FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO
:
TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES
TRABAJO
:
CONCRETO CON AIRE INCORPORADO
SECCIÓN
:
23C
ALUMNO
:
VARGAS NADAL, CHRISTIAN
PROFESOR
:
ING. JAVIER ARRIETA FREYRE
FECHA DE ENTREGA
:
30/05/2012
CONCRETO El concreto es un material de construcción bastante resistente, que se trabaja en su forma líquida, por lo que puede adoptar casi cualquier forma. Este material está constituido, básicamente de agua, cemento y otros añadidos, a los que posteriormente se les agrega un cuarto ingrediente denominado aditivo. Aunque comúnmente se le llama cemento, no se les debe confundir, y en verdad aquellas mezclas que hacen los camiones tolva en las construcciones son en realidad concreto, es decir, cemento con aditivos para alterar sus propiedades. Cuando todos los elementos de la mezcla se han incluido, se realiza la denominada revoltura del cemento, proceso mediante el cual se introduce el quinto elemento, el aire. Gracias a este procedimiento, el concreto se transforma en una masa que puede ser moldeada con facilidad, sin embargo, hay que procurar no tomarse mucho tiempo, ya que al cabo de unas horas, el concreto se endurece. Debido a esto, al correr el tiempo, este material va perdiendo su plasticidad, poniéndose cada vez más rígido hasta endurecerse por completo. Existe la posibilidad de realizar ciertas modificaciones a las formas líquidas y sólidas del concreto. Lo anterior es realizable a partir de la adición de determinados elementos en forma dosificada, y de este modo, poder controlar, por ejemplo, el tiempo de endurecimiento de este material, acortándolo o alargarlo, según sean los requerimientos del constructor. Además gracias a este mismo mecanismo es posible reducir las demandas de agua de la mezcla, incluir más aire, o bien, aumentar las posibilidades de su trabajabilidad. El concreto es un material de construcción muy popular que, gracias a la plasticidad de su forma líquida y la resistencia de su forma sólida, resulta ser el material ideal para el trabajo en exteriores. De este modo, el concreto se comporta como aquel material que nos permite vivir en casas firmes y llegar a ellas conduciendo por calles, autopistas y puentes. Se puede decir incluso, que es este el elemento que le brinda la solidez a nuestros hogares, calles y muchos lugares más en los que desarrollamos nuestras vidas.
DOSIFICACIÓN La dosificación implica establecer las proporciones apropiadas de los materiales que componen el concreto a fin de obtener la trabajabilidad, resistencia durabilidad requerida. La dosificación debe basarse en múltiples factores tales como: 1) Que elementos se van a vaciar. 2) Que condiciones ambientales deberán soportar (humedad). 3) Que materiales se usarán. 4) Que procedimientos de mezclado se realizará. 5) Como se hará la colocación 6) Tipo de curado se empleará en la obra, etc. Dada la complejidad del problema se han desarrollado numerosos métodos de dosificación.
Relación agua cemento. Todos los métodos de dosificación destacan la importancia de la relación entre las proporciones de agua y cemento en el concreto. Ambos materiales forman una pasta que al endurecer actúa como aglomerante manteniendo unidos los gramos de los agregados. A medida que aumente la dosis de agua la pasta de cemento se diluye, el concreto se hace más trabájale sin embargo, disminuye su resistencia y durabilidad. Trabajabilidad. Una mezcla es aquella que puede colocarse sin dificultad y que con los métodos de compactación disponibles permite obtener concretos densos. Al mismo tiempo la mezcla debe tener suficiente mortero para envolver completamente la piedra y las armaduras y obtener superficies lisas sin porosidades ni nidos de piedra. En otras palabras, debe llenar completamente los huecos entre las piedras y asegurar una mezcla plástica y uniforme. Una mezcla trabájale para un tipo de elemento puede ser muy dura para otro. Por ello el concreto que se coloca en elementos delegados o con mucha armadura debe ser más plástico que el de construcción masiva.
MEZCLADO DEL CONCRETO La función del mezclado de concreto es revestir la superficie de los agregados con la pasta de cemento, la cual dará como resultado una masa homogénea. Para asegurar este concreto de manera uniforme se utilizan mezcladoras. Estas están compuestas, principalmente, por un recipiente metálico denominado tambor o cuba, provisto de paletas en su interior. Esta mezcla se efectúa, cuando cada una de las partes del concreto es elevada, vuelta a vuelta, por las paletas durante la rotación del tambor, de manera que en un cierto punto, en cada revolución, son vertidas hacia la parte inferior para mezclarse con las otras porciones, hasta constituir una masa homogénea. Para la mezcla en este tipo de maquinaria se pueden distinguir dos tipos de mezcladoras que aseguraran el concreto que son: • Mezcladoras de eje inclinado, de cuba basculante. • Mezcladoras de eje horizontal.
