CONCRETO MASIVO

FACULTAD DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

CIVIL

PROBLEMS DE CONCRETO MASIVO EN LA CONSTRUCCION MARCO TEORICO El principal factor del concretos masivos es el ceemento. Por tanto se hace un estudio profundisado del cemento.

EL CEMENTO Es un producto artificial, que se obtiene de la transformación de una materia prima, que puede estar compuesta de una mezcla de calizas, arcillas y otros minerales, o simplemente de calizas. En el sentido general de la palabra, el cemento puede describirse como un material material con propiedades propiedades tanto adhesivas como cohesivas, las cuales le dan la capacidad de aglutinar fragmentos minerales para formar un todo compacto. Los cementos que se utilizan en la fabricación de concreto tiene la propiedad de fraguar y endurecer con el agua, en virtud de que experimentan una reacción química con ella, por lo tanto se denominan hidrulicos.

PRINCIPALES PRINCIPALES COMPONENTES DEL CEMENTO CaO , obtenida de materiales ricos en cal, como la piedra caliza rica en CaCO 3, con con impu impure rez zas de

!i"# !i"#,, $l#"% l#"% y &g'" &g'"%, %, de &arg &argas, as, que son son cali caliza zass

conchas marinas marinas,, arcill arcilla a acom acompa pa(a (ada dass de síli sílice ce y prod produc ucto toss arci arcillllos osos os,, conchas calcárea, greda, etc . es quistosa, pizarra, ceniza muy fina o SiO2 y Al2O , obtenidos de Arcilla, arcilla esquistosa, arena para proporcionar sílice y al)mina.

Fe2O3, que se obtiene de mineral de hierro, costras de laminado o algún material semejante para suministrar el hierro o componente ferrífero.

'on los dos primeros componentes se produce cemento Pórtland blanco, el tercer tercero o es un materi material al funden fundente te que reduce reduce la tempera temperatur tura a de calcin calcinació ación n necesaria para la producción del cemento gris.

CONSTRUCCION II


FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Esta disminución en la temperatura, hace que sea ms económico en su fabricación, en relación al cemento blanco, aunque ambos poseen las mismas propiedades aglomerantes. El n)mero de materias primas requeridas en cualquier planta depende de la composición química de estos materiales y de los tipos de cemento que se produzcan. Para llevar a cabo una mezcla uniforme y adecuada, las materias primas se muestrean y analizan en forma continua, y se hacen a*ustes a las proporciones mientras se realiza el mezclado.

EFECTO DE LOS COMPONENTES 'ada uno de los cuatro compuestos principales del cemento Pórtland, así como los compuestos secundarios, contribuye en el comportamiento del cemento, cuando pasa del estado plstico al endurecido despu+s de la hidratación. El conocimiento del comportamiento de cada uno de los compuestos principales, durante la hidratación, permite a*ustar las cantidades de cada uno durante la fabricación, para producir las propiedades deseadas en el cemento.

El Silicato Tricálcic Tricálcico, o, C%S, es el compuesto activo por excelencia del cliner, es el que produce la alta resistencia inicial del cemento Pórtland hidratado. Pasa del fraguado inicial al final en unas cuantas horas. El ' 3! reacciona con el agua desprendiendo desprendiendo una gran cantidad cantidad de calor -calor de hidratación. hidratación. La rapidez de endurecimient endurecimiento o de la pasta de cemento cemento est en relación directa directa con el calor de hidratación/ cuanto ms rpido sea el fraguado, mayor ser la exotermia. El ' %! hidratado alcanza gran parte de su resistencia en siete días. 0ebe limitarse el contenido de !%' en los cementos para obras de grandes masas de hormigón, no debiendo rebasarse un %12, con ob*eto de evitar valores elevados del calor de hidratación.

El silicato dicalsico, dicalsico, C2S, requiere algunos días para fraguar. Es el causante principal de la resistencia posterior de la pasta de cemento Pórtland. 0ebido a CONSTRUCCION II



Esta disminución en la temperatura, hace que sea ms económico en su fabricación, en relación al cemento blanco, aunque ambos poseen las mismas propiedades aglomerantes. El n)mero de materias primas requeridas en cualquier planta depende de la composición química de estos materiales y de los tipos de cemento que se produzcan. Para llevar a cabo una mezcla uniforme y adecuada, las materias primas se muestrean y analizan en forma continua, y se hacen a*ustes a las proporciones mientras se realiza el mezclado.

EFECTO DE LOS COMPONENTES 'ada uno de los cuatro compuestos principales del cemento Pórtland, así como los compuestos secundarios, contribuye en el comportamiento del cemento, cuando pasa del estado plstico al endurecido despu+s de la hidratación. El conocimiento del comportamiento de cada uno de los compuestos principales, durante la hidratación, permite a*ustar las cantidades de cada uno durante la fabricación, para producir las propiedades deseadas en el cemento.

El Silicato Tricálcic Tricálcico, o, C%S, es el compuesto activo por excelencia del cliner, es el que produce la alta resistencia inicial del cemento Pórtland hidratado. Pasa del fraguado inicial al final en unas cuantas horas. El ' 3! reacciona con el agua desprendiendo desprendiendo una gran cantidad cantidad de calor -calor de hidratación. hidratación. La rapidez de endurecimient endurecimiento o de la pasta de cemento cemento est en relación directa directa con el calor de hidratación/ cuanto ms rpido sea el fraguado, mayor ser la exotermia. El ' %! hidratado alcanza gran parte de su resistencia en siete días. 0ebe limitarse el contenido de !%' en los cementos para obras de grandes masas de hormigón, no debiendo rebasarse un %12, con ob*eto de evitar valores elevados del calor de hidratación.

