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Caracterización Reológica de Mezclas de Concreto para Impresión 3D y Normativas

Caracterización Reológica de Mezclas de Concreto para Impresión 3D y Normativas

Un aspecto primordial de la impresión 3D es el material para imprimir y el estudio de las mezclas de concreto para impresión 3D se hace imprescindible para el desarrollo de esta nueva tecnología. Si no se conoce el material para impresión 3D, es poco probable tener éxito en la construcción de un elemento o una vivienda con esta tecnología. Entre todas las propiedades a analizar, destacamos la forma en que se mueve una mezcla, como se desplaza en estado fresco y otras características como el tiempo de endurecimiento. A estas propiedades les denominamos reología de la mezcla.

Para evaluar las propiedades de las mezclas de Impresión 3D, estas se pueden someter a los ensayos convencionales, comúnmente realizados, como: ensayos de consistencia, temperatura, porcentaje de aire, masa unitaria y resistencia a compresión, realizados en base a las Normas Técnicas Guatemaltecas (NTG) de COGUANOR (Comisión Guatemalteca de Normas).

Sin embargo, es muy importante que adicionalmente, se realicen ensayos especiales, como el de resistencia a esfuerzo de corte a través del tiempo, con la finalidad de evaluar la reología de la mezcla. Estos procedimientos se realizan basados en documentos y experiencias obtenidas alrededor del mundo, correspondientes a estudios recientes para caracterizar este tipo de mezclas. Actualmente, no existen normativas específicas para evaluar las características físicas y propiedades mecánicas del material cementante que se utilizará para una impresión 3D.

Conclusión:  Progreso, siendo pionero en la Impresión 3D con concreto en la región, tendrá una participación preponderante en los Comités Técnicos a nivel nacional, regional y mundial, para tratar el tema específico de la caracterización de materiales cementantes para la construcción de edificaciones mediante la manufactura aditiva.

Progreso ha sido invitado a participar en el 1er Taller de Manufactura Avanzada con Concreto en América Latina, en cooperación con el Programa Global de Manufactura Avanzada de ASTM (Sociedad Americana de Ensayos y Materiales por sus siglas en inglés).  Es apenas el primer paso para consolidar el liderazgo que Progreso tiene, también en las normativas para manufactura aditiva.

Referencias.  [1] Maldonado Acevedo, Jorge Miguel: Caracterización Reólogica de Mezclas de Concreto para Impresión 3D. XI – XVII (2023).

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Plinio Estuardo Herrera

Investigación y Desarrollo
Cemento Progreso, S.A.

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Versatilidad en los productos de acabados para la realización de texturas manuales

Aplicación mortero textura Centro Investigación Desarrollo Progreso CDI Guatemala

Versatilidad en los productos de acabados para la realización de texturas manuales

En esta ocasión se presentarán algunos de los pasos para la realización de los acabados más comunes. Para este ejemplo se utilizará el producto Monocapa Liso con una dosificación al 6% de pigmento en polvo de tipo cementicios.

Para realizar las texturas manuales, se deben seguir los siguientes pasos:

  • Se debe preparar la mezcla del mortero (Monocapa Blanco o Textura Proyectable), agregando de forma gradual la cantidad de agua indicada en la bolsa. Lo ideal, es buscar una consistencia un poco más fluida que la consistencia utilizada para un acabado alisado. Como se indicó en artículos anteriores, el pigmento en polvo se debe mezclar en el agua que se utilizará para realizar nuestro mezclado.
  • Luego se debe humedecer abundantemente la superficie. Lo que se busca, es que la superficie posea la cantidad de agua suficiente para mantener el producto en estado fresco, y así, conservar la trabajabilidad en el mortero, lo que también nos permitirá trabajar áreas grandes sin perder su consistencia.

A manera de ejemplo, tomaremos el acabado llamado “Palo viejo” para describir su procedimiento de elaboración:

  • En una superficie previamente emparejada con una base o fondo, unta el producto con una llana metálica. El espesor recomendado de la capa aplicada es de 2 milímetros.
  • Inmediatamente, luego de untar un área suficientemente grande, coloca la llana metálica de forma vertical y realiza un contacto ligero con el material recién aplicado. Desliza la llana hacia abajo buscando un trazo recto y a plomo. Debes repetir este movimiento por todo el material que se ha untado previamente.


Aquí se presentan otros ejemplos:

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Ing. Luis Tórtola

Asesor Técnico I+D Predosificados

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Experiencias en Impresión 3D de Concreto en Guatemala

Solución-habitacional_Impresión-3D-Guatemala_Centro de Investigación y Desarrollo_CID_Cementos-Progreso_LATAM

Experiencias en Impresión 3D de Concreto en Guatemala

La tecnología de manufactura aditiva, o impresión 3D, utilizando materiales cementantes como principal insumo de impresión para construir elementos urbanos o soluciones habitacionales, ha cobrado relevancia en los últimos años. Para Progreso, incursionar en tecnologías o sistemas innovadores y disruptivos no es nada nuevo. Históricamente Progreso se ha distinguido por ser pionera en impulsar tecnologías en la región en diferentes campos. Por más de 120 años, ha aplicado tecnologías de punta en la producción de cemento, cal, concreto, agregados y otros materiales, en general, en soluciones para la industria de la construcción. Por esto mismo, a partir del año 2022, Progreso decidió adquirir una impresora de las dimensiones necesarias para poder imprimir un módulo de vivienda mínimo.

