UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÌA
“CONTROL DEL CONCRETO
EN CLIMAS CALIDOS”
MONOGRAFíA
QUE PARA OBTENER EL EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
PRESENTA
FROYLAN JARA LOPEZ
DIRECTOR DE MONOGRAFIA: M.I.A. MANUEL DEKAR VIDAL CRUZ
COATZACOALCOS, COATZACOALCOS, VER. V ER.
MAYO 2011
AGRADECIMIENTOS A DIOS
POR PERMITIRME LLEGAR HASTA ESTE MOMENTO, POR LA FORTALEZA QUE ME HA BRINDADO EN LOS MOMENTOS MÁS DIFICILES DIFICILES Y POR BRINDARME LA OPORTUNIDAD DE LOGRAR CONCLUIR MI CARRERA
JOSE LUIS LUIS JARA MAGAL LANES EMM A LO PEZ G ARC ÍA
A MIS PADRE QUE SIEMPRE SIEMPRE ESTUVIERON EN TODO MOMENTO APOYANDOME APOYANDOME EN MIS ESTUDIOS, POR CREER EN EN MI Y POR ORIENTARME PARA PODER SER MEJOR COMO PERSONA Y COMO C OMO HOMBRE
DONATO J ARA LOPEZ CASANDRA DE JESÚS JARA LOPEZ
A MIS QUERIDOS HIERMANOS, POR AYUDARME A SALIR SALIR ADELANTE EN LAS BUENAS Y EN LAS MALAS, POR BRINDARME SU APOYO DESINTERESADO Y SINCERO
ING. SILVIA R. FERNÁNDEZ ZENTENO TECNICO TECNICO ACADEMICO JOA QUIN QUIN FERRANDO GARCIA
LE AGRADEZCO SU ATENCIÓN ATENCIÓN POR AYUDARME A RESOLVERME MUCHAS DE LAS DUDAS GENERADAS A LO LARGO DE LA REALIZACIÓN REALIZACIÓN DE MI TRABAJO RECEPCIONAL
A MIS AMIGOS
QUE SIEMPRE LOS HE CONSIDERADO COMO PARTE DE MI FAMILIA, QUE ME DIERON SU COMPRENSION Y SU APOYO INCONDICIONAL Y SIEMPRE ESTUVIERON A MI LADO
A TODA MI FAMILIA POR SU CARIÑO, SU COMPRENSIÓN Y EL CARIÑO QUE A LO LARGO DE MI VIDA ME HAN BRINDADO
M.I.A. M.I.A. MANUEL DEKAR VIDAL C RUZ
LE AGRADEZCO POR HABER ACCEDIDO DE UNA MANERA M ANERA MUY GENTIL A SER MI DIRECTOR DE MONOGRAFÍA M ONOGRAFÍA
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………… .
9
JUSTIFICACIÓN………………………………………………………………….
11
OBJETIVO GENERAL……………………………………………………………
12
OBJETIVOS PARTICULARES………………………………………………….
12
ANTECEDENTE…………………………………………………………………..
13
CONCLUSIÓN …………………………………………………………………….. 108 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………. 109
CAPITULO 1. CONCRETO EN CLIMA CÁLIDO 1.1
Definición de clima cálido…………………………………………………
48
1.2
Problemas potenciales…………………………………………………….
49
1.3
La importancia de tener en cue nta el clima cálido……………………... 50
1.4
La importancia de saber vaciar el concreto en clima…………………..
51
Cálido
4
CAPITULO 2. EFECTOS DEL CLIMA EN EL CONCRETO 2.1
Efectos del clima en el concreto………………………………………….
54
2.1.1 Efectos del clima caluroso en el concreto en…………………… 57 estado plástico 2.1.2 Efectos del clima caluroso en el concreto en……………….......
57
Estado endurecido
CAPITULO 3. TEMPERATURA DEL CONCRETO Y DE LOS MATERIALES 3.1
concreto………………………………………………... ………………... 59 Temperatura del concreto………………………………
3.2
Límite de la temperatura del concreto……………………………........... 64
3.3
Temperatura de otros materiales componentes del concreto………...
65
3.4
Curado del co ncreto……………………………………………………….
70
3.4.1 Métodos de curado del concreto…………………………………
71
CAPITULO 4. SOLUCIONES PARA MINIMIZAR LOS EFECTOS PERJUDICIALES DE LAS CONDICIONES METEREOLGICAS SOBRE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO 4.1
Soluciones para minimizar los efectos perjudiciales de las…………...
74
condiciones meteorológicas sobre la resistencia del concreto
5
CAPITULO 5. MANEJO DEL CONCRETO EN TEMPERATURAS ALTAS 5.1
Manejo del concreto en temperaturas altas…………………………….
78
CAPITULO 6. PRUEBAS E INSPECCIÓN 6.1
Pruebas e inspección……………………………………………………...
81
6.2
Pruebas de laboratorio…………………………………………………….
83
6.2.1 Prueba de Temperatura…………………………………………… 83 6.2.2 Prueba de reven revenimiento…………………………………………... 88 6.2.3 Prueba de Resiste ncia a compresión…………………………. .. 99
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS Tabla 1 Temperaturas del concreto para diversas humedades relativas… ... 64 Tabla 2 Características del concreto de acuerdo a su revenimiento……… ..
97
Tabla 3 Valor nominal del revenimiento y tolerancias…………………………
98
Figura 1 Evolución de la temperatura y resistencia a lo largo de un año …... 56 Figura 2 Nomograma de la temperatura del concreto a partir…………..... ..... 60 de la temperatura de los ingredientes
Figura 3 Relación entre la contracció n y el contenido de agua………………. 61
6
temperatura del concreto y del aire, la humedad…… Figura 4 Efecto de la temperatura
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relativa y la velocidad del viento en la velocidad de la evaporación de la humedad superficial del concreto
Figura 5 Cambio en la cantidad de agua por pulgada de cambio………… ..
66
En el revenimiento en el………… el……… … Figura 6 Efecto de la temperatura de la mezcla del concreto en
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requerimiento de agua
Figura 7 Efecto del agua de mezcla fría en la temperatura del concret o…..
68
Figura 8 Relación entre la temperatura de los agregados y del agua con...
69
la temperatura del concreto recién elaborado compresión del concreto… .. Figura 9 Efecto del curado en la resistencia a compresión
70
Figura 10 Temperatura del curado…………………………………………… ... 71 Figura 11 Curado del concreto………………………………………………….. 72 Figura 12 Vaciado del concreto para prueba de la temperatura…………… .
84
Figura 13 Medición de la temperatura del concreto fresco………………… .
85
Figura 14 Termómetro…………………………………………………………… 86 Figura 15 Control de la temperatura del concreto…………………………… .
87
Figura 16 Cono para la prueba de revenimiento ……………………………...
90
Figura 17 Especificaciones para medir el revenimiento…………………… ..
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revenimiento……………… .. 94 Figura 18 Varillado del concreto en el cono de revenimiento………………
Figura 19 Colocación del concreto en el cono de revenimiento…………… .
94 7
Figura 20 Medición de revenimiento……………………………………………
95
Figura 21 Ensayo de cilindro sometido a compresión ………………………..
99
cilindro……………………………………… 101 Figura 22 Aplicación de c arga al cilindro………………………………………
Figura 23 Ruptura de cilindro…………………………………………………. .. 101 Figura 24 Cilindros de prueba………………………………………………….. 103 Figura 25 Tamaño máximo del agregado en cilindro de concreto………….. 104 Figura 26 Extremos alineados con respecto a la perpendicular…………… . 104 alineado………………………………………………... ……………... 105 Figura 27 Cilindro m al alineado………………………………… c ónica………………………………………… ……………………………… …. 105 Figura 28 Ruptura en forma cónica……………
Figura 29 Personal certificado de laboratorio…………………………………. 107
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INTRODUCCIÓN
Es el campo de la ingeniería Civil que abarca el conjunto de conocimientos científicos orientados hacia la aplicación técnica, práctica y eficiente del concreto en la construcción. En su desarrollo y utilización intervienen varias ciencias, como son la Física, la Química, las Matemáticas y la investigación experimental. A diferencia de otros campos de la Ingeniería en que se puede ejercer un control bastante amplio sobre los parámetros que participan en un fenómeno, en la Tecnología del Concreto cada elemento que interviene, ya sea el cemento, el agua, los agregados, los aditivos y las técnicas de producción, colocación, curado y mantenimiento, representa aspectos particulares a estudiar y controlar de modo que puedan trabajar eficientemente de manera conjunta en la aplicación práctica que deseamos. El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica y moldeable y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes, lo que hace un material ideal para la construcción. La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el agua. Se le considera la fase continua del concreto, ya que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto. El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas partículas no están unidas o en contacto unas con otras, si no se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta reducida. Las propiedades del concreto están determinadas fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus componentes, pudiendo ser mejor comprendidas si se analiza la naturaleza del concreto. 9
Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso. Sin embargo, si bien su calidad final depende en forma muy importante tanto de un profundo conocimiento del material como de la calidad profesional del ingeniero, el concreto en general es desconocido en muchos de sus cinco grandes aspectos: naturaleza, materiales, propiedades, selección, y mantenimiento de los elementos estructurales. Las posibilidades de empleo del concreto en la producción son cada día mayores, pudiendo en la actualidad ser utilizados para una amplia variedad de propósitos. La única limitación a sus múltiples aplicaciones puede ser el desconocimiento por parte del ingeniero de todos los aspectos ya indicados; así como de la importancia relativa de los mismos de acuerdo al uso que se pretenda dar al material.
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JUSTIFICACIÓN Las dificultades que provoca el clima cálido en el concreto recién mezclado son las altas temperaturas y la evaporación rápida del agua en el mismo. Estas condiciones afectan negativamente la calidad del concreto ya que se acelera la velocidad de fraguado, se reduce la resistencia y pueden ocurrir agrietamientos en el estado plástico o endurecido. El curado es más crítico y la inclusión de aire es más difícil de alcanzar en climas cálidos, los especímenes para ensayo de resistencia en obra se afecta de la misma manera que el concreto colocado. Si se siguen todas las precauciones y recomendaciones, se logrará un vaciado de concreto exitoso en climas cálidos.
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OBJETIVO GENERAL GENERAL Adquirir los conocimientos necesarios para la elaboración y vaciado de un Concreto en climas extremadamente cálidos, su comportamiento desde su estado fresco, fraguado y endurecido endurecido y, la manera como como se debe de llevar llevar su control en este tipo de condiciones climáticas referidas particularmente a la zona de Coatzacoalcos.
OBJETIVO PARTICULAR 1.- Adquirir el conocimiento sobre como se debe de manejar el concreto en temperaturas extremas, hablamos de temperaturas cálidas, que suelen darse en nuestra región sobre todo en verano, el control que se debe de llevar en el vaciado del concreto es particularmente importante, ya que de ello dependerá que la mezcla que vaya a ser depositada funcione de acuerdo a su diseño y sus necesidades de resistencia resistencia para las cuales fue calculada. calculada . 2.- Conocer como se debe controlar el concreto desde que sale de la planta concretera hasta el curado del elemento que fue vaciado, y se explica también que en colados masivos se debe de poner cierto cuidado a la programación de salidas y llegadas de los camiones llamados trompos de concreto para evitar perdida de humedad, que la temperatura suba y este fuera de lo que marque la norma y con que frecuencia se estarán recibiendo los camiones en sitio. 3.- Explicar de que manera se estará tomando la temperatura de la mezcla que llega al sitio y con que frecuencia se estarán tomando muestras para su prueba de resistencia y revenimiento. 4.-Manejar las normas normas nacionales e internaciones que nos marcan la pauta pauta para considerar que un concreto depositado en lugares de temperaturas elevadas cumple con lo especificado en ella. 12
ANTECEDENTES La historia del cemento es la historia misma del hombre en la búsqueda de un espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible. Desde que el ser humano supero la época de las cavernas, ha aplicado sus mayores esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus necesidades de vivienda y después levantando construcciones con requerimientos específicos. Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las bases para el progreso de la humanidad. El pueblo egipcio egipcio ya utilizaba un mortero
mezcla de arena con materia
cementosa para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus asombrosas construcciones. Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada. Un material volcánico muy apropiado para estas aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo conocemos como puzolana. Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a principios del año pasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de caliza dura, molida y calcinada con arcilla, que al agregársele agua, producía una pasta que de nuevo se calcinaba se molía y batía hasta producir un polvo fino que es el antecedente directo de nuestro tiempo. El nombre del cemento Portland le fue dado por la similitud que esta tenia con la piedra de la isla de Portland del canal ingles. La aparición de este cemento y de su producto resultante el concreto ha sido un factor determinante para que el mundo adquiera una fisionomía diferente.
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Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales, fabricas, talleres y casas, dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos dan un mundo nuevo de comodidad, de protección y belleza donde realizar nuestros mas ansiados anhelos, un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para progresar, para vivir. A continuación se mencionan algunas fechas y nombres de personajes más relevantes desde la aparición del cemento: 1824: - James Parker, Joseph Aspdin patentan al Cemento Portland, materia que obtuvieron de la calcinación de alta temperatura de una Caliza Arcillosa. 1845: - Isaac Johnson obtiene el prototipo del cemento moderno quemado, alta temperatura, una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del "clinker". 1868: - Se realiza el primer embarque de cemento Portland de Inglaterra a los Estados Unidos. 1871: - La compañía Coplay Cement produce el primer cemento Portland en lo Estados Unidos. 1904: -La American Standard For Testing Materials (ASTM), pública por primera ves sus estandares de calidad para el cemento Portland. 1906: - En C.D. Hidalgo Nuevo León se instala la primera fabrica para la producción de cemento en México, con una capacidad de 20,000 toneladas por año. 1992: - CEMEX se considera como el cuarto productor de cemento a nivel MUNDIAL con una producción de 30.3 millones de toneladas por año.
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FUNDAMENTOS SOBRE EL CONCRETO El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregado y pasta. La pasta, compuesta de Cemento Portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el Cemento y el agua. Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 4.76mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 4 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. La pasta esta compuesta de Cemento Portland, agua y aire atrapado o aire incluido intencionalmente. Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del concreto. El volumen absoluto del Cemento esta comprendido usualment usualmente e entre el 7 y el 15 % y el agua entre el 14 y el 21 %. El contenido de aire y concretos con aire incluido puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto, dependiendo del tamaño máximo del agregado grueso. Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, su selección es importante. Los agregados deben consistir en partículas con resistencia adecuada, así como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. Para tener un uso eficiente de la pasta de cemento y agua, es deseable contar con una granulometría continua de tamaños de partículas.
