Curso Basico de Tecnologia Del Concreto

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES

“CURSO BASICO DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO”

Mayo del 2004

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INDICE INDICE....................................................................................................................... ............................................................... 2 CAPITULO 1: ........................................................................................................................................................................... 5 CEMENTOS.......................................................................................................................................................................... 5 CAPITULO 2: ......................................................................................................................................................................... 29 AGUA PARA EL CONCRETO .......................................................................................................................................... 29 CAPITULO 3: ....................................................................................................................................................................... 432 AGREGADOS PARA EL CONCRETO ........................................................................................................................... 432 CAPITULO 4: ....................................................................................................................................................................... 609 ADITIVOS PARA EL CONCRETO................................................................................................................................. 609 CAPITULO 5: ......................................................................................................................................................................... 70 EL CONCRETO...................................................................................................................................................................... 70 DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ........................................................................................................................ 87 CAPITULO 7: ....................................................................................................................................................................... 106 ENSAYOS EN EL CONCRETO ...................................................................................................................................... 106 I.

II.

EL CONCRETO EN ESTADO FRESCO ....................................................................................................................... 106

EL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO..................................................................................................... 110

CAPITULO 8: ................................................................................................................. ...................................................... 118 CONTROL ESTADÍSTICO EN ELCONCRETO............................................................................................................. 118 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA ....................................................................................................................................... 131

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PROLOGO

El presente documento a sido preparado como una herramienta útil para ampliar y profundizar los conocimientos de la tecnología del concreto, esta dirigido a los estudiante de la facultad de ingeniería civil de la universidad

nacional de ingeniería para ser usado como documento de consulta. La ultima edición de este libro a sido mejorada y actualizada para poder brindar un notable incremento de productividad. Este trabajo a sido elaborado mediante la recopilaciones de notas y apuntes de

clases del curso de tecnología del concreto I sección G con el apoyo bibliográfico de libros relacionados con la fabricación y diseño del concreto, manuales para supervisores y normas que rigen a la fabricación del concreto

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CEMENTOS

Profesora::

Ing. Ana Torre Carrillo

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CAPITULO 1:

CEMENTOS 1.-Antecedentes Históricos: Se saben que desde épocas antiguas que los Romanos utilizaron como agregado ladrillos quebrados los que eran embutidos en una mezcla de cal con polvo del ladrillo o la ceniza volcánica de esta forma se construyeron una variedad amplia de estructuras como caminos,

acueductos, templos , palacios etc. Se sabe también que se utilizaron losas de concreto en muchas de sus estructuras públicas grandes como el Coliseo y el Partenón. Para lograr concretos de peso ligero, los romanos utilizaron recipientes de barro que eran embebidos en la estructura generando vacíos en las paredes. Y logrando así su propósito. En 1824, el ingles J.Aspin, elaboró y patentó un producto similar al cemento, obtenido mediante la cocción de una mezcla de calcáreos y arcilla finamente molida. Este ligante permitió confeccionar un hormigón similar al obtenido con la piedra Pórtland (calcáreo muy resistente de la isla de Pórtland) comúnmente utilizado en Inglaterra para la construcción. De aquí la denominación “Cemento Pórtland”

2.-Definiciones: Cemento Pórtland Según la Norma Técnica Peruana NTP 334.009, el cemento Pórtland es un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del Clìnker compuesto esencialmente por silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o más de las formas sulfato de calcio como adición durante la molienda, es decir: Cemento Pórtland = Clinker Pórtland + Yeso El cemento Pórtland es un polvo muy fino de color verdoso. Al mezclarlo con agua forma una masa (pasta) muy plástica y moldeable que luego de fraguar y endurecer, adquiere gran resistencia y durabilidad. El Clinker Pórtland Es un producto semiacabado de forma de piedras negruzcas de tamaños de ¾” aproximadamente, obtenido de la calcinación de una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos en proporciones convenientes, hasta llegar a una fusión incipiente (Clinkerización) a 1450 °C. Está compuesto químicamente por Silicatos de calcio, aluminatos de calcio, ferro aluminatos de calcio y otros en pequeñas cantidades, los cuales se forman por la combinación 5


del Óxido de Calcio (CaO) con los otros óxidos: dióxido de silicio (SiO2) , óxido de aluminio (A12O3) y óxido férrico (Fe2O3). El Clìnker Pórtland se enfría rápidamente y se almacena en canchas al aire libre. El cemento Pórtland es un polvo muy fino de color verdoso. Al mezclarlo con agua forma una masa (pasta) muy plástica y moldeable que luego de fraguar y endurecer, adquiere gran resistencia y durabilidad. Cemento Pórtland Puzolànico: Es aquel cemento que contiene puzolana se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de clìnker Pórtland y puzolana con adición de Sulfato de calcio : El contenido de puzolana debe estar comprendido entre 15 y 40% en peso total. La puzolana debe ser un material arcilloso o silico-aluminoso que por si mismo puede tener poco o ninguna actividad hidráulica pero que finamente dividida y en presencia de humedad reacciona químicamente con el hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades hidráulicas. 3.-Materias primas del cemento Pórtland Las principales materias primas necesarias para la fabricación de un cemento Pórtland son: a. Materiales calcáreos: Deben tener un adecuado contenido de carbonato de calcio (Co3Ca) que será entre 60% a 80%, y no deberá tener mas de 1.5% de magnesia. Aquí tenemos a las margas, cretas v calizas en general estos materiales suministran el óxido de calcio o cal. b. Materiales arcillosos: Deben contener sílice en cantidad entre 60% y 70%. Estos materiales proveen el dióxido de silicio o sílice y también el óxido de aluminio o alúmina, aquí tenemos a las pizarras, esquistos y arcillas en general. c. Minerales de fierro: Suministran el óxido férrico en pequeñas cantidades. En algunos casos éstos vienen con la arcilla. d. Yeso: Aporta el sulfato de calcio. Nota: El yeso se añade al Clinker para controlar (retardar y regular) la fragua. Sin el yeso, el cemento fraguaría muy rápidamente debido a la hidratación violenta del aluminato tricálcico y el ferro aluminato tetracálcico.

4.-Proceso de Fabricaciòn •

Extracción de la materia prima: Esta se realiza con la explotación de los yacimientos a tajo abierto. El material resultante de la voladura es transportado en camiones para su trituración, los mismos que son cargados mediante palas o cargadores frontales de gran capacidad. Esta etapa comprende los procesos de exploración, perforación, carguìo y acarreo.

•

Trituración de la materia prima: Se realiza en dos etapas, inicialmente se procesa 6


en una chancadora primaria, del tipo cono que puede reducirla de un tamaño máximo de 1.5 m hasta los 25 cm.( Chancado primario) . El material se deposita en una cancha de almacenamiento y luego de verificar su composición química, pasa al

chancado secundario reduciéndose a tamaños de hasta ¾” aproximadamente. •

Pre – homogenización : El material triturado se lleva a la planta propiamente dicha por cintas transportadoras, depositándose en un parque de materias primas. En

algunos casos se efectúa un proceso de pre-homogeneización. •

Molienda de Crudos: Este proceso se realiza por medio de molinos de bolas o prensas de rodillos que producen un material muy fino además de dosificarse adecuadamente los materiales para lograr un crudo optimo que será el que ingrese al

horno. •

Homogenización: El Crudo finamente molido debe ser homogenizado a fin de garantizar que el Clìnker sea de calidad constante es decir en esta etapa se debe asegurar la composición química constante del crudo. Una vez homogenizado este material es transportado mediante fajas transportadoras al intercambiador de calor.

