Construcción de estructuras de concreto JOSÉ VICTOR MENESES CAMPOS OTOÑO DE 2012
INGENIERÍA CIVIL
Tecnología del Concreto > > > >
La piedra líquida. La piedra artificial. EL CONCRETO DEBE SER: RESISTENTE, DURABLE y ECONÓMICO.
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Cemento y cementantes > El concreto es un material artificial, formado por la mezcla de cemento, grava, arena, agua y aditivos en cantidades predeterminadas. > La calidad del producto depende de la calidad de cada uno de sus componentes y de la cantidad en que cada uno de ellos interviene.
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Cemento > Es un aglutinante que al endurecer logra mantener la unidad. CEMENTO PORTLAND > Junto con el agua forma la pasta que aglutina a los agregados. > Normalmente constituye del 10 al 20% del volumen total del concreto y es el de mayor costo unitario.
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Historia del cemento Portland > 1824. James Parker y Joseph Aspdin sacan la patente del “Cemento Portland”, por calcinación de nódulos de caliza arcillosa. > 1845. Issac Jonhson obtiene el prototipo del cemento moderno quemando una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del “Clinker” > 1868. Se realiza el primer embarque de cemento Portland de Inglaterra a U.S.A. > 1871. Coplay Cement produce el primer cemento Portland en U.S.A. > 1904. Se publican por primer vez los estándares ASTM (American Society for Testing and Materials). > 1906. Nace la primera planta cementera en México, con 5 una producción de 20,000 ton/año.
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. Definiciones de Materias Primas HARINA CRUDA > – Caliza: Principal componente para la fabricación del cemento, origen mineral inorgánico carbonatado. > – Arcilla: Segunda materia prima para fabricar cemento, origen mineral constituidos por silicatos. > – Correctores: Componentes minoritarios de origen natural o artificial; arena sílica (SiO2), diatomita (SiO2), hematita o cascarilla de laminación (Fe2O3), caolín (Al2O3). SINTERIZACION-CLINKERIZACION > – Clinker Portland: Producto artificial obtenido por sinterización de los crudos correspondientes a temperatura necesaria (1,450 °C) y con enfriamiento adecuado, para que el producto tenga la composición química y constitución mineralógica requerida. Los crudos de clinker son mezclas finas, homogeneas y adecuadamente dosificadas, apartir de materias primas que contienen cal (CaO), silice (SiO2), alúmina (Al2O3), fierro (Fe2O3) y pequeñas cantidades de 7 otros compuestos minoritarios.
. > Yeso: Material de origen natural y regulador del tiempo de fraguado, su formula es CaSO4+2(H2O). > Puzolana: Material natural o artificial, silíceo y silíceo aluminoso o una combinación de ambos, no endurecen cuando se mezclan con agua, pero finamente molidos reaccionan en presencia de agua a temperatura ambiente con hidróxido de calcio y forman compuestos cementantes. > Escoria granulada de alto horno: Sub producto nometálicoconstituido por silicatos y aluminosilicatos cálcicos que se obtiene por enfriamiento brusco con agua y aire, del residuo que se produce simultáneamente con la fusión minerales de fierro de alto horno. > Calcita: Mineral de carbonato de calcio de alta pureza, contenido de óxido férrico mínimo, usado para la fabricación del cemento blanco. 8
El cemento Portland > Es el material resultante de la molienda conjunta de clinker y yeso natural.
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Clasificación antigua del cemento > I Se denomina Normal. > II De moderado calor de hidratación moderada resistencia a los sulfatos. > III De alta resistencia rápida. > IV Bajo calor de hidratación. > V Resistente al ataque de los sulfatos.
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Cemento Portland blanco > Básicamente igual al cemento gris, pero difiere en que tiene un contenido sensiblemente menor de óxido férrico en su composición química.
> La elaboración del clinker blanco, requiere de materias escogidas y de mayor cuidado en el proceso.
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Cemento Portland puzolana > Mezcla íntima de cemento portland y puzolana en molienda conjunta. > La norma permite una adición de puzolana entre el 15 y 40% de la mezcla total.
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. CENIZAS VOLANTES.- Tipos F, C > Las cenizas volantes son residuos que se obtienen por precipitación electrostática o por captación mecánica, de los polvos que acompañan a los gases de combustión de los quemadores en centrales termoeléctricas alimentadas por carbón mineral. El tipo F de carbones bituminosos o antracita, el tipo C de lignito o carbones subbituminosos. > ESCORIAS.- De Alto Horno > HUMO DE SÍLICE.- El humo de sílice es un subproducto que se origina en la reducción de cuarzo de elevada pureza con carbón, en hornos eléctricos de arco para la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio.
Ver videos de cemento
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La compleja simplicidad del concreto
> > > > > >
Proceso de producción relativamente simple Cualquiera puede hacerlo y casi en cualquier lugar Sus componentes están disponibles en todo el mundo Exigente en su manejo y colocación Celoso si fallamos en alguna parte del procedimiento Las fallas siempre tienen consecuencias 33
.
> Mientras más estudiamos al concreto, más nos damos cuenta de su gran complejidad y también de su gran capacidad para soportar cargas, adaptarse a formas inimaginables, resistir el paso del tiempo y otras acciones físicas y químicas. > Mediante el uso de agentes químicos y buenas prácticas de selección de materias primas, producción, transporte, manejo y colocación, podemos maximizar su potencial y obtener su mejor desempeño.
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¿Pero que es el concreto? Es una piedra artificial de gran resistencia que sirve para construir diferentes tipos de estructuras.