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La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado esta completamente cubierta con pasta y también todos los espacios entre partículas de agregado. Para cualquier conjunto especifico de materiales y de condiciones de curado, la cantidad de concreto endurecido esta determinada por la cantidad de agua utilizada en la relación con la cantidad de Cemento. A continuación se presenta algunas ventajas que se obtienen al reducir el contenido de agua: Se incrementa la resistencia a la compresión y a la flexión. Se tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad y menor absorción. Se incrementa la resistencia al intemperismo. Se logra una mejor unión entre capas sucesivas y entre el concreto y el esfuerzo. Se reducen las tendencias de agregamientos por contracción. Entre menos agua se utilice, utilice, se tendrá una mejor calidad de concreto
a
condición que se pueda consolidar adecuadamente. Menores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas más rígidas; pero con vibración, aun las mezclas más rígidas pueden ser empleadas. Para una calidad dada de concreto, las mezclas más rígidas son las más económicas. Por lo tanto, la consolidación del concreto por vibración permite una mejora en la calidad del concreto y en la economía. Las propiedades del concreto en estado fresco (plástico) y endurecido, se puede modificar agregando aditivos al concreto, usualmente en forma líquida durante su dosificación. 16
Los aditivos se usan comúnmente para: ajustar el tiempo de fraguado o endurecimiento, reducir la demanda de agua, aumentar la trabajabilidad, incluir intencionalmente aire aire y ajustar otras propiedades del concreto. Después de un proporcionamiento adecuado, así como dosificación, mezclado, colocación, consolidación, acabado, y curado, el concreto endurecido se transforma en un material de construcción resistente, no combustible, durable, resistencia al desgaste y prácticamente impermeable que requiere poco o nulo mantenimiento. El concreto también es un excelente material de construcción porque puede moldearse en una gran variedad de formas, colores y texturizados para ser usado en un numero ilimitado de aplicaciones.
CONCRETO RECIEN MEZCLADO El concreto recién mezclado debe ser plástico o semifluido y capaz de ser moldeado a mano. Una mezcla muy húmeda de concreto se puede moldear en el sentido de que puede colocarse en una cimbra, pero esto no entra en la definición de " plástico " aquel material que es plegable y capaz de ser moldeado o formado como un terrón de arcilla para moldar. En una mezcl m ezcla a de concreto c oncreto plástico, plástico, todos los granos de arena y las pi ezas de grava o de piedra quedan encajonados y sostenidos en suspensión. Los ingredientes no están predispuestos a segregarse durante el transporte; y cuando el concreto endurece, se transforma en una mezcla homogénea de todos los componentes. El concreto de consistencia plástica no se desmorona, si no que fluye como liquido viscoso sin segregarse. El revenimiento se utiliza como una medida de la consistencia del concreto. Un concreto de bajo revenimiento tiene una consistencia dura.
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En la práctica de la construcción, los elementos delgados de concreto y los elementos del concreto fuertemente reforzados requieren de mezclas trabajables, pero jamás de mezclas similares a una sopa, para tener facilidad en su colocación. Se necesita una mezcla plástica para tener resistencia y para mantener su homogeneidad durante el manejo y la colocación, mientras que una mezcla plástica es adecuada para la mayoría que trabaja con concreto, pueden utilizar aditivos súper fluidificantes para adicionar fluidez al concreto en miembros de concretos delgados o fuertemente reforzados.
MEZCLADO Los 5 componentes básicos del concreto son el agua, agregado grueso o piedra, cemento, agregado fino o arena, y aditivo, todos estos elementos se vacían en este orden en la mezcladora. La secuencia de carga de los ingredientes en la mezcladora representa un papel importante en la uniformidad del producto terminado. Sin embargo, se puede variar esa secuencia y aun así producir concreto de calidad. Las diferentes secuencias requieren ajustes en el tiempo de adicionamiento de agua, en el número total de revoluciones del tambor de la mezcladora, y en la velocidad de revolución. Otros factores importantes en el mezclado son el tamaño de la revoltura en la relación al tamaño del tambor de la mezcladora, el tiempo transcurrido entre la dosificación y el mezclado, el diseño, la configuración y el estado del tambor mezclador y las paletas. Las mezcladoras aprobadas, con operación y mantenimiento correcto, aseguran un intercambio de materiales de extremo a extremo por medio de una acción de rolado, plegado y amasado de la revoltura sobre si misma a medida que se mezcla el concreto.
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TRABAJABILIDAD La facilidad de colocar, consolidar y acabar al concreto recién mezclado se denomina trabajabilidad. El concreto debe ser trabajable pero no se debe segregar excesivamente. El sangrado es la migración del agua hacia la superficie superior del concreto recién mezclado provocada por el asentamiento de los materiales sólidos cemento, arena y piedra dentro de la masa. El asentamiento es consecuencia del efecto combinado de la vibración y de la gravedad. Un sangrado excesivo aumenta la relación Agua Cemento cerca de la superficie superior, pudiendo dar como resultado una capa superior débil de baja durabilidad, particularmente si se lleva acabo las operaciones de acabado mientras esta presente el agua de sangrado. Debido a la tendencia del concreto recién mezclado a segregarse y sangrar, es importante transportar y colocar cada carga lo más cerca posible de su posición final. El aire incluido mejora la trabajabilidad y reduce la tendencia del concreto fresco de segregarse y sangrar.
CONSOLIDACIÓN La vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades móviles de un fluido denso. La acción vibratoria permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado en el concreto, habrá que llenar de pasta un menor volumen y existirá una menor área superficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento sea necesaria.
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Con una consolidación adecuada de las mezclas más duras y ásperas pueden ser empleadas, lo que tiene como resultado una mayor calidad y economía. Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. De hecho, tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. Solo al emplear mezclas mas duras y ásperas se adquieren todos los beneficios del vibrado. El vibrado mecánico tiene muchas ventajas. Los vibradores de alta frecuencia posibilitan la colocación económica de mezclas que no son facilites de consolidar a mano bajo ciertas condiciones.
HIDRATACIÓN, TIEMPO DE FRAGUADO, ENDURECIMIENTO La propiedad de liga de las pastas de cemento Portland se debe a la reacción química entre el cemento y el agua llamada hidratación. El cemento Portland no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o más del peso del cemento Portland y son: el silicato tricálcico, el silicato dicálcico, el aluminato tricálcico y el ferro aluminio tetracálcico. Además de estos componentes principales, algunos otros desempeñan papeles importantes en el proceso de hidratación. Los tipos de cemento Portland contienen los mismos cuatro compuestos principales, pero en proporciones diferentes. Cuando el Clinker (el producto del horno que se muele para fabricar el cemento Portland) se examina al microscopio, la mayoría de los compuestos individuales del cemento se pueden identificar y se puede determinar sus cantidades. Sin embargo, los granos más pequeños evaden la detección visual.
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El diámetro promedio de una partícula de cemento típica es de aproximadamente 10 micras, o una centésima de milímetro. Si todas las partículas de cemento fueran las promedio, el cemento Portland contendría aproximadamente 298,000 millones de granos por kilogramo, pero de hecho existen unos 15 billones de partículas debido al alto rango de tamaños de partícula. Las partículas en un kilogramo de cemento Portland tienen un área superficial aproximada de 400 metros cuadrados. Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este último es con mucho el componente cementante más importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, fraguado, endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional principalmente dependen del gel del hidrato de silicato de calcio, es la medula del concreto. La composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable, pero contiene cal (CaO) y silice (Si02), en una proporción sobre el orden de 3 a 2, el área superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos 3000 metros cuadrados por gramo. Las partículas son tan diminutas que solamente ser vistas en microscopio electrónico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partículas forman uniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; también se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el conjunto. La formación de esta estructura es la acción cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento y del desarrollo de resistencia. Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia esta en la parte solida de la pasta, en su mayoría en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas. 21
Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho mas resistente es el concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concreto plástico y trabajable. Aun entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se requiere para la completa hidratación del cemento. La relación mínima mínima Agua
Cemento (en peso) para la hidratación hidratación total total es es
aproximadamente de 0.22 a 0.25. El conocimiento de la cantidad de calor liberado a medida de que el cemento se hidrato puede ser útil para planear la construcción. En invierno, el calor de hidratación ayudara a proteger el concreto contra el daño provocado por temperaturas de congelación. Sin embargo, el calor puede en estructuras masivas, tales como presas, producir esfuerzos indeseables al enfriarse luego de endurecer. El cemento Portland tipo 1 libera un poco más de la mitad de su calor total de hidratación en tres días. El cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo porcentaje de su calor en mucho menos de tres días. El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera menos calor total que los otros y deben pasar mas de tres días para que se libere únicamente la mitad de ese calor. El uso de cemento tipo 4, cemento Portland de bajo calor de hidratación, se debe de tomar en consideración donde sea de importancia fundamental contar con un bajo calor de hidratación. Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque la velocidad determinará el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al transporte y colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido. El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del Clinker, actúa como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento Portland.
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Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado.
CONCRETO ENDURECIDO Curado húmedo El aumento de resistencia continuara con la edad mientras este presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanezca favorable la temperatura del concreto. Cuando la humedad relativa dentro del concreto cae aproximadamente al 80% o la temperatura del concreto desciende por debajo del punto de congelación, la hidratación y el aumento de resistencia virtualmente se detiene. Si se vuelve a saturar el concreto luego de un periodo de secado, la hidratación se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar. Sin embargo lo mejor es aplicar el curado húmedo al concreto de manera m anera continua desde el momento en que se ha colocado hasta cuando haya alcanzado la calidad deseada debido a que el concreto es difícil de restaurar.
VELOCIDAD DE SECADO DEL CONCRETO El concreto ni endurece ni se cura con el secado. El concreto (o de manera precisa, el cemento en el contenido) requiere de humedad para hidratarse y endurecer. El secado del concreto únicamente esta relacionado con la hidratación y el endurecimiento de manera indirecta. Al secarse el concreto, deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicación de que haya experimentado la suficiente hidratación para lograr las propiedades físicas deseadas.
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El conocimiento de la velocidad de secado es útil para comprender las propiedades o la condición física del concreto. Por ejemplo, tal como se menciono, el concreto debe seguir reteniendo suficiente humedad durante todo el periodo de curado para que el cemento pueda hidratarse. El concreto recién colado tiene agua abundante, pero a medida de que el secado progresa desde la superficie hacia el interior, el aumento de resistencia continuara a cada profundidad únicamente mientras la humedad relativa en ese punto se mantenga por encima del 80%. La superficie de un piso de concreto que no a tenido suficiente curado húmedo es una muestra común. Debido a que se seca rápidamente, el concreto de la superficie es débil y se produce descascaramiento en partículas finas provocado por el transito. Asimismo el concreto se contrae al secarse, del mismo modo que lo hacen la madera, papel y la arcilla (aunque no tanto). La contracción por secado es una causa fundamental de agrietamiento, y el ancho de las grietas es función del grado del secado. En tanto que la superficie del concreto se seca rápidamente, al concreto en el interior le lleva mucho mas tiempo secarse. Note que luego de 114 días de secado natural el concreto aun se encuentra muy húmedo en su interior y que se requiere de 850 días para que la humedad relativa en el concreto descendiera al 50%. El contenido de humedad en elementos delgados de concreto que han sido secados al aire con una humedad relativa de 50% a 90% durante varios meses es de 1% a 2% en peso del concreto, del contenido original de agua, de las condiciones de secado y del tamaño del elemento de concreto.
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El tamaño y la forma de un miembro de concreto mantienen una relación importante como la velocidad de secado. Los elementos del concreto de gran área superficial en relación a su volumen (tales como losas de piso) se secan con mucho mayor rapidez que los grandes volúmenes de concreto con áreas superficiales relativamente pequeñas (tales como los estribos de puentes). Muchas otras propiedades del concreto endurecido se ven también afectadas por su contenido de humedad; en ellas incluye la elasticidad, flujo plástico, valor de aislamiento, resistencia al fuego, resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, durabilidad.
PESO UNITARIO El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en otras estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 kg por metro cúbico (kg/m3). El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la densidad relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado o intencionalmente incluido, y de los contenidos de agua y de cemento, mismos que a su vez se ven influenciados por el tamaño máximo del agregado. Para el diseño de estructuras de concreto, comúnmente se supone que la combinación del concreto convencional y de las barras de refuerzo pesa 2400 kg/m3. El peso del concreto seco iguala al peso del concreto recién mezclado menos el peso del agua evaporable. Una parte del agua de mezclado se combina químicamente con el cemento durante el proceso de hidratación, transformando al cemento en gel de cemento. También un poco de agua permanece retenida herméticamente en poros y capilares y no se evapora bajo condiciones normales. La cantidad de agua que se evapora al aire a una humedad relativa del 50% es de aproximadamente 2% a 3% del peso del concreto, dependiendo del contenido inicial de agua del concreto, de las características de absorción de los agregados, y del tamaño de la estructura. 25
Además del concreto convencional, existe una amplia ampl ia variedad de otros concretos para hacer frente a diversas necesidades, variando desde concretos aisladores ligeros con pesos unitarios de 240 kg/m3, a concretos pesados con pesos unitarios de 6400 kg/m3, que se emplean para contrapesos o para blindajes contra radiaciones.
