Análisis de la porosidad del concreto con agregado calizo

RÓMEL SOLÍS-CARCAÑO Y ERIC I. MORENO

Universidad Autónoma de Yucatán, Facultad de Ingeniería, Av. Industrias No Contaminantes s/n, Mérida, Yucatán, México.

RESUMEN

Para la mayoría de los materiales estructurales la porosidad es una propiedad física que influye directamente en sus principales propiedades mecánicas. El concreto es un material compuesto formado por dos fases: la matriz de cemento hidratado y los agregados pétreos; de ahí que su porosidad sea función de la porosidad de ambas fases. La forma en que los poros del concreto se interconecten determina la permeabilidad del material, la cual juega un importante papel en su durabilidad. Este trabajo presenta un experimento factorial, realizado en laboratorio, con el objetivo de identificar los factores que influyen en la porosidad del concreto preparado con agregados calizos triturados de alta absorción, mismos que podrían presentar características no usuales, haciendo variar la relación agua-cemento, la proporción grava-arena, y la fuente de origen de los agregados. Se concluyó que la relación agua-cemento y la cantidad de agua de mezclado fueron los principales factores que influyeron en la porosidad.

Palabras clave: concreto, porosidad, agregados calizos, relación agua-cemento, análisis factorial.

POROSITY ANALISIS OF CONCRETE MADE WITH LIMESTONE AGGREGATE

ABSTRACT

For most structural materials, porosity is a physical property that directly affects their main mechanical properties. Concrete is a composite material formed by two phases: the hydrated cement matrix and the stone aggregates; thus its porosity is a function of the porosity of both phases. The way the concrete pore network is interconnected determines the permeability of the material. This work reports a factorial experiment performed on lab specimens in order to identify the factors that affect the porosity of concrete made with high-absorption crushed limestone aggregates, which may present unusual characteristics, through varying the water-cement ratio, the coarse-fine aggregate ratio, and the aggregates source. It was found that the water-cement ratio and the amount of water were the main factors affecting the porosity.

Keywords: concrete, factorial analysis, limestone aggregate, porosity, water-cement ratio.

Recibido: marzo de 2006 Revisado: noviembre de 2006

INTRODUCCIÓN

La porosidad es uno de los factores principales que influyen en la resistencia y durabilidad del concreto; mientras más poroso sea el concreto menor es su resistencia mecánica y tendrá mayor vulnerabilidad ante la agresividad del medioambiente (Mehta y Monteiro, 1998). Además, junto con la capacidad de absorción del agregado, la porosidad influye en varias propiedades del concreto, tales como: la resistencia a la abrasión, la estabilidad química, la gravedad específica, la adherencia de la pasta con los agregados, etc.

El concreto es un material compuesto por una fase constituida por productos sólidos de hidratación del cemento y otra fase de partículas pétreas. La porosidad, como la mayoría de las propiedades del material, depende de la porosidad de ambas fases.

Porosidad de los agregados

Los tamaños de los poros en el agregado varían en un amplio rango, pero hasta los más pequeños son mayores que los poros del gel en la pasta de cemento (Neville, 1999). Algunos poros del agregado están totalmente inmersos dentro de la partícula, pero otros se abren a la superficie, de modo que el agua, y otros agentes agresores, pueden penetrar en ellos. El grado de porosidad de las rocas comunes varía de 0 a 50% (Neville, 1999). Teniendo en cuenta que el agregado representa aproximadamente tres cuartas partes del volumen del concreto, es claro que la calidad de la roca utilizada como agregado es un factor que podría contribuir a la porosidad total del concreto. Sin embargo, la porosidad capilar es la que generalmente influye en la durabilidad del concreto.

Porosidad de la pasta de cemento

La porosidad de la pasta de cemento es la suma del volumen de los huecos capilares y de los huecos del gel, y representa el espacio no llenado por los componentes sólidos de la pasta de cemento hidratado (Neville y Brooks, 1998); depende principalmente de la relación agua/cemento (a/c) y del grado de hidratación alcanzado por el cemento. Por ejemplo, para una pasta de relación a/c de 0,6, el volumen total de poros se encuentra generalmente entre 46% y 60% dependiendo del grado de hidratación del cemento, que correspondería a niveles de hidratación comprendidos entre 100% y 27%, respectivamente. En general, la porosidad de la pasta suele ser mayor a la porosidad del agregado.

