Concreto Ligero.

UNVERSDAD CATÓLCA SANTO TORBO DE MOGROVEJO FACULTAD DE NGENERA Y ARUTECTURA ESCUELA DE NGENERA CVL AMBENTAL “CONCRETO LGERO” TRABAJO FNAL DE NVESTGACÓN GRUPO “B” PROFESOR: ng. M!" An#"n$" Y%&'( C)* PRESENTADO POR: P$n!* A%+$ ,*- S( /0123 C4CLAYO3PER5

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ÍNDICE Resumen………………………………………………………………………………. 1 Introducción…………………………………………………………………………… 2 CAPÍTULO I…………………………………………………………………………… I Marco teórico………………………………………………………………………….. 5 Desarrollo histórico…………………………………………………………… 5 Importancia del concreto ligero……………………………………………… 7 CAPÍTULO II…………………………………………… II………………………………………………………………… ……………………………... ………... II Concreto ligero………………………………………………………………………... 9 Conocimientos previos……………………………………………………….. 9 Definición de concreto ligero………………………………………………… 9 Clasificación del concreto ligero……………………………………………. 10 Por su peso volumétrico…………………………………………….. 10 C.L de resistencia reducida…………………………………. 10 C.L de resistencia media……………………………………. 12 C.L de resistencia estructural………………………………. estructural………………………………. 12 Por los materiales que la integran…………………………………. 13 Concretos sin finos…………………………………………... 13 Proporciones de la mezcla………………………….. 13 Materiales…………………………………………….. 15 Elaboración, protección y curado………………….. 15 Propiedades………………………………………….. 16 Concretos celulares…………………………………………. 18















CAPÍTULO III…………………………………………………………………………. III Concretos de agregados ligeros…………………………………………………… 26 Generalidades……………………………………………………………….. 26 Concretos sin finos………………………………………………….. 26 Concretos con agregados de granulometría continua…………... 27 Agregados para concretos ligeros…………………………………………. 28 Tipos de agregados ligeros…………………………………………. 28 Clinker………………………………………………………… 28 Escoria espumosa…………………………………………… 28 Arcilla expandida…………………………………………….. 29 Ceniza de combustible pulverizado……………………….. 30 Vermiculita exfoliada………………………………………... 31 Perlita expandida…………………………………………….. 31 Piedra Pómez………………………………………………… 31 Propiedades del concreto con agregado ligero…………………………... 33 CAPÍTULO IV………………………………………………………………………… IV Uso y aplicaciones del concreto ligero……………………………………………. 40 Aislante térmico……………………………………………………………… 40 Estructura resistente al fuego……………………………………………… 41 Prefabricados………………………………………………………………... 42 Viviendas en concreto prefabricado……………………………….. 43 Comercio e industria………………………………………………… 43 Puentes………………………………………………………………. 43 CAPÍTULO V…………………………………………………………………………. V















Plataforma de petróleo Hibernia…………………………………………… Hibernia………………… ………………………… 45 Condominios Sand Key Fase II……………………………………………. 47 Sebastien Inlet Bridge………………………………………………………. 48 Recomendaciones………………………………………………………………….. 49 Conclusiones………………………………………………………………………… 50















INGENIERÍA CIVIL AMBIENTAL

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RESUMEN El trabajo presentado a continuación brinda información detallada acerca de los concretos ligeros/concretos livianos/hormigones livianos (se deja a criterio suyo denominarle como desee aunque, generalmente, en el país se indica como concreto ligero); aliciente de un reducido pero importante marco teórico que describe el contexto histórico que dio lugar al origen del concreto así como la importancia que en esta radica. Se habla acerca de los distintos agregados que se pueden utilizar para la elaboración del concreto ligero, dado es el caso de la piedra pómez, arcillas expandidas, Clinker, entre otras las cuales brindan características físicas que de alguna forma las diferencian del concreto convencional. Asimismo, se da a conocer la clasificación del mismo (se hace hincapié en el concreto de agregados ligeros porque se le considera importante), sus usos y aplicaciones en el campo de la construcción. La variedad de agregados resulta muy beneficiosos dado el aumento de rendimiento debido a la reducción de peso en el concreto, específicamente en la disminución de la carga muerta en la estructura, además de una disminución en el transporte de materiales, mejor aislación acústica así como una mejor resistencia al fuego y al aislamiento térmico que la brindada por el concreto convencional.
