RESISTENCIA A CONGELACIÓN Y DESHIELO Del concreto utilizado en estructuras y pavimentos, se espera que tenga una vida larga y un mantenimiento bajo. Debe tener buena durabilidad para resistir condiciones de exposición anticipadas. El factor de intemperismo mas destructivo es la congelación y el deshielo mientras el concreto se encuentra húmedo, particularmente cuando se encuentra con la presencia de agentes químicos descongelantes. El deterioro es provocado por el congelamiento del agua en la pasta, en las partículas del agregado o en ambos. Con la inclusión de aire es sumamente resistente a este deterioro. Durante el congelamiento, el agua se desplaza por la formación de hielo, en la pasta se acomoda de tal forma que no resulta perjudicial; las burbujas de aire en la pasta suministran cámaras donde se introduce el agua y así se alivia la presión hidráulica generada. Cuando la congelación ocurre en un concreto que contenga agregado saturado, se pueden generar presiones hidráulicas nocivas dentro del agregado. El agua desplazada desde las partículas del agregado durante la formación del hielo no puede escapar lo suficientemente rápido hacia la pasta circundante para aliviar la presión. Sin embargo, bajo casi todas las condiciones de exposición, una pasta de buena calidad (de (de baja relación Agua Cemento) evitara evitara que la mayor ma yor parte de las partículas de agregado se saturen. También, si la pasta tiene aire incluido, acomodara las pequeñas cantidades de agua en exceso que pudieran ser expulsadas por los agregados, protegiendo así al concreto contra daños por congelación y deshielo. 26
1.- El concreto con aire incluido es mucho más resistente a los ciclos de congelación y deshielo que el concreto sin aire incluido. 2.- El concreto con una relación relación Agua Cemento baja es más durable que el el concreto con una relación Agua Cemento alta. 3.- Un periodo de secado de los agregados agregados antes de la exposic exposición ión a la congelación y el deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la congelación y el deshielo del concreto con aire incluido, pero no beneficia de manera significativa al concreto sin aire incluido. El concreto con aire incluido con una relación Agua Cemento baja y con un contenido de aire de 4% a 8% soportara un gran número de ciclos de congelación y deshielo sin presentar fallas. La durabilidad a la congelación y deshielo se puede determinar por el procedimiento de ensaye de laboratorio ASTM C 666, " Estándar Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing". A partir de la prueba se calcula un factor de durabilidad que refleja el número de ciclos de congelación y deshielo requeridos para producir una cierta cantidad de deterioro. La resistencia al descascaramiento provocado por compuestos descongelantes se puede determinar por medio del procedimiento ASTC 672 "Estándar Test Method for Scaling Resistance of Concrete Surface Exposed to Deicing Chemicals".
PERMEABILIDAD Y HERMETICIDAD El concreto empleado en estructuras que retengan agua o que estén expuestas a mal tiempo o a otras condiciones de exposición severa debe ser virtualmente impermeable y hermético. La hermeticidad se define a menudo como la capacidad del concreto de refrenar o retener el agua sin escapes visibles.
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La permeabilidad se refiere a la cantidad de migración de agua a través del concreto cuando el agua se encuentra a presión, o a la capacidad del concreto de resistir la penetración de agua u otras sustancias (líquido, gas, iones, etc.). Generalmente las mismas propiedades que convierten al concreto menos permeable también lo vuelven más hermético. La permeabilidad total del concreto al agua es una función de la permeabilidad de la pasta, de la permeabilidad y granulometría del agregado, y de la proporción relativa de la pasta con respecto al agregado. La disminución de permeabilidad mejora la resistencia del concreto a la restauración, al ataque de sulfatos y otros productos químicos y a la penetración del ion cloruro. La
permeabilidad
también
afecta
la
capacidad
de
destrucción
por
congelamiento en condiciones de saturación. Aquí la permeabilidad de la pasta es de particular importancia porque la pasta recubre a todos los constituyentes del concreto. La permeabilidad de la pasta depende de la relación Agua Cemento y del grado de hidratación del cemento o duración del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere de una relación Agua Cemento baja y un periodo de curado húmedo adecuado. Inclusión de aire ayuda a la hermeticidad aunque tiene un efecto mínimo sobre la permeabilidad aumenta con el secado. s ecado. La permeabilidad de una pasta endurecida madura mantuvo continuamente rangos de humedad de 0.1x10E 12cm por por seg. para relaciones relaciones Agua Cemento que variaban de 0.3 a 0.7. La permeabilidad de rocas comúnmente utilizadas como agregado para concreto varia desde aproximadamente 1.7 x10E9 hasta 3.5x10E-13 cm por seg. La permeabilidad de un concreto maduro de buena calidad es de aproximadamente 1x10E- 10cm por seg.
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Los resultados de ensayes obtenidos al sujetar el disco de mortero sin aire incluido de 2.5cm de espesor a una presión de agua de 1.4 kg/cm cuadrado. En estos ensayes, no existieron fugas de agua a través del disco de mortero que tenia relación Agua Cemento en peso iguales a 0.50 o menores y que hubieran tenido un curado húmedo de siete días. Cuando ocurrieron fugas, estas fueron mayores en los discos discos de mortero hechos hec hos con altas altas relaciones Agua Cemento. También, para cada relación Agua Cemento, las fugas fueron menores a medida que se aumentaba el periodo de curado húmedo. En los discos con una relación agua cemento de 0.80 el mortero permitía fugas a pesar de haber sido curado durante un mes. Estos resultados ilustran claramente que una relación Agua cemento baja y un periodo de curado reducen permeabilidad de manera m anera significativa. Las relaciones Agua Cemento bajas también reducen la segregación y el sangrado, contribuyendo adicionalmente a la hermeticidad. Para ser hermético, el concreto también debe estar libre de agrietamientos y de celdillas. Ocasionalmente el concreto poroso concreto sin finos que permite fácilmente fácilmente el flujo de agua a través de si mismo se diseña para aplicaciones especiales. En estos concretos, el agregado fino se reduce grandemente o incluso se remueve totalmente produciendo un gran volumen de huecos de aire. El concreto poroso ha sido utilizado en canchas de tenis, pavimentos, lotes para estacionamientos, invernaderos, estructuras de drenaje. El concreto excluido de finos también se ha empleado en edificios a sus propiedades de aislamiento térmico.
RESISTENCIA AL DESGASTE Los pisos, pavimentos y estructuras hidráulicas hi dráulicas están sujetos al desgaste; por lo tanto, en estas aplicaciones el concreto debe tener una resistencia elevada a la abrasión.
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Los resultados de pruebas indican que la resistencia a la abrasión o desgaste esta estrechamente relacionada con la resistencia a la compresión del concreto. Un concreto de alta resistencia a compresión tiene mayor resistencia a la abrasión que un concreto de resistencia a compresión baja. Como la resistencia a la compresión depende de la relación Agua Cemento baja, así como un curado adecuado son necesarios para obtener una buena resistencia al desgaste. El tipo de agregado y el acabado de la superficie o el tratamiento utilizado también tienen fuerte influencia en la resistencia al desgaste. Un agregado duro es más resistente a la abrasión que un agregado blando y esponjoso, y una superficie que ha sido tratada con llana de metal resiste más el desgaste que una que no lo ha sido. Se pueden conducir ensayes de resistencia a la abrasión rotando balines de acero, ruedas de afilar o discos a presión sobre la superficie (ASTM 779). Se dispone también de otros tipos de ensayes de resistencia a la abrasión (ASTM C418 y C944).
ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA El concreto endurecido presenta ligeros cambios de volumen debido a variaciones en la temperatura, en la humedad, en los esfuerzos aplicados. Estos cambios de volumen o de longitud pueden variar de aproximadamente 0.01% hasta 0.08%. En el concreto endurecido los cambios de volumen por temperatura son casi para el acero. El concreto que se mantiene continuamente húmedo se dilatara ligeramente. Cuando se permite que seque, el concreto se contrae. El principal factor que influye en la magnitud de la contracción por el secado aumenta directamente con los incrementos de este contenido de agua.
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La magnitud de la contracción también depende de otros factores, como las cantidades de agregado empleado, las propiedades del agregado, tamaño y forma de la masa de concreto, temperatura y humedad relativa del medio ambiente, método de curado, grado de hidratación, y tiempo. El contenido de cemento tiene un efecto mínimo a nulo sobre la contracción por secado para contenidos de cemento entre 280 y 450 kg por metro cúbico. Cuando el concreto se somete a esfuerzo, se forma elásticamente. Los esfuerzos sostenidos resultan en una deformación adicional llamada fluencia. La velocidad de la fluencia (deformación (deformación por unidad de tiempo) disminuye con el tiempo.
CONTROL DE AGRIETAMIENTO Las dos causas básicas por las que se producen grietas en el concreto son (1) esfuerzos debidos a cargas aplicadas y (2) esfuerzos debidos a contracción por secado o a cambios de temperatura en condiciones de restricción La contracción por secado es una propiedad inherente e inevitable del concreto, por lo que se utiliza acero de refuerzo colocado en una posición adecuada para reducir los anchos de grieta, o bien juntas que predeterminen y controlen la ubicación de las grietas. Los esfuerzos provocados por las fluctuaciones de temperatura pueden causar agrietamientos, especialmente en edades tempranas. Las grietas por contracción del concreto ocurren debido a restricciones. Si no existe una causa que impida el movimiento del concreto y ocurren contracciones, el concreto no se agrieta. Las restricciones pueden ser provocadas por causas diversas. La contracción por el secado siempre es mayor cerca de la superficie del concreto; las porciones húmedas interiores restringen al concreto en las cercanías de la superficie con lo que se pueden producir agrietamientos. 31
Otras causas de restricción son el acero de refuerzo embebido en el concreto, las partes de una estructura interconectadas entre si, y la fricción de la subrasante sobre la cual va colocado el concreto. Las juntas son el método más efectivo para controlar agrietamientos. Si una extensión considerable de concreto (una pared, losa o pavimento) no contiene juntas convenientemente espaciadas que alivien alivien la contracción por secado y por temperatura, el concreto se agrietara de manera aleatoria. Las juntas de control se ranuran, se forman o se aserran en banquetas, calzadas, pavimentos, pisos y muros de modo que las grietas ocurran en esas juntas y no aleatoriamente. Las juntas de control permiten movimientos en el plano de una losa o de un muro. Se desarrollan aproximadamente a un cuarto del espesor del concreto. Las juntas de separación aíslan a una losa de otros elementos en otra estructura y le permiten tantos movimientos horizontales como verticales. Se colocan en las uniones de pisos con muros, columnas, bases y otros puntos donde pudieran ocurrir restricciones. Se desarrollan en todo el espesor de la losa e incluyen un relleno premoldeado para la junta. Las juntas de construcción se colocan en los lugares donde ha concluido la jornada de trabajo; separan áreas de concreto co ncreto colocado en distintos momentos. En las losas para pavimentos, las juntas de construcción comúnmente se alinean con las juntas de control o de separación, y funcionan también como estas últimas.
AGUA DE MEZCLADO PARA EL CONCRETO Casi cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser adecuadas para el concreto. 32
Se puede utilizar para fabricar concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109), producidos con ella alcanzan resistencia a los siete días iguales al menos del 90% de especímenes testigo fabricados con agua potable o destilada.
Las impurezas impurezas excesivas en el agua agua no solo pueden afectar afectar el
tiempo de fraguado y la resistencia de el concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia, manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad. El agua que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente pueden ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga más de 2,000 ppm de sólidos disueltos deberá ser ensayada para investigar su efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado.
CARBONATOS Y BICARBONATOS BICARBONATOS ALCALINOS El carbonato de sodio puede causar fraguados muy rápidos, en tanto que los bicarbonatos pueden acelerar o retardar el fraguado. En concentraciones fuertes estas sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del concreto. Cuando la suma de las sales disueltas exceda 1,000 ppm, se deberán realizar pruebas para analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días. También se deberá considerar la posibilidad que se presenten reacciones álcali - agregado graves.
CLORUROS La inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de mezclado, se debe principalmente al posible efecto adverso que lo iones de cloruro pudieran tener en la corrosión del acero de refuerzo, o de los torones del presfuerzo. Los iones cloruro atacan la capa de oxido protectora formada en el acero por el medio químico altamente alcalino (pH 12.5) presente en el concreto. 33
Los cloruros se pueden introducir en el concreto, ya sea con los ingredientes separados aditivos, agregados, cemento, y agua o atraves atraves de la exposición exposición a las sales anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas. c ostas. El agua que se utilice en concreto preforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no deberá contener cantidades nocivas de ion cloruro. Las aportaciones de cloruros de los ingredientes distintos al agua también se deberán tomar en consideración. Los aditivos de cloruro de calcio se deberán emplear con mucha precaución. El Reglamento de Construcción del American Concrete Institute, ACI 318, limita el contenido de ion cloruro soluble al agua en el concreto, a los siguientes porcentajes en peso del cemento. Concreto pre esforzado
0.06 %
Concreto reforzado expuesto a cloruros durante su servicio
0.15%
Concreto reforzado que vaya a estar seco o protegido contra la
1.0%
humedad durante su servicio. Otras construcciones construcci ones de concreto reforzado
0.30 %
SULFATOS El interés respecto a un elevado contenido de sulfatos en el agua, se debe a las posibles reacciones expansivas y al deterioro por ataque de sulfatos, especialmente en aquellos lugares donde el concreto vaya a quedar expuesto a suelos o agua con contenidos elevados de sulfatos. Aunque se ha empleado satisfactoriamente aguas que contenían 10,000 ppm de sulfatos de sodio.
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OTRAS SALES COMUNES Los carbonatos de calcio y de magnesio no son muy solubles en el agua y rara vez se les encuentra en concentraciones suficientes para afectar la resistencia del concreto. En algunas aguas municipales se pueden encontrar bicarbonatos de calcio y de magnesio. No se consideran dañinas las concentraciones inferiores o iguales a 400 ppm de bicarbonato en estas formas. Se han obtenido buenas resistencias con concentraciones hasta de 40,000 ppm de cloruro de magnesio. Las concentraciones de sulfato de magnesio deberán ser inferiores a 25,000 ppm.
SALES DE HIERRO Las aguas freáticas naturales rara vez contienen más de 20 a 30 ppm de hierro; sin embargo, las aguas de mina ácidas pueden contener cantidades muy grandes. Las sales de hierro en concentraciones hasta 40,000 ppm normalmente no afectan de manera adversa al desarrollo de la resistencia.