Porosidad del concreto

La porosidad del concreto (P) o total de huecos en el material compuesto, se ha modelado (Neville y Brooks, 1998) como una función de: la relación agua/cemento, el grado de hidratación del cemento (h), el volumen de aire atrapado A), las cantidades de agregados fino (arena, Af) y grueso (grava, Ag), y del cemento (c); y las gravedades específicas de los agregados (ρf y ρg). La Ecuación 1 muestra el modelo matemático.

Considerando un ejemplo con una relación a/c de 0,55, proporciones por masa de 1:2:4 (cemento, arena, grava), contenido de aire de 2,3% y gravedades específicas de 2,44 y 2,40 (arena y grava, respectivamente); si el grado de hidratación fuera de 0,7, la porosidad que se obtendría del modelo sería de 11,0%.

La durabilidad y la permeabilidad del concreto

La durabilidad del concreto a través de la vida de una estructura es una de sus propiedades más importantes, dado que es esencial que la construcción sea capaz de resistir por el tiempo necesario, a las condiciones para las cuales fue diseñada.

Los agentes del medio ambiente, que generalmente ocasionan la falta de durabilidad del concreto, requieren que el material sea permeable para poder penetrar a través de la masa del material; estos agentes, además, son auxiliados para su transporte interno por difusión, debida a los gradientes internos de humedad y temperatura, o por ósmosis.

Para el concreto hecho con agregado común de peso normal, la permeabilidad es controlada principalmente por la porosidad de la pasta de cemento. Sin embargo la permeabilidad no es una función simple de la porosidad ya que es necesario que los poros se encuentren interconectados; es decir, que para los mismos niveles de porosidad, el concreto puede tener diferentes valores de permeabilidad si sus poros se interconectan en forma ininterrumpida o no.

En una pasta de cemento hidratada, el agua de mezclado es, en primera instancia, la responsable de su permeabilidad, porque su contenido determina el espacio no llenado por los sólidos, ya sea porque es utilizada por las reacciones de hidratación del cemento o debido a la evaporación en el medio ambiente. Las condiciones en las que el concreto se cure determinarán finalmente dicha permeabilidad (Solís y Moreno, 2005).

En general, cuando la relación a/c es alta y el grado de hidratación es bajo, la pasta de cemento tendrá una alta porosidad capilar; contendrá un número relativamente grande de poros amplios y bien conectados, y por lo tanto, su coeficiente de permeabilidad será alto. En cuanto avanza la hidratación, la mayoría de los poros serán reducidos a un tamaño pequeño (100 nm o menos) y también perderán sus interconexiones, de manera que la permeabilidad se abatirá.

En comparación con las altas porosidades de las pastas de cemento (alrededor de 50%), el volumen de los poros en la mayoría de los agregados naturales utilizados en el concreto está, generalmente, por debajo de 3% y rara vez excede de 10%. Se espera, por tanto, que la permeabilidad del agregado sea mucho más baja que la de la pasta de cemento típica.

Teóricamente, se esperaría que la introducción de partículas de agregado de baja permeabilidad en una pasta de cemento reduzca la permeabilidad del sistema. Las pruebas generalmente muestran que esto no es cierto (Mehta y Monteiro, 1998). La explicación de por qué la permeabilidad del concreto es más alta que la permeabilidad de la pasta de cemento correspondiente, se haya en las microgrietas que están presentes en la zona de transición de la interfase entre el agregado y la pasta de cemento.

Para materiales como el concreto, con numerosas microgrietas, es difícil determinar la estructura de transporte del poro debido a los cambios impredecibles en la estructura del material al penetrar el fluido externo. Lo anterior se debe al estrechamiento o ampliación de los poros y microgrietas ocasionados por las interacciones físico-químicas entre el fluido penetrante y los minerales de la pasta; como ejemplo se puede mencionar el fenómeno de la carbonatación, o la acumulación de sales en los poros.

Los agregados calizos

En la Península de Yucatán se utilizan agregados para concreto que se obtienen de la trituración de piedra caliza geológicamente formada de sedimentos calcáreos marinos del Cenozoico. Esta caliza está compuesta, fundamentalmente, por carbonato de calcio (77%) y carbonato de magnesio (13%) (Pacheco y Alonzo, 2003).