Las mezcladoras de eje inclinado pueden tomar diferentes inclinaciones del eje, ya sea para trabajo de llenado, de amasado, o de descarga. Esto se realiza por medio de un volante, que hace pivotar el tambor alrededor de un eje horizontal mediante un sistema de piñones dentados. Estas mezcladoras poseen un tambor o trompo, en la cual su función es realizar un movimiento de rotación alrededor de su eje, con una inclinación de 15 a 20 grados aproximadamente. Es importante tener en cuenta que este puede definir la calidad y la capacidad del concreto. Por otra parte estas mezcladoras se pueden ajustar a pequeños volúmenes de concreto y en especial para mezclas plásticas o con agregado grueso de tamaño apreciable. Gracias a este tipo de mezcladora la descarga que esta realice siempre será buena, ya que esta realiza su función de manera inmediata y sin segregación. Por otro lado el siguiente tipo de mezcladora es la de eje horizontal estas se pueden caracterizar por el tambor, ya que este posee una forma cilindrocónica, la cual opera girando alrededor de un eje horizontal con una o dos aspas o paletas que giran alrededor de un eje no coincidente con el eje del tambor. Estas poseen mayormente, dos aberturas, una para cargar el material y la otra para descargar el concreto. Son favorables para grandes volúmenes de concretado. Pueden aparecer modelos en donde su tambor es fijo y siempre posee un eje provisto de aspas, el cual describe una trayectoria circular alrededor del eje del tambor. Este tipo de mezcladora se diferencia según la forma en que se realiza la descarga. Es por ello que la descarga se realiza:
• Variando el se ntido de la rotación del tambor. • fi jando una canaleta en el tambor.
Si el tambor está compuesto por dos secciones, que se unen borde a borde, entonces se deberán de separar para el efecto de descarga. Es importante tener en cuenta que al mezclar el concreto en este tipo de mezcladora debe de cuidarse cuando realice las cargadas, ya que no puede quedar material en la tolva; también se debe de tener cuidado al descargar para que no se produzca segregación o quede en el interior de la mezcladora agregado grueso.
Concreto con Aire Incorporado El concreto con aire incluido se produce con el uso de un cemento con inclusor (incorporador) de aire o con la adición de aditivo inclusor de aire durante el mezclado.
Aditivo incorporador de aire. Definicion.- los aditivos incorporadores de aire son usados principalmente para producir concretos resistentes a los efectos de hielo y deshielo y para mejorar la trabajabilidad. Mecanismos de daños ocasionados por la congelación del agua dentro del concreto. -
La saturación critica comienza a 91.7%. El agua congelada se expande 9%. El agua al congelarse ejerce presión a todos los lados. Las presiones hidrostáticas internas pueden romper el concreto.
Los agentes incorporadores de aire son principalmente utilizados para generar en el concreto burbujas de aire estables para protegerlo contra los ciclos de hielo y deshielo.
Historia. -
El incorporador de aire fue descubierto accidentalmente en 19930. Varios pavimentos en New York sobrevivieron a una severa exposición de hielo y deshielo. Se observó al microscopio una estructura adicional de vacíos Cemento fabricado con sebo de carne de vaca molida genero burbujas.
Mecanismo de Protección por burbujas de aire incorporado.
Las burbujas de aire proporcionan el espacio necesario para que cuando el agua se congele e incremente su volumen, se libere la presión hidrostática en concreto. Mientras ocurre el deshielo, el agua deja las burbujas de aire retrocediendo a su espacio original y el sistema se prepara para el siguiente ciclo de congelamiento.
Mecanismo de Incorporación de aire.
En el concreto el aire se produce durante el proceso de mezclado La interfase aire-agua es normalmente inestable, debido a la alta tensión superficial del agua, las pequeñas burbujas se unen para formar vacíos más grandes que son eliminados con la compactación del concreto. Los incorporadores de aire son surfactantes (agentes tenso-activos) que se concentran en la interfase aire-agua y reducen la tensión superficial induciendo la formación de burbujas estables.