El silicato dicalsico, dicalsico, C2S, requiere algunos días para fraguar. Es el causante principal de la resistencia posterior de la pasta de cemento Pórtland. 0ebido a CONSTRUCCION II



que su reacción de hidratación avanza con lentitud, genera un ba*o calor de hidra hidrata taci ción. ón. Este Este comp compues uesto to en el ceme cement nto o Pórt Pórtla land nd desa desarro rrolllla a meno menores res resi resist stenc encia iass que el '%! en las las prim primer eras as edad edades es// sin sin emba embarg rgo, o, aume aument nta a gradualmente, alcanzando a unos tres meses una resistencia similar a la del '%!. Los cementos con alto contenido en silicato diclcico son ms resistentes a los sulfatos.

Aluminato Tricálcico, C%A, presenta fraguado instantneo al ser hidratado y gran gran retr retracc acció ión. n. Es el causa causant nte e prim primar ario io del del frag fragua uado do inic inicia iall del del ceme cement nto o Pórtland y desprende grandes cantidades de calor durante la hidratación. El yeso, agregado al cemento durante el proceso de fabricación, en la trituración o en la molienda, se combina con el ' 3 $ $ para controlar el tiempo de fraguado, por su acción al retardar la hidratación de este. El compuesto ' % $ $ muestra poco aumento en la resistencia despu+s de un día. $unque el ' % $ $ hidratado, por si solo, produce una resistencia muy ba*a, su presencia en el cemento Pórtland hidratado produce otros efectos importantes. Por e*emplo un aumento en la cantidad de '% $ $ en el cemento Pórtland ocasiona un fraguado fra guado ms rpido, pero conduce a propiedades indeseables del hormigón, como una mala resistencia a los sulfatos y un mayor cambio de volumen. !u estabilidad química es buena frente a ciertas aguas agresivas -de mar, por e*emplo y muy d+bil frente a sulfatos. 'on ob*eto de frenar la rpida reacción del aluminato triclcico con el agua y regular el tiempo de fraguado del cemento, se a(ade al cliner un sulfato -piedra de yeso.

El Ferroalumi Ferroaluminato nato Tetracálci Tetracálcico, co, C%AF, AF, El uso de ms óxido de hierro en la alimentación del horno ayuda a disminuir el '%$, pero lleva a la formación de '3 $4, $4, un producto que act)a como relleno con poca o ninguna resistencia. 5o obstante, es necesario como fundente para ba*ar la temperatura de formación del cliner. Es seme*ante al '%$, porque se hidrata con rapidez y sólo desarrolla ba*a ba*a resi resist sten enci cia. a. 5o obst obstant ante, e, al cont contrar rario io del del ' % $, $, no muestra fraguado CONSTRUCCION II



instantneo. !u resistencia a las aguas selenitosas y agresivos en general es la mas alta de todos los constituyentes. !u color oscuro le hace prohibitivo para los cementos blancos por lo que en este caso se utilizan otros fundentes en la fabricación.

La Cal libre, CaO, 5o debe sobrepasar el #2, ya que en cantidades excesivas puede dar por resultado una calcinación insuficiente del cliner en el horno, esto puede provocar expansión y desintegración del hormigón. 6nversamente, cantidades muy ba*as de cal libre reducen la eficiencia en el consumo de combustible y producen un cliner duro para moler que reacciona con mayor lentitud.

El Oxido de Magnesio queda limitado por las especificaciones al 72, ya que conduce a una expansión de volumen variable en el hormigón, debido a la hidratación retardada, en especial en un medio ambiente h)medo.

Los lcalis !"a2 O y # 2 O$ son componentes secundarios importantes, ya que pueden causar deterioro expansivo cuando se usan tipos reactivos de agregados silíceos para el hormigón. !e especifica cemento de ba*o lcali en zonas en donde se encuentran estos agregados. El cemento de ba*o lcali contiene no ms del 8,72 de lcalis totales. !in embargo, debe controlarse el porcenta*e de lcalis totales en el hormigón, ya que el lcali puede entrar a la mezcla de ese hormigón proveniente de ingredientes que no son el cemento, como el agua, los agregados y los aditivos.

Trioxido de a%u&re, SO 3, el azufre proviene de la adición de piedra de yeso que se hace al cliner durante la molienda para regular su fraguado, pudiendo tambi+n provenir del combustible empleado en el homo. 9n exceso de !" % puede conducir al fenómeno de falso fraguado, por lo que conviene limitarlo a no mas del 32. CONSTRUCCION II



'erdida al &uego, cuando su valor es apreciable, la perdida al fuego proviene de la presencia de adiciones de naturaleza caliza o similar, lo cual no suele ser conveniente. !i el cemento ha experimentado un prolongado almacenamiento, la perdida al fuego puede provenir del vapor de agua o del '" # presentes en el conglomerante, siendo entonces expresiva de una meteorización del cemento.

(esiduo insoluble, proviene de la presencia de adiciones de naturaleza silicea. 5o debe superar el 12 para el Pórtland 6. HIDRATACIÓN DEL CEMENTO 'uando se agrega agua al cemento Pórtland, los compuestos bsicos presentes se transforman en nuevos compuestos por reacciones químicas. 'omo por e*emplo: !ilicato triclcico ; agua < gel de tobermorita ; hidróxido de calcio !ilicato diclcico ; agua < gel de tobermorita ; hidróxido de calcio 4erroaluminato tetraclcico ; agua ; hidróxido de calcio < hidrato de calcio $luminato triclcico ; agua ; hidróxido de calcio < hidrato de $luminato triclcico $luminato triclcico ; agua ; yeso < sulfoaluminatos de calcio = Las dos primeras reacciones, donde intervienen los silicatos de calcio, que constituyen alrededor del >12 por peso del cemento Pórtland, reaccionan con el agua para producir dos nuevos compuestos: gel de tobermorita el cual es no? cristalino e hidróxido de calcio que es cristalino. En la pasta de cemento completamente hidratada, el hidróxido de calcio constituye el #12 del peso y el gel de tobermorita, alrededor del 182.