El concreto es una mezcla de proporciones de: > > > > >
Cemento Agua Grava Arena Aditivos
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Conceptos generales del concreto Concreto Fresco: > > > > >
1. Mezclado 2. Trabajabilidad 3. Segregación y Sangrado 4. Consolidación o Compactación 5. Hidratación, Tiempo de fraguado y endurecimiento
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Concreto Endurecido: > > > > > > >
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Curado del Concreto. Velocidad de secado del concreto. Resistencia Peso Unitario Permeabilidad Resistencia a la Abrasión Estabilidad volumétrica y fisuración
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. > En ocasiones se adiciona al concreto otros materiales para darle propiedades adicionales, como fibras, puzolanas, fly ash, escorias granuladas, etc. > La función de estos materiales es diversa y aporta a la mezcla sus propiedades específicas. > Aire: > No es posible evitar que en la mezcla final haya aire atrapado, y dentro del concreto también tiene influencia en sus propiedades ya sea fresco o endurecido, por lo que la cantidad de aire incluido en la mezcla debe tomarse en cuenta. 42
Materias primas
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Relación agua/cemento Mucha agua
Poca agua
> > > > >
> > > >
Baja resistencia Poca cohesión Segregación Sangrado Agrietamientos
Poca trabajabilidad Hoquedades Falta de hidratación Deficiente compactación
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Oportunidades y objetivos Lograr estructuras durables y de calidad. > Que cumplan con la especificación que las rigen. > Capaces de soportar las cargas y esfuerzos para los que fueron diseñadas. > Que duren por lo menos la vida útil esperada Lograr estructuras eficientes. > Que las dimensiones sean acordes con sus requerimientos. > Que sus características estructurales sean adecuadas a los esfuerzos que deberán resistir. > Que permitan aprovechar los espacios para las que fueron creadas. Lograr estructuras económicas > Que su costo sea acorde con los presupuestos 46
Concretos más comúnes > > > > > > > > > >
Concretos con acelerantes de fraguado Concretos autocompactables o autonivelantes Concretos de alta resistencia Concretos de baja contracción Concretos para colar bajo el agua Concretos de pesos especiales Concreto lanzado Concretos para relleno fluido Concretos arquitectónicos Concretos translucidos
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Curado del concreto > Con el curado buscaremos mantener al agua dentro de la masa de concreto para conseguir la óptima hidratación del cemento.
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El curado > Curar significa cubrir el concreto de modo que permanezca HÚMEDO. Al mantener húmedo el concreto se hace mas fuerte la adherencia entre la pasta y los agregados, el concreto no se endurece apropiadamente si se le deja secar. > El concreto curado tiene una superficie que resiste mejor el desgaste, dura mas y protege mejor el acero de refuerzo. Es mas resistente el concreto y puede soportar mas peso sin romperse. >
http://www.conymat.com/art-curado.htm
> La reacción química entre el cemento y el agua requiere tiempo y buenas condiciones de humedad y temperatura. Mantenga húmedo el concreto y protéjalo de temperatura extremas al menos durante 7 días, contados desde su colocación. >
http://www.arqhys.com/arquitectura/concreto-curado.html
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Como curar el concreto Para curar el concreto es muy importante una buena hidratación. Mantener la hidratación optima aumenta la resistencia y durabilidad del concreto. Mediante la una buena hidratación se crea una reacción química entre la mezcla de cemento y agua, causando así el concreto se endurezca. > 1. Cuidar la humectación desde finalizado el vaciado: Una vez que se termine el vaciado del concreto, se debe empezar el curado, cuidar que quede con agua superficial, aunque se evapora rápidamente debe mantener la humedad de concreto para permitir que el concreto se endurezca y cure bien. 51
. > 2. Mantener la humedad del concreto mediante cualquier método o varias técnicas: Mangueras y aspersores de agua se puede utilizar para mantener una ligera niebla que cae sobre el concreto. Cubos de agua se pueden vaciar sobre el concreto constantemente. Proteger con telas o plásticos del sol o el viento que no aceleren la evaporación del agua. La calidad final del concreto se determina por lo bien que se cura durante la hidratación. > 3. Retener la humedad en el concreto con algún tipo de cubierta en la parte superior del concreto. Cualquier material como costal de yute, paja o arena puede ser utilizado para cubrir el concreto, en la actualidad es muy común el usos de membranas de curado. > 4. Preste atención al color del concreto, ya que se endurece. Normalmente se puede saber cuando se ha curado de concreto por la forma en que su color se aclara. >
http://www.arquicity.com/como-curar-el-concreto.html
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CLASIFICACIÓN. Modo de Fragmentación. Es la diferenciación del agregado en base al proceso a que es sometido, dividiéndose en: > Naturales. > Manufacturados (triturados). > Mixtos.
Origen. > Ígnea (solidificación del magma) > Sedimentaria (compactación y cementación de los sedimentos) > Metamórfica (evolución de otra anterior) 61
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Definiciones
Agregado Fino
> Es la porción de un agregado que pasa la malla No. 4 (4.75 mm) y es retenido en la malla No. 200 (0.075 mm).