DIVERSAS SALES INORGÁNICAS Las sales de magnesio, estaño, zinc, cobre y plomo presentes en el agua pueden provocar una reducción considerable en la resistencia y también grandes variaciones en el tiempo de fraguado. De estas, las más activas son las sales de zinc, de cobre y de plomo. Las sales que son especialmente activas como retardantes, incluyen el yodato de sodio, fosfato de sodio, arsenato de sodio y borato de sodio. Generalmente se pueden tolerar en el agua de mezclado concentraciones de estas sales hasta de 500 ppm. Otra sal que puede ser dañina al concreto es el sulfuro de sodio; aun la presencia de 100 ppm requiere de ensayes. 35
AGUA DE MAR Aun cuando un concreto hecho con agua de mar puede tener una resistencia temprana mayor que un concreto normal, sus resistencias a edades mayores (después de 28 días) pueden ser inferiores. Esta reducción de resistencia puede ser compensada reduciendo la relación agua cemento. El agua de mar no es adecuada para producir concreto reforzado con acero y no deberá usarse en concreto preforzados debido al riesgo de corrosión del esfuerzo, particularmente en ambientes cálidos y húmedos. El agua de mar que se utiliza para producir concreto, también tiende a causar eflorescencia y humedad en superficies de concreto expuestas al aire y al agua.
AGUAS ÁCIDAS En general, el agua de mezclado que contiene ácidos clorhídrico, sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000 ppm no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores pH menores que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la medida de lo posible.
AGUAS ALCALINAS Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio de 0.5% el peso del cemento, no afecta en gran medida a la resistencia del concreto toda vez que no ocasionen un fraguado rápido. Sin embargo, mayores concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto. El hidróxido de potasio en concentraciones menores a 1.2% por peso de cemento tiene poco efecto en la resistencia del concreto desarrollada por ciertos cementos, pero la misma concentración al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente la resistencia a los 28 días. 36
AGUAS DE ENJUAGUE La Agencia de Protección Ambiental y las agencias estatales prohíben descargar en las vías fluviales, aguas de enjuague no tratadas que han sido utilizadas para aprovechar la arena y la grava de concretos regresados o para lavar las mezcladoras.
AGUAS DE DESPERDICIOS INDUSTRIALES La mayor parte de las aguas que llevan desperdicios industriales tienen menos de 4,000 ppm de sólidos totales. Cuando se hace uso de esta agua como aguas de mezclado para el concreto, la reducción en la resistencia a la compresión generalmente no es mayor que del 10% al 15%.
AGUAS NEGRAS Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia orgánica. Luego que estas aguas se han diluido en un buen sistema de tratamiento, la concentración se ve reducida aproximadamente 20 ppm o menos. Esta cantidad es demasiado pequeña para tener efecto de importancia en la resistencia.
IMPUREZAS ORGÁNICAS Las sustancias orgánicas presentes en las aguas naturales pueden tener efectos en el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la resistencia ultima del concreto, es un problema que presenta una complejidad considerable. Las aguas que estén muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas en que sean visibles algas verdes o cafés deberán ser vistas con desconfianza y en consecuencia ensayadas.
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AZÚCAR Una pequeña cantidad de sacarosa, de 0.03% a 0.15% del peso del cemento, normalmente retarda el fraguado del cemento. El límite superior de este rango varía respecto de los distintos cementos. La resistencia a 7 días puede verse reducida, en tanto que la resistencia a los 28 días podría aumentar. El azúcar en cantidades de 0.25% o mas del peso del cemento puede provocar un fraguado rápido y una reducción sustancial de la resistencia a los 28 días. Cada tipo de azúcar afecta al tiempo de fraguado y a la resistencia de manera distinta. Menos de 500 ppm de azúcar en el agua de mezclado, generalmente no producen un efecto adverso en el desarrollo de la resistencia, pero si la concentración sobrepasa esta cantidad, se deberán realizar ensayes para analizar el tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia.
SEDIMENTOS O PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN SUSPENS IÓN Se puede tolerar en el agua aproximadamente 2,000 ppm de arcilla en suspensión o de partículas finas de roca. Cantidades mayores podría no afectar la resistencia, pero bien podrían influir sobre otras propiedades de algunas mezclas de concreto. Antes de ser empleada, cualquier agua lodosa deberá pasar a través de estanques de sedimentación o deberá ser clarificada por cualquier otro medio para reducir la cantidad de sedimentos y de arcilla agregada a la mezcla. Cuando se regresan finos de cemento al concreto en aguas de enjuague recicladas, se pueden tolerar 50,000 ppm.
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AGREGADO PARA CONCRETO Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclados y endurecidos, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, río, lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino. Un material es una sustancia sólida natural que tiene estructura interna ordenada y una composición química que varía dentro de los límites muy estrechos. Las rocas (que dependiendo de su origen se pueden clasificar como ígneas, sedimentarias o metamórficas), se componen generalmente de varios materiales. Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otros cuantos minerales; la mayor parte de las calizas consisten en calcita, dolomita y pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla. El intemperismo y la erosión de las rocas producen partículas de piedra, grava, arena, limo, y arcilla. El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible de agregados y una realidad económica donde escasean agregados de calidad. Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia a la pasta del cemento. 39
Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregados que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones.
GRANULOMETRÍA La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por análisis de tamices (norma ASTM C 136). El tamaño de partícula del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre alambre de aberturas cuadradas. Los siete tamices estándar estándar ASTM C 136 para agregados finos tienen aberturas que varían desde la malla No. 200(74 micras) hasta la malla No.4 (4.76 mm). Los números de tamaño (tamaños de granulometría), para el agregado grueso se aplican a las cantidades de agregado (en peso), en porcentajes que pasan a través de un arreglo de mallas. Para la construcción de vías terrestres, la norma ASTM D 448 enlista los quince números de tamaño de la ASTM C 136, más otros seis números de tamaño para agregado grueso. La arena o agregado fino solamente tiene un rango de tamaños de partícula. La granulometría y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones relativas de los agregados así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción y durabilidad del concreto.
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GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS FINOS Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas mas pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometría que mas se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo mas conveniente para lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relación agua cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia. Entre mas uniforme sea la granulometría, mayor será la economía. Estas especificaciones permiten que los porcentajes mínimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0.30mm (No. 50) y de 15mm (No. 100) sean reducidos a 15% y 0%, respectivamente, siempre y cuando: 1): El agregado que se emplee en un concreto que contenga más de 296 Kg de cemento por metro cubico cuando el concreto no tenga inclusión de aire. 2): Que el modulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, el agregado fino se deberá rechazar a menos de que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones el agregado fino y grueso. Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas de 0.30 mm (No. 50) y de 1.15 mm (No. 100), afectan la trabajabilidad, la textura superficial, y el sangrado del concreto. El modulo de finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene, conforme a la norma ASTM C 125, sumando los porcentajes acumulados en peso de los agregados retenidos en una serie especificada de mallas y dividiendo la suma entre 100. 41
El modulo de finura es un índice de la finura del agregado, entre mayor sea el modo de finura, mas grueso será el agregado. El modulo de finura del agregado fino es útil para estimar las proporciones de los de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto.
GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS GRUESOS El tamaño máximo del agregado grueso que se utiliza en el concreto tiene su fundamento en la economía. Comúnmente se necesita mas agua y cemento para agregados de tamaño pequeño que para tamaños mayores, para revenimiento de aproximadamente 7.5 cm para un amplio rango de tamaños de agregado grueso. El numero de tamaño de la granulometría (o tamaño de la granulometría). El número de tamaño se aplica a la cantidad colectiva de agregado que pasa a través de un arreglo de mallas. El tamaño máximo nominal de un agregado, es el menor tamaño de la malla por el cual debe pasar la mayor parte del agregado. La malla de tamaño máximo nominal, puede retener de 5% a 15% del agregado dependiendo del número de tamaño. Por ejemplo, el agregado de número de tamaño 67 tiene un tamaño máximo de 25 mm y un tamaño máximo nominal de 19 mm. De noventa a cien por ciento de este agregado debe pasar la malla de 19 mm y todas sus partículas deberán pasar la malla 25 mm. Por lo común el tamaño máximo de las partículas de agregado no debe pasar: 1): Un quinto de la dimensión más pequeña del miembro de concreto. 2): Tres cuartos del espaciamiento libre entre barras de refuerzo. 3): Un tercio del peralte de las losas. 42
AGREGADO CON GRANULOMETRÍA DISCONTINUA Consisten en solo un tamaño de agregado grueso siendo todas las partículas de agregado fino capaces de pasar a través de los vacios en el agregado grueso compactado. Las mezclas con granulometría discontinua se utilizan para obtener texturas uniformes en concretos con agregados expuestos. También se emplean en concretos estructurales normales, debido a las posibles mejoras en densidad, permeabilidad, contracción, fluencia, resistencia, consolidación, y para permitir el uso de granulometría de agregados locales. Para un agregado de 19.0 mm de tamaño máximo, se pueden omitir las partículas de 4.75 mm a 9.52 mm sin hac er al concreto excesivamente excesivamente áspero o propenso a segregarse. En el caso del agregado de 38.1 mm, normalmente se omiten los tamaños de 4.75 mm a 19.0 mm. Una elección incorrecta, puede resultar en un concreto susceptible de producir segregación o alveolado debido a un exceso de agregado grueso o en un concreto de baja densidad y alta demanda de agua provocada por un exceso de agregado fino. Normalmente el agregado fino ocupa del 25% al 35% del volumen del agregado total. Para un acabado terso al retirar la cimbra, se puede usar un porcentaje de agregado fino respecto del agregado total ligeramente mayor que para un acabado con agregado expuesto, pero ambos utilizan un menor contenido de agregado fino que las mezclas con granulometría continúa. El contenido de agregado fino depende del contenido del cemento, del tipo de agregado, y de la trabajabilidad. Para mantener la trabajabilidad normalmente se requiere de inclusión de aire puesto que las mezclas con granulometría discontinua con revenimiento bajo hacen uso de un bajo porcentaje de agregado fino y a falta de aire incluido producen mezclas ásperas.
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Se debe evitar la segregación de las mezclas con granulometría discontinua, restringiendo el revenimiento al valor mínimo acorde a una buena consolidación. Este puede variar de cero a 7.5 cm dependiendo del espesor de la sección, de la cantidad de refuerzo, y de la altura de colado. Si se requiere una mezcla áspera, los agregados con granulometría discontinua podrían producir mayores resistencias que los agregados normales empleados con contenidos de cemento similares. Sin embargo, cuando han sido proporcionados adecuadamente, estos concretos se consolidan fácilmente por vibración.
FORMA DE PARTÍCULA Y TEXTURA SUPERFICIAL Para producir un concreto trabajable, las partículas elongadas, angulares, de textura rugosa necesitan más agua que los agregados compactos, redondeados y lisos. En consecuencia, las partículas de agregado que son angulares, necesitan un mayor contenido de cemento para mantener la misma relación agua cemento. La adherencia entre la pasta de cemento y un agregado generalmente aumenta a medida que las partículas cambian de lisas y redondeadas a rugosas y angulares.
PESO VOLUMÉTRICO Y VACIOS El peso volumétrico (también llamado peso unitario o densidad en masa) de un agregado, es el peso del agregado que se requiere para llenar un recipiente con un volumen unitario especificado.
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PESO ESPECÍFICO El peso específico (densidad relativa) de un agregado es la relación de su peso respecto al peso de un volumen absoluto igual de agua (agua desplazada por inmersión). Se usa en ciertos cálculos para proporcionamiento de mezclas y control, por ejemplo en la determinación del volumen absoluto ocupado por el agregado.
ABSORCIÓN Y HUMEDAD SUPERFICIAL La absorción y humedad superficial de los agregados se debe determina de acuerdo con las normas ASTM C 70, C 127, C128 y C 566 de manera que se pueda controlar el contenido neto de agua en el concreto y se puedan determinar los pesos correctos de cada mezcla.
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMAL El objetivo al diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar la combinación más práctica y económica de los materiales con los que se dispone, para producir un concreto que satisfaga los requisitos de comportamiento bajo las condiciones particulares de su uso. Para lograr tal objetivo, una mezcla de concreto bien proporcionada deberá poseer las propiedades siguientes: 1): En el concreto fresco, trabajabilidad aceptable. 2): En el concreto endurecido, durabilidad, resistencia y presentación uniforme. 3): Economía.
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ELECCION DE LAS CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA En base al uso que se propone dar al concreto, a las condiciones de exposición, al tamaño y forma de lo miembros, y a las propiedades físicas del concreto (tales como la resistencia), que se requieren para la estructura.
RELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN RELACIÓN AGUA CEMENTO Y LA RESISTENCIA A pesar de ser una característica importante, otras propiedades tales como la durabilidad, la permeabilidad, y la resistencia al desgaste pueden tener igual o mayor importancia. El concreto se vuelve más resistente con el tiempo, siempre y cuando exista humedad disponible y se tenga una temperatura favorable. Por tanto, la resistencia a cualquier edad particular no es tanto función de la relación agua cemento como lo es del grado de hidratación que alcance el cemento. Aunque desde los primeros casos del concreto siempre hubo interés por su durabilidad fue en las últimas décadas cuando adquirió mayor relevancia por las erogaciones requeridas para dar mantenimiento a las numerosas estructuras que se deterioraron prematuramente. Durante algún tiempo, este problema se asocio principalmente con los efectos dañinos al resultar de los ciclo de congelación y deshielo del concreto, por lo cual no se le considero la debida importancia en las regiones que por su situación geográficos no experimenta clima invernal severo. La moderna tecnología del concreto exige que la estructura del concreto resulte tan resistente como se desee y que a la vez soporte las condiciones de exposición y servicios a la que severa sometido durante su vida útil. Para lograr lo anterior se requiere de los conocimientos del comportamiento de todos los ingredientes que intervienen en el concreto y su correcta dosificación. 46
CAPITULO 1 Concreto en Clima Cálido
1.1
DEFINICIÓN DE CLIMA CÁLIDO
El clima cálido puede ser definido como cualquier período de alta temperatura, en el cual se necesita tomar precauciones especiales para asegurar una adecuada manipulación, vaciado, acabado, y curado del concreto. Los problemas del clima cálido se encuentran con más frecuencia en el verano, pero los factores climáticos que lo acompañan, como vientos fuertes, baja humedad relativa y radiación solar pueden ocurrir en cualquier momento, especialmente en climas áridos o tropicales. Las condiciones del clima cálido pueden producir una alta tasa de evaporación de la humedad en la superficie del concreto y un corto tiempo de manejabilidad del mismo, entre otros problemas. Generalmente, una alta humedad relativa tiende a reducir los efectos que producen las temperaturas elevadas. El clima cálido es definido por el Comité 305 (Hot Weather Concreting) del ACI como “una combinación de las condiciones que tienden a deteriorar la calidad
del hormigón en estado fresco o endurecido, mediante la aceleración de la velocidad de pérdida de humedad y la velocidad de hidratación del cemento”. Dichas condiciones se citan a continuación: 1. Alta temperatura ambiental 2. Alta temperatura del hormigón 3. Baja humedad relativa 4. Velocidad del viento 5. Radiación solar
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1.2 PROBLEMAS POTENCIALES Los problemas potenciales del clima caluroso pueden ocurrir en cualquier momento del año en climas tropicales o áridos y ocurren generalmente durante el verano en otros climas. Los problemas asociados con el concreto recién mezclado vaciado durante climas calurosos incluyen el incremento de: • Demanda de agua • Velocidad de pérdida de asentamiento • Tendencia a remezclar • Velocidad de fraguado • Dificultad en el manejo vaciado, compactación compactación y acabado • Presencia de agrietamiento por retracciones en estado plástico • Cantidad de aditivo inclusor de aire requerido • Necesidad de curado temprano .
