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El renacimiento del cemento natural de los Estados Unidos
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Michael P. Edison es un ingeniero químico que ha sido presidente de Edison Coatings, Inc. de Plainville, Conn., durante 26 años. La compañía, que fabrica materiales especiales usados en la restauración de mampostería y concreto, reinició la producción comercial de cementos naturales en 2004. Edison fue presidente del capítulo Connecticut Chapter del instituto International Concrete Repair Institute, es el actual director del capítulo Northeast Chapter de la asociación Association for Preservation Technology, y dirige el grupo de tareas ASTM que existe dentro del comité del cemento Committee C01 on Cement que puja actualmente para que se restablezca la norma ASTM C 10.

El renacimiento del cemento natural de los Estados Unidos

Se restablece a un material de mampostería histórico y a una de las normas más antiguas de ASTM

Aunque sólo unos cuantos profesionales de la construcción de hoy día han visto el cemento natural o han oído de él, éste fue alguna vez el aglomerante hidráulico más extensamente usado para preparar concreto, mortero para mampostería, estuco y lechada. En 1899, 76 productores de cemento natural de 16 estados contrataron a miles de trabajadores para extraer de las minas y producir cerca de 3000 millones de libras de cemento natural.1 Un informe de esa época dice que el cemento natural se usó en “el 95 % de las grandes obras de ingeniería y arquitectura de este país.”2

En 1904 el Comité C de ASTM adoptó la primera norma ASTM de cementos hidráulicos, que incluye los requisitos de cada uno de los tipos, natural y portland. El primero se convirtió en la base de la especificación del cemento natural ASTM C 10, una de las normas más antiguas de la ASTM. Irónicamente, estas primeras normas se escribieron en el momento en que el uso del cemento natural iba ya en declive. El cemento portland se convirtió en la tecnología dominante, y lo ha seguido siendo, pero la producción del cemento natural no cesó sino hasta 1970, cuando la compañía Century Cement Company de Rosendale, N.Y. cerró sus puertas. Con esto se dio fin a una trayectoria de 145 años de producción de cemento natural en Rosendale, la villa del valle Hudson Valley cuyo nombre, en el lenguaje popular, se convirtió en sinónimo del cemento que se producía ahí. La norma ASTM C 10 se retiró en 1979.

En 2004, se reinició la producción comercial del cemento natural Rosendale para poder proporcionar a la industria de la restauración los materiales de reparación y mantenimiento que fueran compatibles con los edificios y estructuras históricos. Esta reintroducción ha traído consigo el intento de restablecer la norma ASTM C 10.

¿Qué es el cemento natural?
El cemento natural se define en la norma ASTM C 219, Terminología relacionada con el cemento hidráulico, como “un cemento hidráulico que se produce calcinando una piedra caliza arcillosa de origen natural a una temperatura inferior a la de sinterización y moliéndola después hasta convertirla en un polvo fino.” El cemento portland, en comparación, se produce mezclando y quemando mezclas de piedra caliza y arcilla a una temperatura más alta. Debido a la temperatura de cocción que tienen respectivamente, las especies hidráulicas de cemento natural contienen primordialmente silicato dicálcico y aluminato dicálcico (C2S, C2A), y no contienen ni el silicato tricálcico ni el aluminato tricálcico (C3S, C3A) que se forman típicamente durante la producción del cemento portland.

Como resultado de estas diferencias de composición, el cemento natural desarrolla una resistencia a la compresión menor que la de los cementos portland, y aunque fragua más rápidamente alcanza su resistencia definitiva más lentamente. Estos fueron los factores principales que hicieron que el cemento portland dominara el mercado.

El cemento natural tiene un módulo de elasticidad significativamente más bajo que el del cemento portland,3 sin embargo se puede usar con resultados exitosos en la fabricación de estructuras grandes de concreto y mampostería que no tengan juntas de expansión. Al igual que el mortero de cal, los morteros de cemento natural se deforman cuando las unidades de mampostería se expanden y contraen con los cambios de temperatura o de nivel de humedad, al relajarse las tensiones internas. En una obra de restauración histórica, es importante evitar que se creen tensiones en los materiales de construcción originales, ya que estos constituyen el “lienzo histórico” y son los componentes principales de los edificios históricos que son objeto de los trabajos de preservación.