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Calificación de los agregados
> Composición granulométrica > Materiales contaminantes > Calidad física intrínseca
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Tamices, mallas, cribas NÚMERO
MM
PULGADAS
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3
2
50
2
1.5
38
1.5
1
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1
3/4
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9.5
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4
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2.36
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1.18
30
0.600
50
0.300
100
0.150
↑ GRAVA ↓ ARENA
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Cribas o tamices
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Informes mínimos de laboratorio sobre los agregados para el diseño de mezclas > Análisis Granulométrico de los agregados grueso y fino. > Masa Volumétrica, estado seco y compactado, de la grava. > Densidad de la grava y arena. > Absorción de humedad de la grava y arena. Otros informes requeridos o deseables de conocer: > Requerimientos de agua basados en la experiencia con los agregados disponibles. > Densidad del cemento y de los otros materiales cementantes. 75
Sustancias tóxicas
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Partículas finas
Limo
Arcilla finos
Partículas gruesas
Grava Arena
Gravas y arenas
Clasificación de suelos
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Diseño de mezclas método ACI > Un buen sistema de diseño, debe ser capaz de orientar la selección de los materiales disponibles y la proporción en que deben intervenir en la mezcla para obtener un concreto económico y que satisfaga los requisitos de un proyecto.
> Para lo anterior, se tiene que preguntar : > ¿Qué agregados están disponibles en forma económica?. > ¿Qué propiedades debe tener el concreto?. > ¿Cuál es el medio para proporcionar las características deseables en forma económica?. 83
Reseña histórica > Al inicio de la tecnología, se definieron las proporciones de los materiales teniendo como base del diseño la granulometría de los agregados con el mínimo de vacios, formando una curva ideal de los mismos. > El método propuesto por Fuller y Thompson en esa época (1907), fue el más popular en los Estados Unidos. > Bolomey, en 1926, modificó el método de Fuller incluyendo el efecto de la calidad del cemento en la mezcla, variando la granulometría para diferentes consistencias y considerando la forma de las partículas de la grava. 84
> Otros sistemas utilizaron la resistencia como base del diseño, en los que se relaciona la resistencia del concreto con el coeficiente ( relación) agua/cemento, esta ecuación generalmente es atribuida a Duff A. Abrams que en Estados Unidos la presentó en la decada de los años 20´s. > Sin embargo, Feret en Francia (1894) dió a conocer una proporcionabilidad más exacta entre la resistencia del concreto y la relación del cemento al agua más vacíos. 85
. > En 1970, el ACI publicó la práctica recomendada ACI 211 y que a la fecha, es quizá el método de diseño más ampliamente utilizado en el mundo. > Una de sus más importantes distinciones, es el empleo del peso volumétrico de la grava como punto de partida, que con un solo número define claramente el efecto combinado de la granulometría, la densidad y forma de la partícula del agregado grueso sobre el contenido deseable de arena. > La correlación de la resistencia con el coeficiente agua/cemento es muy conservador. > La predicción del contenido de agua se efectúa solamente con el revenimiento, tamaño máximo del agregado y si hay o no, aire incluido en la mezcla.
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. > Existen muchos sistemas de diseño de mezclas de concreto y prácticamente todos mencionan que es una primera aproximación, y sugieren hacer ajustes por medio de mezclas de prueba, ya sea en el laboratorio o en el campo. > Además, actualmente hay otras consideraciones diferentes a la resistencia mecánica del concreto que deben tomarse en cuenta: > > > > >
•La durabilidad. •La permeabilidad. •La contracción. •Si es bombeable. •La generación de calor. 87
. Conclusión: > Actualmente los concretos más comerciales o utilizados, son resultado de continuos ajustes de mezclas existentes, sin que se haya efectuado una aplicación formal de un método de diseño de mezclas. > El diseño de las mezclas de concreto se ha vuelto más complejo por la disponibilidad de diferentes materiales cementantes y la infinidad de aditivos que se pueden incluir en la mezcla así como los requisitos que se deben satisfacer.
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> Elementos básicos que constituyen el concreto: > > > > > > >
Agregado grueso = grava Agregado fino = arena Cemento Agua Aire Aditivo(s) Adicionantes 89
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Requisitos mínimos para una mezcla Cuando se desea diseñar y producir un Concreto de masa normal, se debe pensar en satisfacer por lo menos, cuatro requisitos: > Resistencia, > Revenimiento (consistencia o fluidez), > Tamaño máximo del agregado, y > Rendimiento. Los requisitos de obra, también pueden indicar otros requisitos como son: > Contenido mínimo de cemento. > Relación agua/ cemento máxima. > Contenido de aire. > Aditivos. 91 > Otros materiales o características especiales.
TABLAS DE AYUDA
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Tabla 4.2
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Diseño de mezclas > RESISTENCIA: Será la especificada en el proyecto estructural de acuerdo a las necesidades del mismo. > REVENIMIENTO: El revenimiento se elige por el calculista o el constructor conforme al elemento que se va a colar; por ejemplo, en algunos reportes se sugiere lo siguiente:
TIPO DE CONSTRUCCIÓN
REV. MÁX.
REV. MÍN.
Muros de cimentación y zapatas Vigas y muros reforzados Columnas Losas y pavimentos Concreto masivo
75 mm 100 mm 100 mm 75 mm 75 mm
25 25 25 25 25
mm mm mm mm mm 95
. Tamaño máximo del agregado > El tamaño máximo del agregado se selecciona por las características del elemento estructural y con lo dispuesto en los Reglamentos de Construciones de cada localidad. > El tamaño máximo no debe ser mayor de un quinto de la menor distancia horizontal entre caras de los moldes. > Ni de un tercio del espesor de las losas > Ni de tres cuartos de la separación horizontal libre mínima entre barras, paquete de barras o tendones de presfuerzo. Rendimiento > El rendimiento del concreto es confirmar que un metro cúbico de concreto contiene 1000 litros, determinado de acuerdo a lo indicado en la NMX –C – 162 en vigor, o conforme a lo convenido entre fabricante y usuario.