Estas rocas son extraídas de estratos que se localizan desde el nivel del terreno natural, hasta una profundidad máxima que va de 7 a 10 metros, buscando no rebasar el nivel de aguas freáticas. Las rocas de las diferentes canteras presentan variaciones en sus propiedades físicas y, generalmente, se hacen más porosas a medida que se acercan a la zona de saturación del subsuelo (Solís y Baeza, 2003). En general, los agregados producto de la trituración de esta roca suelen tener alta absorción y gran cantidad de finos.

En trabajos de investigación enfocados a estudiar diferentes propiedades del concreto preparados con estos agregados, se han reportado las siguientes mediciones a la porosidad del concreto:

Aportela (2002) obtuvo 23,3% de porosidad para concreto con relación a/c de 0,5; y de 25,2% para concreto con a/c de 0,7.

Cob (2004) obtuvo las siguientes porosidades: 23,4% para una relación a/c de 0,8; 23,1% para relación a/c de 0,7; 24,1% para relación a/c de 0,62; y 22,9% para relación a/c de 0,55.

Chuc (2005) obtuvo 18,8% de porosidad para una relación a/c de 0,45.

En los trabajos antes mencionados se determinó la porosidad del concreto en especímenes cilíndricos colados en laboratorio. Por otro lado, Solís y Moreno (2005), calcularon la porosidad en núcleos extraídos de vigas estándar de laboratorio; obtuvieron 21,8% de porosidad para una relación a/c de 0,60. La figura 1 muestra los valores de las porosidades reportadas para concretos preparados con agregados calizos de la Península de Yucatán.

Figura 1. Porosidades reportadas en estudios realizados con agregados calizos de la Península de Yucatán.

El objetivo de esta investigación fue identificar los factores que influyen en la porosidad de los concretos preparados con diferentes dosificaciones y diferentes muestras de agregados calizos triturados, considerando que las características peculiares de los agregados de esta región podrían ser diferentes a los agregados comúnmente usados.

METODOLOGÍA

En este estudio experimental se combinaron ordenadamente tres variables independientes (supuestas causas) para analizar las consecuencias de éstas sobre una variable dependiente (supuesto efecto). La variable dependiente fue la porosidad del concreto, y las variables independientes: -

- La relación a/c en peso, para la cual se consideraron las siguientes cuatro cantidades: 0,4; 0,5; 0,6 y 0,7.

- La proporción grava/arena (g/a) en volúmenes absolutos, la cual fijó también en cuatro cantidades: 0,82; 1,00; 1,22 y 1,50; las cuales corresponden a un porcentaje de utilización de grava con relación al total de los agregados de: 45, 50, 55 y 60 %, respectivamente.

- El Banco de origen de los agregados, el cual se hizo variar en seis modalidades: A, B, C, D, E y F, que corresponden a la utilización de agregados provenientes de diferentes canteras de extracción y trituración de roca caliza en la Península de Yucatán.

El diseño del experimento fue de tipo factorial, ya que se combinaron varias variables independientes, y cada variable independiente tuvo varios niveles de presencia (Kuehl, 2000). La construcción básica de un diseño factorial consiste en que todos los niveles de cada variable independiente son tomados en combinación con todos los niveles de las otras variables independientes.

Los diseños factoriales son útiles ya que permiten evaluar los efectos de cada variable independiente sobre la variable dependiente por separado, y los efectos de las variables independientes conjuntamente. De ahí que, en este trabajo, se hayan evaluado dos tipos de efectos en la porosidad del concreto: los efectos principales, que son los que produjeron cada variable independiente, y los efectos de la interacción entre dos o más variables independientes; en este caso, el efecto en la porosidad de la interacción entre la relación a/c y la proporción g/a, de la interacción entre la a/c y el Banco, de la interacción entre proporción g/a y el Banco, o bien, el efecto de la interacción entre las tres variables independientes.

El diseño factorial fue de 4x4x6, que indica que son 3 variables independientes (número de dígitos utilizados para nombrar el experimento), en donde dos de ellas (relación a/c y proporción g/a) tuvieron 4 grados de variación y la tercera (Banco) tuvo 6 grados de variación. De lo anterior se tiene que se formaron 96 grupos que corresponden al número de combinaciones diferentes como resultado de hacer variar las tres variables independientes.