T i p o s d e A d i t i v o s In c o r p o r a d o r e s .
A. Categoría 1
Productos derivados de madera: Resina Vinsol (Very Insoluble resin). Aceites grasos derivados de industria papelera. Resinas de madera. B. Categoría 2
Materiales sintéticos Alkaly-aryl sulfonatos y sulfatos. C. Categoría 3
Ácidos vegetales: Ácidos grasos de coco. Sal Alkanolamina. D. Categoría 4
Misceláneos: Sales ácidas Alkali/alkanolamina. Grasa animal.
Requisitos del Aire. Conceptualmente, se requiere que haya la suficiente cantidad de burbujas y con la cercanía necesaria para que actúen como válvulas de escape. La cantidad de presión hidráulica generada como resultado del agua en los vacíos que se expande hacia las burbujas de aire incorporado depende de:
Grado de saturación. Velocidad de congelamiento. Permeabilidad de la pasta adyacente. Distancia a la burbuja vacía más cercana.
Las burbujas deben estar espaciadas lo suficientemente cercanas y juntas para proporcionar la protección adecuada al concreto.
Espaciamiento del sistema Aire-Vacío. El factor de espaciamiento L está definido como el radio máximo de la circunferencia circunscrita a las burbujas de aire incorporado adyacentes a cualquier punto de la pasta de cemento. La superficie específica está definida como el área superficial de una cantidad de burbujas de aire que tienen un volumen de 1 mm 3 .
Efectos del Aire en las Propiedades del Concreto. a) Concreto Fresco
Aumenta la trabajabilidad. Reduce la demanda de agua. Disminuye la segregación. Reduce la exudación. Mejora el bombeo. Reduce el contenido de arena.
b) Concreto Endurecido
Mejora la resistencia al efecto del hielo-deshielo. Mejora resistencia al desgaste superficial. Reduce la permeabilidad. Mejora la resistencia a los sulfatos. Disminuye la resistencia a compresión.
Al incorporar 1% de aire disminuye la resistencia en compresión en 5%.
TRANSPORTE DEL CONCRETO El método usado para transportar el concreto depende de cuál es el menor costo y el más fácil para el tamaño de la obra. Algunas formas de transportar el concreto incluyen: un camión de concreto, una bomba de concreto, una grúa y botes, una canaleta, una banda transportadora y un malacate o un montacargas. En trabajos pequeños, una carretilla es la manera más fácil para transportar el concreto. Siempre transporte el concreto en una cantidad tan pequeña como sea posible para reducir los problemas de segregación y desperdicio. Para un concreto hecho en obra se deben seguir las siguientes recomendaciones: Se debe garantizar la conservación de las características de uniformidad y cohesión de la mezcla.
Recomendaciones: Transporta adecuadamente la mezcla mediante cubetas o carretillas. Para evitar asentamientos o segregación de la mezcla, no realices traslados en carretilla mayores a 60 m. Planea y prevee con tiempo la ruta entre el área de mezclado y la de vaciado. Asegura los recursos necesarios para la ejecuci ón continua: “boteros” o “carretilleros
Aunque no existe una forma perfecta para transportar y manejar al concreto, una planeación anticipada puede ayudar en la elección del método más adecuado evitando así la ocurrencia de problemas.
Métodos y equipos para transportar y manejar concreto. ·
Bandas transportadoras.
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Bandas transportadoras montadas sobre camiones mezcladores.
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Cucharones.
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Canalones.
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Grúas.
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Canalones de desnivel.
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Mezcladoras de dosificación móviles.
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Camiones no agitadores.
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Pistolas neumáticas.
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Bombas.
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Extendedores de tornillos.
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Tubo tremie.
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Camiones agitadores.
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Carretillas manuales (motorizadas).
La primera cuestión por analizar es el tipo de trabajo: su tamaño físico, la cantidad total del concreto por colar, y el programa a cumplir. El estudio de los detalles de la obra determina además de la cantidad de trabajo que queda debajo del nivel del terreno, por encima de éste o en el nivel del terreno. Esto ayuda a escoger el equipo de manejo de concreto necesario para colar el concreto en los niveles que se requieran.