•

Intercambiador de Calor ( Precalentador): Consiste en edificios que cuentan con una torre de ciclones ubicados uno encima del otro al cual se le denomina precalentador. El crudo que ya fue homogenizado ingresa por el extremo superior de este precalentador pasando a través de los ciclones quienes captan el calor residual evacuados con los gases de combustión salientes del horno en contracorriente con el flujo del material que ingresa, entonces este crudo que se calienta por acción de los gases generados en el quemador del horno e iniciándose de esta manera el proceso de descarbonataciòn y transformación termo-químico del crudo. En esta etapa se pueden alcanzar temperaturas hasta de 850ºC ( en la entrada al horno rotatorio ) , y en la parte alta ( zona de salida de los gases del precalentador ) se alcanzan temperaturas alrededor de 280ºC En la base de este edificio se encuentra un sistema de precalcinaciòn previo a su ingreso al horno rotatorio . El intercambio de calor se produce mediante transferencias térmicas por contacto íntimo entre la materia y los gases calientes provenientes del horno, en un sistema de 4 a 6 ciclones en cascada, que se encuentran al interior de una torre de concreto armado de varios pisos, con alturas superiores a los cien metros.

•

Clinkerizaciòn: Es la zona mas importante del horno rotatorio siendo este el elemento fundamental para la fabricación del cemento, se trata de un tubo cilíndrico de acero con diámetros de 4 a 5 mts. y longitudes de 70 a 80 mts. los mismos que interiormente se encuentran revestidos interiormente con materiales refractarios para la obtención del clinker se debe alcanzar temperaturas alrededor de los 1500ºC, el proceso en si es complejo se puede decir que se inicia con el ingreso del crudo descarbonatado al horno rotatorio y que por efecto del calor que genera la combustión del carbón o petróleo en un quemador situado en el extremo de la salida sufre transformaciones físicas y químicas , llegándose a obtener el producto intermedio llamado Clinker esto sucede a temperaturas del orden de los 1400 a 1450ºC. El horno rotatorio de Cementos Lima alcanza una longitud de 83 mts y un diámetro de 5.25 mts y una inclinación del 3% que permite el avance del material por deslizamiento , estos 7


hornos giran a velocidades de 4.5 r.p.m y la temperaturas van desde 850ºC hasta 1450ºC . Sin embarga la fase liquida que nos indica el inicio del proceso de sinterización tiene lugar a temperaturas de 1260ºC y que al aumentar la temperatura

aumenta también la fase liquida o fundida.

•

Temperatura en el horno ºC

Reacciones en el interior del Horno

110

Evaporación de la humedad( secado ) de los diferentes materiales

110-450

Deshidratación de los materiales (arcillas, yeso, caoliita), eliminación del agua adsorbida.

600-750

Inicio de reacciones de los materiales deshidratados y formación en pequeñas cantidades del C2S y compuestos intermedios como el aluminato Calcico y Ferrocalcita ( CA, C2F)

900

La caliza se ha convertido en cal viva debido a la perdida de gas carbónico ,la cal viva esta lista para reaccionar con el medio ambiente por lo cual es llevada rápidamente a la zona de sinterización.

1200

Las arcillas se empiezan a descomponer y liberan sílice , alumina y Óxidos de fierro, la Sílice reacciona con la cal y se forma el C2S ( Belita)

1300

Se forma el C4AF liquido que actúa como fundente donde s e disuelven los demás materiales , este liquido es muy adhesivo y empezara a penetrar en los poros del ladrillo refractario , aislándolo y enfriándolo con lo cual queda pegado y se inicia la formación de la costra en el horno.

1340

Los materiales disueltos en el C4AF reaccionan formándose el C2S e iniciándose el C3A

1400

Se ha formado completamente el C3A , liquido muy viscoso que le da consistencia a la costra.

1450

Se encuentran formados todos los compuestos

Enfriamiento: No todos los minerales deseados del clìnker , hidráulicamente activos, quedan estables después del proceso de clìnkerizaciòn por lo que es necesario que el clìnker caliente deba ser enfriado rápidamente es decir una vez que el clìnker es

descargado por el horno pasa a la tercera parte del circuito de clìnkerizaciòn que se 8


dan en los enfriadores. Estos enfriadores se encuentran a la salida del horno y recibirán toda la carga del material que sale del horno a temperaturas entre 1000 a 1100ºC , constan de varias superficies escalonadas compuestas por placas fijas y

placas móviles alternadas con unos pequeños orificios por donde pasa el aire que es insuflado por la parte inferior por la acción de ventiladores con el objeto de enfriar el clìnker hasta aproximadamente 120ºC para ser almacenado posteriormente a esta temperatura el material en las canchas de almacenamiento. Si el clinker formado por

el proceso de sinterización se enfría lentamente puede invertirse el sentido de las reacciones de equilibrio y podrían disolverse en la fase liquida una parte del silicato

Tricàlcico ( compuesto importante para el desarrollo de resistencias en el cemento ) , por lo tanto un proceso de enfriamiento lento podría bajar la resistencia del cemento por otro lado un proceso de enfriamiento rápido el cual es deseable por los efectos que podrían causar en el cemento tales como: mejor molturabilidad por la existencia de fisuras tensionales en el clìnker , menor proporción de alita disuelta. •

Molienda del clìnker: Mediante un proceso de extracción controlado el clìnker entra a los molinos de bolas o prensa de rodillos donde se obtendrá una superficie especifica alta de los granos del cemento.

•

Envasado y despacho: Generalmente el cemento se comercializa en bolsas de 42.5 Kg., de acuerdo a los requerimientos del usuario también puede despacharse a granel. Las bolsas, son de en papel krap extensible tipo Klupac con contenido de hojas, entre dos y cuatro de acuerdo a los requerimientos de transporte o manipuleo. Solo en casos muy especiales y necesarios, estas bolsas van provistas de un refuerzo interior de polipropileno.

Estas bolsas de cemento son periódicamente controladas mediante la verificación de su porosidad al aire, absorción, impermeabilidad y resistencias mecánicas. Las fábricas cementeras también comercializan el cemento en bolsones con capacidad de 1.5 toneladas. Dichos bolsones son conocidos como big bag. Todas las fábricas de cementos del Perú despachan cemento a granel. De esta forma se despacha la cantidad mínima de 25 a 30 toneladas. Durante mucho tiempo, el cemento ha sido suministrado en sacos de papel. Sin embargo, la tendencia mundial es el de distribuirlo a granel, transportándolo en camiones cisterna y almacenándose en silos. Ventajas de adquirir el cemento a granel: • • • • •

Economía en la compra de cemento, mano de obra en la descarga, almacenamiento y manipulación. Economía por pérdidas, debido a deterioros en las bolsas. Incremento en la productividad de la obra, se cuenta con el cemento iinmediatamente Mínimo riesgo de robos. Además que significa para un país ahorro de sus divisas por la disminución de la importación de insumo para fabricación del envase.

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5.-Composición Química a. Componentes Químicos Los componentes químicos del cemento Pórtland se expresan por el contenido de óxidos, en porcentajes. Los principales óxidos son: la cal, sílice, alúmina y el óxido férrico, siendo el total de éstos del 95% al 97%. En pequeñas cantidades también se presentan otros óxidos: la magnesia, el anhídrido sulfúrico, los álcalis y otros de menor importancia. Así tenemos:

Oxido Componente

Porcentaje Típico

Abreviatura

CaO

58% - 67%

C

SiO

16% - 26%

S

4% - 8%

A

2% - 5%

F

2

Al O 2

3

Fe O 2

SO

3

0.1% - 2.5%

3

1% - 5%

MgO K O y Na O 2

0% - 1%

Mn2O3

0% - 3%

TiO2

0% - 0.5%

PO

0% - 1.5%

2

2

5

Pérdida x Calcinación

0.5% - 3%

b. Compuestos Químicos Durante la calcinación en la fabricación del clinker de cemento Pórtland los óxidos se combinan con los componentes ácidos de la materia prima entre si dando lugar a cuatro importantes compuestos . Los principales compuestos que constituyen aproximadamente el 90-95% del cemento, también se presentan en menores cantidades, otros compuestos secundarios. Designación

Fórmula

Abreviatura

Porcentaje

Silicato tricálcico

3CaO.SiO

2

CS 3

30% a 50%

Silicato dicálcico

2CaO.SiO

2

CS 2

15% a 30%

Aluminato tricálcico

3CaO.Al O

CA 3

4% a 12%

Ferro aluminato tetracálcico

4CaO.Al2O .Fe O

C AF

8% a 13%

Cal libre

CaO

Magnesia libre (Periclasa)

MgO

2

3

3

10

2

3

4


Estos compuestos en presencia del agua se hidratan y forman nuevos compuestos que forman la infraestructura de la pasta de cemento endurecido en el concreto .