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Ejemplo 1
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> Cálculo del contenido de cemento. > Estimación de agua 200 litros y relación a/c = 0.55 > cemento = 200 / 0.55 = 364 kg/ m3
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.
> Estimación del contenido de agregado fino por peso : > > > >
Agua Cemento Grava SUMA
200 litros 364 kg/m3 868 kg/m3 1432 kg/m3
> Peso estimado del m3 de concreto = 2200 kg/m3 > Contenido de arena = 2200 – 1432 = 768 kg/m3
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. Ajustes por humedad de los agregados : > Grava : 868 * 1.06 = 920 kg (en estado húmedo) > Arena : 766 * 1.10 = 842 kg (en estado húmedo) Considerando agua de absorción : > Grava = 6 – 4 = 2% > Arena = 10– 7 = 3% > Agua por adicionar = 200 – [868*0.02 + 766*0.03] = 159.7 litros
Pesos estimados por m3 de concreto: > Cemento = 364 kg > Agua = 160 litros > Grava = 920 kg > Arena = 842 kg
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Ejemplo 2
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. > La calidad final del concreto ya colocado en la estructura, es la culminación de un largo proceso que involucra las siguiente etapas: > A) Selección de los componentes. > B) Estudio de las proporciones adecuadas. > C) Adecuados procesos de: fabricación, colocación, compactación, acabado, curado, descimbrado. > D) Verificación de la calidad. Pruebas al concreto, fresco y endurecido.
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Algunos factores que pueden influir en la calidad del concreto 1. MATERIALES COMPONENTES 2. PROCESOS CONSTRUCTIVOS
3. PROPIEDADES FÍSICAS
5. TIPO DE CARGAS
4. NATURALEZA DE LA EXPOSICIÓN
PROPORCIONES 110
Planta de producción
http://www.holcim.com/gc/CO/flash/COL/concretos.html
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Procedimientos de fabricación
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http://www.gcc.com/opencms/opencms/portal/esp/responsabilidad_social/compromiso_ambiental/ produccion_del_concreto.html
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Diagrama de flujo
http://turnkey.taiwantrade.com.tw/showpage.asp?subid=029&fdname=NONMETALLIC+MINERAL+PRODUCTS&pagename=Planta+de+produccion+de+concreto+premezclado
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Concreto Mezclado en el Camión > 70 a 100 revoluciones del tambor a una velocidad de 6 a 18 rpm. > Después del mezclado la velocidad de agitación del tambor debe ser de 2 a 6 rpm. > Descargue antes de 300 revoluciones del tambor. > Descargue antes de 1½ horas.
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videos
> http://www.youtube.com/watch?v=OVXFt1ZSL8I&feature =related > http://www.youtube.com/watch?v=CvhN-zJ19JY
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Equipo para producción del concreto en obra
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videos > http://www.youtube.com/watch?v=9ACpg_VpkEk > http://www.youtube.com/watch?v=r9SqtvvGHsg&feature =related > http://www.youtube.com/watch?v=0pS3hsyTx8Q&feature =related
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Pedido de Concreto Premezclado Especifique: > Resistencia a compresión (normal o rápido). > Tamaño del agregado grueso y su tipo. > Revenimiento (asentamiento). > Que aditivo debe llevar. > A que altura se colocará. > En que elemento estructural se vaciará. > Fecha, hora e intervalos de envio
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Transporte del concreto Camión No Agitador > Usado para: transportar concreto en distancias cortas sobre pavimentos lisos.
> Ventajas: El costo de capital del equipo no agitador es menor que el de los camiones agitadores o mezcladores. > Puntos a fijarse: El revenimiento del concreto se debe limitar. Posibilidad de segregación. Se necesita de una altura libre para levantar la caja del camión en la descarga. 129
Camión Agitador > Usado para: transportar concreto para pavimentos, estructuras y edificios. La distancia de transporte debe permitir la descarga del concreto en 1 ½ hora. > Ventajas: Se operan desde una central mezcladora.
> Puntos a fijarse: El tiempo de descarga debe adecuarse a la organización de la obra. El personal y los equipos deben estar listos en la obra para el manejo del concreto. 130
Transporte y Manejo
Carretillas Manuales Motorizadas
y
> Usadas para: transporte corto y plano en todos los tipos de obra, especialmente donde la accesibilidad al área de trabajo es restricta. > Ventajas: versátiles - ideales en interiores y en obras donde las condiciones de colocación están cambiando constantemente > Puntos a fijarse: Lentas y de trabajo intensivo. 131
Transporte y Manejo Bandas transportadoras > Usadas para: Para transportar horizontalmente el concreto o a niveles más abajo o más arriba. > Ventajas: alcance ajustable, desviador viajero y velocidad variable. > Puntos a fijarse: Son necesarios arreglos en los extremos de descarga para prevenir la segregación y para no dejar mortero en la banda de regreso. En climas adversos (calurosos y ventosos) las bandas largas necesitan de cubiertas. 132
Transporte y Manejo Banda transportadora montada sobre camión mezclador > Usada para : transportar el concreto a un nivel inferior, al mismo nivel o a un nivel más alto. > Ventajas: Los equipos llegan con el concreto. Tienen alcance ajustable y velocidad variable. > Puntos a fijarse: Son necesarios arreglos en las extremidades de descarga para prevenirse la segregación y para no dejar mortero en la 133 banda de regreso.
Transporte y Manejo Bachas (baldes o cubo) > Usados con: grúas, cablevías y helicópteros. > Ventajas: Permite el aprovechamiento total de la versatilidad de las grúas, cablevías y helicópteros. Descarga limpia. Gran variedad de capacidades. > Puntos a fijarse: Escoja la capacidad del cubo de acuerdo con el tamaño de la mezcla y la capacidad del equipo de colocación. Se debe controlar la descarga.