CONSTRUCCION II



= La tercera y cuarta reacciones muestran como se combinan los otros dos compuestos principales del cemento Pórtland con el agua para formar productos de reacción. = En la )ltima reacción aparece el yeso, compuesto agregado al cemento Pórtland durante la trituración del cliner para controlar el fraguado. 'ada producto de la reacción de hidratación desempe(a una función en el comportamiento mecnico de la pasta endurecida. El ms importante de ellos es el compuesto llamado gel de tobermorita, el cual es el principal compuesto aglomerante de la pasta de cemento, porque liga o aglutina entre sí a todos los componentes. Este gel es una sustancia dividida, muy fina, con estructura coherente, con una composición y estructura seme*antes a la de un mineral natural, llamado tobermorita. La rapidez de hidratación es afectada, adems de la composición, por la finura del molido, la cantidad de agua agregada y las temperaturas de los componentes al momento de mezclarlos. Para lograr una hidratación ms rpida, los cementos se trituran hasta de*arlos muy finos. El dimetro promedio de un grano de cemento Pórtland proveniente de la trituración del cliner es de alrededor de @8 A m. Las partículas del producto de hidratación, como el gel de tobermorita, son del orden de una mil+sima de ese tama(o, por lo que su enorme superficie específica, de alrededor de % millones de cm por gramo, produce fuerzas de atracción entre las partículas. Estas fuerzas ocasionan que las partículas de gel de tobermorita se adhieran entre sí y con otras partículas introducidas en la pasta de cemento.

CALOR DE HIDRATACIÓN La reacción del cemento con el agua es exot+rmica/ es decir, se genera calor en la reacción, durante la hidratación del cemento. !e puede sacar venta*a de esta propiedad, durante el tiempo frío, para mantener temperaturas adecuadas de curado mediante el aislamiento que brinda el encofrado. 5o obstante, para las cortinas de presas y otras estructuras de hormigón masivo, deben tomarse medidas para reducir o eliminar el calor mediante el dise(o y m+todos de construcción adecuados, esto puede comprender la circulación de agua fría u otros medios de enfriamiento. "tro m+todo para controlar el desprendimiento de calor es reducir el porcenta*e de compuestos que generan elevado calor de hidratación, como el '%$ y el '%!, y usar un cemento con menos finura. CONSTRUCCION II



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El uso de agregado grande !"#cm tambi+n ayuda a reducir el requisito del cemento y el calor consecuente, al reducir la cantidad de agua, y por tanto menos cemento, con la misma relación aguaBcemento. $ continuación se dan los valores para la cantidad total de calor desprendido durante la hidratación completa del cemento: !ilicato triclcico

@#8 calBgr

$luminato triclcico

#8> calBgr

'al Libre

#>C calBgr

!ilicato diclcico 4erroaluminato tetraclcico

7# calBgr @88 calBgr

!i se considera que la cantidad de calor generada durante los primeros > días de hidratación para el cemento del Dipo 6 es el @882, entonces: Dipo 66, moderadamente resistente al sulfato

!"#

%$Dipo 66. calor moderado de hidratación

>1?12

Dipo 666, alta resistencia temprana

@182

Dipo 6F, ba*o calor de hidratación 38?782 Dipo F, resistente al sulfato 78?C82 Los porcenta*es son un poco mayores despu+s de, ms o menos, un a(o.

CONSTRUCCION II



TIPOS DE CEMENTOS CEMENTO PORTLAND

Ti$o I% 5ormal. Este tipo de cemento es de uso general, y se emplea cuando no se requiere de propiedades y características especiales que lo prote*an del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas por calor de hidratación. Entre los usos donde se emplea este tipo de cemento estn: pisos, pavimentos, edificios, estructuras, elementos prefabricados.

Ti$o II: &oderado. Para uso general y adems en construcciones donde existe un moderado ataque de sulfatos o se requiera un moderado calor de hidratación. Genera normalmente menos calor que el cemento tipo 6, y este requisito de moderado calor de hidratación puede especificarse a opción del comprador. En casos donde se especifican límites mximos para el calor de hidratación, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas clidos, en aplicaciones como muros de contención, pilas, presas, etc. La 5orma $!D& ' @18 establece como requisito opcional un mximo de >8 calBg a siete días para este tipo de cemento.

Ti$o IIA: &oderado. 6gual que el tipo 66, pero con inclusor de aire. Ti$o III: $ltas resistencias. Para uso donde se requieren altas resistencias a edades tempranas. !u utilización se debe a necesidades específicas de la construcción, cuando es necesario retirar cimbras lo ms pronto posible o cuando por requerimientos particulares, una obra tiene que ponerse en servicio muy rpidamente, como en el caso de carreteras y autopistas.

CONSTRUCCION II



Ti$o IV: Ha*o calor de hidratación. Para uso donde se requiere un ba*o calor de hidratación. El desarrollo de resistencias de este tipo de cemento es muy lento en comparación con los otros tipos de cemento. Los usos y aplicaciones del cemento tipo 6F estn dirigidos a obras con estructuras de tipo masivo, como por e*emplo grandes presas. La hidratación inicia en el momento en que el cemento entra en contacto con el agua/ el endurecimiento de la mezcla da principio generalmente a las tres horas, y el desarrollo de la resistencia se logra a lo largo de los primeros %8 días, aunque +ste contin)a aumentando muy lentamente por un período mayor de tiempo. En la fabricación del cemento se utilizan normalmente calizas de diferentes tipos, arcillas, aditivos ?como el mineral de fierro cuando es necesario? y en ocasiones materiales silicosos y aluminosos. Estos materiales son triturados y molidos finamente, para luego ser alimentados a un horno rotatorio a una temperatura de @,388 grados centígrados y producir un material nodular de color verde oscuro denominado 'L65IEJ.