El clima cálido puede incrementar lo siguiente en el concreto endurecido: • Retracción por secado y agrietamiento térmico diferencial • Permeabilidad y reducir: • Resistencia compresión y a flexión • Durabilidad • Permeabilidad • Uniformidad de la apariencia superficial
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1.3 LA IMPORTANCIA DE TENER EN CUENTA CUENTA EL CLIMA CALIDO CALIDO Es importante tomar en cuenta el clima cálido al planificar proyectos de vaciado de concreto, debido a los efectos potenciales que se producen en la mezcla fresca y recién colocada. Las altas temperaturas Arriba de 32°C causan, por si solas, incrementos de la demanda de agua en la mezcla, por lo que se elevará la relación agua/cemento dando como resultado una mezcla de más baja resistencia. Estas temperaturas, a su vez, tienden a acelerar la pérdida de asentamiento y pueden provocar disminución del aire incorporado. Adicionalmente, estas elevadas temperaturas influyen en el tiempo de manejabilidad del concreto: la mezcla fraguará más rápido, lo cual producirá una aceleración en el proceso de acabado. El concreto que es curado, a edad temprana, en altas temperaturas, no será tan resistente a los 28 días como el mismo concreto curado a temperaturas ubicadas en el rango de los 70º F (20º C). Las temperaturas elevadas, una alta velocidad del viento y una baja humedad relativa, pueden afectar al concreto fresco de dos formas importantes: el acelerado ritmo de evaporación puede inducir a una temprana fisuración por retracción plástica o retracción por secado, este ritmo de evaporación puede también, eliminar el agua de la superficie, la cual es necesaria para la hidratación del concreto. Esto se puede evitar si se emplean métodos adecuados al momento de realizar el curado. El agrietamiento térmico puede producirse por una rápida disminución en la temperatura del concreto, tal es el caso de las losas o paredes de concreto, que son vaciadas en un día cálido, seguido por una noche fría. Una alta temperatura ocasiona, también, una aceleración en la hidratación del cemento, lo cual contribuye a un potencial agrietamiento térmico en estructuras masivas de concreto.
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1.4 LA IMPORTANCIA DE SABER VACIAR EL CONCRETO EN EN CLIMA CÁLIDO Las claves para un vaciado de concreto exitoso, cuando nos encontramos en clima cálido son: 1. Reconocer Reconoc er los factores que afectan el concreto. 2. Planificar para reducir al máximo sus sus efectos. efectos. Utilice las recomendaciones locales, que ya han sido probadas con el fin de ajustar las proporciones del concreto, tales como, el empleo de aditivos reductores de agua y aditivos retardantes. Modifique la mezcla para disminuir el calor que se ha generado por la hidratación del cemento, por ejemplo, mediante el uso de un cemento tipo II, de moderado calor de hidratación conforme con la ASTM y la utilización utilizació n de puzolanas y escorias que pueden reducir los problemas potenciales con un concreto de alta temperatura. Es esencial planificar para evitar demoras al momento de la entrega, el vaciado y el acabado. Los camiones mezcladores deben estar listos para descargar inmediatamente, y es necesario tener disponible el personal adecuado para colocar y manipular el concreto. De ser posible, las entregas deben programarse evitando la parte más cálida del día. El comprador, puede descartar los límites máximos de temperatura del concreto, si la condición del mismo es la adecuada para el vaciado, y no es necesario una excesiva adición de agua. (La adición de agua en la mayoría de los casos no es recomendable, así sea en pequeñas cantidades).
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En el caso de trabajar con condiciones extremas de temperatura o con concreto masivo, la temperatura del mismo puede reducirse con la utilización de agua, previamente enfriada, o hielo, el cual sustituirá parte del agua de la mezcla. El productor de concreto puede utilizar otras medidas, tales como la aspersión de agua y la colocación a la sombra de los agregados, antes de realizarse el mezclado, para ayudar a disminuir la temperatura del concreto. Si se obtienen predicciones de fuertes vientos y baja humedad relativa, pueden ser necesarias barreras contra el viento, pantallas contra el sol, aspersión fina del agua (niebla), o retardantes de evaporación, para evitar, de esta manera, la fisuración por retracción plástica en las losas.
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CAPITULO 2 Efectos del Clima en el Concreto
2.1 EFECTOS DEL DEL CLIMA EN EL CONCRETO La fabricación de concreto con cemento Portland, en condiciones climáticas extremas, ya sean de altas temperaturas o de bajas temperaturas, influye de manera directa en las características del concreto para cualquier etapa del mismo: amasado, transporte, puesta en obra, curado, así como en las propiedades físicas y mecánicas. Ello constituye una preocupación tanto para los fabricantes como para los usuarios de dichos concretos por las evidentes consecuencias negativas que esto tiene sobre los aspectos técnicos y económicos. El concreto fabricado en períodos estivales generalmente presenta resistencias menores que la resistencia promedio del año y que las obtenidas en otras estaciones climáticas. Este fenómeno es registrado a partir de los resultados arrojados por las probetas de control, con las cuales se mide la calidad en la producción del concreto preparado. De igual forma, las causas de este efecto no son debidas a modificaciones en la calidad del cemento, ni de los áridos, ni de cualquier otro constituyente presente en el concreto. En este sentido, existen algunos problemas específicos en relación a la calidad del concreto preparado en climas cálidos. Una alta temperatura ambiental tiene como consecuencia una mayor demanda de agua del concreto y un aumento en la temperatura de dicho concreto en estado fresco. Lo anterior, tiene como resultado un incremento en la velocidad de pérdida de fluidez y en una más rápida hidratación del cemento, lo cual conduce a un aceleramiento en el fraguado y en una menor resistencia del concreto. Asimismo, esto implica la frecuente adición de agua al concreto con el objeto de restablecer la trabajabilidad original.
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Como resultado de todo lo anterior, la temperatura ambiental alta puede afectar adversamente las propiedades mecánicas y de servicio del concreto endurecido. Cuando el cemento Portland es mezclado con agua se libera calor, este calor es llamado calor de hidratación, que es el resultado de la reacción química exotérmica entre el cemento y el agua. El calor generado por la hidratación del cemento incrementa la temperatura del concreto. El efecto conjunto de las condiciones térmicas ambientales y el calor de hidratación del cemento en el hormigón en climas cálidos agrava las consecuencias perjudiciales sobre la resistencia mecánica final del concreto, principalmente la resistencia a compresión. Paradójicamente, a pesar de lo antiguo del problema y también de su importancia, no son muchas las investigaciones conocidas que hayan tratado una posible solución. De hecho, la mayoría de los manuales de buena práctica se limitan a recomendar algunas actuaciones sobre los constituyentes del concreto reduciendo la temperatura de éstos o evitando que las elevadas temperaturas veraniegas incidan en cualquiera de las etapas de fabricación y puesta en obra del concreto. Cuando el concreto se mezcla, se transporta y se pone en obra bajo condiciones de elevada temperatura ambiental, alta radiación solar, baja humedad relativa y viento apreciable, resulta esencial tomar en consideración los efectos que estos factores climáticos ejercen sobre las propiedades del concreto. Naturalmente, para minimizar o incluso eliminar la incidencia negativa que todos estos factores pueden producir en las prestaciones del material, es razonable pensar en la necesidad de conocer y comprender la forma en que estos actúan. 55
Figura 1 Evolución de la temperatura y resistencia a lo largo de un año (f´c = 30 Mpa)
La mayor velocidad de liberación de calor ocurre dentro de las primeras 24 horas y una gran cantidad de calor se desarrolla durante los primeros 3 días. Los procesos químicos asociados al endurecimiento del concreto en los primeros días después del curado están acompañados por cambios térmicos significativos debido a que la hidratación del cemento es altamente exotérmica y es una reacción activada térmicamente. térmic amente. Otro Otro factor de importancia importanc ia y que incide directamente sobre los resultados estadísticos de resistencia a compresión del concreto fabricado industrialmente es debido a los métodos de control de calidad utilizados tradicionalmente. En este sentido, el control del concreto a través de probetas de ensayo se hace mucho más complicado en tiempo caluroso. Las condiciones atmosféricas reinantes (elevadas temperaturas, bajas humedades relativas y vientos secos) son mucho más perjudiciales para las probetas por su pequeño tamaño.
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El hecho de dejar por tanto las probetas enmoldadas directamente expuestas a la acción del viento o del sol introducirá importantes variaciones en sus características, y hará que los resultados obtenidos con ellas no sean en absoluto representativos. En tiempo caluroso habrá que aumentar la frecuencia de ensayo de propiedades tales como la consistencia, la temperatura del concreto o el principio y final de fraguado, pues se van a ver muy influidas por las condiciones atmosféricas.
2.1.1 EFECTOS DEL CLIMA CALUROSO EN EL CONCRETO EN ESTADO PLASTICO a) Incremento en el requerimiento de agua. b) Pérdida rápida de revenimiento y tendencia a añadir agua en el lugar de la obra. c) Tendencia a fraguar rápidamente, dificultando el manejo, el acabado, el curado y aumento en la posibilidad de la formación de juntas frías. d) Tendencia al agrietamiento plástico. e) Dificultad para controlar el contenido de aire incluido.
2.1.2 EFECTOS DEL CLIMA CALUROSO EN EL CONCRE C ONCRETO TO EN ESTADO ENDURECIDO a) Reducción de la resistencia por el alto requerimiento de agua b) Tendencias a la contracción por secado y el agrietamiento térmico diferencial. c) Reducción de la durabilidad.
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CAPITULO 3 Temperatura del Concreto y de los Materiales
3.1 TEMPERATURA DEL DEL CONCRETO La temperatura del concreto al momento del mezclado es influenciada por la temperatura, calor específico y cantidad de sus ingredientes. La temperatura aproximada del concreto puede calcularse siguiendo la siguiente ecuación:
Donde: Ti= temperatura inicial del hormigón (ºC) Ta = temperatura de los áridos (ºC) Wa = dosificación total de los áridos (kg/m3) Tc = temperatura del cemento (ºC) Wc = dosificación total de cemento (kg/m3) Tw = temperatura del agua de amasado (ºC) Ww = dosificación total de agua de amasado (kg/m3) La temperatura del concreto puede incrementarse 0.5 °C (1 °F) incrementando: • Temperatura del cemento 4 °C (8 °F) • Temperatura del agua 2 °C (4 °F) (ver figura 3) • Temperatura de los agregado 1 °C (2 °F)
El valor de 0,22 es la relación aproximada entre el calor específico de los constituyentes del hormigón y el calor específico del agua. En realidad, la temperatura inicial del hormigón será un poco mayor que la calculada mediante esta ecuación debido a la energía mecánica del proceso de amasado del hormigón.
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También se puede calcular la temperatura del concreto teniendo la temperatura temperatura de los agregados, agua y del cemento usando el nomograma de la figura 8 a partir de la temperatura de los ingredientes ya mencionados.
Figura 2 Nomograma de la Temperatura del concreto a partir de la temperatura de los ingredientes
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Las grietas debidas a la contracción al secarse el concreto son función directa de la cantidad de agua de la mezcla. La magnitud potencial de la contracción , relacionada con la cantidad de agua y de cemento, se muestra en la figura 7.
Figura 3 Relación entre la contracción y el contenido de agua
En el concreto plástico, las grietas debidas a la contracción generalmente están asociadas al alto rango de evaporación que se tiene cuando la temperatura del concreto es elevada, o cuando el viento sopla fuerte o la humedad ambiente es baja.
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Cuando el rango de evaporación se acerque a 1.0 kg/m2 por hora (0.2 libras/pie2 por hora), se deben tomar precauciones para impedir que aumente dicha evaporación. Las precauciones que deben tenerse son: a) Humedecer el piso y las cimbras que van a recibir el concreto. b) Tratar de que la temperatura del concreto sea la menor posible en el momento de colocarse. c) Colocar mamparas contra el viento y pantallas paradas a la mezcla recién colocada. d) Reducir el tiempo entre la colocación del concreto y el momento en que se empieza a curarlo. e) Mantener húmeda la superficie expuesta del concreto por medio de riegos de agua. f) Siempre que sea posible, trabajar el concreto después de la puesta del sol y hasta antes de que comience a levantarse, para evitar las horas de más calor.
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El rango de evaporación puede calcularse con las gráficas de la Figura 2, que muestra la relación entre la temperatura del concreto y del aire, la humedad relativa y la velocidad del viento con la evaporación del agua de la superficie del concreto.
Figura 4 Efecto de la temperatura del concreto y del aire, la humedad relativa y la velocidad elocid ad del viento viento en la velocidad velocidad de la evaporación evaporación de la humedad superficial de concreto
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3.2 LÍMITE DE LA TEMPERATURA DEL CONCRETO El control del concreto en climas cálidos tiene como principal objetivo mantener la mezcla tan fría como sea posible. En grandes masa de concreto o en pieza de dimensiones grandes, en cuyo caso la hidratación del cemento debe ser de 16°C, o menor, en el momento de colocarse. Para otro tipo de estructuras, se mantiene la mezcla a una temperatura límite máxima de 32°C.
