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PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Compuestos Plásticos.

Los  productos  compuestos, en  inglés  composites, se  refieren  a  aquellos  productos fabricados con una mezcla de polímeros plásticos y de otros ingredientes como las fibras de diversos tipos, los laminados, o partículas finas empleadas como agregados. En el caso del compuesto a base de fibras y/o de productos laminados (hojas) se busca proporcionar con estos ingredientes una mayor rigidez y una mejor resistencia mecánica. Probablemente estos nuevos materiales se desarrollaron con base en materiales tan antiguos como el adobe donde se mezcla el barro con alguna fibra natural como la paja o el cabello de animales. En el caso del compuesto que incluye agregados, éstos materiales tienen el propósito de reducir el consumo del material plástico, logrando con esto abaratar el producto y reducir los cambios volumétricos debidos a la temperatura, entre otros beneficios.

Las fibras que se pueden emplear en los compuestos plásticos pueden ser de vidrio, de carbón y de plásticos sintéticos que posean una estructura cristalina (la compañía Du Pont ha desarrollado la fibra llamada Kevlar). En el caso de que se empleen partículas como agregados, éstas pueden ser arena sílica o sus polvos, cenizas volcánicas, partículas de vidrio o sus polvos, partículas de carburo de tungsteno, así como partículas metálicas empleadas con el objeto de aumentar la resistencia al desgaste. También se ha experimentado el uso de gases para crear un compuesto   espumoso   que   disminuye   la   rigidez   del   compuesto   proporcionando   mejores propiedades  aislantes  y   amortiguadoras.  Evidentemente  los  materiales  anteriores  pueden combinarse entre sí para generar un material compuesto, todo depende de las características deseadas.

Uno de los materiales compuestos más populares se fabrica combinando una matriz a base de polímeros como el poliéster o los epóxies con fibras que poseen un mayor módulo de elasticidad. El material compuesto al recibir la carga provoca un flujo en el material plástico, enseguida los esfuerzos se transfieren a las fibras las cuales aumentan considerablemente la rigidez y capacidad de carga del compuesto. Las propiedades del compuesto dependen de la fortaleza de la interface fibra/matriz, la cual está influenciada por parámetros como:

1. Tipo y geometría de la fibra.
2. Textura de la fibra.
3. Porcentaje de la fibra por unidad de volumen del compuesto.
4. Orientación de la fibra.

De  entre  los  diferentes  tipos  de  fibras,  las  de  carbón  poseen  un  mayor  módulo  de elasticidad en tensión que las de vidrio y la Kevlar, aunque todas ellas pueden desarrollar una resistencia última a la tensión muy similar (hasta de alrededor de 250,000 kg/cm2). En cuanto a la geometría de las fibras, tanto el diámetro como la longitud de la fibra son importantes en los efectos finales de transmisiblilidad de esfuerzos. La textura de la fibra se refiere a la aspereza o tersura de la superficie de la fibra, la cual influirá en el desarrollo de adherencia con la matriz. La cantidad de fibras por volumen de material compuesto también es importante en los resultados finales, puesto que está demostrado que existe un máximo de fibra que se puede emplear arriba del cual o ya no se observan beneficios o ya no es posible obtener una mezcla homogénea y manejable. Finalmente la orientación de las fibras es crítica para obtener los beneficios mecánicos que se desean, aquí se presentan dos casos que son:
1).- Cuando la fibra es corta y aislada o en paquete, simplemente se revuelve lo mejor posible para que se distribuya bien con la matriz y la mezcla sea lo más homogénea posible.
2).- Cuando se usan las fibras en su presentación de malla, es necesario orientar correctamente las fibras para lograr el beneficio deseado.

Las posibilidades de los materiales compuestos a base de plásticos son muchas y muy variadas, prácticamente se puede moldear cualquier forma como se ilustra en la Figura 14.16, y es posible combinar una gran ligereza con una alta resistencia.

Figura 14.16. Ejemplos de la Gran Variedad de Formas Constructivas que se Pueden Crear con los Materiales Plásticos Compuestos.

PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Selladores y Empaques.