6.-Propiedades de los compuestos principales a. Silicato Tricálcico (C3S), conocido también como alita. • •

Se hidrata y endurece rápidamente Es el más importante de los compuestos del cemento

•

Determina la rapidez o velocidad de fraguado

•

Determina la resistencia inicial del cemento

• •

Libera gran cantidad de calor de hidratación es equivalente a 120 cal/gr. Este compuesto tiene mucha importancia en el calor de hidratación de los cementos Contribuye una buena estabilidad de volumen

•

Contribuye a la resistencia al intemperismo

b. Silicato Dicálcico (C2S), conocido también como belita. • • • • • • •

Contribuye con las resistencias a edades mayores a una semana Por su porcentaje en el clinker es el segundo en importancia Se hidrata y endurece con lentitud Alcanza elevada resistencia a la compresión a largo plazo (después de prolongado endurecimiento) El valor de hidratación es equivalente a 63 cal/gr Contribuye a la resistencia al intemperismo junto al C3S Su contribución a la estabilidad de volumen es regular

c. Aluminato Tricálcico (C3A) • • • • • • •

Es el primero en hidratarse, o sea fragua con mucha rapidez (hidratación violenta) Libera gran cantidad de calor durante los primeros días de la hidratación Incide levemente en la resistencia mecánica Tiene baja resistencia al intemperismo (acción del hielo y deshielo) Tiene mala estabilidad de volumen Escasa resistencia a la acción del ataque de los sulfatos y ataques químicos Calor de hidratación equivalente a 207 cal /gr

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d. Ferro Alumínato Tetra calcico (C4AF) • • • • • •

Reduce la temperatura de formación del clinker Rápida velocidad de hidratación El calor de hidratación es equivalente a 100 cal/gr (moderado) En la resistencia mecánica no esta definida su influencia La estabilidad de volumen es mala Influye en el color final del cemento

Nota : El Silicato Tricálcico (C3S) y el Silicato Dicálcico (C2S) constituye el 75% del cemento. Por eso la resistencia mecánica se debe a éstos dos compuestos. 7.-Propiedades del cemento a. Finura o Fineza Referida al grado de molienda del polvo, se expresa por la superficie específica, en m²/kg. En el laboratorio existen 2 ensayos para determinarlo • Permeabilimetro de Blaine • Turbidimetro de Wagner Importancia: A mayor finura, crece la resistencia, pero aumenta el calor de hidratación y cambios de volumen. A mayor finura del cemento mayor rapidez de hidratación del cemento y mayor desarrollo de resistencia. Ejemplo: Tipo de cemento I II III IV V

Finura Blaine m2 / kg 370 370 540 380 380

b. Peso Especifico Referido al peso del cemento por unidad de volumen, se expresa en gr/cm³. En el laboratorio se determina por medio de: •

Ensayo del Frasco de Le Chatelier (NTP 334.005)

Importancia: Se usa para los cálculos en el diseño de mezclas Los pesos específicos de los cementos Pórtland son de aproximadamente 3.15 c. Tiempo de Fraguado Es el tiempo entre el mezclado (agua con cemento) y la solidificación de la pasta. Se expresa 12


en minutos. Se presenta como: El tiempo de Fraguado Inicial y El tiempo de Fraguado Final. En el laboratorio existen 2 métodos para calcularlo •

Agujas de Vicat : NTP 334.006 (97)

•

Agujas de Gillmore

: NTP 334.056 (97)

Importancia: Fija la puesta correcta en obra y endurecimiento de los concretos y morteros. d. Estabilidad de Volumen Representa la verificación de los cambios volumétricos por presencia de agentes expansivos, se expresa en %. En el laboratorio se determina mediante: •

Ensayo en Autoclave : NTP 334.004 (99)

e. Resistencia a la Compresión Mide la capacidad mecánica del cemento a soportar uan fuerza externa de compresión . Es

una de las más importantes propiedades, se expresa en Kg/cm². En el laboratorio se determina mediante: •

Ensayo de compresión en probetas cúbicas de 5 cm de lado (con mortero cemento-arena normalizada): NTP 334. 051 (98)

Se prueba a diferentes edades : 1,3,7, 28 días. Importancia: Propiedad que decide la calidad de los cementos f. Contenido de aire Mide la cantidad de aire atrapado o retenido en la mezcla (mortero), se expresa en % del volumen total. En el laboratorio se determina mediante: •

Pesos y volúmenes absolutos de mortero C-A en molde cilíndrico estándar: NTP 334.048

Importancia: Concretos con aire atrapado disminuye la resistencia (5% por cada 1 %) g. Calor de Hidratación Es el calor que se genera por la reacción ( agua + cemento ) exotérmica de la hidratación del cemento, se expresa en cal/gr.y depende principalmente del C3A y el C3S . En el laboratorio se determina mediante: •

Ensayo del Calorímetro de Langavant o el de la Botella Aislante. Se emplea morteros estándar: NTP 334.064

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8.-Tipos de cementos a. Cementos Pórtland sin adición Constituidos por Clinker Pórtland y la inclusión solamente de un determinado porcentaje de sulfato de calcio (yeso). Aquí tenemos según las Normas Técnicas: Tipo I : Para usos que no requieran propiedades especiales de cualquier otro tipo Tipo II: Para uso general y específicamente cuando se desea moderada resistencia a

los sulfatos o moderado calor de hidratación Tipo III: Para utilizarse cuando se requiere altas resistencias iniciales Tipo IV: Para emplearse cuando se desea bajo calor de hidratación Tipo V: Para emplearse cuando se desea alta resistencia a los sulfates.

b. Cementos Pórtland Adicionados Contienen además de Clinker Pórtland y Yeso, 2 o más constituyentes inorgánicos que contribuyen a mejorar las propiedades del cemento. (Ejm.: puzolanas, escorias granuladas de

altos hornos, componentes calizos, sulfato de calcio, incorporadores de aire). Aquí tenemos según Normas técnicas: Cementos Pórtland Puzolánicos ( NTP 334.044 ) Cemento Pórtland Puzolánico Tipo IP : Contenido de puzolana entre 15% y 40%. Cemento Pórtland Puzolánico Modificado Tipo I (PM) : Contenido de puzolana menos de 15%. Cementos Pórtland de Escoria ( NTP 334.049 ) Cemento Pórtland de Escoria Tipo IS : Contenido de escoria entre 25% y 70% Cemento Pórtland de Escoria Modificado Tipo I (SM) : Contenido de escoria menor a 25% Cementos Pórtland Compuesto Tipo 1 (Co) (NTP 334.073): Cemento adicionado obtenido por la pulverización conjunta de Clinker Pórtland y materiales calizos (travertino), hasta un 30% de peso. Cemento de Albañilería (A) (NTP 334.069): Cemento obtenido por la pulverización de Clinker Pórtland y materiales que mejoran la plasticidad y la retención de agua. Cementos de Especificaciones de la Performance (NTP 334.082): Cemento adicionado para aplicaciones generales y especiales, donde no existe restricciones en la composición del cemento o sus constituyentes. Se clasifican por tipos basados en requerimientos específicos: Alta resistencia inicial, resistencia al ataque de sulfatos, 14


calor de hidratación. Sus tipos son: GU : De uso general. Se usa para cuando no se requiera propiedades especiales HH : De alta resistencia inicial MS : De moderada resistencia a los sulfatos HS : De alta resistencia a los sulfatos MH: De moderado calor de hidratación LH : De bajo calor de hidratación 9.-Los Cementos en el Perú En el Perú, actualmente tenemos las siguientes empresas cementeras: NOMBRE