Ti$o V% Jesistente a la acción de los sulfatos. Para uso general y adems en construcciones donde existe un alto ataque de sulfatos en vez del tipo 66.

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CEMENTOS ADICIONADOS Ti$o IS&' El cemento Portland de escoria de alto horno se puede emplear en las construcciones de concreto en general. Para producir este tipo de cemento, la escoria del alto horno se muele *unto con el cliner de cemento Portland, o puede tambi+n molerse en forma separada y luego mezclarse con el cemento. El contenido de escoria varía entre el #1 y el >82 en peso.

Ti$o IP ( Ti$o P&' El cemento Portland 6P puede ser empleado en general para construcciones

y el tipo P se utiliza en construcciones donde no sean

necesarias resistencias altas a edades tempranas. El tipo P se utiliza normalmente en estructuras masivas, como estribos, presas y pilas de cimentación. El contenido de puzolana de estos cementos se sit)a entre el @1 y el 38 2 en peso.

Ti$o S&' El cemento tipo !, de escoria, se usa com)nmente en donde se requieren resistencias inferiores. El contenido mínimo de escoria es del >82 en peso del cemento de escoria. Este cemento se fabrica mediante cualquiera de los siguientes m+todos: •

&ezclando escoria molida de alto horno y cemento Portland. &ezclando escoria molida y cal hidratada.

•

•

&ezclando escoria molida, cemento Portland y cal hidratada. CONSTRUCCION II



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Ti$o I PM)&' El cemento Portland tipo 6 -P&, modificado con puzolana, se emplea en todo tipo de construcciones de concreto. El cemento se fabrica combinando cemento Portland o cemento Portland de escoria de alto horno con puzolana fina. Esto se puede lograr: •

&ezclando el cemento Portland con la puzolana.

•

&ezclando el cemento Portland de escoria de alto horno con puzolana.

•

&oliendo con*untamente el clíner de cemento con la puzolana.

•

Por medio de una combinación de molienda con*unta y de mezclado.

•

El contenido de puzolana es menor del @12 en peso del cemento terminado.

Ti$o I SM)&' El cemento Portland modificado con escoria, D6P" 6 -!&, se puede emplear en todo tipo de construcciones de concreto. El contenido mximo de escoria es del #12 del peso del cemento de escoria. !e fabrica mediante cualquiera de los siguientes procesos:

") &oliendo con*untamente el clíner con alguna escoria granular de alto horno.

2) &ezclando escoria molida y cal hidratada. 3) &ezclando escoria, cemento Portland y cal hidratada. $ todos los cementos mezclados arriba mencionados, se les puede designar la inclusión de aire agregando el sufi*o $, por e*emplo, cemento D6P" !?$. $dems, en este tipo de cementos, la norma establece como requisito opcional para los cementos tipo 6 -!&, 6 -P&, 6!, 6P y los denominados con sub?fi*o &! o &K lo siguiente: moderada resistencia a los sulfatos yBo moderado calor de hidratación y en caso del tipo P y P$, moderada resistencia a los sulfatos yBo ba*o calor de hidratación @3M. Los requisitos de durabilidad seg)n la 5orma $!D& ' @@1> van de acuerdo a la aplicación o al uso. Por e*emplo, donde se requieran altas resistencias tempranas, moderada o alta resistencia a los sulfatos, moderado o ba*o calor de CONSTRUCCION II



hidratación y opcionalmente ba*a reactividad con los agregados reactivos a los lcalis.

TIPOS DE CEMENTOS ESPECIALES CEMENTO PORTLAND BLANCO % Es el mismo Portland regular, lo que defiere es el color, esto se obtiene por medio del color de la manufactura, obteniendo el menor numero de materias primas que llevan hierro y oxido de magnesio, que son los que le dan la coloración gris al cemento.

Este cemento se usa específicamente para

acabados arquitectónicos tales como estuco, pisos y concretos decorativos.

CEMENTO PORTLAND DE ESCORIA DE ALTO HORNO % Es obtenido por la pulverización con*unta del cliner portland y escoria granulada finamente molida con adición de sulfato de calcio. El contenido de la escoria granulada de alto horno debe estar comprendido entre el @12 y el 12 de la masa total.

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PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO FINURA DEL CEMENTO SUPERFICIE ESPECIFICA) La finura se define como la medida o tama(o de las partículas que componen el cemento / se expresa en cmNBgr lo cual llamamos superficie de contactos o superficies especificas /

esto se refle*a

en el proceso de

hidratación del cemento ya que la mayor superficie de contacto me*or y ms rpida es el tiempo de fraguado. Es la cantidad de rea expuesta al contacto con el agua en una determinada masa de cemento. • • •

Entre mas fino sea el cemento mas rpido es el contacto con el agua. Entre mayor sea la superficie de contacto mayor es la finura del cemento. En # días un cemento a cumplido el C82 de su hidratación, el otro @82 puede tardar a(os.