El diseño de las mezclas se hizo utilizando el método de volúmenes absolutos del ACI 211.1, el cual fue modificado ya que en vez de definir el volumen de grava (en base al tamaño máximo de agregado y el módulo de finura de arena) y calcular por diferencia el volumen de arena, se especificaron las proporciones de ambos agregados. El tipo de cemento utilizado fue Portland compuesto (CPC 30) de una marca fabricada en México de distribución internacional. La prueba de porosidad se realizó utilizando cilindros de 3,5 cm por 7,00 cm siguiendo la norma ASTM C 642 (ASTM, 2001). Los especímenes fueron previamente curados por inmersión durante 28 días.

Los métodos estadísticos utilizados fueron: análisis factorial de varianza, análisis de varianza de una vía y análisis de correlación parcial. Se realizaron también pruebas de contrastes entre los factores. Para llevar a cabo los análisis se utilizaron los paquetes estadísticos JMP 6.0 y SPSS 10.0

RESULTADOS

Los agregados utilizados fueron caracterizados a fin de obtener los datos necesarios para realizar el diseño de las mezclas. La tabla 1 muestra las propiedades de las 6 muestras de agregados utilizados.

Tabla 1. Caracterización de los agregados utilizados.

Las figuras 2 y 3 muestran las granulometrías de las gravas y arenas utilizadas. En ellas se observan las deficiencias que presentan algunos de los agregados. Se obtuvieron también las curvas granulométricas que combinan la grava y la arena, para las cuatro proporciones g/a; la figura 4 presenta como ejemplo las que corresponden a la relación a/c de 0,40 y el Banco C.

Figura 2. Granulometría de la grava para los seis bancos.

Figura 3. Granulometría de la arena para los seis bancos.

Figura 4. Granulometría de las cuatro proporciones g/a (ejemplificado para el Banco C y la relación a/c de 0,40).

Considerando los resultados de la porosidad obtenidos de las 96 mezclas de concreto, se obtuvo una media de 19,95% y una desviación estándar de 1,51%. La figura 5 muestra el histograma de frecuencias obtenido para esta variable.

Figura 5. Histograma de frecuencias de la porosidad.

La tabla 2 presenta los valores de la variable dependiente obtenidos; las cantidades que aparecen en las celdas de la matriz representan la porosidad medida en la probeta que corresponde a la combinación de los tres factores manipulados.

Tabla 2. Diseño factorial del experimento de 4x4x6 y resultados de la porosidad (en %).

Efectos principales:

- Variación de la porosidad de los concretos según la a/c.

Se clasificaron los concretos según la a/c y se calcularon los parámetros de tendencia central y dispersión de la porosidad para cada grupo. En la tabla 3 se presentan las medias y desviaciones estándar obtenidas para cada uno de los cuatro niveles que se asignó a la variable a/c. La figura 6 muestra la representación gráfica de la media y del intervalo de valores tomados por la porosidad (95% de confianza) para los diferentes valores de la relación a/c, haciendo uso de un diagrama de barras de error.

Figura 6. Gráfico de barras de error de la porosidad para los diferentes valores de la relación a/c.

Tabla 3. Media y desviación estándar de la porosidad (%) para cada relación a/c.

- Variación de la porosidad de los concretos según la proporción g/a.

Se clasificaron los concretos de acuerdo a la proporción g/ a, y se calcularon los parámetros de tendencia central y dispersión de la porosidad para cada grupo. La tabla 4 muestra las medias y desviaciones estándar obtenidas para cada uno de los cuatro niveles que se asignó a la variable proporción g/a. La figura 7 muestra la representación gráfica de la media y del intervalo de valores tomados por la porosidad (95% de confianza) para los diferentes valores de la proporción g/a.

Tabla 4. Media y desviación estándar de la porosidad (%) para cada proporción g/a.

Figura 7. Gráfico de barras de error de la porosidad para los diferentes valores de proporción g/a.

- Variación de la porosidad de los concretos de acuerdo al Banco.

De la misma forma, se clasificaron los concretos según el Banco y se calcularon los parámetros de tendencia central y dispersión de la porosidad para cada grupo. La tabla 5 presenta las medias y desviaciones estándar obtenidas para cada una de las seis modalidades en las que se hizo variar el Banco. La figura 8 muestra la representación gráfica de la media y del intervalo de valores tomados por la porosidad (95% de confianza) para las diferentes modalidades del Banco.

