Por Don Greive, PE y David Buzzelli

Introducción

El cemento tipo IL, también conocido comúnmente como cemento de piedra caliza Portland (PLC), está en proceso de reemplazar el cemento tipo I/II en EE.UU. Un producto cementoso con más de dos décadas de experiencia en Canadá y partes de Europa, el mercado estadounidense lo ha experimentado recientemente en los últimos dos años. Los mercados locales o regionales han comenzado la transición de forma incremental en función de una variedad de factores y, cuando los mercados aún no se han comprometido por completo, el momento de la transición depende de su ubicación en EE.UU. Por ejemplo, en Texas, el cemento Tipo IL ha sido común en el área de Dallas/Fort Worth en los últimos años, se está usando cada vez más en el área de Austin/San Antonio en este momento, y no se ha utilizado mucho en el área de Houston (actualmente hay dos proveedores). La Asociación de Cemento Portland tiene un sitio web dedicado a este producto, https://www.greenercement.com, donde está disponible su información técnica y de concientización, incluidas las especificaciones. Se mantiene un mapa en tiempo real de la transición con los proveedores en los mercados disponibles identificados. En los casos en los que aún no se ha confirmado la disponibilidad, los proveedores han indicado que llegará, pero no están seguros del momento.

El cemento tipo IL se considera un material cementoso mezclado que consiste en cemento Portland tipo I mezclado con piedra caliza molida finamente. La transición al cemento tipo IL se comercializa principalmente como un método para reducir las emisiones de CO2 y el último esfuerzo de la industria del cemento para cumplir con la iniciativa de cero emisiones netas de carbono establecida para 2035. La fabricación de cemento sigue siendo uno de los principales contribuyentes a las emisiones de CO2, representando aproximadamente el 5% del total de las emisiones mundiales de CO2 cada año (1.5% en el mercado estadounidense). Las emisiones de CO2 en la producción de cemento provienen del proceso de clínker, en el que los trozos de piedra caliza se refinan y purifican mediante un calor intenso. La combinación de la generación de calor y la liberación de CO2 atrapado en la piedra caliza genera una alta tasa de emisión. Si bien el mercado estadounidense tiene plantas más modernas con operaciones más limpias y tecnología de captura, sigue siendo un problema importante a nivel mundial. Con el cemento tipo IL, la cantidad de clínker producido para el cemento se reduce agregando entre un 8% y 15% de piedra caliza triturada para producir el cemento mezclado. Los productores de cemento han estimado que la producción de cemento Tipo IL en lugar de I/II reducirá las emisiones de CO2 entre un 8 y 10%. Otros beneficios potenciales incluyen una posible disminución en el costo, ya que el clínker es caro y la piedra caliza es más barata. Además, la disponibilidad de cemento puede mejorar ligeramente debido al aumento de la producción de cemento por cantidad de clínker.

Sin embargo, la transición al cemento tipo IL no ha sido perfecta. Algunos problemas asociados con el cemento tipo IL han dado lugar a que varias organizaciones discutan el cemento. La Sociedad Americana de Contratistas de Concreto (ASCC, por sus siglas en inglés) ha realizado encuestas para ver qué impactos estaba teniendo el uso del cemento Tipo IL. Alrededor de la mitad de los encuestados informaron problemas con el uso de cemento tipo IL, pero la mitad también informó que no tuvo problemas.

Cuestiones

La encuesta de la ASCC indica que no todo el mundo está viendo problemas con los diseños de mezclas que utilizan cemento Tipo IL. Hay muchas razones por las que esto puede estar sucediendo. Existen diferencias en los cementos Tipo IL que producen los distintos fabricantes, incluida la cantidad de piedra caliza y la finura de la piedra caliza. Además, hay variaciones en los agregados en todo el país y, por lo tanto, la interacción entre los agregados y los cementos será diferente. Además, las diferencias en el uso de aditivos y materiales cementantes suplementarios (SCM) también pueden afectar el rendimiento de las mezclas. 