UBICACIÓN

Cementos Lima S A

Atocongo – Lima

Cementos Pacasmayo S A A Cemento Andino S A Yura SA Cemento Sur S A Cemento Rioja

Pacasmayo - La Libertad Condorcocha - Tarma ( Junin ) Yura - Arequipa Caracote - Juliaca ( Puno ) Pucallpa - Ucayali

Nota: El cemento en el Perú se comercializa en bolsas de 42.5 kg. de papel krap extensible tipo Klupac , que usualmente están entre dos y cuatro pliegos, de acuerdo a los requerimientos de transporte o manipuleo eventualmente y por condiciones especiales pueden ir provistas de un refuerzo interior de polipropileno. Estas bolsas son ensayadas para verificar su porosidad al

aire, absorción, impermeabilidad y resistencias mecánicas. Las fábricas cementeras Nacionales están preparadas para realizar la comercialización del cemento en bolsones con capacidad de 1.5 toneladas a estos se les conoce como big bag. Además se puede despachar estos cementos a granel. La capacidad instalada (Tn/Año), así como los mercados de cada uno de estas fábricas de cemento se muestran a continuación:

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EMPRESA Cementos Lima S A

CAP. INST.

MERCADO

4’300,000

Lima, Callao, Ica, Ancash

Cementos Pacasmayo S A A 2’300,000

La Libertad, Amazonas, Cajamarca, Lambayeque, Piura, Tumbes, Ancash

Cemento Andino S A

1’060,000

Lima, Callao, Junín, Huancavelica, Cerro de Pasco, Loreto, Ucayali, San Martín, Ayacucho

Yura SA

600,000

Arequipa, Moquegua, Tacna, Apurimac

Cemento Sur S A

155,000

Puno, Cusco, Apurimac, Madre de Dios, Moquegua, Tacna

En relación a los tipos cementos por empresa producidos actualmente en el Perú, tenemos:

EMPRESA

TIPOS DE CEMENTO QUE PRODUCE

Cementos Lima S A

Sol I, Sol II, Supercemento Atlas IP

Cementos Pacasmayo S A

Pacasmayo I, Pacasmayo II, Pacasmayo V, Pacasmayo MS-ASTM C-1157 , Pacasmayo IP, Pacasmayo ICo ( COMPUESTO )

Cemento Andino S A

Andino I, Andino II, Andino V, Andino IPM

Cementos Selva

Cemento Pórtland Tipo I, Tipo II, Tipo V ,Puzolanico 1P,Compuesto 1Co

Yura SA

Yura I, Yura IP, Yura IPM, Cemento de Albañilería marca Estuco Flex .

Cemento Sur S A

Rumi I, Inti 1PM, Portland tipo II, Portland Tipo V.

Cemento Rioja S.A.

Cemento Pórtland Tipo IPM

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10.-Requisitos Técnicos de los cementos: Se muestran de acuerdo a las Normas Técnica Peruanas

NTP 339.009, los requisitos físicos y químicos de los cementos Pórtland.

Requisitos físicos obligatorios Tipos Requisitos Físicos

I

II

V

MS

IP

ICo

3 días

120

100

80

100

130

130

7 días

190

170

150

170

200

200

28 días

280*

280*

210

280*

250

250

Inicial, mínimo

45

45

45

45

45

45

Final, máximo

375

375

375

420

420

420

0.80

0.80

0.80

0.80

0.80

0.80

--

--

0.04*

0.10

0.10*

--

14 días

6meses

6meses

Resistencia la Compresión mín Kg/cm²

Tiempo de fraguado, minutos

Expansión en autoclave, % máximo Resistencia a los Sulfatos % máximo de expansión

Calor de Hidratación, máx, KJ/Kg 7 días

--

290*

--

--

290*

--

28 días

--

--

--

--

330*

--

a. Requisitos químicos obligatorios Tipo Requisitos Químicos

I

II

V

MS

IP

ICo

Óxido de Magnesio (MgO), máx, %

6.0

6.0

6.0

--

6.0

6.0

Trióxido de Azufre (SO ), máx, %

3.5

3.0

2.3

--

4.0

4.0

Pérdida por Ignición, máx, %

3.0

3.0

3.0

--

5.0

8.0

Residuo Insoluble, máx, %

0.75

0.75

0.75

--

--

--

--

8

5

--

--

--

0.6*

0.6*

0.6*

--

--

--

3

Aluminato tricálcico (C A), máx, % 3

Álcalis equivalentes ( Na O + 0.658 K O ), máx, % 2

2

17


b. Requisitos físicos opcionales Tipo Características Físicas Opcionales

I

II

III

IV

V

50

50

50

50

50

7 días

--

70

--

60

--

28 días

--

--

--

70

--

Resistencia la Compresión (MPa) 28 días

280

280

--

--

--

Resistencia a los sulfatos, 14 días, máx

--

--

--

--

0.04

Falso Fraguado, % ( P. Fin ) minimo Calor de Hidratación, máx, Cal/gr

c. Requisitos químicos opcionales Tipo Características Químicas Opcionales I

II

III

IV

V

Aluminato tricálcico (C A), máx, %

--

--

5-8

--

--

Suma ( C S + C A ), máx %

--

58

--

--

--

0.6

0.6

0.6

--

--

3

3

3

Álcalis equivalentes ( Na O + 0.658 K O ), máx, % 2

2

Los tipos de cemento cuyo requisitos para concretos expuestos a soluciones que contienen sulfatos se muestran a continuación: Sulfatos Exposición a sulfatos

solubles en

agua (SO4) en el suelo

Insignificante 0
Moderada

Sulfatos (SO ) en el agua, ppm 4

0
0.1
4

Tipo Cemento

Concreto con agregado de peso normal rel. a/c máx en peso

Concreto con agregado de peso normal y ligero Resist. Comp.

mínma MPa

--

--

--

II, IP, MS, IPM

0.50

40

Severa

0.2
1500
V

0.45

45

Muy severa

SO >2.0

SO >10,000

V más puzolana

0.45

45

4

4

4

4

18


11.-Usos y aplicaciones de los cementos Pórtland a. Cementos Pórtland estándar (Sin adición) Tipo I Para construcciones de concreto y mortero de uso general y cuando no se requiera propiedades especificas, se utiliza en concretos que no estén sujetos al ataque de

factores agresivos como podría ser la presencia de sulfatos en el suelo o en el agua. Tipo II:En obras donde se requiera resistencia moderada a la acción de los sulfatos ( ejm. Estructuras de drenaje) y/o moderado Calor de hidratación (consecuencia de la hidratación del cemento). Se recomienda en edificaciones, estructuras industriales, puentes, obras portuarias, perforaciones y en general en todas aquellas estructuras de volumen considerable, y en climas calidos Tipo III: Para obras que requiera alta resistencia elevadas a edades tempranas, normalmente a menos de una semana ( ejm: adelanto de la puesta en servicio) y también en obras de zonas frías su uso permite reducir el curado controlado . Tipo IV:Para Estructuras se requiera bajo Calor de Hidratación, caso de represas, centrales hidroeléctricas y obras de grandes masas de concreto, también debe tenerse en cuenta que este cemento desarrolla resistencias a una velocidad inferior a la de los otros cementos . Tipo V:Además de las cualidades del Tipo II, es recomendado para obras donde se requiera elevada resistencia a los sulfatos. Es el caso de obras portuarias expuesta al agua de mar También en canales, alcantarillas, túneles, suelos con alto contenido de sulfatos. estos cementos desarrollan resistencias mas lentamente que los cementos tipo I, incrementan su resistencia a los sulfatos . Fuente : ACI 318

b. Cementos Pórtland Adicionados Tipo IP y IPM :Cementos cuya adición viene ha ser la puzolana tienen uso similar al del Tipo I, y se recomienda en obras masivas o con ataques de aguas agresivas, aguas negras, en cimentaciones en todo terreno, son cementos de moderado calor de hidratación y de moderada resistencia a los sulfatos. Tipo MS :

Cementos adicionados de escorias se puede emplear en todo tipo de construcciones de concreto son resistentes a la agresión química, se puede utilizar en estructuras en ambientes y suelos húmedos-salitrosos, para estructuras en cimientos y pisos. En general se puede decir que tienen moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor de hidratación.