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Transporte y Manejo
Descarga trasera
Descarga delantera
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Transporte y Manejo Grúa y bacha > Usados para: trabajo arriba del nivel del terreno. > Ventajas: Pueden manejar concreto, refuerzo de acero, cimbra y artículos secos en puentes y edificios con estructura de concreto. > Puntos a fijarse: Tiene uno sólo gancho. Se hace necesario una planeación cuidadosa entre de su operación para mantener la grúa ocupada. 136
Transporte y Manejo Bombas > Usadas para: transportar concreto directamente desde en punto de descarga del camión hacia la cimbra (encofrado). > Ventajas: La tubería ocupa poco espacio y se la puede extender fácilmente. La descarga es continua. > Puntos a fijarse: Se hace necesario un suministro de concreto fresco constante con consistencia media y sin la tendencia a 137 segregarse.
Transporte y Manejo Extremo de la tubería (Manguera flexible)
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Transporte y Manejo Extendedores de tornillo > Usados para: esparcir concreto en áreas grandes. > Ventajas: se puede esparcir el concreto rápidamente sobre un área ancha con un espesor constante. > Puntos a fijarse: se usan normalmente como parte de tren de pavimentación. Se los deben usar para extender el concreto antes que la vibración sea aplicada.
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Requisitos Básicos para la Colocación del Concreto > Mantenga la calidad del concreto Relación agua-cemento Revenimiento Contenido de aire Homogeneidad > Evite la separación del agregado y del mortero
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Requisitos Básicos para la Colocación del Concreto > > > >
Evite el movimiento horizontal excesivo Consolide adecuadamente Mantenga suficiente capacidad de colocación Escoja el equipo adecuado para el concreto
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Depósito del Concreto > Deposite el concreto continuamente lo más cerca posible de la posición final > La velocidad de colocación debe ser suficientemente rápida para que el concreto colocado previamente no haya fraguado cuando se coloque la capa siguiente > El colado, en losas, debe empezar a lo largo del perímetro en un extremo del elemento, descargando el concreto contra colocado anteriormente. 142
Depósito del Concreto
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Colocación Incorrecta con la Banda Transportadora
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Colocación con la Banda Transportadora
Proporcione por lo menos 0.6 m de tubería.
Cinta
Sin separación
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Losa de Pavimento > Los camiones depositan el concreto delante de la pavimentadora de cimbras deslizantes > La pavimentadora esparce el concreto homogéneamente por toda la base antes de la compactación y del acabado del concreto 146
Bordillo o Guarnición > Se deposita el concreto en la tolva del equipo para construcción de bordillo que moldea el concreto en la forma deseada
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Vibración Interna
Vibrador d
1½ R
Radio de Acción 148
Vibración Externa > > > >
Vibradores de cimbras Mesas vibratorias Vibradores de superficie Reglas (Plantillas) vibratorias > Vibradores de placas > Plantillas de rodillos > Llanas manuales vibratorias
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Reglas Vibratorias
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Aditivos para el concreto
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Definición de aditivo > Un aditivo es un material diferente del agua, de los agregados y del cemento hidráulico, que se emplea como componente del concreto o mortero y que se agrega a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado. (ASTM C-125 y ACI-126R)
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DESARROLLO HISTORICO > > > > > > > > >
Los 30’s Inclusores de aire y reductores de agua Los 40’s Acelerantes base cloruros Los 50’s Los 60’s Fluidificantes y Pólimeros Los 70’s Acelerantes sin cloruros Los 80’s Superfluidificantes, Anticongelantes, Control de Hidratación y otros. Los 90’s Inhibidor de corrosión, Antideslave, Autocompactables y otros.
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Razones de uso. > 1. Reducir el costo de la construcción de concreto. > 2. Obtener algunas propiedades en el concreto de manera más efectiva que por otros medios. > 3. Superar ciertas eventualidades durante las operaciones de colado.
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MODIFICACIONES REOLÓGICAS > Incrementar la trabajabilidad sin incremento de agua o disminuir contenido de agua sin incremento de trabajabilidad. > Retardar o acelerar el tiempo de fraguado inicial. > Reducir o prevenir contracción o crear ligera expansión. > Reducir segregación. > Mejorar su bombeo. > Disminuir la velocidad de pérdida de revenimiento.
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RAZONES ESPECÍFICAS PARA EL USO DE ADITIVOS. > Acelerar el desarrollo de resistencias a edad temprana. > Aumentar la resistencia mecánica. > Aumentar la resistencia de exposición a condiciones severas del ambiente. > Disminuir la permeabilidad del concreto. > Mitigar o controlar la expansión causada por la reacción “ álcali- agregado “. > Mejorar la adherencia con el acero de refuerzo o con el concreto existente. > Inhibir la corrosión del acero de refuerzo. > Colorear el concreto.
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CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS > 1 ) .- Acelerantes. > 2 ) .- Inclusores de aire. > 3 ) .- Reductores de agua y reguladores de fraguado. > 4 ) .- Para uso en producción de concreto que fluye. > 5 ) .- Minerales finamente divididos. > 6 ) .- Diversos.
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CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS CONFORME A LA NMX C –255 > > > > > > >
A ) .- Reductores de agua. B ) .- Retardante de fraguado. C ) .- Acelerantes de fraguado. D ) .- Retardantes - Reductores de agua. E ) .- Acelerantes - Reductores de agua. F ) .- Reductores de agua de alto rango. G ) .- Retardantes - Reductores de agua de alto rango.