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INTRODUCCIÓN. El hormigón/concreto es un material de construcción fornáceo o adecúo resistente (podemos darle la forma que casi deseemos con los encofrados o moldes apropiados), apto para fabricar en el mismo sitio o en industria estructuras portantes, sistemas y elementos constructivos monolíticos, a los que le confiere una extraordinaria capacidad mecánica y elevada resistencia, siempre dentro de ciertos límites y leyes. El hormigón (en Perú utilizamos el término concreto) es una mezcla que parte de un conglomerante hidráulico como el cemento, que tal como indica su nombre, debe hidratarse con agua para reaccionar y mantener unidos un conglomerado conglomerado de áridos (arena, gravilla, grava, etc.); después de fraguar y endurecer toda esa mezcla presenta un notable capacidad de aguante de cargas (Foto 1).

Al igual que los materiales pétreos, el concreto resiste muy bien a las acciones de compresión (apretar) y mal las de tracción (estirar), ya que su valor suele ser una décima parte del anterior. El concreto en masa, constituido totalmente por aquella mezcla, posee una densidad –la cual relaciona masa con volumen- de 2.3 toneladas por metro cúbico, mientras que el concreto armado (en su seno se embeben barras de acero) tiene 2.5 toneladas por metro cúbico (1), imaginando: el volumen de un cubo de hormigón en masa o de concreto armado cuyas aristas ar istas midan 1 metro pesa 2.300 0 2.500 kilogramos. La resistencia no será inferior a 125 kilopondios 1 por centímetro cuadrado, aunque aplicando el resto de los parámetros la media es 175 kp/cm 2 (2). Aunque parezca un poco engorroso, estos datos de peso específico y resistencia compresión son importantes para compararlos luego con los de concreto ligero.

















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Si bien el concreto es un material moderno en su desarrollo puede considerarse muy antiguo en cuanto al inicio de su empleo. No es hasta finales del siglo XIX y principios del siglo XX, cuando comienza a generalizarse su empleo en Arquitectura, fundamentalmente fue adoptado por la nueva estética que planteaba el Movimiento Moderno. Y no es hasta la Segunda Guerra Mundial, cuando ha experimentado un sobresaliente avance tecnológico, luchando contra sus propias limitaciones derivadas de la elevada relación entre resistencia y peso, como anteriormente se ha ejemplificado. Por tanto, la preocupación por aligerar las estructuras es tan antigua como la propia arquitectura. El modo de conseguirlo se ha buscado siempre por dos caminos y casi simultáneamente: uno, a través de sistemas estructurales consonantes con el comportamiento de los materiales que lo constituyen; y el otro, mediante la elección de materiales, estructurales o no, de la máxima ligereza posible. En esa búsqueda, la generalización del empleo del concreto armado y del acero como elementos estructurales ha supuesto un gran paso adelante. Ha permitido explotar la capacidad de trabajo a tracción y compresión en las secciones de piezas estructurales, y ha posibilitado el empotramiento y consiguiente monolitismo de las mismas. Gracias a todo ello, se diseñan estructurales proporcionalmente ligeras para múltiples tipologías edificatorias. El concreto ligero puede emplearse en la constitución del sistema estructural edificatorio, y también en otros sistemas estructuralmente secundarios o en elementos constructivos para distintas unidades de obra. Digamos que el

















