho, es una mezcla compleja de piedra caliza calcinada, materiales similares a la arcilla y una amplia variedad de roca o agregados arenosos. La caliza en sí es una roca sedimentaria compuesta de conchas y corales, cuya formación está influida por muchos factores biológicos, geológicos y climatológicos.

Esto significa que las estructuras de hormigón, con todas sus cualidades superficiales similares a la piedra, en realidad están hechas de los esqueletos de criaturas marinas molidas con roca. Se necesitan millones y millones de años para que estas criaturas marinas vivan, mueran y formar la piedra caliza. Esta escala de tiempo contrasta fuertemente con la vida útil de los edificios contemporáneos.

El acero a menudo se percibe como un material inerte y resistente también. Términos tales como "edad de hierro" sugieren una antigua durabilidad, a pesar de que los artefactos de la edad de hierro son relativamente raros, precisamente porque se oxidan. Si el acero de la construcción es visible, se puede mantener - por ejemplo, cuando el puente del puerto de Sydney está pintado y repintado varias veces.

 

 

"Se necesitan millones y millones de años para que estas criaturas marinas vivan, mueran y formar la piedra caliza. Esta escala de tiempo contrasta fuertemente con la vida útil de los edificios contemporáneos."

 

 

Sin embargo, cuando se integra en el hormigón, el acero permanece oculto pero en secreto está activo. La humedad que entra a través de miles de diminutas grietas crea una reacción electroquímica. Un extremo de la barra de refuerzo se convierte en un ánodo y la otra en un cátodo, formando una "batería" que impulsa la transformación del hierro en óxido. La corrosión puede ampliar la barra de refuerzo hasta cuatro veces su tamaño, ocasionando la ampliación de grietas y forzando el hormigón a fracturar y romperse, en un proceso llamado desconchado, más conocido como "el cáncer hormigón".

 

"La humedad que entra a través de miles de diminutas grietas crea una reacción electroquímica. Un extremo de la barra de refuerzo se convierte en un ánodo y la otra en un cátodo, formando una "batería" que impulsa la transformación del hierro en óxido."


El cáncer del hormigón no es bonito. Sarang / Wikimedia Commons
El cáncer del hormigón no es bonito. Sarang / Wikimedia Commons

Sugiero que tenemos que cambiar nuestra forma de pensar, reconociendo el hormigón y el acero como materiales vibrantes y activos. No se trata de cambiar los hechos, sino de reorientar nuestra manera de entender y actuar sobre estos hechos. Evitar los residuos, la contaminación y la reconstrucción innecesaria, exige pensar mucho más allá de las concepciones disciplinarias de tiempo, y esto es especialmente cierto para  la industria de la construcción.

Las civilizaciones colapsadas del pasado nos muestran las consecuencias del pensamiento a corto plazo. Debemos centrarnos en la construcción de estructuras que resistan al paso del tiempo - no vaya a ser que nos encontremos con descomunales artefactos abandonados que no resulten adecuados por más tiempo para su propósito original tal como las estatuas de la Isla de Pascua.

 

Autor: Dean McCartney.

Traducción: Bárbara Mas

Fuente: www.theconversation.com

 


The problem with reinforced concrete

June 17, 2016

The cracks are starting to show. By Dean McCartney

 

By itself, concrete is a very durable construction material. The magnificent Pantheon in Rome, the world’s largest unreinforced concrete dome, is in excellent condition after nearly 1,900 years. And yet many concrete structures from last century – bridges, highways and buildings – are crumbling. Many concrete structures built this century will be obsolete before its end.

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Pantheon of Agripa, Rome. 118 - 125 b. C

 

Given the survival of ancient structures, this may seem curious. The critical difference is the modern use of steel reinforcement, known as rebar, concealed within the concrete. Steel is made mainly of iron, and one of iron’s unalterable properties is that it rusts. This ruins the durability of concrete structures in ways that are difficult to detect and costly to repair.

While repair may be justified to preserve the architectural legacy of iconic 20th-century buildings, such as those designed by reinforced concrete users like Frank Lloyd Wright, it is questionable whether this will be affordable or desirable for the vast majority of structures. The writer Robert Courland, in his book Concrete Planet, estimates that repair and rebuilding costs of concrete infrastructure, just in the United States, will be in the trillions of dollars – to be paid by future generations.

Los viejos puentes necesitan dinero nuevo para ser reemplazados.

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Old bridges need new money to replace.

Steel reinforcement was a dramatic innovation of the 19th century. The steel bars add strength, allowing the creation of long, cantilevered structures and thinner, less-supported slabs. It speeds up construction times, because less concrete is required to pour such slabs.

 

These qualities, pushed by assertive and sometimes duplicitous promotion by the concrete industry in the early 20th century, led to its massive popularity.