Tabla 5. Media y desviación estándar de la porosidad (%) para cada Banco.

Figura 8. Gráfico de barras de error de la porosidad para las diferentes modalidades de la variable Banco.

Efectos de interacción

Se realizó un análisis factorial de varianza planteando un modelo con una variable dependiente numérica medida en una escala de intervalo; el modelo planteó la hipótesis de que la porosidad está influenciada por tres factores: relación a/c, proporción g/a y Banco.

En la tabla 6 se presenta el resultado de la prueba de efectos realizada con el paquete estadístico JMP. El resultado muestra que la hipótesis de que las medias de la porosidad sean significativamente diferentes (H1), para los diferentes niveles de los factores, se cumple para los factores relación a/c y Banco (con significancia menor a 0,001); también se cumple para la interacción de la relación a/c y el Banco (con significancia de 0,0049), y es marginalmente significativa para la interacción entre la relación a/c y la proporción g/a (con significancia de 0,0576). Se puede observar que mientras mayor sea el valor de F (razón de Fisher-Snedecor), es menor el nivel de significancia y por lo tanto es más probable que sea cierta la H1. De acuerdo a este análisis, la variable proporción g/a no mostró tener efecto en la porosidad; sin embargo pudiera tener efecto de manera interactiva con la relación a/c.

Tabla 6. Prueba de efectos de los factores en la porosidad.

Los resultados anteriores indican la influencia significativa de la relación a/c y del Banco sobre la porosidad del concreto, pero no nos permiten conocer cuál o cuáles de los niveles o modalidades de dichos factores son los que hacen que las diferencias sean significativas y en qué medida.

Para buscar información sobre lo anterior, se realizó una prueba de contraste a priori (Visauta, 1999) denominada gráfica de perfiles. Esta gráfica permite visualizar la interacción entre los factores, así como la tendencia de los valores medios en la porosidad para los distintos valores de la relación a/c y el Banco. Se utilizó el programa SPSS.

La figura 9 presenta la gráfica de perfiles de la porosidad con relación a la relación a/c; el cruce de los perfiles denota los niveles de la relación a/c, para los cuales la porosidad no fue significativamente diferente.

Figura 9. Gráfica de perfiles de la porosidad (%) respecto a la relación a/c.

La figura 10 presenta la gráfica de perfiles de la porosidad con relación al Banco; de la misma forma, el cruce de algunos perfiles indica aquellas modalidades del Banco en las que las medias de las porosidades no fueron significativamente diferentes.

Figura 10. Gráfica de perfiles de la porosidad (%) respecto al Banco.

También se probó cuáles de los niveles o modalidades de los factores son los que hacen que las diferencias sean significativas, con una prueba a posteriori (Visauta, 1999). Se realizó la prueba post hoc de Sheffé utilizando el paquete estadístico SPSS. Esta prueba de comparación múltiple se muestra en la tabla 7 y confirmó lo observado en la gráfica de perfiles. Para la variable relación a/c: la media de la porosidad del grupo de 0,40 fue diferente a la de los gruposde 0,60 y 0,70; la media del grupo de 0,50 fue diferente a la media del grupo de 0,70; la media del grupo de 0,60 fue diferente a la del grupo de 0,40; y la media del grupo de 0,70 fue diferente a las medias de los grupos de 0,40 y 0,50. Todas las comparaciones anteriores se hicieron en base a un nivel de significancia menor o igual a 5%.

Tabla 7. Comparación a posteriori de Scheffé para la porosidad con respecto a la relación a/c.

Mientras que en la tabla 8 se aprecia que esta misma prueba de comparación múltiple dio como resultado que la media de la porosidad de los concretos del Banco A fue diferentea las de los Bancos B, C, E y F; la media de los concretos del Banco B fue diferente a la de los Bancos A, D, E y F; la media de los concretos preparados con el Banco C fue diferente a las de los Bancos A, D, E y F; la media de los concretos del Banco D fue diferente a las de B, C y F; la media de los concreto del Banco E fue diferente a la de los concretos de los Bancos A, B, C y F; la media de los concreto del Banco F fue diferente a la de todos los demás concretos. Todas las comparaciones anteriores se hicieron en base a un nivel de significancia menor o igual a 5%.

Tabla 8. Comparación a posteriori de Scheffé para la porosidad con respecto al Banco.