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fabricar artificialmente, para este fin, áridos ligeros adecuados. Por tanto, el actual concreto ligero estructural como material susceptible de ser armado y constituir elementos resistentes apareció a principios del siglo en los Estados Unidos de Norteamérica y Rusia, en zonas caracterizadas por la carencia de áridos, aunque con materias que permitieron fabricar, a partir de ellas, áridos ligeros. Con los mencionados áridos, más o menos densos, y, más o menos resistentes, se empezó a conseguir por primera vez concretos ligeros que, a igualdad de resistencia, presentaban una densidad claramente menor que la del concreto normal. Posteriormente, en la Segunda Guerra Mundial se aceleró el desarrollo del concreto ligero estructural mediante investigaciones que comprendieron un gran número de áridos de tipos diversos, principalmente ligeros, pero que podríamos agrupar en áridos naturales y artificiales (obtenidos estos últimos por la transformación industrial de los primeros, fundamentalmente por el calentamiento del horno). Como ejemplo, la Alemania vencida comenzó a aprovechar las inmensas escombreras postbélicas para fabricar hormigones que eran ligeros, reconstruyéndose parcialmente de nuevo los cascotes que anteriormente fueron edificados. Frente al progresivo desarrollo alcanzado en los dos países norteamericanos, la producción y el uso del concreto ligero estructural en otros estados se ha ido imponiendo con notable retraso, y la fabricación del mismo con alta resistencia ya era posible en Europa durante la anteriormente indicada Segunda Guerra Mundial: hacia mitad de los años setenta se adoptó lentamente en la


















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1. MARCO TEÓRICO. 1.1.

DESARROLLO HISTÓRICO.

Aun cuando el concreto ligero se ha refamiliarizado en últimas fechas, su uso data de épocas antiguas. Es conocido el hecho de que los romanos utilizaron agregados Pómez para la construcción de la cúpula del Panteón de Roma en el año 200 d.C. En un principio, el concreto ligero estuvo restringido al empleo de piedras volcánicas porosas cementadas con calizas. Posteriormente se desarrollaron procesos para lograr materiales porosos mediante la adición del aire o agentes espumosos y al mismo tiempo, se inició la producción de agregados artificiales expandidos. Actualmente, es común el uso de cenizas y desechos industriales procesados, como agregados para concretos ligeros. Las investigaciones en el campo de los concretos ligeros se iniciaron alrededor de 1900 con concretos aireados o celulares elaborados a base de procesos químicos. Sin embargo, la mayoría de los resultados iniciales fueron negativos. En 1924, Erikson obtuvo un concreto celular a base de sílice y cal que combinados con arcillas bituminosas dieron lugar al concreto ligero conocido como Ytong2. En 1934 se patentó en Suiza el concreto Siporex, elaborado mediante un proceso de curado a vapor ideada por Eklund. En la Unión Soviética se empezó a usar el concreto ligero espumoso en forma de unidades reforzadas durante 1938, con métodos introducidos por Kudriashoff. En Hungría, se utilizaron durante 1907 las las escorias de altos hornos como base para formar estructuras ligeras. En Alemania, Dinamarca, Gran Bretaña, Estados Unidos y

















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desechos de calderas para la elaboración de agregados ligeros; últimamente últimam ente han adquirido gran importancia los procesos industriales para la expansión de minerales como perlita y vermiculita, que una vez procesados se utilizan como agregados ligeros. Conforme se extendía el uso de agregados ligeros en la construcción, se solicitaba por partes de los constructores mejores materiales, en virtud de lo cual fue necesario afinar y desarrollar aún más la tecnología de elaboración de estos concretos, a grado tal que hoy en día pueden lograse concretos de baja densidad y altas resistencias, como com o los fabricados a base de arcillas y pizarras expandidas, capaces de desarrollar resistencias de 280 a 500 Kg/cm 2, con pesos unitarios entre 1400 y 2000 Kg/m 3.

















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1.2.


IMPORTANCIA DEL CONCRETO LIGERO.