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INCLUSORES DE AIRE > Es el quinto componente del concreto. > Mejoran las propiedades del concreto fresco y endurecido. > Cambia la estructura del concreto endurecido. > Aumenta la cohesión y la resistencia al congelamiento. > Disminuye el sangrado cortando la red de los conductos capilares. > Burbujas de aire con forma esférica, elástica, sin rozamiento, diámetro de 10 a 1000 micras con granulometría. > Se usan en dosis muy débiles, 0.05 a 0.5 mil. por peso del cemento. > Comercialmente es diluido y se usa del 0.5 al 2% en masa. 159
REDUCTORES DE AGUA Y REGULADORES DEL FRAGUADO > Tienen una parte hidrófoba y otra parte hidrófila que se ioniza dando por resultado una lubricación de pelo de cepillo, dispersando los granos de cemento. > Se disminuye la viscosidad y por lo tanto, el esfuerzo para mover las mezclas. > Se clasifican por la reducción de agua que logran: > De primera generación : 5 a 10 % de reducción de agua. De segunda generación : 10 a 20 % de reducción de agua. > De tercera generación : 15 a 30 % de reducción de agua. > Las resistencias a la compresión se mejoran: a edades tempranas se reducen (3 días) y tardías, se incrementan hasta 25%. 160
Reductores de Agua Efectos. > 1. Generalmente se obtiene un aumento de la resistencia, porque se reduce la relación A/C. > 2. Dependiendo de la composición química, pueden disminuir, aumentar o no tener ningún efecto en el sangrado (efecto secundario).
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REDUCTORES DE AGUA Y REGULADORES DEL FRAGUADO > El tiempo de fraguado se retrasa de 1 a 3 horas. > Se genera inclusión de aire del orden del 2 al 6%. > El sangrado se disminuye. > La durabilidad aumenta. > No se deben utilizar en concretos con exceso de agua. > La forma de adicionar el aditivo retardante es muy importante. > Con cuidados, se puede emplear repetidamente para mantener la fluidez.
162
163
ADITIVOS ACELERANTES. Actúan sobre la solubilidad de los compuestos del cemento. Principalmente aceleran la reacción del silicato tricálcico. Los cloruros incrementan la fluencia del concreto y la contracción por secado y reducen la resistencia al ataque de los sulfatos. Aceleran la reacción de los álcalis con los agregados. SE ACEPTA SU EMPLEO HASTA AL 2% , CON RESPECTO AL PESO DEL CEMENTO. 164
165
Acelerantes Usos no recomendados (CaCl2). 1. Concretos presforzados por riesgos de corrosión. 2. Concretos con aluminio ahogado (corrosión). 3. Concretos con reacción álcali-agregado. 4. Concretos expuestos a suelos o aguas con sulfatos. 5. Losas de piso donde se trate de dar acabados metálicos en seco o con llana. 6. En climas cálidos en general. 7. En colados de concreto masivo.
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Acelerantes Sustitución del proceso 1. Empleando cemento tipo alta resistencia edades tempranas. 2. Utilizando más cemento. 3. Reduciendo la relación a/c y con el aumento de cemento. 4. Curando a mayores temperaturas.
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Superplastificantes (Reductores de agua de alto rango). • En concretos de revenimiento y relación a/c normales, se agregan para producir concretos fluidos, de alto revenimiento. • La actividad del superplastifcante se eleva con el aumento en la cantidad de cemento y finos del concreto.
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PARA LA FABRICACIÓN DE CONCRETOS QUE FLUYEN. • Por definición, el concreto que fluye es aquel que tiene un brevenimiento mayor que 190 mm manteniendo su naturaleza cohesiva. • El concreto que fluye puede colocarse y se autonivela, manteniendo su cohesividad sin sangrado excesivo, segregación o retardo anormal del fraguado. • Este concreto debe ser obtenido por el uso de aditivos plastificantes o reductores de agua de alto rango. • La pérdida del revenimiento en estos concretos es mayor que la de los mismos concretos sin aditivo. 169
MINERALES FINAMENTE DIVIDIDOS. • Se utilizan para mejorar la trabajabilidad, la fluidez, la facilidad de bombeo y para reducir cemento en las mezclas. • Reducen el sangrado y segregación del concreto. • Normalmente aumentan la resistencia al ataque químico. • Reducen o inhiben la reacción álcali- agregado. • Mejoran la impermeabilidad del concreto. Aditivos Minerales Finamente Divididos. 1. Materiales cementantes. 2. Puzolanas. 3. Materiales puzolánicos y cementantes. 4. Materiales inertes. 170
Colorantes .- Están formulados para producir el color adecuado sin afectar las otras propiedades de la mezcla, coloreando toda la masa del concreto. Son polvos finos que deben cumplir con : > Firmeza de color a la luz del sol. > Estabilidad química. > Estabilidad de color en autoclave. > Regularidad del tono y alto poder colorante. > Sin efectos adversos en el tiempo de fraguado o en las resistencias mecánicas. > Buena aptitud de mojado y mezcla.
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DIVERSOS ADITIVOS > Generadores de gas .- Concreto celular o espumoso. > Para relleno .- Pozos petroleros, túneles. Soportan grandes temperaturas o presiones. > Expansores .- Para minimizar los efectos de la contracción por secado del concreto. > Para mejorar la adherencia y la cohesión .- Sus propiedades dependen de la composición química del polímero, mejoran la plasticidad, se reduce el sangrado y el fraguado suele prolongarse.