PESO ESPECIFICO O DENSIDAD APARENTE DEL CEMENTO % El peso específico expresa la relación entre la muestra de cemento y el volumen absoluto. O  m B F absoluto. 0onde :

m  muestra del cemento. F absoluto  Folumen de la materia sólida. CONSTRUCCION II



El peso específico del cemento debe estar entre %.@8 a %.@1 grBcmQ. El valor del peso específico no indica la calidad de un tipo de cemento, sino que su valor es usado para el dise(o de la mezcla. 'on el valor del peso específico se pueden encontrar otras características del concreto. !e puede decir a manera de conclusión de que el cemento utilizado en el laboratorio, es un cemento adicionado. 9n ba*o valor de densidad absoluta nos indica poca presencia del cliner y alta de yeso.

CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO $l agregar agua al cemento se produce una pasta -cemento ; agua, contiene fluidez a medida que se le va aumentando el contenido de agua. La consistencia normal es un estado de fluidez alcanzado por la pasta del cemento que tiene una propiedad óptima de hidratación. !e expresa como un porcenta*e en peso o volumen de agua con relación al peso seco del cemento. Ragua B Rcemento  2 'onsistencia 5ormal . El factores que influye en la consistencia normal del cemento puede ser la finura.

Los *+ dt-.i/a/ la co/sist/cia so/% • • •

• •

La viscosidad en la pasta -cemento. La lubricación en los agregados -concreto. Los valores de la consistencia normal no dependen del tipo del cemento. Los valores normales de esta se encuentran entre el 201 y el 321. La consistencia 5ormal no es un parmetro para medir la calidad del cemento pero si para medir el tiempo de fraguado y la resistencia mecnica.

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TIEMPO DE FRAUADO ASTM C'"", C'244)& !e efect)an pruebas para determinar si una pasta de cemento permanece en estado plstico el tiempo suficiente para permitir un colado normal. El yeso regula el tiempo de fraguado en el cemento, como tambi+n la finura del mismo, la relación aguaBcemento en el concreto y los aditivos usados. Las pruebas para determinar el fraguado se realizan con el aparato de Ficat $!D& '?@C@ y la agu*a de Gilmore $!D& '?#77.

FALSO FRAUADO ASTM C'0#")& El falso fraguado se pone en evidencia por una gran perdida de plasticidad, sin generar mucho calor un poco despu+s de haber mezclado el concreto. Este fenómeno desaparece al aumentar el tiempo de mezclado en el concreto.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ASTM C'"5)& La resistencia a la compresión de cemento Pórtland es obtenida de cubos estndar de dos pulgadas de lado, con una relación constante aguaBcemento igual a 8.31, para las pruebas de resistencia a la compresión. El mortero consta de @ parte de cemento y #.>1 partes de arena graduada estndar mezclados con agua. Las resistencias a las diferentes edades son indicadores de las características del cemento, con precisión a causa de las muchas variables

que intervienen en la mezcla de concreto. La resistencia a la

compresión est influida por el tipo y la finura del cemento. En general, las resistencias de los cementos, obtenidas en base a la norma $!D& ' ? @8C,

no se pueden usar para predecir las resistencias de los

concretos con exactitud, debido a la

gran cantidad de variables, en las

características de los agregados, mezclas de concreto y

procedimientos

constructivos. CONSTRUCCION II



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CALOR DE HIDRATACIÓN ASTM C'"64)& El calor de hidratación es generado cuando reacciona el cemento con el agua/ es decir se genera calor por una reacción exot+rmica. La cantidad de calor generado depende principalmente de la composición química del cemento, la finura y de las temperaturas

existentes en el curado. En estructuras con

grandes masas de concreto, la rapidez y la cantidad de calor generado es importante, si este calor no se disipa rpidamente, puede estar acompa(ado de dilataciones t+rmicas y el enfriamiento posterior del concreto endurecido a la temperatura ambiente puede crear esfuerzos per*udiciales en la estructura.

IMPORTANCIA DEL USO DEL ADITIVO !on sustancias o productos químicos los cuales se adicionan al concreto o al mortero , para modificar o me*orar algunas de sus propiedades originales. La necesidad de modificar las propiedades de un ligante con base en cal, han sido siempre una constante durante la historia de la construcción. 0e esta forma el 'oronel Dreussart -@#C describe como usó agua hirviendo para apagar la cal debido a que afirmaba que la velocidad de endurecimiento del mortero se acortaba y se lograba al final un material ms resistente. La popularización del concreto hecho con cemento Portland durante el )ltimo cuarto del siglo S6S y su extensa difusión durante el inicio del siglo SS, hizo que la industria química y de la construcción buscara soluciones para modificar las propiedades de modo que el material se a*ustara a las necesidades de los procesos constructivos y de las edificaciones. Es así como en la d+cada de @>8 ya se identificaron compuestos que aceleran la hidratación y otros que la retardan. En el caso particular de los acelerantes se patentaron por primera vez en @1 en 6nglaterra. Jeductores de agua basados en cidos carboxilicos hidroxilados fueron patentados en $lemania en @C%# y luego en @C%C por Iaspar Rinler. 6gualmente uno de los traba*os iniciales sobre compuestos para controlar el CONSTRUCCION II