Tipo ICo :

Corresponde al cemento tipo I mejorado con mayor plasticidad, se puede utilizar en obras de concreto y de concreto armado en general, morteros en general, especialmente para tarrajeo y asentado de unidades de albañilería, pavimentos y cimentaciones. 19


12.-Almacenamiento del cemento La buena disposición que se adopte para el almacenamiento de los insumos del concreto, contribuirá en la buena marcha de la obra, además de una producción eficiente del concreto de calidad. El diseño general de las instalaciones de almacenamiento, se efectúa en la etapa previa de la construcción, teniendo en cuenta entre otros los siguientes parámetros: ° Ubicación y características del área donde se asienta la construcción. ° Espacios disponibles. ° Consumo promedio de concreto de acuerdo al cronograma de la obra ° Consumo máximo y duración del periodo en el cual se realiza la mayor producción de concreto. ° Forma y medios de aprovisionamiento de los materiales. ° Stock mínimo que es conveniente mantener. ° Ubicación de las mezcladoras o central de mezcla. ° Alternativas y costos para las diferentes instalaciones de almacenamiento. El cemento que se mantiene seco conserva todas sus características. Almacenado en latas estancas o en ambientes de temperatura y humedad controlada, su duración será indefinida. En las obras se requieren disposiciones para que el cemento se mantenga en buenas condiciones por un espacio de tiempo determinado. Lo esencial es conservar el cemento seco, para lo cual debe cuidarse no sólo la acción de la humedad directa sino además tener en cuenta la acción del aire húmedo. En obras grandes o en aquellos casos en que el cemento deba mantenerse por un tiempo considerable se deberá proveer una bodega, de tamaño adecuado sin aberturas ni grietas, ventilados a fin de evitar la humedad tal que se pueda mantener el ambiente lo más seco que sea posible si se puede se debe planificar el empleo de extractores de aire. En los casos en que sea previsible la presencia de lluvias, el techo tendrá la pendiente adecuada. El piso deberá ser de preferencia de tablas, que se eleven 10 cm. sobre el suelo natural para evitar el paso de la humedad. Eventualmente se pueden usar tarimas de madera. Las bolsas se deberán apilar juntas, de manera de minimizar la circulación del aire, dejando un espacio alrededor de las paredes de al menos 50 cm. Las puertas y las ventanas deberán estar permanentemente cerradas. El apilamiento del cemento, por periodos no mayores de 60 días, podrá llegar hasta una altura de doce bolsas. Para mayores periodos de almacenamiento el limite recomendado es el de ocho bolsas, para evitar la compactación del cemento. Las bolsas de cemento se dispondrán de manera que se facilite su utilización de acuerdo al orden cronológico de recepción, a fin de evitar el envejecimiento de determinadas partidas. No deberá aceptarse, de acuerdo a lo establecido en la norma, bolsas deterioradas o que manifiesten señales de endurecimiento del cemento. En obras pequeñas o cuando el cemento va a estar almacenado en periodos cortos, no más de 7 días, puede almacenarse con una mínima protección, que puede consistir en una base afirmada de concreto pobre y una cobertura con lonas o láminas de plástico. Las cubiertas deberán rebasar los bordes para evitar la penetración eventual de la lluvia a la plataforma. El recubrimiento deberá afirmarse en la parte inferior y si es posible en la superior para evitar que sea levantada por el viento. En todos los casos el piso deberá estar separado del terreno natural y asegurar que se mantenga seco. En caso de largas periodos de almacenamiento se recomienda además, de lo anterior, rotar periódicamente la posición de los sacos, aprovechando el cambio para dar golpes de canto a los sacos y soltando asi las

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partículas de cemento que se aprieta durante el apilado. Además de cubrir los sacos con una lámina de polietileno que llegue hasta el piso. Y no arrojar las bolsas desde lo alto ni arrastrarlas por el piso. Las bolsas inferiores podrían presentar grumos blandos por efecto de la compactación recuerde siempre que al abrir la bolsa de cemento la apariencia debe ser harinosa, sin grumos De observarse grumos que con la presión de las yemas de los dedos no se deshacen podrían haberse producido proceso de hidratación y debería realizarse algunos ensayos a fin de confirmar su utilidad Para los casos específicos de almacenamiento en silos : Los silos de cemento, son elementos verticales, de forma generalmente cilíndrica y sección circular, de gran altura con respecto a su diámetro. Los silos se caracterizan generalmente, por el tonelaje almacenado, que varia entre los 15 y 50 m3. El silo se compone de un cuerpo, constituido por un fuste cilíndrico metálico cerrado, de 2.40 a 2.80 de diámetro. Generalmente, en la parte superior, se dispone de una chimenea o respiradero para la descompresión, la entrada de la tubería de carga y una escotilla para ingreso de personas con cierre estanco. La parte inferior tiene forma de cono y en la zona más estrecha, una abertura con dispositivo de cierre. El diseño del cono preveé limitar la formación de bóvedas. Finalmente, los apoyos están constituidos por tubos y perfiles de acero, que son anclados debidamente, para contrarrestar la acción del viento cuando el silo está vacío, que genera esfuerzos de basculamiento que producen tracciones en los pies. Eventualmente los silos cuentan con indicadores del nivel del cemento, filtros para eliminar el polvo dispositivos antibòbeda y distribuidores de cemento .El cuerpo de los silos pequeños por lo general es enteramente soldado, lo que permite ponerlo en obra rápidamente. Silos de mayores dimensiones, que hacen difícil su transporte, se fabrican en secciones desmontables empernadas Los de este tipo son más caros y eventualmente sujetos a la humedad. El cuerpo de los silos pequeños por lo general es enteramente soldado, lo que permite ponerlo en obra rápidamente. Silos de mayores dimensiones, que hacen difícil su transporte, se fabrican en secciones desmontables empernadas. Los de este tipo son más caros y eventualmente sujetos a la humedad. El cuerpo de los silos pequeños por lo general es enteramente soldado, lo que permite ponerlo en obra rápidamente Silos de mayores dimensiones, que hacen difícil su transporte, se fabrican en secciones desmontables empernadas. Los de este tipo son más caros y eventualmente sujetos a la humedad La chimenea se instala en la parte superior del silo y permite que penetre el aire para reemplazar el cemento que se descarga y que en el momento de llenado puedan escapar tanto el aire del silo como el proveniente de la alimentación. Inspeccionar periódicamente la estanqueidad de las compuertas a fin de minimizar el deterioro y formación de grumos obsérvese principalmente las compuertas de carga, el techo, las uniones soldadas. Mantener las compuertas cerradas cuando no se las usa..Usar sistemas de aire comprimido con trampas de agua. Inspeccionar regularmente los silos por posibles grumos o pegas, evitar la contaminación del cemento con sustancias que podrían afectar el fraguado tales como azúcar, almidón compuestos de plomo zinc, cobre etc.