Fort Jefferson, a 70 millas de la zona Key West del Golfo de México, es una de las 51 fortificaciones costeras del Tercer Sistema que se construyó después de la guerra de 1812. En la actualidad, se le restaura utilizando materiales de cemento natural originales.

¿Por qué es importante el cemento natural?
Para entender el impacto que el cemento natural ha tenido en la historia y la tecnología, se deberá retroceder hasta hace más de 185 años. Para los ingenieros que planeaban la construcción del canal Erie en 1817, uno de los retos más críticos que enfrentaban era el de encontrar un cemento que resistiera al sumergirse en agua y al exponérsele a un clima extremo. Los planos del sistema del canal de 365 millas requerían de la construcción de cientos de presas, esclusas, puentes, muros de retención, acueductos y edificios de mampostería. Se envió al ingeniero Canvass White a Inglaterra a estudiar las estructuras del canal británico en 1818, y cuando regresó recomendó que se usara el cemento romano de Parker, un cemento natural que se producía a partir de piedra caliza arcillosa. Aunque al principio preocupaba el costo relativamente alto de este material, los constructores del canal Erie decidieron, de cualquier modo, empezar a levantar esclusas y muros en 1818 utilizando una tecnología más antigua de mortero para mampostería con base de cal. El resultado fue un fracaso en la etapa inicial, lo que demostró que la cal no era el material adecuado.

White buscó y pronto descubrió un piedra caliza arcillosa similar en Fayetteville, N.Y. Esta piedra, cuando se le quemaba y molía hasta convertirla en un polvo fino, producía un cemento hidráulico que ofrecía un fraguado rápido, una resistencia moderada y una durabilidad excelente. Al material se le llamó originalmente “cal de agua” porque fraguaba cuando se le mezclaba con agua en lugar de reaccionar con el dióxido de carbono del aire. Más tarde se le conoció como “cemento natural” porque a diferencia del cemento portland, que contiene mezclas artificiales de varios ingredientes, el cemento natural se producía directamente a partir de piedra caliza arcillosa.

Durante la construcción del canal Delaware y Hudson en 1825, se descubrió un enorme depósito de piedra caliza arcillosa a lo largo de la ruta del canal, en Rosendale, N.Y. La proximidad que tiene Rosendale con respecto al río Hudson y la ciudad de Nueva York y la alta calidad del cemento que se producía ahí, pronto hicieron que Rosendale fuera reconocida como la principal fuente de cemento natural de los Estados Unidos. De 1817 a 1915, se produjeron y se usaron alrededor de 35 millones de toneladas de cemento natural en los Estados Unidos, de los que la mitad provenía de Rosendale. En segundo y tercer lugar de acuerdo con el volumen, estaban las zonas que rodean a Louisville, Ky., y las que se encuentran a lo largo del río Potomac, en Maryland, Virginia y Virginia del Oeste.

Mientras que los ingenieros civiles construían docenas de sistemas de canales, el cuerpo de ingenieros del ejército de los Estados Unidos, con sede en West Point, se ocupaba de su propia y ambiciosa serie de proyectos. El más notable de ellos era el diseño y construcción de una serie de 51 fortificaciones costeras conocidas como el “Tercer Sistema.” Esta empresa, que duró 40 años, tenía como propósito frenar cualquier invasión marítima de la Gran Bretaña. En agosto de 1814, las tropas británicas habían desembarcado en la costa del Atlántico, y poco después de haberse adentrado en tierra firme, habían atacado y capturado Washington, quemando la Casa Blanca durante el proceso. Eso era algo que no iba a permitirse que sucediera nunca más.