Temperatura del concreto (°C)
Humedad relativa %
41
90
38
80
35
70
32
60
29
50
27
40
24
30
Tabla 1 Temperaturas del concreto para diversas humedades relativas En la Tabla 1 se muestran las temperaturas del concreto que pueden ser críticas para la contracción plástica a diferentes humedades relativas. Estos valores representan el límite para que la rapidez de evaporación de la mezcla no sobrepase el valor de 1.0 kg/m2/hora, suponiendo una velocidad del viento de 16.0 km/hora y una diferencia de temperatura entre el concreto y el aire de 6 °C.
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3.3 TEMPERATURA DE OTROS MA M ATERIALES COMPONENTES DEL CONCRETO De todos los materiales para fabricar concreto, el agua es el más fácil de enfriar. Usando hielo como parte del agua de mezcla le ayudará a reducir la temperatura del concreto. La cantidad de hielo usado deberá incluirse como parte del agua de mezcla y no deberá exceder la relación agua/ material cementicio. Las siguientes medidas le ayudarán a controlar la temperatura al momento del bacheo o durante el proceso de hidratación: • Salpicar o rociar los agregados • Almacenar los agregados en un lugar sombreado • Uso de nitrógeno líquido • Uso de cemento con cenizas volantes volantes / escoria • Uso de aditivos para controlar el fraguado POZZOLITH, POLYHEED,
RHEOBUILD, DELVO Estabilizar • Uso de un reductor de evaporación CONFILM
El uso de cementos de fraguado lento mejorará las características de manejo del concreto en clima cálido. La hidratación del cemento causa un incremento de temperatura de 5 a 8 °C (10 a 15 °F) por 45 kg (100 lbs.) de cemento. El incremento en la temperatura del concreto debido a la hidratación del cemento es directamente proporcional a su contenido de cemento. Las cenizas volantes y otras puzolanas y la escoria granulada se utilizan como reemplazos parciales del cemento Portland y disminuyen la velocidad de fraguado y desarrollo de resistencias del concreto, ambas características positivas en el vaciado de concreto en climas cálidos.
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El concreto debe vaciarse en un mismo lugar y en capas de poco espesor para permitir la vibración adecuada; utilice rompevientos, cure y proteja de la pérdida de humedad; vacíe a horas cuando se pueda evitar el calor del día. La
temperatura alta del agua agua contribuye contribuye a aumentar la temperatura del del
concreto, y a medida que ésta aumenta se incrementa la demanda de agua para mantener la misma consistencia. Si se agrega agua sin ajustar las proporciones de los otros ingredientes, se afectan adversamente las cualidades del concreto, principalmente la resistencia. La figura ilustra, por un lado, la relación entre el aumento de temperatura del concreto y la pérdida de revenimiento del mismo; y por otro lado, el porciento de agua que se requiere para aumentar el revenimiento a diferentes temperaturas.
Figura 5 Cambio en la cantidad de agua por pulgada de cambio en el revenimiento
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La figura 3 muestra la relación entre la temperatura del concreto fresco y el aumento de la cantidad de agua necesaria para mantener la misma consistencia. La gráfica corresponde a una mezcla de prueba de 7.5 cm de revenimiento.
Figura 6 Efecto de la Temperatura de la mezcla del concreto en el requerimiento de agua
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La temperatura del del
agua es más fácil de controlar. Se deberá enfriarla enfriarla y
mantenerla fría, tomando medidas tales como: a) Protegiendo del sol los tubos de conducción del agua que se va a emplear en la mezcla, así como los tanques de almacenamiento y los camiones pipa. b) Empleando medios de refrigeración o hielo triturado como parte del agua de la mezcla. La figura 4 ilustra la posible reducción de la temperatura del concreto cuando se reemplaza por hielo triturado parte del agua de la mezcla.
Figura 7 Efecto del agua de mezcla fría en la temperatura del concreto
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El control de la temperatura del concreto a través de la temperatura de los agregados se hará en el momento de mezclar los ingredientes. Es la temperatura de los agregados la que más influencia tiene en la temperatura del concreto, por su misma naturaleza y por la porción que representa la cantidad de material; al reducir la temperatura de los agregados se logra la mayor reducción de la temperatura del concreto, ya que los agregados representan de 60 a 80% del peso del concreto. La figura muestra mues tra la relación entre la temperatura de los agregados y del agua agua con la temperatura del concreto recién elaborado. Puede notarse que esta depende primordialmente de la temperatura de los agregados.
Figura 8 Relación entre la temperatura de los agregados y del agua con la temperatura del concreto recién elaborado 69
3.4 CURADO DEL CONCRETO Curar es mantener un contenido de humedad y temperatura satisfactorio en el concreto durante sus etapas tempranas para el desarrollo de las propiedades deseadas. El periodo de curado mínimo recomendado es de 7 días. El curado inadecuado puede causar agrietamientos por contracción plásticas y afectar el desarrollo de resistencias y durabilidad. Los concretos mezclados, colocados y curados a altas temperaturas desarrollaran más alta resistencia en los primeros días, que los concretos trabajados a temperatura normal. Pero a partir de los 28 días de edad, generalmente la resistencia es menor (Figura 5). Si el concreto no se cura lo suficiente y la temperatura de colocación es alta, la hidratación del cemento es incompleta y la resistencia se reduce.
Figura 9 Efecto del curado en la resistencia a compresión del concreto 70
3.4.1 MÉTODOS DE CURADO DEL CONCRETO Los métodos de curado incluyen: 1.- Curado por humedad (inmersión, rociado continuo y ligera pulverización. 2.- Cubiertas mojadas (arpillera mojada, etc.) 3.- Papel impermeable y laminas de platico (hojas blancas de curado) 4.- Membranas de curado La resistencia, durabilidad y otras propiedades deseables del concreto pueden obtenerse en climas cálido por medio del uso de las siguientes técnicas:
Uso de ingredientes fríos para el concreto
Evitar el mezclado prolongo de los los materiales para el concreto
Protección de materiales y equipo contra el calor
Buena planeación (planear los vaciados vaciados en climas cálidos)
Figura 10 Temperatura del curado 71
Las dificultades con el clima cálido son causadas principalmente por las altas temperaturas del concreto y la evaporación rápida del agua del concreto. Estas condiciones afectan negativamente la calidad del concreto ya que se acelera la velocidad del fraguado, se reduce la resistencia y pueden ocurrir los agrietamientos en el estado plástico o endurecido. El curado es mas critico y la inclusión de aire es mas difícil de alcanzar en climas cálidos, los especímenes para ensayes de resistencia en obra se afecta de la misma manera que el concreto colocado. Si se siguen siguen todas las precauciones precauciones y recomendaciones recom endaciones del ACI 305R, se lograra un vaciado de concreto exitoso en climas cálidos .
Figura 11 Curado del concreto
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CAPITULO 4 Soluciones para minimizar los efectos perjudiciales de las condiciones meteorológicas sobre la Resistencia del Concreto
4.1 SOLUCIONES PARA MINIMIZAR LOS EFECTOS PERJUDICIALES DE LAS CONDICIONES METEOROLÓGICAS SOBRE LA RESISTENCIA RESIS TENCIA DEL CONCRETO Por otro lado, existen muchas metodologías de actuación para minimizar los efectos perjudiciales de las condiciones meteorológicas sobre la resistencia del concreto. Entre éstas posibles „soluciones‟ podemos citar las siguientes:
1.- Actuaciones sobre los áridos.- el mayor volumen del concreto lo constituyen los áridos. Si se consigue una reducción de temperatura de los mismos, disminuiría de forma muy significativa la temperatura del concreto. Sin embargo debido al calor específico de los áridos, el cual es del orden de 0,22 aproximadamente respecto al del agua, requiere de más tiempo y de más recursos energéticos que por ejemplo, el agua.
2.- Actuaciones sobre el agua de amasado.- la temperatura del agua tiene la ventaja de poder ser más fácilmente controlada (calor específico = 1), y a pesar de que se emplea en menores cantidades que los otros constituyentes, el uso de agua fría efectuará una moderada reducción en la temperatura del concreto. Además, siempre que sea permisible puede agregarse hielo como reemplazo del agua de amasado.
3.- Actuaciones sobre los aditivos.- los aditivos principalmente actúan sobre el cemento retrasando el fraguado (retardadores) y reduciendo la cantidad del agua (plastificantes), asimismo evitan una elevada reacción exotérmica de hidratación durante el fraguado. Los aditivos retardadores, retardarán el fraguado y reducirán la necesidad de agua, compensando parcialmente los efectos del tiempo caluroso sobre la manejabilidad, fisuración, tiempo de fraguado y demanda adicional de agua.
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Los aditivos plastificantes disminuyen la tensión interfacial en el contacto grano de cemento-agua lo que provocará el mojado de los granos. La recomendación habitual es aumentar la cantidad de aditivo poli funcional en un 1 por mil en el verano (respecto a la dosificación estándar usada durante las estaciones de primavera y otoño).
4.- Actuaciones sobre la dosificación del cemento.- es recomendable no utilizar cementos de rápido endurecimiento y sí utilizar cementos de moderado calor de hidratación. Asimismo es común, junto con el aditivo, sobredosificar la cantidad de cemento para de ésta forma compensar la resistencia pérdida debido a los ya mencionados efectos perjudiciales de las condiciones climatológicas, sin embargo, esto tiene como consecuencia un aumento en los costes del concreto .
5.- Actuaciones sobre el curado.- el curado es probablemente la etapa más crítica del concreto para las posteriores propiedades físicas y mecánicas. Un buen curado asegura en gran medida la garantía de las prestaciones que tendrá el concreto. El control de este aspecto, sin embargo, no está al alcance del fabricante del hormigón sino del ejecutor de la obra. Actuaciones sobre los procesos de producción, logísticos y de construcción deben estudiarse las secuencias de adición de los materiales para la producción del concreto de tal forma que durante el amasado inicial los áridos absorban la menor cantidad posible de agua de amasado, asimismo adicionar los aditivos en la etapa de amasado en la cual tengan un mejor efecto. Por otro lado, durante el trayecto de la planta a la obra, el concreto deberá ser agitado dentro del camión a las mínimas revoluciones posibles.
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Por último en el aspecto constructivo es recomendable enfriar los moldes y encofrados en los cuales se colocará el concreto, programar los hormigonados de tal forma que durante la etapa de fraguado y endurecimiento inicial, la temperatura vaya en tendencia descendiente o tenga temperaturas menores de las consideradas críticas. También se pueden implementar otro tipo de procedimientos como pantallas protectoras del viento, utilizar rociadores de niebla para elevar la humedad y disminuir la temperatura, etc.
Después de analizar todas estas estas posibles posibles
actuaciones desde muy distintos puntos de vista, se observa que no existe ninguna metodología estricta que evite los efectos perjudiciales de la temperatura sobre el concreto. De hecho las causas de este fenómeno aún no son totalmente entendidas o identificadas por lo que no existe ninguna solución que evite completamente este problema. De igual forma las actuaciones antes referidas no evitan el problema sino que solo minimizan los efectos que se producen. Tomando como punto de partida dichas metodologías de actuación y cuya implementación está al alcance de los productores de concreto preparado, podemos citar las siguientes: a) Actuaciones sobre la dosificación del cemento b) Actuaciones sobre el agua de amasado c) Actuaciones sobre los aditivos aditivos d) Actuaciones sobre los áridos e) Actuaciones sobre los procesos de producción y logísticos
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CAPITULO 5 Manejo del Concreto A Temperaturas Altas
5.1 MANEJO MANEJO DEL CONCRETO A TEMPERTAURAS ALTAS • A mayor temperatura del concreto, mayor velocidad en el proceso de
endurecimiento, mayor evaporación del agua de la mezcla y por consiguiente menor resistencia. • La temperatura ideal del concreto durante el colado debe fluctuar entre los
17°C y 20°C. Un colado realizado a más de 32°C requiere de mayores cuidados durante el proceso. • Para mantener los rangos de temperatura óptimos en el concreto durante el
colado y los cuidados posteriores se deben considerar las siguientes recomendaciones: ° Utilizar agua fría para la mezcla. En algunos casos es aceptable utilizarla de manera combinada
agua fría sin congelar y agua en forma de hielo
escarchado, con la condición de no colar si el hielo no se ha descongelado aún. ° Si es necesario se deben enfriar los agregados mediante el suministro de agua refrigerada por aspersión o inmersión. ° Evitar exponer directamente los insumos para la fabricación del concreto a los rayos solares. ° Si la temperatura ambiental es muy elevada se recomienda programar el colado en horario nocturno. ° Usar aditivos retardantes del fraguado que disminuyen el efecto acelerante de la temperatura alta y la necesidad de agua adicional para la mezcla.
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° Antes de colar es recomendable rociar agua refrigerada, o en su defecto fresca, sobre la superficie de contacto de la cimbra, el acero de refuerzo y la plantilla. ° El colado debe efectuarse lo más rápido posible para evitar los efectos de una disminución del revenimiento. ° Evitar un proceso de mezclado prolongado ya que este clima propicia un endurecimiento inicial rápido. ° No usar aditivos acelerantes. ° Proteger el concreto recién colado contra la evaporación, e iniciar el proceso de curado tan pronto como sea posible.
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CAPITULO 6 Pruebas e Inspección
6.1 PRUEBAS E INSPECCIÓN INSPECCIÓN Las muestras de concreto se obtienen inmediatamente después de elaborar o recibir el concreto fresco; la preparación de los especímenes y la realización de las pruebas se harán sin interrupción. La alta temperatura, la humedad relativa baja y los fuertes vientos perjudican especialmente los pequeños volúmenes de concreto que se emplean en las muestras. Las pruebas de revenimiento y de contenido de aire se deben efectuar con mayor frecuencia que en clima normal. En algunos casos se necesitan efectuar pruebas adiciones tales como temperatura de los materiales y del concreto, tiempos de fraguado inicial y final. Las muestras para probar la resistencia se protegen y curan con especial cuidado, manteniéndolas a temperatura y humedad uniforme. Para lograrlo se cubren con paño o yute húmedo, con arena húmeda y se protege de los rayos directos del sol. Los especímenes empleados como base de aceptación del concreto premezclado se deben deben proteger contra la pérdida de humedad y el aumento de temperatura. A la edad de un día se traslada al laboratorio en donde se curan en condiciones estándar. Durante el traslado se manejan con el mayor cuidado posible. Cuando se estime conveniente, se preparan especímenes adicionales para determinar el tiempo de retiro de las cimbras y los puntales, y el tiempo en el cual la estructura puede ponerse en servicio. Estos especímenes se curan en el lugar de la obra, tan cerca como sea posible y bajo las mismas condiciones que la estructura.