En relación a la impresora 3D de Progreso, es del tipo denominado “Gantry”, de la marca danesa COBOD y es la primera de esta marca operando en Latinoamérica. En general, permite construir objetos de pequeña y gran escala, con la capacidad y el potencial de construir geometrías especiales que no se logran con la colocación convencional de concreto utilizando moldes o formaletas. El área de impresión es de 7.04 m x 7.07 m x 5.62 m con capacidad de colocación hasta 3.6 m³/h; imprimiendo capas de 50 mm x 20 mm, no obstante, puede cambiar dependiente la boquilla que se utilice.

Con relación al material, se utiliza una “tinta” especial, básicamente un concreto de características ideales que permite la colocación de capas horizontales sobrepuestas, de tal manera que se construyen los objetos progresivamente, garantizando, además, buena adherencia e integridad en la construcción del elemento impreso, evitando que las capas colapsen o se deformen.

Dependiendo de la aplicación y el elemento o estructura que se esté imprimiendo, la dosificación puede variar para lograr la geometría deseada, siendo esta parte un requerimiento fundamental del proceso de manufactura. El procedimiento de optimización de la tinta es dinámico y no es extraño que con el tiempo se modifique, esto por la posible inclusión de otros materiales disponibles localmente que pueden ser de bajo costo u otras características congruentes con la construcción sostenible, como reducir la masa unitaria del material, lo que permitiría un manejo más fácil de los elementos de impresión, todo esto congruente con la visión de Progreso de dar pasos firmes hacia la Construcción Sostenible. Algunos de los factores importantes, relacionados a parámetros físicos y reológicos que se han considerado en el diseño de la mezcla son: tiempo de fraguado, consistencia, manejabilidad, tiempo del ciclo en el que se completa una capa, esfuerzo de corte y viscosidad, entre otros. Lo anterior, para lograr que la tinta pueda ser bombeada y que mantenga la forma con poca o nula deformación durante el proceso de extrusión.

Algunas ventajas asociadas al uso de este equipo de impresión, es que este tipo de tecnologías nos permite trabajar con mayor seguridad, generando menos ruido y menos desperdicios, contribuyendo con esto también a la Construcción Sostenible, que como se ha mencionado, es uno de los imperativos de Progreso. Además, su eficiencia es notable, ya que requiere de tres a cuatro personas para colocar 2 toneladas métricas por hora de material, dependiendo de las condiciones de impresión.

Conclusión:

Aunque Progreso ha avanzado en varios aspectos en el ámbito de la impresión 3D, debemos reconocer que esto apenas comienza y que hay mucho camino por delante. Esta solución constructiva está en pleno desarrollo, es una investigación en proceso, que, por supuesto pretende ser competitiva, pero es algo que no se logrará por arte de magia, y como todo lo que tiene que ver con el mundo de la construcción, es un tema que requiere planificación, esfuerzo y, ciertamente, cambiar varios de los paradigmas existentes en la construcción tradicional, para dar paso a la automatización y la industrialización.

¿La tecnología de impresión 3D vino para quedarse? La respuesta puede o no ser sencilla, pero esta pregunta no se puede responder hoy, se responderá a través del tiempo. En cualquier caso, para Progreso, es emocionante y retador lo que viene por delante en este fascinante mundo de la construcción con impresión 3D.

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Ariel Osorio

Asesor Técnico. - Investigación y Desarrollo Concreto

Manuel Ovalle

Analista de Diseño

Plinio Estuardo Herrera

Gerente de Investigación y Desarrollo

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La calorimetría como herramienta para la evaluación del desempeño de cemento

Calorimetría Centro-Investigación-Desarrollo CID Cementos Progreso LATAM

La calorimetría como herramienta para la evaluación del desempeño de cemento

El comportamiento de fraguado y el desarrollo de la resistencia de un sistema cementoso dependen de su cinética de hidratación, que a su vez depende de las propiedades químicas y físicas de los materiales que lo componen. Cuando el cemento se hidrata libera calor, en lo que se conoce como una reacción química exotérmica. El estudio de este intercambio de calor es el concepto base de la calorimetría. Este método puede ser utilizado para evaluar pastas de cemento o mortero, para encontrar correlación con las propiedades finales de la mezcla, como el fraguado del cemento y el desarrollo de resistencia inicial.