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13.-Los cementos Pórtland Puzolànicos: Se definen como cementos Pórtland puzolánicos al producto resultante de la adición al cemento Pórtland normal de puzolana en un porcentaje entre 15 y 50% el cual es añadido durante la molienda del Clìnker. Puzolana: Es un material de origen silìceo con escasa capacidad aglomerante por si solo, pero que en presencia del agua algunos elementos de su constitución se combinan muy bien con la cal, formando así compuestos con propiedades aglomerantes. Clasificación : De acuerdo a su origen podemos clasificarlas en naturales y artificiales Acción puzolànica : Cuando el cemento Pórtland se hidrata libera cierta cantidad de oxido de calcio ( cal hidratada). Los materiales silicios como la puzolana al ser finamente molidos reaccionan con el hidroxido de calcio formando los silicatos de calcio hidratados Ventajas: Económicas Durante el proceso de fabricación el cemento Pórtland puzolànico tiene un menor costo de producción ya que ingresa recién en la etapa final de molienda del clinker. En el estado fresco Aumenta la trabajabilidad de la mezcla Disminuye la exudación y segregación En el estado endurecido Mejora la resistencia al intemperismo Genera menores calores de hidratación La impermeabilidad se ve incrementada Desventajas Demanda mayores cantidades de agua para la mezcla Presenta mayor retracción durante la hidratación Se recomienda un mayor control de calidad La etapa de Curado debe ser contìnua evitando asì fisuraciones 14.-Normas Técnicas Peruanas de Cementos NTP 334.009:1997 Cementos. Cemento Pórtland. Requisitos NTP 334.044:1997 Cementos. Cementos Pórtland Puzolánico IP y I (PM). NTP 334.050:1984 Cemento Pórtland Blanco tipo I. Requisitos NTP-334.069:1998 Cementos. Cemento de Albañilería. Requisitos NTP-334.082:1998 Cemento. Cementos Pórtland adicionados. Especificación de Performance NTP-334.083:1997 Cemento. Cementos Pórtland Adicionados tipos P y S NTP-334.049:1985 Cemento Pórtland de escoria tipo IS y tipo ISM, requisitos 22


NTP 334.073:1987 Cementos Pórtland compuesto tipo 1Co, requisitos NTP 334.007:1997 Cementos Pórtland compuesto tipo 1Co, requisitos

NTP 334.084:1998 CEMENTOS. Aditivos funcionales a usarse en la producción de cementos Pórtland. NTP 334.085:1998 CEMENTOS. Aditivos de proceso a usarse en la producción de cementos Pórtland NTP 334.087:1999 CEMENTOS. Adiciones minerales en pastas, morteros y concretos; microsílice, especificaciones NTP 334.088:1999 CEMENTOS. Aditivos químicos en pastas, morteros y hormigón (concreto); especificaciones NTP 334.089:1999 CEMENTOS: Aditivos incorporados de aire en pastas, morteros y hormigón (concreto); especificaciones NTP 334.076:1997 CEMENTOS. Aparato para la determinación de los cambios de longitud de pastas de cementos y morteros fraguados. NTP 334.077:1997 CEMENTOS. Ambientes, gabinetes y tanques de almacenamiento utilizados en los ensayos de cemento NTP 334.079:1996 CEMENTOS. Especificación normalizada para pesas y mecanismos de pesada para usos en los ensayos físicos de cemento NTP 334.074-1997 CEMENTOS. Determinación de la consistencia normal NTP 334.075:1997 CEMENTOS. Cemento Pórtland. Método de ensayo para optimizar el SO3 NTP 334.078:1997 CEMENTO. Cemento Pórtland hidratado. Método normalizado para el sulfato de calcio en morteros NTP 334.045:1998 CEMENTOS. Métodos de ensayo para determinar la finura por tamizado húmedo con tamiz normalizado de 45 µm NTP 334.048:1997 CEMENTOS. Determinación del contenido de aire en morteros de cemento hidráulico NTP 334.052:1998 CEMENTOS. Ensayo para determinar el falso fraguado del cemento. Método de la pasta. 2da edición. NTP 334.002:1997 CEMENTOS. Determinación de la finura expresada por la superficie. Específica.

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NTP 334.003:1998 CEMENTOS. Procedimiento para la obtención de pastas y morteros de consistencia plástica por mezcla mecánica. NTP 334.051:1998 CEMENTOS. Método para determinar la resistencia a la compresión de morteros de cemento Pórtland cubos de 50mm de lado NTP 334.006:1997 CEMENTOS. Determinación del fraguado utilizando la aguja de Vicat NTP 334.064:1999 CEMENTOS. Método para determinar el calor de hidratación de cementos Pórtland. NTP 334.004:1999 CEMENTOS. Ensayo en autoclave para determinar la estabilidad de volumen. NTP 334.053:1999 CEMENTOS. Ensayo para determinar el falso fraguado de cemento. Método del mortero. NTP 334.066:1999 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el índice de actividad puzolánico utilizando cemento Pórtland. NTP 334.055:1999 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el índice de actividad puzolánico por el método de la cal.

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AGUA PARA EL CONCRETO

Profesora:

Ing. Ana Torre Carrillo 28


CAPITULO 2: AGUA PARA EL CONCRETO 1. Conceptos generales Las aguas potables y aquellas que no tengan sabores u olores pueden ser utilizadas para preparar concreto , sin embargo algunas aguas no potables tambièn pueden ser usadas si cumplen con algunos requisitos , en nuestro paìs es frecuente trabajar con aguas no potables

sobre todo cuando se tratan de obras en las afueras de las ciudades. El estudio de las caracterìsticas del agua a utilizar en la mezcla del concreto adquiere gran importancia ya que este material interviene en la reacciòn química con el material cementante

( cemento) para lograr: a. La formación de gel; se define como gel a la parte sòlida de la pasta la cual es el resultado de la reacción quìmica del cemento con el agua durante el proceso de

hidratación. En su estructura el gel es una aglomeración porosa de partìculas sòlidamente

entrelazadas el conjunto de las cuales forman una red eslabonada que contiene material amorfo.El gel desempeña el papel màs importante en el comportamiento del concreto especialmente en sus resistencias mecànicas y en su mòdulo de elasticidad. 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 ùltimo es el componente cementante mas importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, - fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional - principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la mèdula del concreto .

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b. En estado fresco ;faciliten una adecuada manipulación y colocación de la misma. c. En estado endurecido; la conviertan en un producto de las propiedades y características deseadas. Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque esta velocidad determinara el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conseda tiempo al transporte y colocaciòn del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento ràpido. El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del Clinker, actùa

como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento Portland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de la molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado. d. Curado del concreto; El aumento de resistencia continuarà con la edad mientras se encuentre cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanezca favorablemente la temperatura del concreto. Cuando la humedad relativa dentro del concreto sea aproximadamente del 80% o la temperatura del concreto descienda 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 contìnua desde el momento en que se ha colocado hasta cuando haya alcanzado la calidad deseada debido a que el concreto es difícil de resaturar. Como requisito de carácter general y sin que ello implique la realización de ensayos que permitan verificar su calidad, se podrá emplear como aguas de mezclado aquellas que se consideren potables, o las que por experiencia se conozcan que pueden ser utilizadas en la preparación del concreto. Debe recordarse, que no todas las aguas inadecuadas para beber son inconvenientes para preparar concreto. En general, dentro de las limitaciones, el agua de mezclado deberá estar libre de sustancias colorantes, aceites y azúcares. El agua empleada no deberá contener sustancias que puedan producir efectos sobre el fraguado, la resistencia o durabilidad, apariencia del concreto, o sobre los elementos metálicos embebidos en éste. Previamente a su empleo, será necesario investigar y asegurarse que la fuente de provisión no está sometida a influencias que puedan modificar su composición y características con respecto a las conocidas que permitieron su empleo con resultados satisfactorios.