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fraguado y reducir la cantidad de agua en el concreto fue desarrollado en @C%7 por Iennedy quien describió los efectos de dispersión de pastas de cemento Portland cuando empleó sales de cido lignosulfonado. !i la d+cada de @C%8 corresponde al momento de nacimiento de los plastificantes, el final de los >8Ts vieron la salida al mercado y la construcción de los superplastificantes. La mas notable de las fuentes iniciales sobre superplastificantes corresponde a las memorias de dos simposios que tuvieron lugar en 'anad en @C> y en @C@. La investigación no ha cesado un solo día, al final del siglo SS tiene lugar en Uapón como evolución del mercado de pinturas el origen de los superplastificantes de ultra alto poder. Los policarboxilatos son mol+culas que multiplican por mas de 1 veces el tama(o de las mol+culas originales de los superplastificantes -naftalenos, vinilos y melaminas. !on el producto de un enorme esfuerzo de investigación y que superan en desempe(o y hoy en costo -son mas eficientes la generación anterior de superplastificantes. Los policarboxilatos resuelven vie*os problemas asociados con la plasticidad del concreto y nos permiten correr los límites de reducción de agua y pasta hacia niveles que hace apenas unos a(os atrs ni siquiera so(abamos. !in duda la química y el traba*o de aquellos dedicados a la investigación molecular, nos seguirn dando sorpresas las próximas d+cadas, somos los usuarios del concreto y aquellos quienes dise(amos el material quienes debemos aprovechar las m)ltiples tecnologías hoy disponibles para hacer concretos ms eficientes, de mayor desempe(o y ms sostenibles. Las posibilidades de hoy con respecto a usar tecnologías sustitutivas del cemento

portland,

la

introducción

de

geopolímeros,

ultraoptimizados -ba*os contenidos de pasta o

de

concretos

concretos con altísimos

contenidos de adiciones minerales, van de la mano con el desarrollo de tecnologías químicas de aditivos que nos permiten usar un material con me*ores propiedades en estado fresco como endurecido.

CONSTRUCCION II



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CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS% "& ADITIVOS ACELERANTE% 'onducen a un rpido fraguado y a la obtención de resistencia a temprana edad. !e utiliza mucho en las construcciones de tuneles y puentes. La velocidad de las reacciones entre el cliner con el agua, es denominada con frecuencia como la tasa de hidratación de un cemento y puede ser modificada adicionando peque(as cantidades de sustancias químicas en la mezcla. Estas sustancias alteran la tasa de hidratación incrementando el n)mero de hidratos que nacen para una edad determinada dando un efecto general de aceleramiento del proceso. Estas sustancias se conocen como acelerantes. 0e esta forma un acelerante es adicionado al concreto, mortero o pasta de cemento con lossiguientes propósitos: • •

0isminuir los tiempos de fraguado. yBo incrementar las resistencias tempranas.

•

En el primer caso la acción de los acelerantes se concentra en estado fresco mientras que en el segundo caso en estado endurecido. Existen acelerantes especializados para cada caso aunque algunos son capaces de tener un efecto tanto sobre el fraguado como sobre el desarrollo de las resistencias. 'asi todos los acelerantes convencionales para concreto -excluyendo en este capítulo a los acelerantes instantneos para concreto lanzado vienen en forma líquida, debido a que su dosificación y manipulación es ms sencilla.

P-i/ci$als 7/8icios d los acl-a/ts 0entro de los propósitos ms frecuentes del uso de acelerantes así como las venta*as ms relevantes que estos permiten obtener, se encuentran: CONSTRUCCION II



E/ los *+ a8cta/ l 8-a9+ado •

c $cabado ms rpido de superficies. c Jeducción de la presión del material en estado fresco sobre las

•

formaletas. c Liberación rpida de formaletas para desencofrado de elementos no

•

estructurales. •

E/ los *+ a8cta/ l /d+-ci.i/to • • •

c Jemoción de formaletas con cargas estructurales. c Puesta en servicio de estructuras nuevas o reparaciones. c 'ompensación de los efectos de ba*as temperaturas o cementos con lento desarrollo de resistencias.

2& ADITIVOS IMPERMEABILI:ANTE : CONSTRUCCION II



!e adicionan a la mezcla para disminuir el peso del agua atravez de los elementos fabricados. !e utiliza en piscina, ba(os, para tanques de almacenamientos de aguas y en cimientos.

3& ADITIVOS RETARDANTES % $l igual que los plastificantes puros los aditivos exclusivamente restardantes son ms bien poco usados en la construcción. !in embargo en algunos casos si se requieren tiempos de transporte extremadamente largos, si la temperatura ambiente o del concreto son muy altas o si se trata de disminuir el calor de hidratación del concreto -como es el caso de concretos masivos, el uso de retardantes aislados o dosificados de manera individual permite una mayor versatilidad al momento de regular los tiempos de fraguado. El uso combinado de un plastificante -reductor de cemento y agua y un retardante de fraguado, permite así cambiar en el tiempo el ritmo de hidratación. En el caso de un concreto deslizado resulta conveniente disminuir en las noches la dosificación de retardante debido a la disminución de la temperatura ambiente. 0e esta forma se mantiene constante la dosis de plastificante pero se cambia la dosis del retardante dependiendo de las condiciones de avance de la estructura. Los retardantes puros tambi+n han encontrado una aplicación clara en los morteros larga vida donde regulan el tiempo de fraguado a edades que pueden ir desde % horas hasta ># horas. 9n e*emplo de un retardante lo constituye el !iaDard E que se usa principalmente en mortero larga vida, aunque tambi+n se ha usado con +xito en concreto. En shotcrete o lanzado en vía h)meda.

CONSTRUCCION II



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0& ADITIVOS PLASTIFICANTES% Los plastificantes han sido con cierta frecuencia subestimados pero son en realidad sustancias cuya altísima eficiencia les permite perdurar en la producción actual de concreto. Hasadas en compuestos orgnicos, los plastificantes logran optimizar los dise(os de concreto disminuyendo las necesidades de agua y cemento para alcanzar las propiedades exigidas por la construcción. El efecto directo de un plastificante sobre la pasta de cemento es disminuir la viscosidad de la misma. 9n plastificante hace que la pasta de cemento se vuelva ms VlíquidaW, fluya ms rpido. Lo logra recubriendo las partículas de cemento y provocando una repulsión entre estas. 'uando las partículas se repelen entre sí, existe menos resistencia al flu*o del con*unto -menos fricción, tiene lugar adems una eliminación de micro flóculos, lo que permite la liberación y me*or distribución del agua. 0e esta forma la pasta de cemento fluye ms y por ende el concreto tambi+n lo hace. 9na mayor fluidez del concreto permite entonces disminuir la cantidad de agua del mismo, modificando por lo tanto las propiedades de la pasta -o pegante, que con menos agua aumentar su resistencia en estado endurecido.