En los trabajos de colocación de ventanería se emplean una buena variedad de plásticos que varían en consistencia desde muy suaves hasta muy rígidos. Los empaques plásticos por ejemplo, se usan con el objeto de acomodar y proteger el vidrio en los marcos absorviendo los cambios volumétricos provocados por las variaciones en temperatura. Los empaques se pueden fabricar con elastómeros, acrílicos y silicones. Los silicones aplicados con pistola se emplea mucho para sellar la ventanería con el objeto de evitar las filtraciones de agua.

PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Pavimentos, Pisos y Muros de Concreto.

En todas aquellas estructuras a base de losas, ya sea en pavimentos, pisos y muros se requiere crear juntas de contracción y juntas de expansión dependiendo de las dimensiones de las losas, del coeficiente térmico del concreto y de las temperaturas que se alcancen. Por ejemplo en los muros casi siempre es necesario proveer de juntas de contracción debido al fenómeno de contracción normal del concreto (si se cuelan secciones muy grandes el muro se agrietará en forma irregular), en cambio en los pavimentos y pisos además de las juntas de contracción casi siempre es necesario proveer de alguna o algunas juntas de expansión, especialmente cuando las losas son muy largas (10 o más metros) o cuando existe un cuerpo rígido al final que evita el movimiento, por ejemplo un puente o una plataforma de carga. En las juntas de contracción se puede emplear el PVC a manera de inserto cuando el concreto está fresco, éste inserto es una tira que proporciona el ancho y profundidad adecuados para la junta. En las juntas de expansión se emplean elastómeros (hules sintéticos) con una capacidad de elongación no menor al 400 %.

Cuando es necesario evitar el paso del agua a través de las juntas de concreto, como puede  ser  el  caso  en  tanques,  cisternas,  albercas  o  pavimentos  se  pueden  emplear  bandas flexibles de plástico embebidas en la parte media de la sección concreto y a todo lo largo de la junta. En los pavimentos, además de la solución anterior se pueden colocar bandas especiales entre la subbase o terracería y el concreto (la cara lisa queda en contacto con el suelo y la cara opuesta  tiene  salientes  que  al  recibir  el  concreto  forman  un  machiembrado  que  evita  el movimiento de la banda). Las bandas flexibles se fabrican con PVC, polietileno y hule sintético.

Con  los  plásticos  se  pueden  fabricar  una  gran  variedad  de  moldes  para  acabados especiales gracias a la facilidad de registrar en el plástico prácticamente cualquier tipo de textura que se desee transmitir al concreto. El material plástico se vende en hojas de polímeros rígidos termoformados de diversos tamaños y espesores, éstas hojas son muy ligeras y se fijan en la madera de la cimbra por medio de clavos o tornillos. Las diversas formulaciones que se pueden hacer con los plásticos permite en algunos de ellos que el concreto no se pegue y sea fácil de desmoldar, en  otros  casos  se requiere de un poco de material desmoldante para facilitar el desmolde y la limpieza.

PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Geotextiles y Geomembranas.

Los geotextiles son mallas o telas fabricadas a base de fibras plásticas que se entrelazan mecánicamente aunque no se tejen, en ocasiones pueden ser termofijadas. Las fibras sintéticas que se emplean para elaborar rollos de diversos anchos y de hasta 500 m de longitud son por lo regular de polipropileno y poliéster. Estos productos sirven para un gran número de aplicaciones, según sea el tipo de aplicación se recomienda el tipo de geotextil más adecuado ya que este producto puede tener una función principal o una función secundaria, algunas de las aplicaciones que se han desarrollado son:
•   Como  refuerzo  y  separación  de  capas  de  terracería  en  general  o  de  bases  de  caminos
pavimentados o no pavimentados (disminuye problemas de filtración de fluidos en forma
secundaria).
•   Para impermeabilizar reencarpetamientos.
•   Para  separar  el  suelo  en  capas  y  disminuir las  filtraciones  en  revestimientos de canales,
protección de taludes, protección de orillas de lagos, costas y ríos.
•   Para proteger rellenos sanitarios.
•   Para estabilizar en forma de capas a las presas de tierra.
•   Para proporcionar refuerzo a muros de contención.
•   Para evitar la socavación de los terraplenes en puentes.
Las  geomembranas son  plásticos  impermeables  fabricados  con  polímeros  sintéticos como el polietileno de baja y de alta densidad, el cloruro de polivinilo o PVC y el polipropileno. Este material se usa como barrera impermeable en una gran variedad de obras de ingeniería donde se  usen  los  suelos.  Las  geomembranas  pueden  ser  reforzadas  con  telas  para  aumentar  su resistencia a la tensión. El PVC y el polietileno son más usados en las geomembranas ya que son

muy impermeables y resistentes a soluciones, el PVC resiste ácidos, álcalis y sales aunque no resiste hidrocarburos, en cuyo caso se prefiere el polietileno.
Barreras Impermeabilizantes