Aunque el diseño de las fortificaciones del Tercer Sistema se le ha atribuido generalmente al ingeniero francés Simone Bernard, fue el General Joseph Totten del cuerpo de ingenieros quien se encargo de dirigir la construcción de estas. En la década de los años 1820 se realizó una serie de pruebas exhaustivas de los materiales de mampostería bajo la dirección del General Totten, tanto en las instalaciones de Fort Adams de Newport, R.I. como en West Point. Las conclusiones a las que llegó Totten condujeron a que el cemento natural se usara en el mortero para mampostería, estuco y concreto de casi todas las principales obras militares de los 50 a 70 años siguientes. Cuando Totten llegó a ser miembro del Consejo del Faro en 1855, el cemento natural pasó a formar parte rápidamente del diseño, construcción y modificaciones de los faros. Como regente de la institución Smithsonian Institute, Totten participó en la construcción del museo National Museum, el castillo Smithsonian Castle de hoy día, en Washington, D.C. Este, también, se construyó utilizando cemento natural. Cuando el sistema del acueducto de Washington se diseñó y construyó, comenzando en 1852, para abastecer a la ciudad de agua potable, el ingeniero militar Montgomery Meigs diseño y construyó los puentes y acueductos del sistema con cemento natural.4 Meigs, un egresado de West Point, era un subalterno inmediato del jefe del cuerpo de ingenieros del ejército, el General Joseph Totten.

El canal Erie ha sido el campo de entrenamiento de la primera generación de ingenieros domésticamente entrenados de los Estados Unidos. West Point era la escuela de ingeniería militar de la nación. Después de que hubo terminado la construcción del canal Erie en 1825, uno de los constructores, Stephen van Rensselaer, fundó el instituto Rensselaer Polytechnic Institute, la primera escuela civil de ingeniería de la nación, en Troy, N.Y. Los ingenieros del RPI fueron los diseñadores y constructores de muchos de los puentes, puertos, presas, ferrocarriles, faros, complejos industriales, instalaciones de abastecimiento de agua y sistemas de alcantarillado del siglo 19. Esas construcciones se realizaron aplicando la misma tecnología de cemento natural que utilizaron los constructores del canal.

Entre los egresados del RPI estaba Washington Roebling, hijo de John Roebling, uno de los ingenieros del canal Delaware y Hudson y diseñador de muchos de los puentes de cemento natural que sobreviven hasta hoy día. Washington Roebling utilizó concreto, lechada y mortero de cemento natural para terminar el magistral diseño de su padre, la estructura de cemento natural más famosa del mundo sin duda alguna, el puente Brooklyn. El puente se inauguró en 1883 y, en 2004, permitió el paso de un promedio de 137,563 vehículos al día.5

Hasta principios del siglo 20, el cemento natural seguía siendo el aglomerante hidráulico más usado en los Estados Unidos, tanto en las construcciones militares como en las civiles. No fue sino hasta 1897 que los niveles de producción doméstica de cemento portland comenzaron a sobrepasar a los de importación, marcando esto el inicio de un rápido aumento del uso del cemento portland en los Estados Unidos. En 1903, el uso del cemento portland había superado permanentemente al del cemento natural. El uso del cemento portland era ya 20 veces mayor durante la primera década del siglo 20 y en 1920 este valor se había cuadruplicado. Su mayor resistencia y menor tiempo de fraguado permitían economizar en los costos de diseño y de toda la construcción, además de que los problemas que se tenían algunas veces con la variante calidad de los cementos naturales se podían superar si se manejaban con cuidado los ingredientes del cemento portland.
Sin embargo, el cemento natural no desapareció. De hecho, su uso aumentó en las décadas de los años 1920 y 1930, aunque nunca logró recuperar la participación que tenía anteriormente en el mercado. En las décadas de los años 1950 y 1960, se usó como parte del cemento portland y es de esa forma como la norma ASTM C 10 describía su campo de aplicación en la última revisión (1976).

El puente Brooklyn, inaugurado en 1883, es quizá la estructura de cemento natural más reconocida del mundo. En su construcción se utilizaron concreto, mortero y lechada de cemento natural.

El resurgimiento del cemento natural
En la década de los años 1980, la restauración histórica alcanzó en los Estados Unidos un nivel extraordinariamente elevado. La tendencia de volver a usar estructuras históricas que pudieran adaptarse en lugar de destruirse y reemplazarse con edificios modernos se intensificó por considerarse cada vez más que los edificios y estructuras históricos son tesoros culturales que hay que preservar por el interés público. El apoyo tangible vino con la promulgación de créditos por impuestos de inversión que se aplicarían en el caso de los edificios históricos que se restauraran de acuerdo con las directrices de la Secretaría del Interior. El hecho de que las directrices favorecieran el uso de los materiales originales hasta donde fuera posible llevó al resurgimiento de la producción comercial de los materiales de mampostería tradicionales.