El concreto ligero, como los concretos ordinarios, es un material artificial compuesto de agregados inorgánicos, mortero y agua. A diferencia de los concretos usuales, este material es de peso reducido y por lo general de baja resistencia; sin embargo, ha encontrado amplia aplicación en muchos tipos de estructuras como casas, apartamientos, escuelas, edificios de oficinas, etc., donde no se requiere un concreto de alta resistencia. Su uso se ha difundido extensamente en la industria de la construcción de numerosos países, en virtud de los beneficios que son factibles de obtenerse con sus aplicaciones. Con el crecimiento de la industria en la construcción, después de la Segunda Guerra Mundial, hubo necesidad de incrementar el campo de los materiales de construcción y lograr paralelamente un aumento en la eficiencia del trabajo. De esta manera, materiales de desechos industriales, escoriales de altos hornos, cenizas volcánicas, minerales exfoliados, perlita, vermiculita, pómez, etc., que anteriormente no eran utilizados como materiales de construcción, adquirieron importancia con el desarrollo del concreto ligero. Asimismo, la mecanización de la industria en la construcción en base a la utilización de nuevas técnicas, como es el uso de mayores y más manejables unidades de construcción elaboradas a base de concretos ligeros, proporcionó un notable crecimiento en la eficiencia. Entre los beneficios principales que se derivan de las propiedades del concreto ligero pueden mencionarse el alto poder aislante, térmico y acústico que posee, la factibilidad de manejo como resultado de su peso reducido, la simplificación en la cimentación de estructuras cuya carga muerta total se disminuye, etc., a



















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forma, después de colapso sufrido al Puente Tacoma 345, Estados Unidos, éste fue sustituido por otra estructura con más carriles de tráfico, sin necesidad de reemplazar las pilas originales.



















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2. CONCRETO LIGERO 2.1.

CONOCIMIENTOS PREVIOS.

Como ya se ha comentado anteriormente, actualmente, el concreto ligero ha avanzado tecnológicamente de manera insospechada, precisamente gracias a su empleo en elementos ligeros y resistentes, y también en elementos ligeros no estructurales y apreciables como aislantes térmicos. La capacidad de aislamiento térmico de un material constructivo aumenta a medida que disminuye su densidad, es decir, cuando tiene un gran volumen que mayormente encierra mucho aire. El concreto ordinario, si bien posee interés por su características físicas, químicas y mecánicas, no lo tiene por su capacidad aislante, fundamentalmente fundame ntalmente térmica, térmi ca, dado que, para una densidad de 2.4 Tn 6 /m3, se desprecia por una conductividad térmica o coeficiente de transmisión del calor de 1.4, que es apreciablemente alta, aunque para el aislamiento acústico acústic o la masa sea lo que predomine. De acuerdo a esto, un concreto que precise cubrir una exigencia térmica aislante, deberá confeccionarse como concreto ligero. Y una estructura de concreto ligero,



















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de colocación y elimina la utilización de vibradores, por tanto, reduce los costos de construcción. Adicionalmente, este tipo de concreto ofrece adecuadas propiedades acústicas y de resistencia al fuego. Usualmente, el tamaño máximo del agregado que se utiliza en el concreto ligero es de 10 mm. Este concreto se dosifica para proporcionar revenimientos que varían entre 14 y 18 cm y, por tanto, el concreto es apto para ser bombeable. En este concreto es difícil obtener resistencias a compresión mayores que 20 MPa (200 kg/cm2), sin que se alteren sus propiedades de rigidez y peso volumétrico, ya que en la medida que se incrementa la resistencia, sistemáticamente se incrementan el peso volumétrico y el módulo de elasticidad. Para una resistencia de 15 MPa7 (150 kg/cm2), el costo del concreto de peso ligero es alrededor de 5% mayor que el costo del concreto de peso normal (CEMEX, 2012). 2.3.

CLASIFICACIÓN DEL CONCRETO LIGERO.

Las clasificaciones comunes de los concretos ligeros se hacen en función de sus propiedades sobresalientes, de sus pesos volumétricos, de los materiales que lo integran o de sus métodos empleados en su fabricación.



















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otros materiales en los sistemas de muros, techos y pisos, en donde resultan más ventajosos en la reducción de los costos de calefacción y enfriamiento y la misión de sonido entre pisos; en estos casos el concreto ligero es una necesidad. Estos concretos de baja densidad se pueden dividir en dos grupos, según la composición. Los concretos celulares se producen al incorporar vacíos llenos de aire en una pasta de cemento o en un mortero de cemento y arena, a través del uso de espuma preformada formada in situ . Estos concretos pueden tener pesos unitarios tan bajos como 15 pcf (240 kg/m 3). Los concretos de baja densidad con agregado se producen con agregado de perlita o vermiculita expandidas o con glóbulos de poliestireno expandido. Los pesos secados al horno van desde 15 hasta 60 pcf (240 a 960 kg/m 3). A veces, se desea incluir agregado fino de peso normal en las mezclas de baja densidad para mejorar las propiedades de flujo plástico. El uso de agregado fino de peso normal incrementará el peso unitario y la resistencia pero se limita a pesos de menos de 50 pcf (800 kg/m 3) para



















