Análisis correlacional del desempeño mecánico de concretos a partir de su caracterización por DRX y calorimetría isotérmica : estudio comparativo de cementos UG en Colombia

Abstract

En el contexto de la industria de la construcción colombiana, se ha detectado una pronunciada variabilidad en el desempeño mecánico de concretos fabricados con cementos de distintas procedencias comerciales, clasificadas como Uso General (UG), según la Norma Técnica Colombiana NTC 121. Esta investigación aborda el fenómeno de la "sobrerresistencia", donde una de las marcas evaluadas alcanza resistencias a la compresión (f′c) significativamente superiores a sus competidoras bajo diseños de mezcla idénticos, desafiando el supuesto de equivalencia funcional. El objetivo principal fue establecer las correlaciones entre las propiedades fisicoquímicas de los cementos (composición mineralógica por Difracción de Rayos X (DRX) y cinética de hidratación por calorimetría isotérmica) y el desempeño mecánico observado en el concreto. Mediante un diseño cuasi-experimental, se compararon cuatro marcas comerciales de cemento UG en dos diseños de concreto (para 21 MPa y 35 MPa nominales) y en morteros normalizados, realizando ensayos mecánicos a diferentes edades. Los resultados confirmaron una jerarquía de desempeño estadísticamente significativa, con una marca exhibiendo una sobrerresistencia superior al 100% frente a la de menor desempeño a 28 días. Esta variabilidad se atribuyó a las propiedades intrínsecas de la pasta de cemento, como se validó en los ensayos de mortero. El desempeño superior se correlacionó directamente con una mayor reactividad (picos de calor más altos y tempranos en calorimetría) y una composición mineralógica inferida como predominantemente rica en Alita (C3S). Adicionalmente, se encontró que el Módulo de Elasticidad (Ec) medido fue sistemáticamente inferior al predicho por la norma NSR-10, con discrepancias de hasta el 33%. Se concluye que la clasificación UG de la NTC 121 no garantiza la equivalencia funcional, y que la elección de la procedencia del cemento es una variable de diseño de primer orden. La sobrerresistencia no debe considerarse un factor de seguridad implícito, sino una propiedad no caracterizada con implicaciones críticas para el diseño estructural, como la sobreestimación de la rigidez. (Texto tomado de la fuente)

In the context of the Colombian construction industry, a pronounced variability has been detected in the mechanical performance of concretes manufactured with cements from different commercial sources, designated as General Use (GU) according to the Colombian Technical Standard NTC 121. This research addresses the "overstrength" phenomenon, where one of the evaluated references achieves compressive strengths (f'c) significantly higher than its competitors under identical mix designs, challenging the assumption of functional equivalence. The main objective was to establish correlations between the cements' physicochemical properties (mineralogical composition via X-Ray Diffraction [XRD] and hydration kinetics via isothermal calorimetry) and the observed mechanical performance in concrete. Using a quasi-experimental design, four commercial sources of GU cement were compared across two concrete mix designs (nominally 21 MPa and 35 MPa) and in standardized mortars, with mechanical tests performed at various ages. Results confirmed a statistically significant performance hierarchy, with one source exhibiting an overstrength exceeding 100% compared to the lowest performer at 28 days. This variability was attributed to the intrinsic properties of the cement paste, as validated by mortar tests. Superior performance was directly correlated with higher reactivity (higher and earlier heat peaks in calorimetry) and an inferred mineralogical composition predominantly rich in Alite (C3S). Additionally, the measured Modulus of Elasticity (Ec) was systematically lower than that predicted by the NSR-10 code, with discrepancies of up to 33%. It is concluded that the GU classification under NTC 121 does not guarantee functional equivalence, and that the choice of cement source is a first-order design variable. Overstrength should not be considered an implicit safety factor, but rather an uncharacterized property with critical implications for structural design, such as the overestimation of stiffness.