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!i en vez de eliminar agua se elimina simultneamente agua y cemento -pasta conservando la misma calidad de pasta -misma proporción de agua y cemento, se puede mantener la resistencia y fluidez con un menor contenido de agua y cemento. El costo de un plastificante es en general ms ba*o que el de agua y cemento que permite ahorrar, es allí donde se logra un concreto optimizado. Los plastificantes deberían ser llamados reductores de pasta en vez de reductores de agua. Ellos permiten mantener una resistencia y una mane*abilidad dadas del concreto, con un menor contenido de cemento y agua. La tabla @, expone un e*emplo de inclusión de un plastificante para una resistencia y un asentamiento dados. Los plastificantes o reductores de agua -pasta permiten la fabricación de concretos a un menor costo y con un mayor desempe(o. Los plastificantes se incluyen en el concreto para que act)en directamente sobre el cemento y las adiciones, en algunas ocasiones cuando existe un porcenta*e de finos importante en los agregados tambi+n pueden ser absorbidos por la superficie de estos y por lo tanto deben considerarse en el clculo de su dosificación.

#& ADITIVOS INCORPORADORES DE AIRE% 0isminuyen traduce

una

la porosidad de la mezcla en el momento de fraguado, lo cual disminución

del

riesgo de la

corrosión

y

adicionan

mane*abilidad a la mezcla.

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0esde la d+cada de @C%8 se descubrió que la incorporación de una verdadera constelación de esferas o burbu*as de aire en el interior del concreto aumentaba de manera espectacular la durabilidad del concreto frente al ataque de hielo? deshielo. Este fenómeno es particularmente visible en estructuras con una relación superficieBvolumen alta, es decir pisos y pavimentos. 'uando la temperatura externa ba*a de 8 X' el agua al interior del concreto comienza a congelarse y recordemos que el agua al convertirse en hielo aumenta en un C2 su volumen. Este incremento en el volumen genera esfuerzos al interior de la red porosa microfisurando el material. 9n concreto expuesto a cientos de ciclos de hielo y deshielo termina desintegrndose. La presencia de una red de esferas de aire cuyo dimetro varía entre >8 a @38 micras tiene un doble efecto. 9no en estado fresco y otro sobre estado endurecido. En estado fresco disminuye radical? mente la exudación del concreto evitando la formación de capilares que alcanzan la superficie y otro en estado endurecido donde las esferas que act)an como lugares donde el agua en exceso, empu*ada por el hielo o el mismo hielo, disipa los esfuerzos provocados por el cambio volum+trico cuando cambia de estado a sólido. CONSTRUCCION II



Para garantizar su correcto funcionamiento, los norteamericanos definieron así una distancia mínima entre burbu*as de aire, densidad volum+trica mínima, que denominan como factor de espaciamiento que debe estar cercana a #18 micras. !in embargo el uso de incorporadores de aire no se limita a evitar el da(o del concreto por ciclos de hielo?deshielo. La ausencia de capilares hace que el agua no pueda penetrar en el concreto en estado endurecido, por lo que una incorporación de aire tanto en concreto como en mortero, tiene un efecto impermeabilizante en el material. En las zonas clidas el aire incorporado se usa entre otros para:

•

c 6mpermeabilizar concretos. c &e*orar arenas gruesas carentes de finos. c Plastificar concretos. c $yudantes evidentes en concretos Dremie para me*orar el rendimiento

•

durante la caída y disminuir la exudación. c $yudantes de molienda.

• • •

Los aditivos incorporadores de aire disminuyen la tensión superficial del agua. Esto facilita entonces la formación de esferas de aire disminuyendo la energía necesaria para crear superficies de contacto aire?agua. El papel principal de los incorporadores de agua es el de estabilizar las esferas de aire atrapadas en las turbulencias generadas por las palas de la mezcladora y por las partículas finas como gruesas. La acción de los incorporadores de aire puede sintetizarse como: •

c 0isminución de la tensión superficial del agua -surfactante. c 4ormación de una película insoluble -y hidrofóbica alrededor de las

•

esferas de aire. Estabilización por adsorción sobre las partículas de cemento.

•

4& ADITOVOS REDUCTORES DE RETRACCION Los aditivos reductores de retracción del concreto fueron desarrollados en Uapón a finales de la d+cada de los noventa. Estas sustancias estn dise(adas para actuar sobre el material disminuyendo la tendencia del concreto a retraerse durante su hidratación. Estas sustancias tienen una acción doble tanto sobre CONSTRUCCION II las


características físicas

del líquido


intersticial al interior del

concreto

-disminuyendo entre otros su tensión superficial como sobre la tendencia general del sistema a disminuir su volumen original.