COLOCACIÓN DEL CONCRETO El Contratista no empezará a colocar concreto hasta después de la revisión y aprobación del Interventor. El concreto tendrá la consistencia y disposición que permita su colocación en todas las esquinas o ángulos de las formaletas, alrededor del refuerzo y de cualquier otro elemento embebido, sin que haya segregación. El agua libre en la superficie del concreto colocado se recogerá en depresiones alejadas de la formaleta y se retirará antes de colocar una nueva capa de concreto. Esta se colocará tan pronto como sea posible y nunca después de treinta (30) minutos de preparada la mezcla, a menos que haya sido dosificada con un aditivo plastificante, que garantice su colocación después de ese tiempo. Cuando se coloque concreto sobre tierra, ésta estará limpia y húmeda pero sin agua estancada en ella o corriendo sobre la misma. No podrá colocarse concreto sobre lodo, tierra porosa seca o llenos que no hayan sido compactados a la densidad requerida. Las superficies de roca sobre las cuales vaya a colocarse concreto se limpiarán y conservarán libres de: aceite, agua estancada o corriente, lodo, basura, polvo o fragmentos de roca blanda o semi-adheridos a ella. No se dejará caer concreto verticalmente desde una altura mayor de 1.20 m, excepto cuando la descarga se haga dentro de moldes de altura apreciable, como las de columnas, muros, y similares, en cuyo caso la altura libre de caída puede ser hasta de 4.00 m siempre y cuando se utilice un aditivo que evite la segregación de los materiales y no se afecten las condiciones iniciales de la mezcla. En las columnas, para evitar los huecos debidos a escurrimiento del concreto fresco, se regulará la velocidad del vaciado de modo que se llene máximo 1.00 m de altura del molde en media hora. No se permitirá el uso de canales o rampas sino para una distribución local de concreto en el encofrado y ello requiere la aprobación del Interventor. Las rampas o canales tendrán una pendiente mayor de 1:2 y estarán construidas adecuadamente para evitar la segregación del concreto. El concreto será depositado cerca a su posición final en la formaleta de modo que no haya que moverlo más de dos (2) metros dentro de la misma. La colocación del concreto se efectuará en forma continua hasta llegar a la junta indicada en los planos o la aceptada por el Interventor.
COMPACTACION DEL CONCRETO
El concreto atrapa aire en forma de vacíos durante el mezclado, transporte y colocación, el cual es necesario remover de alguna manera, al proceso de remoción de aire se le denomina compactación y su objetivo es que en la mezcla no quede más del 1% de aire atrapado (por supuesto, esto no se aplica cuando se incorpora aire deliberadamente, con algún aditivo, pues se trata de un aire uniformemente distribuido y estable). Para remover el aire se pueden utilizar muchos procedimientos tales como el chuzado, el golpe con el pie, pero definitivamente el mejor sistema en la actualidad es el de la vibración del concreto en estado fresco, es el medio más adecuado para garantizar que el concreto alcance las resistencias mecánicas y químicas deseadas, además de mejorar la durabilidad, la apariencia visual, la protección del refuerzo y la adherencia esperadas entre este y el concreto. Cuando un concreto es vibrado se fluidifica ocasiona que las fuerzas de fricción entre los agregados disminuyen permitiéndoles a estos una acomodación mas estrecha, que trae como consecuencia un incremento en la densidad y la remoción del aire atrapado, ocasionando mejora en muchas de las características del concreto, principalmente en Resistencia.- Está demostrado experimentalmente que por cada 1% de aire atrapado se disminuye la resistencia del concreto entre 5% a 6% y que un 3% de vacíos reduce la resistencia del concreto en un 20%. Trabajabilidad.- El contenido de aire atrapado en el concreto está relacionado con la trabajabilidad, teniendo más aire atrapado aqu ellos con bajo asentamiento. Un concreto con un asentamiento de 75 mm contiene cerca del 5% de aire, mientras que otro con asentamiento del 25mm contiene cerca del 20%. Esto implica que un concreto con bajo asentamiento necesita mayor esfuerzo de compactación. Impermeabilidad.- Al remover el aire, el concreto se vuelve más denso y con ello más impermeable, esta característica hace que el concreto soporte mejor la acción de líquidos agresivos y mantenga, en el tiempo, su integridad superficial; con esto se asegura que ni el agua ni el aire entrarán en contacto con el acero, impidiendo así su corrosión. Aunque el concreto vibrado no es inmune al ataque de algunos agentes químicos como ocurre con los ácidos, si ofrece mejor comportamiento que el concreto sin vibrar.