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La inspección del trabajo del concreto en climas cálidos esta enfocado a verificar que se cumplan los requisitos aquí especificados, en adición a los que se establece para condiciones normales. Una inspección competente se anticipa al trabajo para señalar la necesidad de humedecer las formas y las bases de los pavimentos, usar hielo como parte del agua de la mezcla, proteger el concreto recién colocado de los rayos del sol y del viento, y reducir al mínimo los retrasos en la colocación y el curado. Se debe llevar el control, a intervalos frecuentes, de las condiciones siguientes: a) Temperatura del concreto antes y después de colocarlo. b) Temperatura y velocidad del aire. c) Condiciones generales del clima, como bruma, niebla, humedad relativa, tiempo despejado. d) Pérdida de revenimiento. e) Agua que se agrega cuando se recibe el concreto premezclado. f) Tiempo de mezclar. g) Tiempo y manera de curar el concreto. h) Observaciones acerca de la apariencia del concreto cuando se recibe o elabora y después de colocarlo. Todas estas observaciones se relacionarán con el avance del trabajo y las partes de la estructura que se están trabajando para poder identificarlas posteriormente.
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6.2 PRUEBAS DE LABORATORIO 6.2.1 PRUEBA DE TEMPERATURA a) Temperatura La temperatura es uno de los factores más importantes que influyen en la calidad, tiempo de fraguado y resistencia del concreto. Sin el control de la temperatura del concreto, predecir su comportamiento es muy difícil, si no imposible. Un concreto con una temperatura inicial alta, probablemente tendrá una resistencia superior a lo normal a edades tempranas y más baja de lo normal a edades tardías. La calidad final del concreto probablemente se verá también disminuida. Por el contrario, el concreto colado y curado a temperaturas bajas desarrollará su resistencia a una tasa más lenta, pero finalmente tendrá una resistencia más alta y será de mayor calidad. La temperatura del concreto se usa para indicar el tipo de curado y protección que se necesitará, así como el lapso de tiempo en que deben mantenerse el curado y la protección. Al controlar la temperatura del concreto dentro de los límites aceptables se podrán evitar problemas tanto inmediatos como futuros. Cuando hay que evaluar diferentes tipos de concreto, la temperatura de las mezclas de cada concreto debe ser tan idéntica como sea posible. La temperatura del concreto afecta el comportamiento de los aditivos químicos, los aditivos inclusores de aire, los materiales puzolánicos y otros tipos de aditivos y adicionantes.
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b) Control de la Temperatura del Concreto A continuación c ontinuación se muestran los paso a seguir en la medición me dición de la Temperatura del Concreto recién mezclado. De acuerdo a la Norma ASTM C 1064 Medición de temperatura del concreto con cemento hidráulico recién mezclado.
Figura 12 Vaciado del concreto para prueba de la temperatura 1.- Coloque el dispositivo para medir la temperatura en el concreto de modo que la porción sensible esté sumergida al menos 3 pulgadas [75 mm]. Herramientas:
Termómetro bimetálico de de al menos 0,5 ° C de exactitud exactitud
Carretilla
Pala o cucharón
2.- Presione suavemente el concreto alrededor del dispositivo para medir la temperatura de modo que la temperatura del aire ambiente (afuera) no influya en la temperatura medida.
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Figura 13 Medición de la temperatura del concreto fresco Coloque el termómetro bimetálico de tal forma que el vástago esté sumergido un mínimo de 3 pulgadas en la muestra de concreto fresco, debes asegurarte que el vástago se cubra con 3 pulgadas de concreto alrededor de él en cualquier dirección. Calibración del aparato medidor de temperatura:
Debe calibrarse anualmente o cuando se tenga duda de lo lo obtenido, la calibración debe hacerse comparando las lecturas de temperatura en el aparato medidor de temperatura a dos temperaturas con una diferencia mínima de 30ºF.
La calibración de los aparatos debe hacerse por inmersi inmersión ón en aceite u otro líquido adecuado de densidad uniforme. 85
Precauciones: la temperatura del líquido constante durante el periodo de prueba.
Mantener tanto el aparato medidor de temperatura temperatura como el medidor de referencia sumergidos en el líquido al menos durante 5 minutos antes de leer las temperaturas.
Revolver el líquido continuamente para mantener una temperatura uniforme.
Golpear suavemente suavemente termómetros termóm etros que contengan líquido para evitar evitar que éste se adhiera al cristal si la temperatura se va reduciendo.
Si se especifica una temperatura límite se debe calibrar el aparato medidor de temperatura a + 50ºF de la temperatura límite especificada
Figura 14 Termómetro 3.- Deje el dispositivo para medir la temperatura del concreto por un mínimo de 2 minutos, o hasta que la lectura se estabilice.
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4.- Lea y registre la temperatura del concreto fresco al 1 °F [0.5 °C] más próximo mientras que el dispositivo para medir la temperatura está en el concreto. 5.- Complete la medición de la temperatura cinco minutos después de obtener la muestra de concreto. De este modo es como se lleva el control de la Temperatura del Concreto Premezclado en condiciones extremas tanto en climas fríos y climas cálidos.
Figura 15 Control de la temperatura del concreto 87
6.2.2 PRUEBA DE REVENIMIENTO a) Revenimiento El revenimiento es, hasta ahora, la propiedad del concreto con que se busca correlacionar la facilidad de colocación del material y la correcta consolidación en la estructura; sin embargo, esta característica no ha garantizado la homogeneidad y la consolidación del concreto en la estructura debido a que en el proceso de colocación interviene la mano de obra. Una de las características del concreto fresco antes de fraguarse es la trabajabilidad, que se considera como el índice que expresa su aptitud para la aplicación, y su calidad y homogeneidad después del fraguado. La facilidad de aplicación se define principalmente por la consistencia, que varia por la cantidad de agua que contiene el concreto. Esta consistencia se mide por la prueba de revenimiento. Por otra parte, para lograr una calidad homogénea después del fraguado, es necesario en el concreto plástico evitar que ocurra la separación de los materiales. Esta propiedad se mide por la proporción (dispersión/revenimiento) o por la observación visual del concreto en el momento de la prueba de revenimiento. Mientras más pequeño es el revenimiento, el concreto es más homogéneo, por lo que se considera mejor el concreto con menor revenimiento. Sin embargo la aplicación se hace difícil cuando se trata de una pieza de tamaño reducido. Por consiguiente el valor de revenimiento se establece de acuerdo al tamaño de la pieza. Como el revenimiento se define por la cantidad de agua contenida, al medir este valor se puede saber la variación de la calidad. La prueba es sencilla, y por esa razón se utiliza como una de las pruebas más comunes del control de calidad del concreto mezclado.
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En términos generales, cuando el revenimiento es grande, el concreto contiene mayor cantidad de agua por unidad de peso, por lo que reduce su resistencia a la compresión, mientras que el revenimiento reducido significa una menor cantidad de agua por unidad de peso, y por lo tanto aumenta la resistencia a la compresión. Es común que se utilice el concreto con revenimiento de 18 cm para edificios y de 8 cm para otras obras civiles.
b) Objetivo de la Prueba La prueba de Revenimiento se realiza con la mezcla tentativa para definir la adecuada formulación del concreto que satisfaga los requisitos establecidos o para ver si el concreto mezclado satisface los requisitos establecidos. La prueba se realiza para control de calidad en las plantas de concreto fresco y como inspección de entrada del concreto premezclado en las obras de construcción. El concreto que tiene un revenimiento extraoficialmente alto no solo es poco resistente a la compresión sino también muestra una segregación muy grande de materiales, además de una serie de desventajas, como el aumento de sangrado, la reducción de impermeabilidad por la formación de una membrana acuosa en la superficie inferior de los agregados y el incremento de la contracción por secado.
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c) Método de la Prueba 1.- Muestra Cuando se utilizan muestra elaboradas en el laboratorio, cada una de las mezclas debe de homogeneizarse. Cuando se realiza como una prueba para la inspección del concreto premezclado en una obra, se sacan tres muestras, a una distancia de tiempo igual, del material que sale del carro agitador, exceptuando la parte inicial y la final. El volumen recolectado será de 20 litros, 5 litros más del volumen necesario para la prueba. 2.- Aparatos necesarios para la Prueba a) Cono de Revenimiento: un cono de acero de 30 cm de altura, 10 cm de diámetro interior en la punta superior y de 20 cm de diámetro interior en la punta inferior con sujetadores y asas en los lugares apropiados, como se muestra en la figura 16.
Figura 16 Cono para la prueba de revenimiento 90
b) Varilla compactadora redonda de acero de 16 mm de diámetro y 50 cm de largo, con punta semiesférica (punta de bala) c) Placa impermeable: una placa cuadrada de acero de 60 cm de lado con un espesor de 10 mm o similar. d) Regla o escala para medir el revenimiento con divisiones mínimas de 0.5 cm 3.- Colocación del Material Se coloca el concreto en tres capas, en volúmenes iguales que equivale a la altura de 6 cm, 15 cm y 30 cm, desde la punta inferior del cono. La muestra de concreto se coloca en la forma más homogénea posible, evitando que se aloje en un lado, girando la punta de la pala a lo largo de la parte superior del cono, para evitar la separación. Cuando se usan dos palas, deberán utilizarse simultáneamente desde la dirección opuesta. 4.- Compactación Se deberá compactar desde la parte periférica hacia el centro, en forma espiral. Se varilla siguiendo la inclinación del cono cerca de la pared lateral y verticalmente en la parte central. Cada capa se compacta 25 veces. 5.- Levantar el Cono Cuando se levanta el cono, no se debe levantar con la fuerza del brazo sino poniéndose de pie con los brazos extendidos, para que el cono no se levante a un ritmo constante sin una variación grande de velocidad.
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6.- Medición El asentamiento varía según el lugar de medición, por lo que primero hay que observar cuidadosamente el estado del concreto después de la prueba. Se mide la cresta asentada del cono, quitando los agregados gruesos cuando se encuentren algunos. En las siguientes figuras se señalan algunos casos típicos del lugar de medición. El revenimiento se mide con una aproximación de 0.5 cm.
d) Lo que hay que tomar en cuenta 1.- Puntos Importantes que hay que cuidar A) Cuando existe el riego de separación en el material compactado con la varilla compactadora, se puede reducir el numero de varillazos al grado que no ocasionen la separación. B) Cuando se varilla la primera capa, se debe tener cuidado para no golpear la placa impermeable, y cuando se varilla la segunda capa y la tercera, se debe introducir la varilla hasta la capa inmediatamente inferior. C) Cuando se levanta el cono, la persona que mide no debe subirse a la placa. Cuando la forma del concreto asentado es excéntrica sobre el eje central del cono o es irregular por el desmoronamiento, se debe repetir la prueba utilizando una muestra diferente. D) El levantamiento del cono de asentamiento debe durar entre 3 y 7 segundos hasta llegar a una altura de 30 cm. E) Cuando se trata de concreto cuyo tamaño máximo de agregado grueso es de 40 mm o mayor, la prueba debe realizarse después de haber eliminado los agregados de 40 mm y de mayor tamaño. 92
revenimiento Figura 17 Especificaciones para medir el revenimiento F) El Revenimiento del concreto varía con el tiempo después del mezclado, por lo que es deseable medirlo lo más rápidamente posible. Sobre todo, en el caso del concreto premezclado, el valor cambia por el tiempo de transporte de la planta al lugar de la obra y el revenimiento disminuye en verano, cuando se registran temperaturas altas durante el transporte. 93
Figura 18 Varillado del concreto en el cono de revenimiento
Figura 19 Colocación del concreto en el cono de revenimiento
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Figura 20 Medición de revenimiento e) Recomendaciones 1) En el caso del concreto con alta revenimiento, el medir la expansión horizontal del concreto (valor de fluidez) puede servir como un criterio para juzgar su trabajabilidad. Cuando se s e presenta una gran expansión horizontal, horizontal , el concreto tiende a separarse, cuando la expansión es reducida, significa que tiene una alta viscosidad. Cuando se trata de un concreto cuyo revenimiento es de unos 18 cm, esta expansión horizontal debe ser aproximadamente de 1.51.8 veces el valor del revenimiento, con lo que se considera como un concreto de buen desempeño. 2) Después de la medición del revenimiento, se puede determinar otras características del concreto, como la plasticidad, por medio de golpes dado a la parte exterior del concreto y por la observación de la expansión del material.
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Cuando el concreto tiene un proporcionamiento apropiado y con buena trabajabilidad, con los golpes de la varilla se extiende sin mostrar separación, mientras que en caso de un concreto con una dosificación no apropiada se tiende a desmoronar en pedacitos o a separarse con la pasta que se extiende más rápidamente. El revenimiento es la medida de la consistencia del concreto fresco en términos de disminución de altura. Para hacer la prueba se requiere un molde en forma de cono truncado de acero o de cualquier otro material no poroso ni absorbente (ver figura 8), un cucharón como el utilizado para la toma de muestras, una varilla del no. 5 (5/8”) con punta
semiesférica, una charola metálica o de otro material no absorbente ni poroso y una cinta cin ta métrica relativamente rela tivamente rígida. El procedimiento es el siguiente:
• Se humedece el molde cónico trunco. • Se coloca el molde sobre la charola sujetándolo firmemente con los pies y
sobre los estribos del cono. • Se llena el molde con capas iguales hasta completar tres partes. • Cada capa de concreto se compacta por medio de la v arilla haciendo 25
penetraciones de manera uniforme en toda la sección del molde. En la primera capa se introduce la varilla hasta tocar el fondo, sin abollarlo ni deformarlo y en las dos siguientes hasta penetrar 2 cm aproximadamente de la capa inferior anterior. La capa superior debe rebasar el borde del molde y enrasarse con la misma varilla al término de la compactación. • Se levanta el molde verticalmente y sin movimientos laterales ni torsionales;
esta operación debe tomar entre 3 y 7 segundos. Después del llenado del molde hasta su retiro no deberán pasar más de 2.5 minutos. El molde se coloca a un lado del espécimen de concreto.
