La Historia Del Cemento, El Concreto y El Concreto Reforzado

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LA HISTORIA DEL CEMENTO, EL CONCRETO Y EL CONCRETO REFORZADO*

"Contrariamente a la impresión que uno podría llevarse al mirar el ambiente hecho por el hombre en el siglo XX, el concreto es un material de construcción relativamente reciente. Sólo se ha convertido en un material de construcción establecido durante el último siglo. ¿Cómo se desarrolló el concreto?, ¿Qué factores alimentaron su progreso?, y ¿Cuáles fueron algunos de sus puntos cruciales?" Desde la alborada de la historia, el hombre ha buscado materiales para pegar piedras y ladrillos en paredes y fundaciones. Los asirios y babilonios utilizaron materiales bituminosos en sus muros; los egipcios

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Traducción de un artículo del mismo título aparecido en: Civil Engineering de noviembre de 1977, preparada por el estudiante Juan E. Pereira.

utilizaron morteros de cal y yeso en la construcción de la Pirámide de Keops y en otras estructuras. Los morteros romanos han tenido una muy buena reputación debido a la durabilidad de sus estructuras. Los acueductos y el Coliseo lo confirman. Dichos morteros se hacían de cal mezclada con una roca volcánica llamada puzolana, hallada cerca del Monte Vesubio. Esto formaba un material firme, cementante, que endurecía bajo el agua. Los romanos no sabían por qué el mortero de puzolana era superior al de cal, pero desplegaron una gran habilidad en prepararlo y utilizarlo. La marcada duración de estas estructuras se debe en parte a este mortero de cal y sílice y en parte al clima favorable en la zona.

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Número

223

Publicación

795

ORIGENES DEL CEMENTO MODERNO El primer paso para llegar a los morteros de los tiempos modernos fue la manufactura y uso de cales hidráulicas. Durante la reconstrucción del faro de Eddystone en 1756, John Smeaton (1724 - 1792) observó que el mortero de cal ordinaria no se endurecería bajo el agua, por lo que no sería lo suficientemente durable para resistir las olas y descubrió que el mejor mortero provenía de las calizas con el más alto porcentaje de arcilla. Smeaton tuvo así la primera noción de los tiempos modernos acerca de los elementos que incrementan la resistencia de los morteros de cal y le permiten endurecerse bajo el agua. En la historia de la ingeniería civil el faro de Eddystone es un punto decisivo, ya que iluminó el "oscuridad" de cerca de 2.000 años. Es la base sobre la que se ha construido nuestro conocimiento de los morteros hidráulicos.

El siguiente hombre en extender notablemente nuestro conocimiento de los morteros fue el eminente ingeniero francés J. L. Vicat (1786 - 1861). Las calizas que proporcionaban cementos hidráulicos, concluyó Vicat, contenían sílice, alúmina, manganeso, magnesia e hierro, de una quinta a una cuarta parte del total. No podía existir mortero hidráulico sin sílice y toda cal digna de ese nombre contenía algo de arcilla, compuesta por sílice y alúmina. La construcción de canales como el de Erie y otros creó la necesidad de cemento. El primer cemento natural fabricado en los Estados Unidos provenía de una roca de cemento natural descubierta en 1818 cerca a Chittenango, Condado de Madison, Nueva York, por Canvass White, un ingeniero en el Canal de Erie. A principios de la década de 1830 la industria americana de cemento natural estaba en su infancia, los constructores tenían que importar de Inglaterra cemento natural o el nuevo cemento portland. EL NACIMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND El 15 de diciembre de 1824, Joseph Aspdin (1779 - 1855), un albañil inglés, registró una patente para la manufactura de un cemento nuevo y mejorado. Lo llamó cemento "portland" porque su color se parecía al de las piedras de la Isla de Por-

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tland. El promovió la idea y su hijo William Aspdin (1816 1864) se hizo cargo de su fabricación. El cemento portland comenzó a fabricarse en forma en Europa hacia 1850. Su primer uso extensivo fue en la construcción del sistema de alcantarillado de Londres entre 1859 y 1867, un proyecto que incrementó enormemente la popularidad del cemento portland. La fabricación del cemento portland en los Estados Unidos comenzó en la década de 1870. La primera planta exitosa quedaba en Coplay, Pennsylvania, fundada por David O. Saylor en 1871. Su cemento se usó en la construcción de los rompeolas de Eads/Jetties. Los primeros fabricantes americanos tuvieron dificultades debido a la competencia extranjera, pues los ingenieros preferían un cemento con reputación, pero gradualmente el cemento doméstico desarrolló la suya propia. Aunque al comienzo el principal uso del cemento era en morteros para pegar ladrillos y piedras en la construcción de puentes, pilas, contrafuertes, fundaciones y muros, los ingenieros a veces usaban una mezcla de cemento, arena y piedra que los franceses llamaban "béton" y los americanos "concrete".