Al no haber fuentes comerciales de cemento natural, la importancia del papel técnico e histórico de éste se vio temporalmente ensombrecida. El uso de los materiales con base de cal ha tenido una favorable recuperación, pero estos no representan con exactitud los de las principales prácticas de construcción a gran escala del siglo 19. De hecho, muchos de los avances logrados durante este período solamente se pudieron obtener al reemplazar la tecnología de base de cal con la del cemento natural. El cemento natural se introdujo de nuevo en 2004 para satisfacer la creciente necesidad de los auténticos materiales de mampostería del siglo 19.

La falta de una especificación de norma ASTM para el caso del cemento natural es un obstáculo para que se lleven a cabo y por completo obras de restauración históricamente exactas y apropiadas. El cemento natural se utilizó como material estructural, y será necesario satisfacer los requisitos de eficacia estructural cuando se llegue a aplicar en reparaciones y reconstrucciones históricas. Para proteger al público, es esencial que los materiales que se venden hoy día como cemento natural cumplan con los mismos requisitos que han regido históricamente a la eficacia. Además, el grupo de tareas ASTM Task Group C12.03.03 de morteros históricos, que trabaja en el desarrollo de una nueva norma de morteros históricos, deberá hacer referencia a una especificación de norma ASTM de cemento natural si piensa incluir a éste en una norma final. Excluir al cemento natural de cualquier norma ASTM final de morteros históricos sería ignorar la historia.

Milwaukee City Hall, 1896, es un ejemplo primordial del uso arquitectónico del cemento natural, que tuvo su auge en las décadas de los años 1880 y 1890.

Al mismo tiempo que la industria de la restauración descubre de nuevo la tecnología del cemento natural y la importancia que éste tiene en nuestra herencia de ingeniería y arquitectónica, se presenta también el problema de que algunos materiales no auténticos sean promovidos y etiquetados como cemento natural. Los cementos portland naturales que se producen en Europa quemando piedra caliza impura a alta temperatura se promueven ya como cementos naturales, aunque no hayan llenado los requisitos de la norma ASTM C 10 anterior y no cumplan con la definición ASTM C 219 actual. Al confundirse estos con los materiales tradicionales que se usan en los Estados Unidos, las reparaciones podrían resultar incompatibles e inadecuadas, dañando con esto las estructuras mismas que son el objeto de los trabajos de preservación en los que se emplean.

La norma ASTM C 10 reemplazó a una amplia serie de especificaciones contradictorias y en ocasiones arbitrarias que había a principios del siglo 20. Esta norma ofrecía un recurso que resguardaba la seguridad del público y los intereses del comprador a la vez que establecía requisitos de eficacia uniformes en los que los productores de cemento se podían basar para competir justamente. La industria del cemento natural de hoy día ya no recuperará nunca el dominio del mercado que alguna vez tuvo, y ese no es su objetivo. Pero contar con una norma ASTM C 10 restablecida es una medida esencial para poder confiar en la eficacia, tener uniformidad y resguardar la seguridad y los intereses del público en el siglo 21, como sucedía cuando ésta pasó a ser una de la primeras normas de ASTM, hace más de un siglo. //

Mina de Cemento Natural, alrededor de 1890. Las técnicas de minería por cámaras y pilares eran las técnicas más comúnmente utilizadas para extraer de las minas piedra de cemento natural.

Referencias
1 “American Civil Engineering History, The Pioneering Years,” 2003, American Society of Civil Engineers, Reston, VA, Capítulo: “Hydraulic Cement: The Magic Powder,” Emory L. Kemp, págs. 302, 303
2 “American Cements,” Uriah Cummings, 1898
3 Informe de pruebas de metales, etc., realizado en Watertown Arsenal, durante 1902, págs. 501-505
4 “American Civil Engineering History, The Pioneering Years,” 2003, American Society of Civil Engineers, Reston, VA, Capítulo: “Worthy of the Nation: The Washington Aqueduct and its Chief Engineer, Montgomery C. Meigs,” págs. 381-3
5 New York City Bridge Traffic Volumes 2004, NYC Dept. of Transportation

 
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