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• Inmediatamente se mide el revenimiento. Se coloca la varilla horizontalmente
en la parte superior del molde y sobre el espécimen de concreto y se mide la distancia desde la parte inferior de ésta, hasta el centro desplazado de la parte superior de la masa de concreto. Si alguna parte del concreto se desliza o se cae hacia un lado, se desecha la prueba y se efectúa otra utilizando un concreto diferente pero de la misma muestra tomada originalmente. • Si la segunda s egunda prueba presenta caída o deslizamiento deslizamiento del concreto es probable probable
que se deba a que la mezcla no tiene la suficiente plasticidad y cohesividad en cuyo caso la prueba del revenimiento no se aplicará. El reporte de la prueba debe contener los siguientes datos: ° Revenimiento obtenido en cm. ° Revenimiento de proyecto en cm. ° Tamaño máximo del agregado. ° Identificación y datos del concreto. A continuación se presenta present a información acerca de los revenim revenimientos ientos más comunes y de sus respectivas tolerancias así como las características que posee un concreto de acuerdo a su revenimiento:
Revenimiento (cm)
Características
10
Poco trabajable y no bombeable
12
Trabajable en grado medio y no bombeable
14
Trabajable y no bombeable
16
Trabajable y bombeable
18
Muy trabajable y bombeable
Tabla 2 Características del concreto de acuerdo a su revenimiento
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Revenimiento nominal (cm)
tolerancia (cm)
Menor de 5
+/- 1.5
De 5 a 10
+/- 2.5
Mayor de 10
+/- 3.5
Tabla 3 Valor nominal del revenimiento y tolerancias
Conclusiones de la prueba Si el revenimiento medido en la o las pruebas no es el requerido ni aún aplicando las tolerancias respectivas, el concreto de donde se tomó el muestreo debe desecharse pues no es aceptable para su colocación. Si el revenimiento es menor al especificado o solicitado puede ser que el concreto haya iniciado el proceso de fraguado. Si el revenimiento es mayor, puede ser que la relación agua/cemento se haya incrementado sin la debida autorización o control, lo cual afecta la resistencia. Es importante mencionar que la utilización de las pruebas antes mencionadas no es limitativa ni exclusiva de los concretos premezclados; desde luego son aplicables también al concreto hecho en obra.
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6.2.3 PRUEBA DE RESISTENCIA La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad, que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura. La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide tronando probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en mega pascales MPa en unidades SI.
Figura 21 Ensayo de cilindro sometido a compresión 99
Los requerimientos para la resistencia a la compresión pueden variar desde 17 MPa para concreto
residencial hasta hasta 28 MPa y más para estructuras
comerciales. Para determinadas aplicaciones se especifican resistencias superiores hasta de 170 MPa y más. ¿Por qué se determina la resistencia a la compresión? •
Los resultados de las pruebas de resis resistencia tencia a la compresión se usan
fundamentalmente para determinar que la mezcla de concreto suministrada cumpla con los requerimientos de la resistencia especificada, ƒ´c, del proyecto. • Los resultados de las pruebas de resistencia a partir de cilindros moldeados
se pueden utilizar para fines de control de calidad, aceptación del concreto o para estimar la resistencia del concreto en estructuras, para programar las operaciones de construcción, tales tales como remoción remoción de cimbras o para evaluar la conveniencia de curado y protección suministrada a la estructura. Los cilindros sometidos a ensayo de aceptación y control de calidad se elaboran y curan siguiendo los procedimientos descritos en probetas curadas de manera estándar según la norma ASTM C31 “Práctica estándar para elaborar y curar cilindros de ensaye de concreto en campo”. Para estimar la resistencia del concreto in situ, la norma ASTM C31 formula procedimientos para las pruebas de curado en campo. Las probetas cilíndricas se someten a ensayo de acuerdo ac uerdo a ASTM C39, “Método estándar de prueba de c oncreto”. resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto”.
100
Figura 22 Aplicación de carga al cilindro
Figura23 Ruptura de cilindro
• Un resultado de prueba es el promedio de, por lo menos, dos pruebas de
resistencia curadas de manera estándar lo convencional elaboradas con la misma muestra de concreto y sometidas a ensaye a la misma edad. En la mayoría de los casos, los requerimientos de resistencia para el concreto se realizan a la edad de 28 días. • Al diseñ ar una estructura los ingenieros se valen de la resistencia especificada, ƒ´c, y especifican el concreto que cumpla con el requerimiento de
resistencia estipulado en los documentos del contrato del proyecto. La mezcla de concreto se diseña para producir una resistencia promedio superior a la resistencia especificada de manera tal que se pueda minimizar el riesgo de no cumplir la especificación de resistencia. Para cumplir con los requerimientos de resistencia de una especificación de proyecto se aplican los siguientes dos criterios de aceptación: **El promedio de tres ensayes consecutivos es igual o supera a la resistencia especificada, especificada, ƒ´c.
101
** Ninguno de los ensayes de resistencia deberá arrojar un resultado inferior a ƒ´c en más de 3.45 MPa, ni ser superi or en más de 0.10 ƒ´c, cuando ƒ´c sea
mayor de 35 MPa. Resulta importante comprender que una prueba individual que caiga por debajo de ƒ´c no necesariamente constituye un fracaso en el cumplimiento de los
requerimientos del trabajo. Cuando el promedio de las pruebas de resistencia de un trabajo caiga dentro de la resistencia promedio exigida, ƒ´c, la probabilidad de que las pruebas de
resistencia individual sean inferiores a la resistencia especificada es de aproximadamente 10% y ello se tiene en cuenta en los criterios de aceptación. Cuando los resultados de las pruebas de resistencia indican que el concreto suministrado no cumple con los requerimientos de la especificación es importante reconocer que la falla puede radicar en las pruebas, y no en el concreto. Ello es particularmente cierto si la fabricación, manejo, curado y pruebas de los cilindros no se realizan en conformidad con los procedimientos estándar.
Ver “Baja resistencia de cilindros de concreto”. Los registros
históricos de las pruebas de resistencia se utilizan para establecer la resistencia promedio deseada de mezcla de concretos para obras futuras. Cómo realizar la prueba de resistencia del concreto • Los cilindros para pruebas de aceptación aceptación deben deben tener un tamaño de 6 x 12
pulgadas (150 x 300 mm) o 4 x 8 pulgadas (100 x 200 mm), cuando así se especifique. Las probetas más pequeñas tienden a ser más fáciles de elaborar y manipular en campo y en laboratorio. El diámetro del cilindro utilizado debe ser como mínimo tres veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso que se emplee en el concreto. 102
Figura 24 Cilindros de Prueba • El registro de la masa de la probeta antes de cabecearla constituye una
valiosa información en caso de desacuerdos. • Con el fin de conseguir una distribución uniforme de la carga, generalmente
los cilindros se cabecean con mortero de azufre (ASTM C 617) o con almohadillas de neopreno (ASTM C 1231). El cabeceo de azufre se debe aplicar como mínimo dos horas antes y preferiblemente un día antes de la prueba. • Las almohadillas de neopreno se pueden usar para medir las resistencias del
concreto entre 10 a 50 MPa. Para resistencias mayores de hasta 84 Mpa se permite el uso de las almohadillas de neopreno siempre y cuando hayan sido calificadas por pruebas con cilindros compañeros con cabeceo de azufre. Los requerimientos de dureza en durómetro para las almohadillas de neopreno varían desde 50 a 70 dependiendo del nivel de resistencia sometido a ensaye. Las almohadillas se deben sustituir si presentan desgaste excesivo. 103
• No se debe permitir que los cilindros se sequen antes de la prueba.
• El diámetro del cilindro se debe medir en dos sitios en ángulos rectos entre sí
a media altura de la probeta y deben promediarse para calcular el área de la sección. Si los dos diámetros medidos difieren en más de 2%, no se debe someter a prueba el cilindro. • Los extremos extremos de las probetas no deben presentar desviaci desviación ón con respecto respecto a
la perpendicularidad del eje del cilindro en más 0.5% y los extremos deben hallarse planos dentro de un margen de 0.002 pulgadas (0.05 mm).
Figura 25 Tamaño máximo del
Figura 26 Extremos alineados
Agregado en cilindro de concreto c oncreto
Con respecto a la perpendicular
104
• Los cilindros se deben cent rar en la máquina de ensayo de compresión y
cargados hasta completar la ruptura. El régimen de carga con máquina hidráulica se debe mantener en un rango de 0.15 a 0.35 MPa/s durante la última mitad de la fase de carga. Se debe anotar el tipo de ruptura. La fractura cónica es un patrón común de ruptura.
Figura 27 Cilindro mal alineado
Figura 28 Ruptura en forma cónica
• La resistencia del concreto se calcula dividiendo la máxima carga soportada
por la probeta para producir la fractura entre el área promedio de la sección. ASTM C 39 presenta los factores de corrección en caso de que la razón longitud diámetro del cilindro se halle entre 1.75 y 1.00, lo cual es poco común. Se someten a prueba por lo menos dos cilindros de la misma edad y se reporta la resistencia promedio como el resultado de la prueba, al intervalo más próximo de 0.1 MPa. • El técnico que efectúe la prueba debe anotar la fecha en que se recibieron las
probetas en el laboratorio, la fecha de la prueba, la identificación de la probeta, el diámetro del cilindro, la edad de los cilindros de prueba, la máxima carga aplicada, el tipo de fractura y todo defecto que presenten los cilindros o su cabeceo. Si se mide, la masa de los cilindros también deberá quedar registrada. 105
• La mayoría de las desviaciones con respecto a los procedimientos estándar
para elaborar, curar y realizar el ensaye de las probetas de concreto resultan en una menor resistencia medida. • El rango entre los cilindros compañeros del mismo conjunto y probados a la
misma edad deberá ser en promedio de aproximadamente. 2 a 3% de la resistencia promedio.
Si la diferencia diferencia entre los dos cilindros compañeros compañeros
sobrepasa con demasiada frecuencia 8%, o 9.5% para tres cilindros compañeros, se deberán evaluar y rectificar los procedimientos de ensaye en el laboratorio. • Los resultados de las pruebas realizadas en diferentes laboratorios para la
misma muestra de concreto no deberán diferir en más de 13% aproximadamente del promedio de los dos resultados de las pruebas. • Si uno o dos de los conjuntos de cilindros se truenan a una resistencia menor a ƒ´c, evalúe si los cilindros presentan problemas obvios y retenga los cilindros
sometidos a ensaye para examinarlos posteriormente. A menudo, la causa de una prueba mal lograda puede verse fácilmente en el cilindro, bien inmediatamente o mediante examen petrográfico. Si se desechan o botan estos cilindros se puede perder una oportunidad fácil de corregir el problema. En algunos casos se elaboran cilindros adicionales de reserva y se pueden probar si un cilindro de un conjunto se truena a una resistencia menor. • Una prueba a los tres o siete días puede ayudar a detectar problemas
potenciales relacionados con la calidad del concreto o con los procedimientos de las pruebas en el laboratorio, pero no constituye el criterio para rechazar el concreto.
106
• La norma ASTM C 1077 exige que los técnicos del laboratorio que participan
en el ensaye del concreto deben estar certificados.
Figura 29 Personal certificado de laboratorio
• Los informes o reportes sobre las pruebas de resistencia a la compresión son
una fuente valiosa de información para el equipo del proyecto para el proyecto actual o para proyectos futuros. • Los reportes se deben remitir lo más pronto posible al productor del concreto,
al contratista y al representante del propietario.
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CONCLUSIONES Las altas Temperaturas causan por si solas, incrementos de la demanda de agua en la mezcla, por lo que se elevara la relación agua/cemento, dando como resultado una mezcla de baja resistencia. Estas temperaturas a su vez tienden a acelerar la perdida de asentamiento y pueden provocar disminución del aire incorporado. Adicionalmente, estas temperaturas elevadas, influyen en el tiempo de manejabilidad del concreto, la mezcla fragura más rápido, lo cual producirá una aceleración en el proceso del acabado. La importancia de saber manejar, vaciar y controlar el concreto en climas cálidos, es de suma importancia, sobre todo en zonas como Coatzacoalcos, donde la temperatura en verano alcanza hasta 40°C., tener un control adecuado desde el uso de las mezclas, los aditivos, el transporte, el vaciado y las pruebas previas a la colocación, nos llevaran a tener un concreto en optimas condiciones, lo cual evitara fracturas en su fraguado, la perdida de agua, etc. En este trabajo denominado “Control de Concreto en Climas Cálidos” , se ha manejado siguiendo lo normado en el Instituto Americano del Concreto ACI 305 91R, especificando especi ficando el uso del del concreto en climas climas extremos, extremos, en este caso a temperaturas elevadas. También se especifica el curado adecuado del mismo para mantener la humedad del concreto por varios métodos, entre ellos las membranas de curado. Una de las recomendaciones para el “Control del Concreto en Temperaturas Cálidas”, es el de agregar a la mezcla hielo
frapeado, o en su caso instalar un sistema de agua de enfriamiento en la planta para realizar la mezcla, esto mantendrá su temperatura idónea, desde la salida de la planta hasta la llegada al área donde será depositado, teniendo en cuenta que la temperatura máxima deberá de ser de 32°C, pero para grandes masas de concreto, o en piezas de dimensiones grandes, en cuyo caso la hidratación del cemento debe de ser de 16°C o menor en el momento de depositarse.
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Aditivos químicos para el concreto National Ready Mixed Concrete Asociation Edición 2011 Tecnología y propiedades del concreto Ing. Jaime Gómez Jurado Sarria Primera edición 1997 Tesis doctoral del estudio experimental sobre la influencia de la temperatura ambiental en la resistencia del concreto preparado José Ángel Ortiz Lozano Octubre de 2005
PÁGINAS DE INTERNET: http://www.cement.org/tech/basics_hot_weather.asp www.imcyc.com http://www.basf-cc.com.mx/es/Publicaciones/Pages/default.aspx http://www.arqhys.com/el-concreto.html http://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/default.asp http://www.tdx.cat/handle/10803/6163
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