En la ciudad de Nueva York, Obadiah Parker construyó una casa renacentista griega de concreto en 1835; 21 años más tarde, Horace Greeley, editor del "New York Tribune", construyó un granero de concreto de tres pisos y medio en Chappaqua, Nueva York. Más tarde, convertido en una residencia, este granero ha sido utilizado durante el último siglo. Algunas casas grandes de concreto construidas siguiendo el ejemplo de Greeley, aún sobreviven en Nueva York. Para lograr avanzar en el desarrollo de puentes de concreto, hubo que esperar el advenimiento del concreto reforzado. El episodio más dramático en los anales del concreto ocurrió en el Océano Indico en 1880. Un irlandés, John Kenlon, naufragó en las Islas Crozet cuando un rayo incendió su velero. Como las islas estaban muy lejos de las rutas transitadas y el rescate era improbable, Kenlon buscó la forma de construir una embarcación que lo retornara a la civilización. Entonces recordó una casa de concreto en la que había trabajado cuando era un muchacho. Después de algunos experimentos encontró ciertas rocas, las molió y las quemó para hacer cemento. Construyó una chalupa de concreto de 9,8 m y navegó en ella 1.600 millas (2.575 km) antes de ser rescatado por un barco que pasaba.

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INVENCION DEL CONCRETO REFORZADO A pesar de su valor como material de fundación, el concreto nunca hubiera alcanzado una popularidad muy grande si se hubiera usado solamente para eso. La producción de cemento portland fue 20 veces mayor en la década de 1.900 a 1.909 que durante la década precedente. Este explosivo crecimiento del cemento se debió en gran medida a la invención del concreto reforzado. El año de 1832 marcó el primer intento de usar refuerzo a tracción en concreto o mampostería. Durante la construcción de un túnel bajo el río Támesis en Londres, Sir Marc Brunel (1769 - 1849) construyó un arco experimental de ladrillo y cemento, usando tiras de anillos de hierro y de madera como refuerzo. La idea de usar hierro o acero para resistir la tensión en el concreto no fue producto de un sólo hombre, sino más bien de la época. Aunque Lambot en Francia construyó un bote de remos de concreto reforzado en 1850, la invención del concreto reforzado usualmente se le atribuye a un jardinero parisino, Joseph Monier (1832 - 1906), quien en los sesentas construyó macetas y baldes de concreto y los reforzó con una malla de alambre de hierro.

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La primera construcción de concreto reforzado en América fue una casa en Port Chester, Nueva York, construida en 1875 por W. E. Ward. Las paredes interiores y exteriores, las torres, vigas, pisos y techos fueron construidos en concreto. La parte inferior de las vigas se reforzó con vigas en I de pequeñas dimensiones. En los Estados Unidos el concreto reforzado fue promovido primero en la Costa Pacífica, donde Ernest Ransome (1844 1917) usó en 1875 cable de alambre usado y anillos de hierro como refuerzo. Además en 1884 registró una patente para una barra de refuerzo deformada, de sección cuadrada. Durante la década de 1890, la producción americana de cemento portland había aumentado a un fantástico 38% anual y continuará haciéndolo por otra década a un espectacular ritmo del 25% anual. Hacia 1905 el concreto había sido usado en grandes alcantarillados, tuberías de agua, estanques, depósitos de carbón, presas, chimeneas, graneros, puentes y edificios. El Canal de Panamá usó ocho millones de la capacidad de la industria cementera en el año en que se comenzó; y bajo el Acta de Recuperación de 1902, el U. S. Bureau of Reclamation construyó cientos de presas utilizando millones de barriles de cemento.

EL CONCRETO REFORZADO: UN MATERIAL ESPECTACULAR PARA EDIFICIOS En 1888 Ransome construyó un piso de concreto reforzado en un edificio en Santa Helena, California. Después construyó los pisos de la Academia de Ciencias de California en San Francisco. Luego vino el museo Leland Stanford Jr., de dos pisos, en Palo Alto, California, en donde usó como refuerzo a tensión para el concreto, cable de alambre de desecho proveniente de un tranvía. Este museo sobrevivió al terremoto de 1906 con pocos daños, mientras que unas ampliaciones posteriores de mampostería fueron afectadas gravemente. Lo que impulsó a Ransome a experimentar con refuerzo de cable de acero y anillos de hierro fue el alto costo de las vigas de acero en California, que eran traídas de las lejanas fábricas de acero del este. La ampliación de la fábrica de Borax de Alameda, California, hecha por Ransome en 1889, fue la primera construcción en América de piso nervado, aunque la primera viga con losa hecha con concreto reforzado se utilizó en la construcción de una biblioteca en Amsterdam, Holanda, en 1886. Antes de esto las losas para el piso eran sostenidas por vigas y columnas de hierro o acero. En los comienzos del uso del concreto reforzado, el piso con-