Para la interacción entre la a/c y el Banco, la tabla 9 muestra para cuáles combinaciones se encontraron diferencias significativas para las medias de la porosidad de los concretos respectivos, para un nivel de significancia igual o menor a 5%.

Tabla 9. Concretos cuyas medias de porosidad presentaron diferencias significativas para la interacción entre la relación a/c y el Banco.

Influencia de la cantidad de agua de mezclado

La investigación fue concebida con la intención de utilizar la misma cantidad de agua para todos los concretos; la cantidad definida, después de realizar mezclas de prueba con varios de los agregados utilizados, fue de 215kg/m³, buscando obtener un revenimiento de 10 cm con una tolerancia de ±2,5 cm. Sin embargo, para 4 de los 6 tipos de agregados utilizados fue necesario modificar el diseño de las mezclas aumentando el agua efectiva para lograr que los componentes pudieran ser mezclados uniformemente y que la mezcla tuviera la plasticidad necesaria para poder moldear los especímenes. La tabla 10 presenta las cantidades de agua efectiva de mezclado utilizadas para los concretos de cada Banco. Se puede notar que 2 bancos requirieron cantidades de agua bastante altas, mismas que fueron necesarias para poder mezclar las mezclas más críticas, que fueron las de más baja relación a/c y menor proporción g/a, es decir aquellas con mayor cantidad de partículas finas.

Tabla 10. Agua efectiva de mezclado por Banco.

La cantidad de agua no se incluyó como variable independiente en el análisis factorial debido a que carece de niveles de variación y por tanto de grados de libertad, dentro de cada Banco; y a pesar de que sí varió con respecto a la relación a/c, lo hizo paralelamente con la variable Banco, por lo que es de esperarse que su efecto se sobreponga y no sea observable en un análisis factorial.

Se utilizó, por tanto, para observar su influencia en la porosidad, un análisis de varianza de una vía. El resultado mostró diferencias significativas (con significancia menor a 0,0001) entre las medias de las porosidades de los grupos de concretos discriminados según su cantidad de agua. La figura 11 muestra la representación gráfica de la media y del intervalo de valores tomados por la porosidad (95% deconfianza) para los diferentes valores de la cantidad de agua. Se realizó la prueba post hoc de Sheffé y se obtuvo que los concretos con 215 y 225 kg/m³ tuvieron una porosidad significativamente menor a los concretos con 240 y 250 kg/ cm³ (con niveles de significancia iguales o menores a 0,001).

Figura 11. Gráfico de barras de error de la porosidad para los diferentes valores de agua de mezclado (kg/m³).

Para verificar si la cantidad de agua estaba manifestando únicamente el efecto de la relación a/c, en vez de ser una variable con influencia propia en la porosidad, se realizó, con el programa SPSS, la prueba de correlación parcial entre la porosidad y la cantidad de agua, teniendo como variable de control la relación a/c; es decir considerando sólo las variaciones de la porosidad cuando la a/c es constante. El resultado fue que el coeficiente de correlación entre la porosidad y la cantidad de agua se incrementó de 0,59 a 0,68, lo cual significa que la fuerza de la regresión fue mayor cuando la variable relación a/c se mantuvo sin variación, por lo tanto la cantidad de agua tuvo una influencia real en la porosidad del concreto.

DISCUSIÓN

Del análisis factorial se obtuvo que la relación a/c y el Banco fueron factores que provocaron diferencias significativas en la porosidad de los concreto; además se obtuvo que la proporción g/a no provocó diferencia en la porosidad.

Los resultados experimentales mostraron que las medias de las porosidades fueron significativamente diferentes entre concretos cuyas relaciones a/c tuvieron una diferencia mayor a 0,10 (tabla 7). Lo anterior dejó de manifiesto que, aunque la relación a/c sí fue un factor que influye en la variable dependiente estudiada, su efecto puede no observarse entre concretos en los que se esperarían diferencias significativas en sus propiedades, como serían aquellos con las relaciones a/c de 0,40 y 0,50, por ejemplo.

El factor Banco de agregados no mostró en todos los casos que las variaciones en las porosidades de los concretos puedan ser explicadas en base a las diferencias de las propiedades físicas de los agregados (tabla 8). Los resultados de la interacción entre la relación a/c y el Banco (tabla 9), no mostraron algún patrón consistente, de tal manera que se pudiera definir el comportamiento físico, en base al análisis estadístico; más bien se observó un comportamiento aleatorio.