Como el cemento tipo IL es relativamente nuevo y acaba de introducirse en algunos mercados, existe confusión sobre el impacto del cemento y lo que (si es que hay algo) debe cambiar. Una empresa que fabrica cemento y opera plantas de concreto premezclado ha enviado una carta señalando las mejoras ambientales resultantes del cemento Tipo IL como la razón principal del cambio. También ha indicado que el cambio al Tipo IL en un mercado en particular ocurriría en algún momento desconocido en el futuro y que el cambio sería tan simple como una sustitución libra por libra del Tipo IL por cementos Tipo I/II en mezclas de concreto existentes sin un cambio en el número de mezclas. Vale la pena señalar que el mercado estadounidense cambió del cemento Tipo I y un cemento Tipo II separado (hidratación a baja temperatura) a la variedad Tipo I/II con muy poco conocimiento de la industria. Hubo una variedad de factores para esto, incluidos los cambios en las especificaciones de ASTM, la evolución del producto del rendimiento del Tipo II y la disminución de la disponibilidad del producto.

El cambio es común e inevitable en cualquier industria, y el cemento no es diferente. Históricamente basado en tipos de cemento puro o verdadero, la introducción de productos de material de desecho suplementarios con capacidad de hidratación inició las migraciones. Las últimas influencias en esta evolución son el deseo, y ahora el mandato, de una mayor sostenibilidad y compensación de las emisiones de carbono. Si bien esta es otra fuente de consternación entre algunos cuyo trabajo involucra concreto, el problema relacionado con el cemento tipo IL es el más importante en algún tiempo. Los ingenieros y contratistas de concreto generalmente están de acuerdo en que el cambio en el tipo de cemento debe resultar en nuevas mezclas. Los números de mezcla que hacen referencia al concreto Tipo I, II o I/II deben cambiarse en relación con el uso del Tipo IL para que no haya confusión con respecto al tipo de cemento utilizado. Aunque es posible que las plantas de concreto no tengan la opción, no deben permitir que se produzca un cambio en los tipos de cemento sin previo aviso a todos los involucrados en el proyecto. 

Con diferentes tipos de cemento, las mezclas de concreto no son las mismas. Por lo tanto, los datos históricos de las mezclas con cemento Tipo I/II no se pueden utilizar para el cemento IL. Los lotes de prueba deben ser necesarios para las mezclas con cemento tipo IL en las que no hay datos históricos. Esto no sería diferente a un cambio en los agregados. Por ejemplo, la mayoría de los ingenieros y contratistas de concreto esperarían un número de mezcla diferente si todo en dos mezclas es idéntico, excepto que uno usa piedra caliza para agregados gruesos y el otro usa roca de río. Estas notificaciones de cambio deberían incitar a los productores y contratistas de concreto premezclado a realizar pruebas con estas mezclas para comprender el comportamiento de manera más completa.

La resistencia no es el único requisito para el concreto. Por ejemplo, en el proyecto típico de oficina/almacén de tilt-up, los desarrolladores buscan una apariencia consistente en todas las secciones interiores de la losa. Muchos desarrolladores insistirán en usar un solo diseño de mezcla para todas las losas interiores. Por lo tanto, un cambio en el tipo de cemento debe considerarse un cambio.

En algunas áreas geográficas, se han observado diferencias en la resistencia a la compresión con la entrega de mezclas de tipo IL. Esto ha sido en la ganancia de resistencia o madurez después de la colocación, así como en la resistencia de 28 días. En la construcción de tilt-up, la tasa de ganancia de resistencia inicial puede afectar el momento del montaje del panel. Se ha observado una ganancia de resistencia más lenta en algunos proyectos. De hecho, en un proyecto, el contratista optó por probar los núcleos de algunos paneles para determinar si podían levantar los paneles después de que las pruebas de los cilindros no dieran resultados de resistencia adecuados. En algunos proyectos, los resultados de las pruebas de compresión de 28 días han sido inferiores a los de las mezclas con cemento Tipo I/II. Esto reitera la necesidad de lotes de prueba si no existen datos históricos para mezclas con cemento Tipo IL. Para demostrar las diferencias posibles en la resistencia a la compresión en el mercado de Houston, un diseño de mezcla de una planta de concreto tenía exactamente las mismas proporciones de cemento, agua y agregado para dos mezclas diferentes: una con Tipo I/II y otra con Tipo IL. Sin embargo, la resistencia a la compresión indicada para la mezcla Tipo I/II fue de 3.500 psi y de 3.000 psi para la mezcla Tipo IL. El peso era idéntico, los pesos individuales de los constituyentes eran idénticos, los aditivos eran idénticos y los tipos de agregados eran idénticos. La única variación era el tipo de cemento real.