 

Reinforced concrete competes against more durable building technologies, like steel frame or traditional bricks and mortar. Around the world, it has replaced environmentally sensitive, low-carbon options like mud brick and rammed earth – historical practices that may also be more durable.

 

Early 20th-century engineers thought reinforced concrete structures would last a very long time – perhaps 1,000 years. In reality, their life span is more like 50-100 years, and sometimes less. Building codes and policies generally require buildings to survive for several decades, but deterioration can begin in as little as 10 years.

 

Many engineers and architects point to the natural affinities between steel and concrete: they have similar thermal expansion characteristics, and concrete’s alkalinity can help to inhibit rust. But there is still a lack of knowledge about their composite qualities – for example, in regard to sun-exposure-related changes in temperature.

 

The many alternative materials for concrete reinforcement – such as stainless steel, aluminium bronze and fibre-polymer composites – are not yet widely used. The affordability of plain steel reinforcement is attractive to developers. But many planners and developers fail to consider the extended costs of maintenance, repair or replacement.

Luigi Chiesa Wikimedia Commons, CC BY SA
Cheap and effective, in the short term at least. Luigi Chiesa/Wikimedia Commons, CC BY-SA


There are technologies that can address the problem of steel corrosion, such as cathodic protection, in which the entire structure is connected to a rust-inhibiting electric current. There are also interesting new methods to monitor corrosion, by electrical or acoustic means.

 

Another option is to treat the concrete with a rust-inhibiting compound, although these can be toxic and inappropriate for buildings. There are several new non-toxic inhibitors, including compounds extracted from bamboo and bacterially derived “biomolecules”.

 

Fundamentally, however, none of these developments can resolve the inherent problem that putting steel inside concrete ruins its potentially great durability.

 

This has serious repercussions for the planet. Concrete is the third-largest contributor to carbon dioxide emissions, after automobiles and coal-fuelled power plants. Cement manufacturing alone is responsible for roughly 5% of global CO emissions. Concrete also makes up the largest proportion of construction and demolition waste, and represents about a third of all landfill waste.

 

The environmental costs of rebuilding

Recycling concrete is difficult and expensive, reduces its strength and may catalyse chemical reactions that speed up decay. The world needs to reduce its concrete production, but this will not be possible without building longer-lasting structures.

Rebar reclamation: an expensive job. Anna Frodesiak/Wikimedia Commons
Rebar reclamation: an expensive job. Anna Frodesiak/Wikimedia Commons

In a recent paper, I suggest that the widespread acceptance of reinforced concrete may be the expression of a traditional, dominant and ultimately destructive view of matter as inert. But reinforced concrete is not really inert.

 

Concrete is commonly perceived as a stone-like, monolithic and homogeneous material. In fact, it is a complex mix of cooked limestone, clay-like materials and a wide variety of rock or sandy aggregates. Limestone itself is a sedimentary rock composed of shells and coral, whose formation is influenced by many biological, geological and climatological factors.

 

This means that concrete structures, for all their stone-like superficial qualities, are actually made of the skeletons of sea creatures ground up with rock. It takes millions upon millions of years for these sea creatures to live, die and form into limestone. This timescale contrasts starkly with the life spans of contemporary buildings.

 

Steel is often perceived to be inert and resilient too. Terms such as “Iron Age” suggest an ancient durability, although Iron Age artefacts are comparatively rare precisely because they rust. If construction steel is visible, it can be maintained – for instance, when the Sydney Harbour Bridge is repeatedly painted and repainted.

 

However, when embedded in concrete, steel is hidden but secretly active. Moisture entering through thousands of tiny cracks creates an electrochemical reaction. One end of the rebar becomes an anode and the other a cathode, forming a “battery” that powers the transformation of iron into rust. Rust can expand the rebar up to four times its size, enlarging cracks and forcing the concrete to fracture apart in a process called spalling, more widely known as “concrete cancer”.

Rebar reclamation: an expensive job. Anna Frodesiak/Wikimedia Commons
Concrete cancer: not pretty. Sarang/Wikimedia Common


I suggest that we need to change our thinking, to recognise concrete and steel as vibrant and active materials. This is not a case of changing any facts, but rather of re-orientating how we understand and act on those facts. Avoiding waste, pollution and needless rebuilding will require thinking well beyond disciplinary conceptions of time, and this is especially true for the building and construction industries.

The collapsed civilisations of the past show us the consequences of short-term thinking. We should focus on building structures that stand the test of time – lest we end up with hulking, derelict artefacts that are no more fit for their original purpose than the statues of Easter Island.

Autor: Dean McCartney.

Traducción: Bárbara Mas

Fuente: www.theconversation.com

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