Por otra parte, el análisis de la cantidad de agua de mezclado confirmó que éste es un factor significativo en la porosidad del concreto; cuando se utilizó 225 kg/m3 o menos la media de la porosidad fue inferior a 20%, mientras que cuando se utilizó una cantidad mayor de agua, la media de la porosidad fue superior al 21% (figura 11). Cuando estadísticamente se encontraron diferencias en las porosidades al variar la cantidad de agua, la diferencia en la porosidad de los concretos no es suficientemente grande en términos de la calidad del material.

Por otra parte, el Manual de Inspección, Evaluación y Diagnóstico de Corrosión en Estructuras de Hormigón Armado de la Red Durar (Durar, 1998) establece un criterio de 10% a 15% de porosidad en el concreto para ser considerado como un concreto de calidad media. Sin embargo, es evidente que la porosidad de los concretos de este estudio es mayor que el valor máximo aceptado, aún para el caso de concretos de baja relación a/c. Sin embargo, se han podido obtener concretos de una calidad y durabilidad buena con este tipo de agregados y estos niveles de porosidad en el concreto. Como evidencia se tiene el buen desempeño del muelle de Progreso, con más de 65 años de edad, cuyo concreto tiene una porosidad promedio de 22% (Castro et al., 2002); y de edificios escolares con 25 años de edad con porosidades promedio de 23% (Moreno et al., 2002 y 2006). Además se han realizado pruebas aceleradas de carbonatación en laboratorio en concretos con porosidad promedio de 24% en los cuales se obtuvieron bajos coeficientes de carbonatación (Moreno et al., 2004). En todos estos casos, la alta porosidad del concreto se debió a la alta absorción de este tipo de agregado pétreo.

Tradicionalmente, la aportación del agregado no es considerada en el cálculo de la porosidad del concreto cuando el agregado es de baja absorción. Para poder incluirla se tendría que modificar la ecuación de la porosidad (P) antes presentada, adicionando la absorción de los agregados (Abf y Abg), quedando como se presenta en la ecuación 2.

La tabla 11 muestra la porosidad media medida por cada Banco, así como las porosidades calculadas sin tomar en cuenta la absorción de los agregados (P) y tomándola en cuenta (P_m), según las ecuaciones 1 y 2, respectivamente. Debido a que no se midieron en laboratorio los porcentajes de hidratación y de aire de las mezclas, se consideraron valores típicos del 85% y 3% respectivamente, para todas ellas; los mismos que corresponden a los promedios obtenidos anteriormente con este tipo de agregado (Cob, 2004). Es evidente como la P_m calculada es muy parecida a la porosidad medida, apoyando de esta manera la necesidad de tomar en cuenta la absorción del agregado pétreo en el modelo utilizado para estimar la porosidad del concreto.

Tabla 11. Porosidad media (%) medida y calculada para cada Banco.

La alta absorción de los agregados estudiados no permite observar claramente el cambio en la porosidad de la pasta al hacer variar la relación a/c; por lo tanto, una mejor opción para determinar la calidad del concreto en términos de su durabilidad podría ser medir la permeabilidad del material, ya sea en forma directa o indirectamente a través la medición de otra propiedad en la que sea determinante el proceso de difusión de algún agente externo.

CONCLUSIONES

La relación agua/cemento fue un factor que influyó en la porosidad del concreto, sin embargo, resultó ser poco sensible ya que entre concretos con relaciones a/c de 0,40 y 0,70 únicamente se obtuvo una diferencia del 10% en la porosidad.

Aun cuando estadísticamente la variable Banco mostró ser un factor que influyó en la porosidad del concreto, la forma en la que los valores de la porosidad se ordenan no puede ser atribuible a alguna o algunas de las propiedades físicas medidas en los agregados.

La cantidad de agua de la mezcla fue un factor que influyó en la porosidad del concreto de manera independiente a la relación a/c.

Para los agregados de alta absorción estudiados, la utilización de un modelo que estime la porosidad del concreto debería considerar la absorción de los agregados como variable.

El criterio de la porosidad como un indicativo de la calidad del concreto no resultó ser adecuado para agregados de alta absorción.

La alta absorción de los agregados estudiados no permite observar el cambio en la porosidad de la pasta al hacer variar la relación a/c.