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EFECTOS BUSCADOS EN EL CONCRETO FRESCO O ENDURECIDO USANDO ADITIVOS. Efectos en el Concreto Fresco: > Aumentar la trabajabilidad sin incrementar el contenido de agua o reducir el contenido de agua con la misma trabajabilidad. > Retardar o acelerar el tiempo de fraguado inicial. > Reducir el fraguado o crear una ligera expansión. > Reducir la segregación. > Mejorar la aptitud para el bombeo. > Reducir la tasa de pérdida de revenimiento. 173
Efectos en el Concreto Endurecido: > Retardar o reducir la evolución de calor durante el endurecimiento inicial. > Acelerar la velocidad de desarrollo de la resistencia a edades tempranas. > Incrementar la resistencia (a compresión, tensión o flexión). > Aumentar la durabilidad o la resistencia a condiciones de exposición severas. > Disminuir: La permeabilidad del concreto a los > líquidos. El flujo capilar del agua. > Mejorar: La adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo. > La adherencia entre el concreto viejo y el nuevo. 174 > La resistencia al impacto y la abrasión.
Efectos en el Concreto Endurecido: > Controlar la expansión causada por la reacción de los álcalis con ciertos agregados. > Inhibir la corrosión del acero de refuerzo y otros metales inmersos. > Producir mortero o concreto coloreado. > Producir concreto celular.
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Precauciones en el Empleo de Aditivos : > Deben utilizarse sólo después de haber evaluado apropiadamente sus efectos. (Pruebas de Comportamiento). > Cuando se especifique algún tipo especial de cemento. > Al emplear más de un aditivo. > Si el mezclado y colado se van a efectuar a temperaturas por arriba o por abajo de las temperaturas de colado generalmente recomendadas.
176
MANEJO DE LOS ADITIVOS. Aditivos líquidos : > Homogeneizarlos antes de emplearlos > No adicionarlos al cemento seco > Incluirlos en el agua de mezclado sin alterar la relación a/c > Ajustar la velocidad de dosificación
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MANEJO DE LOS ADITIVOS. Minerales pulverizados : > No almacenarlos en tolvas o recipientes húmedos > Conservar el orden de carga: Agregados-Agua, Aditivocemento > Si están concentrados, utilizar algún vehículo para su incorporación a la revoltura Minerales pulverizados mezclados con materiales inertes : > Su dosificación se hace junto con el cemento para tener una mezcla homogénea. No se recomienda adicionarlos cuando la revoltura ya está hecha. 178
DECISIÓN PARA SELECCIONAR UN ADITIVO ESPECÍFICO > Cumplimiento de las Especificaciones. > Beneficio de características relacionadas con la trabajabilidad, plasticidad, características para su colocación mediante bombeo, facilidad de colocación y acabado, velocidad de adquisición de resistencia, apariencia y textura de las superficies. > Relación costo - beneficio.
179
Fraguado > Inicia al perder plasticidad la mezcla. > Termina cuando ya no se puede marcar la huella.
180
Endurecimiento > Inicia cuando termina el fraguado. > El término del endurecimiento no se puede precisar.
181
Concreto en clima caluroso Definición: cualquier combinación de que tiendan a deteriorar el concreto:
condiciones
Alta temperatura del ambiente Alta temperatura del concreto Baja humedad relativa
Alta velocidad del viento Radiación solar
182
Problemas Potenciales en Climas Caluroso Aumento de la demanda de agua Pérdida acelerada de revenimiento Fraguado más rápido Aumento de la tendencia de fisuración plástica Dificultad de control del aire incluido Aumento del potencial de fisuración térmica Menor resistencia y durabilidad Mayor potencial de corrosión del acero Mayor permeabilidad
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. Métodos preventivos: > Enfriamiento del concreto > Enfriamiento de los ingredientes del concreto > Disminución del tiempo de transporte, colocación y acabado > Uso de sombrillas, parabrisas, niebla y rociado para limitar la pérdida de humedad durante la colocación y el acabado 184
Adición de hielo en escarcha como parte del agua de mezclado
Rociado de agua para bajar la temperatura por la evaporación 185
Adición de hielo en escarcha como parte del agua de mezclado
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Concreto en clima frío
Gran Telescopio Milimétrico. Cerro de la Negra, Puebla.
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Concreto en clima frío Definición: > Periodo donde por más de 3 días consecutivos existen las siguientes condiciones: El promedio diario de la temperatura es menor a 5ºC La temperatura no es mayor a 10ºC durante más de la mitad de cualquier periodo de 24h
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Efecto de la Congelación sobre el Concreto Fresco: > Hasta 50% de reducción de la resistencia última si el concreto se congela en pocas horas. Antes de lograr la resistencia de 3.5 Mpa (35 Kg/cm2). > Congelado sólo una vez en edades tempranas. Con curado se puede restaurar casi toda la resistencia Menor resistencia a intemperie > Más permeable
189
Métodos preventivos: La temperatura del concreto fresco no debe ser menor a 10 ºC y ya colocado no menor de 5º C. Calentar los agregados y el agua. Utilizar cemento rápido o aditivo acelerante. No depositar el concreto sobre terreno congelado. Aislar el concreto colado. Proporcionar calentamiento continuo.