30


2. Requisitos de calidad El agua que a de ser empleada en la preparación del concreto deberá cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339.088 y ser, de preferencia potable. No existen criterios uniformes en cuanto a los límites permisibles para las sales y sustancias presentes en el agua que va. a emplearse. La Norma Peruana NTP 339.088 considera aptas para la preparación y curado del concreto, aquellas aguas cuyas propiedades y contenidos de sustancias disueltas están comprendidos dentro de los siguientes límites: Tabla: Límites permisibles para el agua de mezcla y curado según la norma NTP 339.088 DESCRIPCIÓN

Sólidos en suspensión (residuo insoluble)

LIMITE PERMISIBLE

5,000

Materia Orgánica

3

ppm Máximo ppm

Máximo

ppm Máximo

Alcalinidad (NaCHCO3) 1,000 Sulfatos ( ión SO4 )

600

ppm

Máximo

Cloruros ( ión Cl- )

1,000

ppm

Máximo

pH

5a8

Máximo

Recomendaciones Adicionales: •

Si la variación de color es un requisito que se desea controlar, el contenido máximo de fierro, expresado en ión férrico, será de 1 ppm.

•

El agua deberá estar libre de azúcares o sus derivados. Igualmente lo estará de sales de

potasio o de sodio. •

Si se utiliza aguas no potables, la calidad del agua, determinada por análisis de

Laboratorio, deberá ser aprobada por la Supervisión. •

La selección de las proporciones de la mezcla de concreto se basará en resultados en

los que se ha utilizado en la preparación del concreto el agua de la fuente elegida.

3. Efectos de las Sustancias Disueltas: •

El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas naturales puedan afectar el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la resistencia ùltima del concreto, es un problema que presenta una complejidad considerable. Las aguas que estèn muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas en que tengan visibles algas verdes o cafes deberán ser vistas con desconfianza y en consecuencia ensayadas.

•

Sustancias Orgànicas; El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas 31


naturales puedan tener en el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la resistencia ùltima del concreto, es un problema que presenta una complejidad considerable. Las aguas que estèn muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas en que sean visibles algas verdes o cafes deberán ser vistas con desconfianza y en consecuencia ensayadas. •

Sedimentos o partìculas en suspensión; Se puede tolerar en el agua aproximadamente 2,000 ppm de arcilla en suspensiòn 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 ser empleada, cualquier agua lodosa deberà 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.

•

Azùcar; Una pequeña cantidad de sacarosa, de 0.03% a 0.15% del peso del cemento, normalmente retarda el fraguado del cemento. El limite superior de este rango varia respecto de los distintos cementos. La resistencia a 7 dias puede verse reducida, en tanto que la resistencia a los 28 días podría aumentar. El azùcar en cantidades de 0.25% o mas del peso del cemento puede provocar un fraguado ràpido 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 azùcar 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 ensayos para analizar el tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia.

4. Utilización de aguas no potables Cuando el agua a ser utilizada no cumpla con uno o varios de los requisitos indicados en la tabla anterior, se deberá realizar ensayos comparativos empleando el agua en estudio y agua destilada o potable, manteniendo similitud de materiales y procedimientos. Dichos ensayos se realizarán, de preferencia, con el mismo cemento que será usado. Dichos ensayos incluirán la determinación del tiempo de fraguado de las pastas y la resistencia a la compresión de morteros a edades de 7 y 28 días. El tiempo de fraguado no es necesariamente un ensayo satisfactorio para establecer la calidad del agua empleada ni los efectos de la misma sobre el concreto endurecido. Sin embargo, la Norma NTP 339.084 acepta que los tiempos de fraguado inicial y final de la pasta preparada con el agua en estudio podrán ser hasta 25% mayores o menores, respectivamente, que los correspondientes a las pastas que contienen el agua de referencia. Los morteros preparados con el agua en estudio y ensayados de acuerdo a las recomendaciones de la Norma ASTM C 109 deben dar a los 7 y 28 días, resistencias a la compresión no menores del 90% de la de muestras similares preparadas con agua potable. Es recomendable continuar los estudios a edades posteriores para certificar que no se presentan reducciones de la resistencia. 32


Cuando la concentración de sales, especialmente cloruros exceda los limites indicados en estas recomendaciones, se efectuarán ensayos de resistencia a la compresión a edades de 180

y 365 días. No se permitirá en concretos presforzados el empleo de aguas que superen los límites de sales

especificados. Ni el olor ni el sabor son índices de la calidad del agua. Tampoco son los resultados de los ensayos de estabilidad de volumen. Podrá utilizarse, previa autorización de la Supervisión, aguas no potables si, además de cumplir los requisitos anteriores se tiene que: a. Las impurezas presentes en el agua no alteran el tiempo de fraguado, la resistencia, durabilidad, o estabilidad de volumen del concreto; ni causan eflorescencias, ni procesos corrosivos en el acero de refuerzo. b. El agua es limpia y libre de cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, álcalis, sales, materia orgánica, o sustancias que pueden ser dañinas al concreto, acero de refuerzo, acabados o elementos embebidos. c. La selección de las proporciones de la mezcla se basará en los resultados de ensayos de resistencia en compresión de concretos en cuya preparación se ha utilizado agua de la fuente elegida. Sobre esta base se ha determinado que algunas aguas aparentemente inconvenientes no dan necesariamente un efecto dañino en el concreto. De acuerdo a los criterios expresados y previa realización de los ensayos correspondientes, las siguientes aguas podrían ser utilizadas en la preparación del concreto: a. Aguas de pantano y ciénaga, siempre que la tubería de toma esté instalada de manera tal que queden por lo menos 60 cm de agua por debajo de ella, debiendo estar la entrada de una rejilla o dispositivo que impida el ingreso de pasto, raíces, fango, barro o materia sólida. b. Agua de arroyos y lagos. c. Aguas con concentración máxima de 0.1% de SO4. d. Agua de mar, dentro de las limitaciones que en la sección correspondiente se indican. e. Aguas alcalinas con un porcentaje máximo de 0.15% de sulfates o cloruros.

33


Aguas prohibidas Está prohibido emplear en la preparación del concreto: -

Aguas ácidas. En general, el agua de mezclado que contiene acidos clorhídrico, sulfúrico y otros acidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000 ppm no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores menores que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la

pH

medida de lo posible -

Aguas calcáreas; minerales; carbonatadas; o naturales

-

Aguas provenientes de minas o relaves

-

Aguas que contengan residuos industriales

-

Aguas con un contenido de cloruro de sodio mayor del 3%; o un contenido de sulfato

mayor del 1%. -

Aguas que contengan algas: materia orgánica: humus; partículas de carbón; turba;

azufre; o descargas de desagües. -

Aguas que contengan ácido húmico u otros ácidos orgánicos.

-

Aguas que contengan azucares o sus derivados.

-

Aguas con porcentajes significativos de sales de sodio o potasio disueltos, en especial en todos aquellos casos en que es posible la reacción álcali-agregado. 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 concentracion al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente la resistencia a los 28 días.

-

Aguas de enjuague;La Agencia de Protecciòn Ambiental y las agencias estatales de los EEUU prohiben 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.

-

Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia orgànica. Luego que esta 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.

34


5. Limitaciones Las sales u otras sustancias dañinas que puedan estar presentes en los agregados y/o aditivos, deberán sumarse a la cantidad que pudiera aportar el agua de mezclado a fin de evaluar el total de sustancias inconvenientes que pueden ser dañinas al concreto, el acero de refuerzo, o

los elementos metálicos embebidos. El agua empleada en la preparación del concreto para elementos presforzados, o en concretos que tengan embebidos elementos de aluminio o de fierro galvanizado, incluyendo la porción

del agua de la mezcla con la que contribuyen la humedad libre del agregado o las soluciones de aditivos, no deberá contener cantidades de ión cloruro mayores del 0.6% en peso del

cemento. La suma total de las cantidades de ión cloruro presentes en el agua, agregados y aditivos, no

deberá nunca exceder, expresada en porcentajes en peso del cemento, de los porcentajes indicados a continuación: Tabla : Porcentaje de ión cloruro máximo según el tipo de concreto TIPO DE CONCRETO

PORCENTAJE

Concreto preesforzado

0.06%

Concreto armado con elementos de aluminio o fierro galvanizado

0.06%

Concreto armado expuesto a la acción de cloruros

0.10%

Concreto armado sometido a un ambiente húmedo pero no expuesto a cloruros

0.15%

Concreto armado seco o protegido de la humedad durante su vida por medio de un recubrimiento impermeable

0.80%

6. 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 deberà usarse en concreto preforzados debido al riesgo de corrosiòn del esfuerzo, particularmente en ambientes cálidos y hùmedos.