AGRADECIMIENTOS

Los autores reconocen al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por el financiamiento otorgado para la realización del presente trabajo (Proyecto 34428-U); y agradecen al personal del Laboratorio de Estructuras y Materiales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán su colaboración en la ejecución de las pruebas. Las opiniones expresadas en este documento son de los autores y no necesariamente de las instituciones participantes.

REFERENCIAS

1. APORTELA L. (2002). Determinación de la factibilidad técnica de la utilización de ceniza del Volcán Popocatepetl como material cementante en el concreto. Tesis de Maestría. Universidad Autónoma de Yucatán (México).        [ Links ]

2. ASTM (2001). ASTM Book of Standards Volume 04.02: Construction: Concrete and Aggregates. U.S.A.        [ Links ]

3. CASTRO P., TROCONIS O., MORENO E., TORRES A., MARTÍNEZ M., AND KNUDSEN A. (2002). Performance of a 60-year-old concrete pier with stainless steel reinforcement, Materials Performance, 41 (10); 50-55.        [ Links ]

4. COB E. (2004). Efectos de la carbonatación en concretos con agregado calizo. Tesis de Maestría. Universidad Autónoma de Yucatán (México).        [ Links ]

5. CHUC N. (2005). Estudio de un aditivo reductor de agua aplicado al concreto en clima cálido subhúmedo con agregados calizos de la Península de Yucatán. Tesis de Maestría. Universidad Autónoma de Yucatán (México).        [ Links ]

6. DURAR (1998). Manual para la inspección, evaluación y diagnóstico de la corrosión en estructuras de concreto reforzado, CYTED, Maracaibo, Venezuela.        [ Links ]

7. KUEHL R. (2000). Diseño de Experimentos: Principios Estadísticos de Diseño y Análisis de Investigación, 2ª edición. Thomson Learning, México, D.F.        [ Links ]

8. MEHTA K. Y MONTEIRO P. (1998). Concreto: Estructura, Propiedades y Materiales, 1ª edición. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto A.C., México, D.F., pp. 33- 40.        [ Links ]

9. MORENO E., CASTRO P., Y LEAL J. (2002). Carbonation-induced corrosion of urban concrete buildings in Yucatan, Mexico, NACE Corrosion/2002, Paper 02220.        [ Links ]

10. MORENO E., COB E., Y CASTRO-BORGES P. (2004). Corrosion rates from carbonated concrete specimens, NACE Corrosion/ 2004, Paper 04439.        [ Links ]

11. MORENO E., SOLÍS R., Y LÓPEZ-SALAZAR L. (2006). Carbonationinduced corrosion in urban concrete structures, Materials Performance, 45 (5); pp. 56-60.        [ Links ]

12. NEVILLE A. (1999). Tecnología del Concreto, 1ª edición. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto A.C., México, D.F., pp. 185-200.        [ Links ]

13. NEVILLE A. Y BROOKS J. (1998). Tecnología del Concreto, 1ª edición. Editorial Trillas, México, D.F., pp. 81-90.        [ Links ]

14. PACHECO J. Y ALONZO L. (2003). Caracterización del material calizo de la Formación Carrillo Puerto en Yucatán. Ingeniería Revista Académica de la Facultad de Ingeniería Universidad Autónoma de Yucatán, 7 (1); 15.        [ Links ]

15. SOLÍS R. Y BAEZA J. (2003). Influencia de las propiedades físicas de los agregados en la técnica de pulso ultrasónico para predecir la resistencia a la compresión del concreto. Rev. Tec. Ing. Univ. Zulia, 26 (1); 45-55.        [ Links ]

16. SOLÍS R. Y MORENO E. (2005). Influencia del curado húmedo en la resistencia a compresión del concreto en clima cálido húmedo. Ingeniería Revista Académica de la Facultad de Ingeniería Universidad Autónoma de Yucatán, 9 (3); 5.        [ Links ]

17. VISAUTA B. (1999). Análisis estadístico con SPSS para Windows: Volumen II Estadística Multivariante. McGraw-Hill Interamericana Editores S.A. de C.V., México, D.F., pp. 15-27.        [ Links ]

18. POPOVICS S. (1992). Concrete Materials: properties, specifications and testing. Second Edition. Noyes Publications (New Jersey). 68        [ Links ]