Se deben considerar pruebas adicionales de mezclas de concreto con cemento Tipo IL, especialmente para la construcción de concreto de tilt-up. Dado que la mayoría de los ingenieros de levantamiento y arriostramiento especifican un módulo mínimo de ruptura, según lo determinado por la prueba de viga estándar ASTM C78 para la resistencia a la flexión del concreto, para levantar paneles, se deben realizar pruebas de flexión para nuevas mezclas con cemento Tipo IL. Dado que hay aún menos datos para documentar la relación entre la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión con el cemento Tipo IL, se recomienda realizar pruebas de flexión del concreto para ayudar a identificar los momentos apropiados para levantar los paneles. Ocasionalmente, el equipo de construcción plantea preocupaciones con respecto a los costos de realizar pruebas de flexión adecuadas. Sin embargo, en comparación con los retrasos u otros problemas asociados con el levantamiento de paneles debido a las diferencias de rendimiento debido al cambio en el cemento, los costos de prueba son mínimos.

Al menos un fabricante de cemento ha indicado que el cemento tipo IL provoca un aumento de la demanda de agua. Como tal, eso indicaría que se requeriría más cemento para obtener la misma resistencia que el concreto con cemento Tipo I/II. Una vez más, esto contradice la afirmación de que el cemento Tipo IL puede ser sustituido libra por libra por cemento Tipo I/II.

Además de los problemas de resistencia y humedad, algunos contratistas de concreto están teniendo problemas con la colocación. La encuesta de ASCC informó que los encuestados tenían proyectos con tiempos de configuración más rápidos y más lentos. Algunos contratistas han informado de problemas en la tasa de evaporación, lo que ha provocado un mayor uso de retardadores evaporativos.

Ha habido informes de reducciones en el agua de purga con ciertos cementos Tipo IL. Esto puede estar relacionado con la finura de la piedra caliza en el cemento Tipo IL, que varía entre fabricantes. La falta de agua de purga puede hacer que el agua quede atrapada justo debajo de la superficie superior del concreto, lo que podría causar ampollas. También complica el tiempo de las operaciones de acabado, ya que los acabadores normalmente utilizan agua de purga para cronometrar sus operaciones de acabado.

En el centro de Texas, ha habido informes de un aumento de las tensiones de curvatura con el uso de cemento IL. El detalle más común en las juntas de construcción de losas a nivel es el detalle híbrido, que alterna barras y espigas de placa deformadas. Como resultado del aumento de las tensiones de curvatura, en algunos proyectos se ha considerado la posibilidad de reducir el espacio entre las espigas y/o aumentar el tamaño de las espigas.

Con los diversos problemas asociados con la resistencia y la colocación, los diseños de mezclas que utilizan cemento IL pueden necesitar considerar las diferencias en los aditivos y SCM. Los diseños de mezclas actuales suelen incluir una nota que indica que, debido a problemas de suministro, el proveedor de concreto puede cambiar de proveedor de cemento en cualquier momento. Con las variaciones en el cemento IL entre proveedores, esto se convierte en un problema mayor en la forma en que un cambio en el proveedor puede afectar la resistencia y la ubicación de una mezcla, ya que un contratista de concreto puede tener problemas totalmente diferentes con el mismo número de diseño de mezcla de un proveedor si hay diferentes proveedores de cemento. Los cambios en los proveedores de cemento no deben ocurrir sin que todas las partes sean notificadas del cambio.

¿A dónde vamos?

A menudo, con el concreto, la resistencia a la compresión de 28 días es el único elemento que todo el mundo tiene en cuenta con respecto a la aceptación del concreto. Sin embargo, hay muchos otros factores. Por ejemplo, en climas cálidos, los proveedores de concreto proporcionarán cartas que garanticen la resistencia del concreto en un rango de temperatura elevado. Sin embargo, esto no tiene en cuenta otros factores asociados con la colocación, como la mayor probabilidad de agrietamiento por contracción con temperaturas elevadas. Una resistencia equivalente no siempre significa un rendimiento equivalente. Incluso si las propiedades endurecidas son las mismas, las propiedades plásticas pueden no serlo. El éxito debe tener en cuenta las inquietudes de colocación, así como la fortaleza.

Con la introducción del cemento tipo IL en los mercados, hay un proceso de aprendizaje para todos. Todo el mundo reconoce el beneficio ambiental de usar cemento tipo IL y entiende que no desaparecerá. Como tal, todos deben reconocer las diferencias potenciales entre los cementos Tipo IL y Tipo I/II y estar dispuestos a hacer cambios. Se necesitan nuevos diseños de mezclas, ya que no es realista sustituir libra por libra el cemento IL por cemento Tipo I/II sin implicaciones. Además, los números de diseño de la mezcla deben cambiar con los diferentes fabricantes de cemento. Es posible que sea necesario ajustar los detalles estándar. Es posible que sea necesario modificar los procedimientos de acabado. Se necesita cooperación entre los fabricantes de cemento, las plantas de concreto, los contratistas generales, los contratistas de concreto y los profesionales del diseño para que la transición sea lo más fluida posible.