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a.2) Concretos ligeros de resistencia media y de características adecuadas de aislamiento térmico : 800 a 1400 kg/m3 Los concretos ligeros de resistencia moderada abarcan los concretos de agregado ligero de baja densidad y estructurales, variando su resistencia a la compresión entre 1000 psi (6.9 MPa) y 2500 psi (17.3 MPa), con densidades entre 50 y 90 pcf (800 a 1440 kg/m3). Con frecuencia, el concreto ligero se usa como un sustituto completo y adecuado para el concreto de peso normal, con el fin de disminuir el peso, aunque su resistencia última a la compresión tiende a ser inferior a la de este último. El costo más elevado por yarda cúbica del concreto ligero se compensa por la reducción en cargas muertas y un incremento en la resistencia al fuego. La menor carga muerta permite una reducción en el tamaño de las cimentaciones, el número de pilotes de cimentación, así como del tamaña de los muros de cimentación, cimentaci ón, columnas, vigas y espesor del piso. Esta reducción en la masa del concreto (en volumen así como en densidad) dará por resultado ahorros en los costos que compensan





















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b) De acuerdo con los materiales que los integran y los métodos de fabricación, los concretos ligeros pueden clasificarse en: b.1) CONCRETOS SIN FINOS, cuya ligereza se obtiene suprimiendo el agregado fino, produciendo con ello numerosos vacíos en las partículas del agregado grueso. El concreto hecho sin finos contiene conti ene poco o nada de agregado fino, debido a que está caracterizado por poseer vacíos uniformemente distribuidos. El concreto sin finos consiste en agregado grueso y pasta de cemento. Las partículas de agregado se cubren con una pasta delgada de cemento y están en contacto punto a punto, lo cual proporciona la resistencia. La





















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cemento. De esta manera, para capas de drenaje en donde puede tolerarse una menor resistencia, es preferible 1:10. La relación agua/cemento necesita mantenerse baja —por ejemplo 0.4–0.5— para asegurar que la pasta de cemento cubra con una capa los agregados y que tenga lugar la segregación. Cabe hacer observar que un metro cúbico de concreto sin finos requiere de 1.05 m3 de agregado.





















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b.1.2) Materiales.

CEMENTO. Los cementos tipo CPO Portland ordinarios son adecuados. Se requiere de un cuidado especial si son utilizados cementos del Tipo CPC (combinado para propósitos generales). AGREGADOS. Los agregados deben de cumplir con NMX-C-111 y las partículas no deben ser escamosas o excesivamente alargadas (el índice de escamosidad debe ser menor o igual a 30%). b.1.3) Elaboración, protección y curado.

El concreto sin finos se debe hacer en una mezcladora; el mezclado a





















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debe ser protegido del secado rápido además de que debe ser bien curado al menos durante siete días.





















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o

o

No requiere de agregados especiales, puede ser producido en cualquier parte del país Puede ser diseñado con diferentes diferent es colores, de acuerdo a las necesidades particulares de cada cliente























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importancia a la disminución en el consumo de combustible del sistema de calefacción de los edificios, siempre que se mantenga o incluso se mejore el ambiente a una temperatura confortable en su interior. Un muro sólido de concreto celular de 12 cm de espesor proporciona un























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b.2.1) Propiedades funcionales del concreto celular. celular.

b.2.1.1) Reducción de peso (carga muerta). Las condiciones de suelo inestable generalmente limitan el uso de























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la fabricación se realiza en placas o bloquetones, los cuales son mucho más grandes, por lo tanto la mano de obra ejecuta mucho más rápido la construcción. b.2.1.2) Velocidad e construcción.























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b.2.1.4) Protección contra el fuego. El objeto principal del diseño de protección contra el fuego consiste en asegurar que, una vez iniciado un incendio, la rapidez con la cual se extienda y la dirección de propagación sean tan limitados que den tiempo





































































































































































































































































































































































































































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