La hidratación del cemento es el proceso mediante el cual este material, al mezclarse con el agua, reacciona y empieza a generar enlaces o estructuras cristalinas, que lo convierten en un material aglutinante (Silva, 2022). La fase inicial de hidratación es sumamente importante, ya que determinará las características finales del cemento fraguado. Para estudiar a profundidad las fases tempranas de esta reacción se utiliza la calorimetría. El estudio de liberación de calor también puede aportar información importante sobre la composición de Clinker, arcillas o el efecto de agregados en la mezcla de cemento (Jiménez Carballo, 2013)

Los resultados de la calorimetría generalmente se evalúan gráficamente comparando las diferencias en la respuesta de las pruebas de diferentes mezclas. Por lo general se grafica una mezcla de referencia con un comportamiento estudiado en conjunto con las

muestras que se desean analizar. La calorimetría isotérmica se considera una técnica cuantitativa, por lo que además del análisis cualitativo de las gráficas, se pueden obtener resultados numéricos significativos. Además de la energía cuantificada por el calorímetro, se puede integrar la gráfica para obtener el calor total de la reacción de forma directa (Calmetrix, 2015). Una curva calorimétrica indica varios parámetros sobre la cualidad del concreto, como la trabajabilidad, el tiempo e fraguado, la resistencia a compresión y el balance de sulfatos (ASTM, 2009).

El uso de calorimetría para estudiar cemento presenta varias ventajas. Para mencionar algunas, se pueden obtener datos continuos sobre el desempeño de la muestra con una mínima intervención del operario que esté realizando la prueba. Adicionalmente se pueden correr varios ensayos simultáneamente. Se puede utilizar no solo para cemento sino para estudiar la interacción de materiales como aditivos, arcillas, combustibles y clinker. Además, al construir un modelo matemático con los productos que se trabaje, se puede hacer una correlación directa entre una calorimetría, tiempos de fraguado y resistencias a compresión. Otra de las ventajas de un calorímetro isotérmico es que el tamaño de la muestra requerido es relativamente

pequeña comparada con otros métodos de evaluación. Además, permite estudiar el comportamiento de la reacción de hidratación a diferentes temperaturas (Calmetrix, 2015). La hidratación del cemento es el proceso mediante el cual este material, al mezclarse con el agua, reacciona y empieza a generar enlaces o estructuras cristalinas, que lo convierten en un material aglutinante (Silva, 2022). La fase inicial de hidratación es sumamente importante, ya que determinará las características finales del cemento fraguado. Para estudiar a profundidad las fases tempranas de esta reacción se utiliza la calorimetría. El estudio de liberación de calor también puede aportar información importante sobre la composición de Clinker, arcillas o el efecto de agregados en la mezcla de cemento (Jiménez Carballo, 2013)

Resultados y Ventajas

Los resultados de la calorimetría generalmente se evalúan gráficamente comparando las diferencias en la respuesta de las pruebas de diferentes mezclas. Por lo general se grafica una mezcla de referencia con un comportamiento estudiado en conjunto con las muestras que se desean analizar. La calorimetría isotérmica se considera una técnica cuantitativa, por lo que además del análisis cualitativo de las gráficas, se pueden obtener resultados numéricos significativos. Además de la energía cuantificada por el calorímetro, se puede integrar la gráfica para obtener el calor total de la reacción de forma directa (Calmetrix, 2015). Una curva calorimétrica indica varios parámetros sobre la cualidad del concreto, como la trabajabilidad, el tiempo e fraguado, la resistencia a compresión y el balance de sulfatos (ASTM, 2009).

El uso de calorimetría para estudiar cemento presenta varias ventajas. Para mencionar algunas, se pueden obtener datos continuos sobre el desempeño de la muestra con una mínima intervención del operario que esté realizando la prueba. Adicionalmente se pueden correr varios ensayos simultáneamente. Se puede utilizar no solo para cemento sino para estudiar la interacción de materiales como aditivos, arcillas, combustibles y clinker. Además, al construir un modelo matemático con los productos que se trabaje, se puede hacer una correlación directa entre una calorimetría, tiempos de fraguado y resistencias a compresión. Otra de las ventajas de un calorímetro isotérmico es que el tamaño de la muestra requerido es relativamente pequeña comparada con otros métodos de evaluación. Además, permite estudiar el comportamiento de la reacción de hidratación a diferentes temperaturas (Calmetrix, 2015).

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Ing. Sofía Cintrón

Asesora Técnico CI+D
Cementos Progreso

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Diseño y desarrollo de productos a base de Cemento

Diseño y desarrollo de productos a base de Cemento

Lámpara con mortero de alta resistencia.

En la industria del cemento y concreto existe un área de oportunidad excepcional para la experimentación, ampliando las posibilidades de aplicación del material, tanto para la industria de la construcción como para el diseño y desarrollo de productos.

Mortero Liviano.

Desde hace ya algunos años, esta colaboración se ha convertido en una realidad donde los estudiantes universitarios han podido converger y desenvolverse en proyectos reales, tangibilizando sus resultados tanto en proyectos conceptuales y de investigación como en productos probados en el mercado.

Además, estas colaboraciones, aparte de aportar nuevas perspectivas a proyectos de impacto de la iniciativa privada también les brindan a los estudiantes una plataforma desde la cual puedan visibilizar sus talentos individuales ampliando el mercado del diseño y brindándoles a ellos mismos oportunidades de desarrollo profesional.

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Laboratorio CETEC
Cementos Progreso, S.A.

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