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sistía en una losa apoyada en nervios o vigas, siguiendo el patrón de construcción de los marcos de acero. Francois Hennibique en Francia, vació la losa, las vigas y las columnas en una sola unidad estructural; colocó barras en la parte superior de las vigas, sobre las columnas, para resistir el momento negativo y estribos y barras dobladas cerca de los extremos para resistir la cortante. Este método se implantó en los Estados Unidos y Hennibique fue reconocido como el iniciador de la construcción monolítica. El sistema de losa, viga y nervios reinó hasta 1910. Pero por esta época empezó a construir la losa sin nervios, a veces llamada "losa en hongo" (por la forma de las columnas que la soportan), o simplemente "losa plana". Estas losas se vaciaban íntegramente con la columna, sin vigas ni nervios y la sección alrededor de las columnas es mayor para soportar los grandes momentos negativos que se presentaban allí. Arthur R. Lord fue el primero en usar este ensanchamiento alrededor de las columnas, también llamado panel en "gota". Turner aumentó el tamaño del capital. Las primeras propuestas para hacer columnas en concreto se deben a W. H. Wood, quien en 1862 patentó la idea de llenar con concreto una columna de hierro fundido y a Hyatt, quien en 1878 propuso colocar aros o acero longitudinal. Sin embar-

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go, las columnas de concreto reforzado se usaron muy poco antes de 1900. Los ensayos mostraban que el efecto sobre la resistencia era mayor para el acero en espiral que para la misma cantidad de acero longitudinal. Durante las primeras dos décadas de este siglo, las compañías productoras de acero explotaron la bonanza del concreto lanzado muchos estilos patentados de barras de refuerzo y sistemas de refuerzo prefabricados. Pero hacia 1925 comprendieron la sabiduría de la normalización y adoptaron 11 tamaños estándar de barras de refuerzo, que son los mismos tamaños que se utilizan hoy en día. ARCOS DE CONCRETO PARA PUENTES Y EMBARCACIONES El primer puente de arco de concreto simple en Europa fue el puente del Grand Maitre, construido en 1869 en el Parque Fountaineblue, para sostener el acueducto de las obras hidráulicas de París. El primero en Estados Unidos fue construido en Brooklyn en 1871, con 9,4 m de luz. El primer puente con arcos de concreto se construyó en Copenhague en 1879, tenía 21,9 m de luz, mientras que en Estados Unidos E. L. Ransome construyó uno de 10,7 m de luz en San Francisco en 1889.

Además del notable aumento en número y tamaño de los puentes de concreto reforzado en décadas recientes, los ingenieros le han prestado otra vez más atención, tanto al diseño artístico como al estructural. Una etapa pasajera en el desarrollo del concreto reforzado fue el intento de construir embarcaciones de concreto durante la Primera Guerra Mundial, aunque ya en 1887 se habían construido pequeños botes y planchones de concreto. Para el final de la guerra se llevaba a cabo la construcción de embarcaciones de concreto en 20 astilleros en Gran Bretaña. En Estados Unidos se habían construido pequeñas lanchas para la navegación en agua dulce. La primera embarcación de gran calado que se construyó fue el Faith, de 5.00 toneladas, botado en 1918. El éxito de esta nave incentivó el trabajo posterior. La construcción de embarcaciones de concreto proporcionó mucha información valiosa sobre resistencia al impacto, impermeabilidad y resistencia a cortante de vigas profundas de concreto, reforzadas arriba y abajo. También surgieron los agregados ligeros; en 1918 J. S. Hayde patentó un proceso para producir un agregado ligero de arcilla quemada. Aunque los costos de construcción se redujeron, las embarcaciones de concreto tenían dos defectos inherentes: La fragilidad del casco de

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concreto y la poca capacidad de carga. APARECE EL PAVIMENTO DE CONCRETO El primer pavimento de concreto fue construido en Inverness, Escocia, en 1865. Unos pavimentos construidos en Edimburgo en 1872 todavía se usan hoy en día. En Estados Unidos, el primer pavimento de concreto se colocó en Belfountaine, Ohio, en 1892 y era una faja de 3 m de ancho y 67,1 m de largo, colocada en

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un costado de una plaza pública para cubrir un mar de lodo. El punto decisivo, sin embargo, fue la construcción de una vía de concreto en el Condado de Wayne, Michigan, en 1909. El bajo costo de mantenimiento de este pavimento le dió mucha publicidad favorable, estimulando el desarrollo posterior. La invención de máquinas elaboradas para colocar, nivelar y terminar la superficie del concreto fue un factor importante

en el crecimiento de los pavimentos de concreto. Otros factores de crecimiento fueron: El crecimiento explosivo del automóvil y el perfeccionamiento del diseño científico de pavimentos. El tema de las vías de concreto parece apropiado para cerrar esta breve historia. Aspdin tomó de las vías los materiales brutos para su cemento portland y ahora el cemento portland superando a las vías en cantidades que Aspdin nunca soñó.

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