Cuando  el  material  plástico  laminado  no  se  usa  en  suelos  se  acostumbra  llamar simplemente membrana, éstas membranas sirven como barreras impermeabilizantes y/o como refuerzos en una gran variedad de aplicaciones como techos, muros cisternas, chaflanes, juntas estructurales, etc. Básicamente la estructura de las membranas es continua (no tejida) y flexible. Algunos de los plásticos que se emplean en su fabricación son: PVC, polietileno y poliéster.

PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Morteros y Concretos.

Existe una gran variedad de productos plásticos que se emplean para fabricar morteros o concretos especiales, muchos de ellos se emplean para dar acabados especiales o para mejorar las características de los morteros y concretos comunes, enseguida se citan algunos de los más importantes.
1. Concreto o Mortero polimerizado.- En el caso del concreto se ha empleado con éxito una granulometría densa para las gravas, procurando tener de un 20 a un 25 % de vacíos (objetivo disminuir la cantidad de material cementante), los cuales son rellenados con una mezcla en proporción 1:1 de una resina poliéster (monómero) con una arena muy fina, el trabajo requiere que los agregados estén completamente secos pues la humedad es perjudicial. En el caso del


mortero no se incluye la grava. Para lograr una resistencia rápida (polimerización acelerada) en las mezclas se emplea un catalizador y un acelerante, si se cura a la intemperie la mezcla puede desarrollar en 7 días aproximadamente unos 1,000 kg/cm2, en cambio si se cura con temperaturas entre 50 y 70 °C llega a desarrollar hasta 1,400 kg/cm en 5 horas.
El costo de las resinas poliéster no es muy alto, en cambio el de las resinas epóxicas si lo es  (muy  alta  resistencia),  pero  en  muchas  ocasiones  es  la  única  solución  cuando  se  quiere garantizar  la  adhesión  y  la  resistencia  rápida.  Las  propiedades  del  concreto  o  del  mortero dependen de las proporciones entre las resinas y los agregados, además de las características de las propias resinas, en general las resinas que contienen metil metacrilato (acrílicos) son más frágiles que las que contienen poliésters.
2. Morteros y Concretos con Látex.- Estos morteros y concretos se elaboran de la misma manera que con los materiales convencionales, solo que se usa además el látex a manera de aditivo. El látex es una suspensión coloidal de un plástico en agua, el plástico puede ser un acetato de polivinilo o un cloruro de polivinilo, aunque ahora se emplean con más frecuencia los polímeros elastómeros semejantes a los hules (mejoran la protección contra la corrosión). El látex contiene aproximadamente un 50 % de agua por lo que ésta debe ser contabilizada para determinar la relación agua-cemento, la cantidad de látex que se acostumbra a emplear en las mezclas varían de un 10 a un 25 % por peso del cemento. Las mezclas que incorporan látex mejoran notablemente en  su  capacidad  de  adherencia  y  resistencia al  agrietamiento,  aunque  no  mejoran  en forma extraordinaria en su resistencia a la compresión.
3. Concreto y Mortero Reforzado con Fibras.- Está demostrado que al adicionar fibras plásticas al concreto o al mortero se desarrolla una mayor resistencia al agrietamiento, por lo que el concreto puede proteger mejor al acero de refuerzo o en el caso de tratarse de un concreto no reforzado puede prescindirse del acero por temperatura, logrando en ambos casos una mayor durabilidad, tenacidad y resistencia al impacto. Se han empleado con resultados satisfactorios fibras de refuerzo fabricadas con polietileno, acrílico, polipropileno, poliéster o nylon, siendo el polipropileno el material plástico más usual.
La efectividad de las fibras de polipropileno y de otras fibras depende mucho de la geometría de la fibra y de la textura de la misma, encontrándose que las fibras que mejor trabajan son generalmente de 6 a 20 mm de longitud. La cantidad de fibras a emplear en las mezclas depende más bien de lo que se desee obtener, aunque se ha demostrado que un exceso de fibra dificulta la homogeneidad de la mezcla y no mejora más al producto. En cualquier caso se deben realizar pruebas al respecto. Como punto de partida, algunos fabricantes de fibras recomiendan agregar de 300 a 1800 g de fibras de polipropileno por m3 de concreto para las fibras de 20 mm