;& ADITIVOS INHIBIDORES DE CORROSION Los inhibidores de corrosión en realidad estn mal denominados en el mercado, estas sustancias en realidad son retardantes de la corrosión. Dodos los inhibidores disponibles en la actualidad retardan la iniciación de la corrosión en tasas que permiten duplicar o triplicar la vida )til de una estructura de concreto reforzado. La corrosión del acero en las estructuras de concreto reforzado corresponde a la principal causa de deterioro de estas estructuras, especialmente las expuestas a ambientes contaminados con '" a la acción del agua o sales minerales. 0ebido a la necesidad de proteger las inversiones hechas en infraestructura y a disminuir los elevados costos de reparaciones y de mantenimiento, las normas establecieron algunos parmetros relacionados con las propiedades del concreto para atenuar el efecto de la corrosión. Los inhibidores de corrosión corresponden a un nivel a)n ms elevado de protección que ha demostrado su eficiencia en m)ltiples ensayos acelerados de laboratorio o en tiempo real en campo. CONSTRUCCION II



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6& ADITIVOS ESTABILI:ADORES Los estabilizadores representan un avance sensible en la tecnología de concreto y cada día son mas usados. 'omo un adelanto reciente no aparecen en la clasificación normal de los aditivos, un e*emplo ms de que las normas van a la saga de la tecnología. Los estabilizadores son un tipo de aditivo cuyo efecto sobre el concreto se concentra en estado fresco, ms especificamente sobre la fluidez del concreto en el tiempo. 9n concreto inmediatamente despu+s de ser mezclado cuenta con una mane*abilidad dada -v.g. asentamiento de @ cm, apartir de ese instante se inicia una p+rdida progresiva del asentamiento que depende principalemente de: • • • •

La disolución y precipitación del yeso. La evaporación de agua. El inicio de hidratación del '$. 6ncompatibilidad entre los aditivos y el cemento.

CONSTRUCCION II



La p+rdida de mane*abilidad no debe ser confundida con el fraguado del concreto, es una propiedad aparte y hoy en día ha cobrado gran importancia debido a que los tiempos de transporte por parte de los camiones mezcladores, se prolongan cada vez ms, a causa de la extensión y trfico de nuestras ciudades. 9n concreto puede no haber fraguado y tener un asentamiento de cero cm, en este caso se aseme*a a una VtierraV h)meda. Existen igualmente morteros de reparación que cuentan con prolongadas mane*abilidades en el tiempo pero en pocos segundos han fraguado y empiezan su endurecimiento. Los estabilizantes o estabilizadores permiten disminuir o anular la p+rdida de mane*abilidad del concreto durante horas, sin que esto signifique aumentar considerablemente los tiempos de fraguado.

& ADITIVOSS SUPERPLASTIFICANTES Probablemente la evolución tecnológica ms radical entre los aditivos para concreto ha tenido lugar en los superplastificantes durante las )ltimas dos d+cadas. Estos aditivos como su nombre lo describe, cumplen una función similar a los plastificantes, es decir aumentan la mane*abilidad de las pastas de cemento y por lo tanto la mane*abilidad del concreto. Este incremento en la mane*abilidad hace posible disminuir el contenido de agua y de cemento -son ahorradores de pasta manteniendo la fluidez del material y su resistencia. Los superplastificantes se emplean una vez la capacidad de los plastificantes ha llegado a su mximo. !on especialmente eficientes en concretos con altos asentamientos, o concretos de altas resistencias que implican en ambos casos, contenidos elevados de pasta. Los superplastificantes en su origen fueron compuestos de 5aftaleno sulfonado, melaminas y vinilos. Estas mol+culas orgnicas e inorgnicas basan su funcionamiento de dispersión en los siguientes mecanismos: • •

Jepulsión electrosttica inducida entre las partículas. Lubricación de la película existente entre las partículas de cemento. CONSTRUCCION II



•

0ispersión de las partículas de cemento, liberando el agua atrapada

•

entre los flóculos de cemento. 6nhibición de la hidratación del cemento en superficie, de*ando ms agua

•

para plastificar la mezcla. 'ambio en la morfología de los productos de hidratación.

PRINCIPALES PROPIEDADES DEL CONCRETO Podemos mencionar como principales propiedades del concreto fresco: • • • •

Draba*abilidad 'onsistencia 'ompacidad !egregación

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• • • •


Exudación 'ontracción Peso unitario 'ontenido de aire

En el estado endurecido el concreto presenta las siguientes propiedades: • • • • •

Jesistencia mecnica 0urabilidad 6mpermeabilidad Estabilidad volum+trica Elasticidad, etc.

DISE
!elección de materiales 0ise(o de mezcla &ezclado de los materiales Dransporte del concreto 'olocado del concreto 'ompactación del concreto 'urado del concreto !e recomienda un curado constante, en losas se recomienda un minimo de 7 dias consecutivos.

IMPORTANCIA DE LA TEEMPERATURA La temperatura del concreto al momento del mezclado est influenciada por la temperatura, calor específico y la cantidad de sus ingredientes. La temperatura aproximada del concreto puede calcularse siguiendo la siguiente ecuación:

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0onde D es la temperatura del concreto reci+n mezclado Da, Dc, Dx y D[a  temperatura de los agregados, temperatura del cemento, temperatura del agua de mezcla a(adida, y temperatura del agua libre sobre los agregados, respectivamente. Ra,Rc, R[, y R[a peso de los agregados, cemento, agua a(adida y el agua libre sobre los agregados, respectivamente. La temperatura del concreto puede incrementarse 8.1 X' -@ X4 incrementando: = Demperatura del cemento 3 X' - X4 = Demperatura del agua # X' -3 X4 = Demperatura de los agregado @ X' -# X4 0e todos los materiales para fabricar concreto, el agua es el ms fcil y prctico de calentar. El peso de los agregados y el cemento en una mezcla típica para clima frío es mayor que el peso del agua. !in embargo, el agua puede almacenar cinco veces ms calor que el material sólido del mismo peso.

CURADO DEL CONCRETO M=TODO DE CURADO

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TEMPERATURA DE CURADO En la figura se muestra que se obtienen las resistencias ms altas durante los primeros días con las temperaturas ms elevadas de curado y que las resistencias a los # días, para temperaturas mayores de @%X', van disminuyendo.

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CONCRETO MASIVO

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