Durante la Primera Guerra Mundial, el presidente Woodrow Wilson aprobó la construcción de 24 barcos hechos de hormigón debido a la escasez de acero. Solo se construyeron 12 barcos, pero se utilizaron como cualquier otro barco. A muchos les puede sorprender que sea posible hacer que el hormigón flote en el agua. ¡No es magia, en realidad es ciencia!
El concreto puede flotar cuando se moldea y extenderse en la forma de un bote o lo suficientemente hueco como para que tenga menos densidad que el agua que desplaza. Flotabilidad es cuando “cualquier objeto, total o parcialmente sumergido en un fluido, es impulsado por una fuerza igual al peso del fluido desplazado por el objeto”.
El hecho de que el hormigón pueda flotar sobre la superficie del agua es fascinante, por decir lo menos. Para entender cómo el concreto puede tener menos densidad que el agua, primero, necesitamos volver a los conceptos básicos de la flotabilidad, ¡mucho, mucho tiempo atrás, a la antigua Grecia!
Arquímedes y flotabilidad
A Arquímedes de Siracusa se le atribuye haber descubierto la ley de la flotabilidad en el siglo III a. C. La leyenda dice que la descubrió en su bañera, pero sea ese el caso o no, este principio se convirtió en un hecho científico importante incluso miles de años después.
Los principales estados de Arquímedes:
Cualquier objeto, total o parcialmente sumergido en fluido, es impulsado por una fuerza igual al peso del fluido desplazado por el objeto.
En otras palabras, la fuerza de flotación es directamente igual al peso del fluido que fue desplazado por un objeto. Vea la imagen a continuación.
La imagen de arriba demuestra cómo se deja caer un bloque de 9 libras y se sumerge en un recipiente de líquido. El fluido desplazado que se muestra en el recipiente más pequeño es de 3 libras de fluido y es igual a la cantidad de flotabilidad que mantiene el bloque en el fluido.
Matemáticamente, el principio de Arquímedes se ve así:
Peso – peso del fluido desplazado = peso sumergido aparente t
En la imagen de arriba, la ecuación funciona de la siguiente manera:
9 libras – 3 libras = 6 libras
Sin embargo, si algo se hundirá o flotará en el agua depende de la densidad del objeto. Los objetos extremadamente densos, como trozos de acero, se hundirán hasta el fondo. A continuación se muestra la fórmula para encontrar la densidad de un objeto:
Densidad = Masa ÷ Volumen
Dado lo que sabemos, podemos determinar la densidad de un objeto que cae en un fluido en relación con la densidad del fluido:
( Densidad del objeto ÷ densidad del fluido) = (peso del objeto ÷ peso del fluido desplazado)
En el contexto del hormigón, si su densidad es menor que la densidad total del agua, flotará en lugar de hundirse. La mayor parte del hormigón se hundirá hasta el fondo de un recipiente con agua. El agua tiene naturalmente una densidad de 62,4 libras / pie 3 y el hormigón tiene una densidad de aproximadamente 150 libras / pie 3 . Sin embargo, puede cambiar la densidad aparente del hormigón cambiando el volumen del hormigón.
Cambiar el volumen del hormigón es dar forma al casco de un barco. Esta forma permite que el hormigón desplace un volumen de agua que es directamente igual al peso del hormigón. Hoy en día, los buques de guerra masivos están hechos de acero, que es un material superdenso que se hunde por sí solo, pero flota cuando su volumen cambia para formar una embarcación.
Utilice la mezcla correcta de hormigón y áridos
Los estudiantes de ingeniería civil de la Competencia Nacional de Canoas de Concreto de la ASCE han estado utilizando concreto para crear sus canoas durante años. Tienen una forma única de mezclar su hormigón con otros agregados distintos de la grava o la arena de grano fino, que pesa considerablemente el hormigón.
En lugar de grava o arena, mezclan finas perlas de vidrio con el concreto para hacer que la mezcla general sea menos densa. Las cuentas de vidrio en sí tienen aproximadamente un 10% de la densidad del agua y permiten que las canoas floten, incluso cuando están sumergidas bajo el agua.
La competencia desafía a estos estudiantes a crear canoas hechas con los mejores ingredientes que las hacen duraderas, livianas y agradables a la vista. Los cambios que hacen a los ingredientes naturalmente hacen que la mezcla de concreto tenga una consistencia más espesa y, en lugar de verter el cemento, lo empacarán a mano en forma de canoa.
No es necesario cambiar la composición de la mezcla de hormigón para que flote. Una mezcla de hormigón con agregados de arena y grava puede flotar tan bien como una con perlas de vidrio. Sin embargo, los ingredientes deben mezclarse bien y deberá crear un molde en forma de bote. (Consulte aquí para obtener más instrucciones).