de longitud, otros recomiendan para las fibras de 6-12 mm que se adicione de 0.6 a 1.0 kg/m3 de concreto y de 1.0 a 2.5 kg/m3  para el mortero. Para mejorar notablemente la capacidad del concreto las cantidades pueden ser mayores siempre y cuando la fibra no sea muy grande ( 12 mm),  además  se  debe  buscar  que  posea  una  adecuada  textura  y  se  haya  comprobado  su efectividad. Se recomienda que las fibras se adicionen en la mezcladora 5 minutos antes de descargar el concreto o dar al menos 70 revoluciones para garantizar la homogeneidad de la mezcla.

PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Espumas Plásticas.

Las espumas plásticas se pueden elaborar a base de poliestireno, poliuretano, cloruro de polivinilo y fenol formaldehído. El material se puede emplear para ocupar espacio reduciendo el peso, o para fabricar paneles con estructura tipo sándwich, donde la espuma ocupa la parte interna y la parte externa se elabora con otro material que resista tanto tensión como compresión (que también puede ser otro plástico, madera o aluminio). La Figura 14.15 muestra un arreglo tipo sándwich, cuando se emplea poliuretano se debe evitar que los rayos del sol incidan sobre este material ya que lo deteriora. Las espumas plásticas pesan usualmente entre 10 y 20 kg/m3.
 Figura 14.15. Arreglo Tipo Sándwich a Base de Espuma Plástica.

PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Domos, Techos y Ventanería.

Para fabricar los domos y otras piezas de plástico útiles en la construcción de techos se emplean  mucho  los  acrílicos y  el  policarbonato. Estos  plásticos  se  pueden  maquinar  para producir  formas  muy  variadas  que  resultan  excelentes  para  dejar  pasar  la  luz  de  día  y proporcionar una barrera impermeable. En la actualidad el policarbonato está desplazando al vidrio en innumerables aplicaciones, debido a que es mucho más resistente y no tiene peligro alguno  al  romperse,  como  ejemplo  se  debe  mencionar  que  en  zonas  hoteleras  ubicadas  en regiones donde se presentan con frecuencia los huracanes, prácticamente ya no se usan vidrios sino policarbonatos. Uno de los inconvenientes de los materiales anteriores es que no resisten las ralladuras y con la abundancia de éstas van perdiendo poco a poco su transparencia y calidad de visión, otra de las inconveniencias es que presentan un mayor coeficiente de expansión que el vidrio y requieren por lo tanto de un buen diseño en sus juntas de expansión.

PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Pisos y Zoclos, Interruptores y Contactos.

Pisos y Zoclos

El PVC se emplea para fabricar por extrusión una gran variedad de pisos y zoclos de plástico, en ocasiones estas piezas se reforzan con algún relleno (filler) o con fibras para aumentar su durabilidad y resistencia.

Interruptores y Contactos

Una  gran  variedad  de  cajas  para  interruptores,  contactos  y  apagadores  eléctricos  se fabricas con plásticos de alta resistencia eléctrica como el fenol formaldehido, la urea y la melamina formaldehidos.

PLÁSTICOS EN LA CONSTRUCCIÓN: Poliductos.

En ingeniería se usan una buena variedad de poliductos para alojar el cableado eléctrico, para la conducción  del  agua  potable  o  para  el  drenaje  sanitario  o  el  drenaje  pluvial  dentro  de  las construcciones, ver Figura 14.14. Los plásticos más usados para las aplicaciones anteriores son: el polietileno y el PVC que también se emplean para aislar el propio cable o alambre eléctrico.