190
Métodos Preventivos Poliestireno Cimbra de contacto
Cubrir el elemento para evitar la pérdida de calor
Cubierta de madera
191
Métodos Preventivos
Recintos Aislados > Madera > Lona > Polietileno
192
Métodos Preventivos
Calentadores de Flama > Directa > Indirecta
193
Concretos especiales
194
Concreto compactado con rodillo
195
Concreto ligero
196
Concreto translúcido 197
Concreto polimérico
198
Concretos de
alta resistencia
199
Proceso constructivo de una estructura de concreto
200
Camión revolvedora llegando a la obra
Bomba estacionaria instalada en espera de recibir el concreto 201
Toma de muestra antes de descarga
Suministro de aditivo en obra
Descarga a la tolva de la bomba
202
Salida del concreto bombeado Extendido y relleno de espacios
Acomodo y compactación 203
Extendido, nivelado y acabado primario
Acabado final pulido con “helicóptero”
204
Junta de Construcción Horizontal
205
Juntas de Aislamiento
206
Juntas de Contracción
207
Juntas de Construcción
208
NORMAS DE CONCRETO FRESCO NMX-C-155-ONNCCE-2004 Industria de la construcción – Concreto – Concreto hidráulico industrializado – Especificaciones. NMX-C-403-ONNCCE-1999 Industria de la construcción – Concreto hidráulico para uso estructural. NMX-C-090-1978 Método de prueba para expansores y estabilizadores de volumen del concreto. NMX-C-105-1987 Industria de la construcción – Concreto ligero estructural – Determinación de la masa volumétrica. NMX-C-122-ONNCCE-2004 Industria de la construcción – Agua para concreto – Especificaciones. NMX-C-156-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto – Determinación del revenimiento en el concreto fresco. NMX-C-157-ONNCCE-2006 Industria de la construcción – Concreto – Determinación del contenido de aire del concreto fresco por el método de presión. NMX-C-158-ONNCCE-2006 Industria de la construcción – Concreto – Determinación del contenido de aire del concreto fresco por el método volumétrico. NMX-C-159-ONNCCE-2004 Industria de la construcción – Concreto – Elaboración y curado de especimenes en el laboratorio. NMX-C-160-ONNCCE-2004 Industria de la construcción – Concreto – Elaboración y curado en obra de especimenes de concreto. NMX-C-161-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto fresco – Muestreo. NMX-C-162-ONNCCE-2000 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la masa unitaria, cálculo del rendimiento y contenido de aire del concreto fresco por el método gravimétrico. NMX-C-177-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto – Determinación del tiempo de fraguado de mezclas de concreto, mediante la resistencia a la penetración. NMX-C-251-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto – Terminología. NMX-C-267-ONNCCE-1999 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la penetración en concreto fresco por medio de una esfera metálica. NMX-C-277-1979 Agua para concreto – Muestreo. NMX-C-281-1985 Industria de la construcción – Concreto – Moldes para elaborar especimenes cilíndricos de concreto verticalmente para pruebas. NMX-C-283-1982 Industria de la construcción – Agua para concreto – Análisis. NMX-C-290-1987 Industria de la construcción – Concreto – Curado acelerado para prueba a compresión de especimenes. NMX-C-296-ONNCCE-2000 Industria de la construcción – Concreto – Determinación del sangrado – Método de prueba. NMX-C-302-1980 Industria de la construcción – Concreto fresco – Determinación de la masa por unidad de volumen de los ingredientes mediante deshidratación con alcohol.
209
NORMAS DE CONCRETO ENDURECIDO NMX-C-083-ONNCCE-2002 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto – Método de prueba. NMX-C-089-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto – Determinación de las frecuencias fundamentales, transversal, longitudinal y torsional de especimenes de concreto. NMX-C-109-ONNCCE-2004 Industria de la construcción – Concreto – Cabeceo de especimenes cilíndricos. NMX-C-128-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto sometido a compresión – Determinación del módulo de elasticidad estático y relación de poisson. NMX-C-154-1987 Industria de la construcción – Concreto – Determinación del contenido de cemento en concreto endurecido. NMX-C-163-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia a la tensión por compresión diametral de cilindros de concreto. NMX-C-169-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto – Obtención y prueba de corazones y vigas extraídos de concretoendurecido. NMX-C-173-1990 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la variación en longitud de especimenes de mortero decemento y de concreto endurecidos. NMX-C-191-ONNCCE-2004 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia a la flexión del concreto usando una viga simple con carga en los tercios del claro. NMX-C-192-ONNCCE-2006 Industria de la construcción – Concreto – Determinación del número de rebote utilizando el dispositivo conocido como esclerómetro. NMX-C-205-ONNCCE-2005 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia del concreto a la congelación y deshielo acelerados. NMX-C-219-ONNCCE-2005 Industria de la construcción – Concreto – Resistencia a la compresión a edades tempranas y predicción de la mismaa edades posteriores –Método de prueba. NMX-C-221-1983 Industria de la construcción – Longitud de los corazones de concreto – Método de prueba. NMX-C-235-1984 Industria de la construcción – Concreto – Resistencia a la compresión empleando porciones de vigas ensayadas aflexión – Método de prueba. NMX-C-236-1984Industria de la construcción – Concreto – Práctica para examinar y muestrear el concreto endurecido en el sitio de colado. NMX-C-243-ONNCCE-2005 Industria de la construcción – Concreto – Prueba de resistencia al cortante en concreto endurecido. NMX-C-263-1983 Industria de la construcción – Concreto endurecido – Masa especifica, absorción y vacíos – Método de prueba. NMX-C-301-1986 Industria de la construcción – Concreto endurecido – Determinación de la resistencia a la penetración. 210 NMX-C-303-1986 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia a la flexión usando una viga simple con carga en el centro del claro.
Bibliografía > > > > > > > >
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Construcción I Ingeniería Civil UPAEP José Victor Meneses Campos Maestro en Ingeniería y arquitecto agisto de 2012 Puebla, México __________________________________________
[email protected]
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