En Texas, los contratistas de concreto se han ofrecido a verter losas de prueba con cemento IL. Esto permite a los contratistas de concreto conocer las diferencias en el trabajo con cemento Tipo IL. Además, esto proporciona oportunidades adicionales para probar el concreto a diferentes edades para observar si hay diferencias en las tasas de aumento de resistencia. Con la construcción tilt-up, el levantamiento de los paneles es una parte clave del programa de construcción. Dado que la mayoría de los ingenieros de levantamiento y arriostramiento requieren un cierto módulo de ruptura del concreto, se deben realizar pruebas de flexión para nuevas mezclas de concreto con cemento IL. Además, puede ayudar a los proveedores de concreto (y contratistas de concreto) a comprender cómo los cambios en los aditivos y los materiales cementosos suplementarios (SCM) pueden beneficiar los diseños de mezclas.

Conclusión 

El cemento tipo IL ha llegado para quedarse. Por lo tanto, para aceptar el cambio existente o inevitable, es primordial que todos desarrollen una comprensión de estas diferencias entre las mezclas con cemento Tipo IL versus cemento Tipo I/II. Estas diferencias pueden ser regionales, relacionadas con diferentes entornos o procedimientos estándar, o relacionadas con diferencias entre los cementos Tipo IL fabricados por los diferentes proveedores. Una posición que pretenda que todo es igual, o que asuma que concreto es concreto, solo conducirá a la solución de los problemas resultantes debido a estas diferencias inherentes y detectables. La experiencia y el trabajo conjunto de todas las partes conducirán a proyectos exitosos.

Si bien el uso de cemento tipo IL ha traído algunos desafíos, también brinda algunas oportunidades. El impacto ambiental es obviamente una ventaja. Además, el cemento tipo IL proporciona un recordatorio de que la resistencia no es la única cualidad que importa con el concreto. Las propiedades plásticas del concreto son tan importantes como las propiedades endurecidas, ya que el concreto formulado para alcanzar su requisito de resistencia puede no ser adecuado si la colocación y el acabado no se pueden lograr para que el concreto pueda cumplir con su propósito previsto. Al trabajar juntas, todas las partes pueden aprovechar esta oportunidad para utilizar el concreto aprovechando al máximo las propiedades plásticas y de endurecimiento, lo que da como resultado proyectos exitosos y reduce las emisiones de CO2.

Sobre los autores:

Don Greive es director ejecutivo de Pinnacle Structural Engineers de Houston, Texas. Tiene una licenciatura en Ingeniería Civil (Opción de Estructuras) de la Universidad de Rice, una maestría en Ingeniería Civil (Ingeniería Estructural/Mecánica Estructural) de la Universidad de California – Berkeley y una maestría en Administración de Empresas de la Universidad de Houston – C.T. Bauer College of Business. En la actualidad, Don es miembro de la Junta Directiva de la Tilt-Up Concrete Association. Pinnacle Structural Engineers es una empresa multidisciplinaria que proporciona diseños estructurales integrales y construibles, a la vez que cumple con los requisitos de cronograma para estructuras económicas. Su trabajo de proyectos es diseñado y detallado, teniendo en cuenta las limitaciones arquitectónicas y MEP con total atención a todos y cada uno de los clientes, independientemente del tamaño y el presupuesto del proyecto.

David Buzzelli es vicepresidente de Texas A&M Concrete, LLC en Houston, Texas, y miembro de ACI. Estudió administración de la construcción en San Jacinto College y ha liderado un equipo talentoso de profesionales de la construcción con una base de estimación y administración de proyectos durante las últimas tres décadas. Sirve a la industria en numerosos comités de ACI, incluida la presidencia del subcomité de tilt-up para ACI 117 y el comité de certificación de artesanos. Texas A & M Concrete tiene la capacidad de ofrecer una solución completa llave en mano a los clientes como una de las empresas de construcción de concreto de servicio completo más grandes de Texas con el personal, el equipo y la experiencia para suministrar, formar, colocar y terminar todas las solicitudes de concreto.