Adherencia.- La presencia de vacíos reduce la adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo o cualquier metal embebido en él, dicha reducción hace que no se alcance la resistencia esperada del concreto armado. Densidad.- La densidad de un concreto colocado sin ningún sistema de compactación es del orden de 2.200 kg/m3, de 2.300 kg/m3 si se apisona manualmente y de 2.400 kg/m3 cuando se vibra enérgicamente. Como se sabe mientras más denso es el concreto, mejores son sus características de resistencia, durabilidad e impermeabilidad. Economía.- Teniendo en mente una resistencia dada, el empleo de vibradores permite disminuir el contenido del cemento en un 20% con respecto a la dosificación que tendría el concreto para colocarse manualmente. Además, el empleo de vibradores hace posible utilizar concreto con relaciones agua/cemento cercanas a 0,3 lo cual permite disminuir hasta 80 kg. de agua evaporable por m3 de concreto colocado. En cuanto a la mano de obra, el uso de vibradores permite que dos obreros obtengan el mismo rendimiento que el logrado por seis, ayudados de pisones manuales. | Calidad.- La vibración del concreto permite hacer ajustes en el diseño de mezclas que implican mejoras importantes en el nivel de la calidad y por ende en la homogeneidad del material. Concretos colocados con vibradores alcanzan coeficientes de desviación estándar del 15%, que contrastan con el 30% alcanzado con concretos colocados manualmente. Optimización del diseño de la mezcla.- El asentamiento de un concreto para ser colocado con vibradores se puede reducir a la mitad, o menos, del exigido para colocarlo manualmente. Además, el contenido del agregado fino se puede reducir en un 5%, lo cual a la vez permite disminuir el contenido de agua y permite obtener mayores resistencias y mejor calidad general del concreto. De estudios publicados, se tiene que en una mezcla de concreto con un contenido de cemento de 350 kg/m3, que tenía 36% de agregado fino y un asentamiento alto, que permitía colocarlo manualmente, se obtuvo una resistencia de 260 kg/cm2 a los 28 días. Cuando el contenido de agua se redujo para producir una mezcla con asentamiento bajo, que exigía el uso de vibradores para su colocación, la resistencia se elevó a 350 kg/cm2. Finalmente se rediseño totalmente la mezcla, disminuyendo el agregado fino y el agua, aún más, y la resistencia lograda fue de 410 kg/cm2 lo cual representa un incremento del 59% con respecto a la obtenida en la primera mezcla Cambios volumétricos.- Los cambios de volumen y las fisuras que aparecen posteriormente son más reducidos, como consecuencia inmediata de un acomodo
más estrecho de todas las partidas constitutivas del concreto y del menor contenido de agua evaporable que tienen los concreto diseñados para colocarse como vibradores. Finalmente, podemos decir que la vibración por sí misma no hace que el concreto sea más resistente o más durable; la vibración lo que permite usar mezclas más secas, con menor contenido de agua, que tienen la potencialidad de desarrollar resistencias más altas. Durante la vibración el concreto aparentemente se vuelve fluido y es notable la movilidad que adquiere. Sin embargo, hay que aclarar que el objetivo no es darle movimiento al concreto sino remover el aire
CURADO DEL CONCRETO El curado es el proceso por el cual se busca mantener saturado el concreto hasta que los espacios de cemento fresco, originalmente llenos de agua sean reemplazados por los productos de la hidratación del cemento. El curado pretende controlar el movimiento de temperatura y humedad hacia dentro y hacia afuera del concreto. Busca también, evitar la contracción de fragua hasta que el concreto alcance una resistencia mínima que le permita soportar los esfuerzos inducidos por ésta. La falta de curado del concreto reduce drásticamente su resistencia. Existen diversos métodos de curado: curado con agua, con materiales sellantes y curado al vapor. El primero puede ser de cuatro tipos: por inmersión, haciendo uso de rociadores, utilizando coberturas húmedas como yute y utilizando tierra, arena o aserrín sobre el concreto recién vaciado. El curado al vapor tiene la gran ventaja que permite ganar resistencia rápidamente. Se utiliza tanto para estructuras vaciadas en obra como para las prefabricadas, siendo más utilizado en las últimas. El procedimiento consiste en someter al concreto a vapor a presiones normales o superiores, calor, humedad, etc. El concreto curado al vapor, deberá tener una resistencia similar o superior a la de un concreto curado convencionalmente. Los cambios de temperatura no deben producirse bruscamente pues sino, ocasionan que el concreto se resquebraje.