35


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 En algunos casos muy excepcionales puede ser necesario utilizar agua de mar en la preparación del concreto. En estos casos debe conocerse el contenido de sales solubles, así como que para una misma concentración los electos difieren sí hay un contacto duradero, con renovación o no del agresivo, o si se trata de una infiltración. Debe recordarse que mucho menor intensidad tiene el ataque del agua de mar al concreto si se trata de un contacto sin renovación ya que el agente activo se agota y su acción se modifica por la presencia de nuevos productos formados por la reacción, caso en que la reacción tiende a anularse. El agua de mar sólo podrá utilizarse como agua de mezclado en la preparación del concreto con autorización previa escrita del Proyectista y la Supervisión, la misma que debe de figurar en el Cuaderno de Obras. Está prohibido su uso en los siguientes casos: -

Concreto presforzado.

-

Concretos cuya resistencia a la compresión a los 28 días sea mayor del 75 Kg/cm².

-

Concretos con elementos embebidos de fierro galvanizado o de aluminio.

-

Concretos preparados con cementos de alto contenido de óxido de alúmina, o con un contenido de C3A mayor del 5%. Concretos con acabado superficial de importancia.

-

Concretos expuestos o concretos cara vista.

-

Concretos masivos.

-

Concretos colocados en climas cálidos.

-

Concretos expuestos a la brisa marina.

-

Concretos con agregados reactivos.

-

Concretos en los que se utiliza cementos aluminosos.

En la utilización del agua de mar como agua de mezclado se debe recordar que: a.

No hay evidencias de fallas de estructuras de concreto simple preparadas este agua.

b.

La utilización del agua de mar en la preparación del concreto no produce variación en el asentamiento; obteniéndose para cualquier dosificación la misma trabajabilidad que se consigue empleando aguas potable.

c.

Puede presentarse una aceleración en el fraguado y endurecimiento inicial de la mezcla.

d.

La resistencia a la tracción y compresión en morteros preparados, es mayor durante los primeros días. en relación a los morteros preparados con apua potable.

e.

Su empleo disminuye la resistencia a la compresión a los 28 días aproximadamente en un 12% a los tres días pueden presentarse valores del 124% a 137%, tendiendo la resistencia a igualarse a los siete días a la de los concretos preparados con agua potable. 36


f.

A partir de los 7 días la resistencia de los concretos preparados con agua de mar tiende a disminuir, obteniéndose a los 28 días una resistencia a la tracción del 93% y a la compresión del orden del 94%, respecto a los concretos preparados con agua

potable. g.

El efecto del empleo del agua de mar como agua de mezclado sobre la resistencia final del concreto, puede compensarse diseñando la mezcla para una resistencia promedio del 110% de aquella que se desea alcanzar a los 28 días.

h.

La presencia del agua de mar puede provocar corrosión del acero de refuerzo y elementos metálicos embebidos por lo que el recubrimiento de estos deben ser no menor de 70 mm.

i.

El concreto debe ser bien compactado, buscando la máxima densidad y la menor porosidad a fin de impedir reacciones de las sales existentes, asegurando una durabilidad aceptable y satisfactoria.

j.

La utilización de agua de mar como agua de mezclado permite, al incrementar las resistencias iniciales y favorecer el endurecimiento rápido del concreto, un desencofrado o una puesta en servicio más rápidos.

k.

Puede provocar eflorescencias.

Si el agua de mar se emplea como agua de mezclado es recomendable que el cemento tenga un contenido máximo del 5% de aluminato tricálcico (C3A) y la mezcla tenga un contenido mínimo de cemento de 350 kg/m³; una relación agua-cemento máxima de 0.5; consistencia plástica; y un recubrimiento al acero de refuerzo no menor de 70 mm. Finalmente cabe indicar que ciertas especificaciones y códigos no permiten su empleo, y otras la restringen. En la mayoría no se hace mención a sus efectos. Así: a. Las especificaciones alemanas permiten el uso de toda agua, excepto cuando se emplea cemento aluminoso, y el agua no contiene más del 3% como suma de los contenidos de sodio y magnesio. b. El ACI en la recomendación 318 no da especificaciones referentes al empleo del agua de mar como tal. c. Igualmente, dentro de las limitaciones indicadas, la Portland Cement Association, permite el empleo del agua de mar tanto cu concreto simple como en concreto armado. d. El Código Británico permite el empleo del agua de mar en concreto simple, no así en concreto armado, excepto donde la eflorescencia es inconveniente. e. El Código Ruso prohibe el empleo del agua de mar en estructuras marítimas reforzadas en zonas de clima caliente, debido al peligro de corrosión y eflorescencia, pero el empleo de este agua en otros climas no es objetado.

37


7. Requisitos del comité 318 del ACI a.

El agua empleada en el mezclado del concreto deberá estar limpia y libre de cantidades peligrosas de aceites, álcalis, ácidos, sales, materia orgánica, u otras sustancias peligrosas para el concreto o el refuerzo.

b.

El agua de mezclado para concreto premezclado o para concreto que deberá contener elementos de aluminio embebidos, incluida la porción del agua de me/ciado que es contribuida en forma de agua libre sobre el agregado, no deberá contener cantidades peligrosas de ión cloruro.

c.

No deberá emplearse en el concreto aguas no potables, salvo que las siguientes condiciones sean satisfechas.

d.

La selección de las proporciones del concreto deberá basarse en mezclas de concreto en las que se ha empleado agua de la misma fuente.

e.

Los cubos de ensayo de morteros preparados con aguas de mezclado no potables deberán tener a los 7 y 28 días resistencias ¡guales a por lo menos el 90% de la resistencia de especimenes similares preparados con agua potable. Los ensayos de comparación de resistencia deberán ser preparados con morteros, idénticos con excepción del agua de mezclado, preparados y ensayados de acuerdo con la Norma ASTM C 109 "Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortar” (Empleando especimenes cúbicos de 2" ó 50 mm).

Observaciones: Casi todas las aguas naturales que son bebibles (potables) y que no tienen olor o sabor pronunciados, son satisfactorias para ser empleadas como aguas de mezclado en la preparación del concreto. Las impurezas, cuando son excesivas pueden afectar no sólo el tiempo de fraguado, la resistencia del concreto, y la estabilidad de volumen (cambios de longitud, sino que también pueden causar eflorescencias o corrosión del refuerzo. Cuando ello sea posible, las aguas con altas concentraciones de sólidos disueltos deberán ser evitadas. Las sales u otras sustancias peligrosas, con las que contribuyen los agregados o aditivos, deben ser añadidas al volumen que puede ser contenido en el agua de mezclado. Estos volúmenes adicionales deben ser considerados en la evaluación de la aceptación de las impurezas totales que pueden ser peligrosas para el concreto o acero. 8. Efectos de las Impurezas en el agua •

El carbonato de sodio; puede causar fraguados muy rápidos, en tanto que lo 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 deberan realizar pruebas para analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días. 38


•

También se debera considerar la posibilidad que se presenten reacciones alcali – 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 corrosion 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. Los cloruros se pueden introdicir en el concreto, ya sea con los ingredientes separados – aditivos, agregados, cemento, y agua – o atraves de la exposición a las sales anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas. El agua que se utilice en concreto preforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no debera 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 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 a empleado satisfactoriamente aguas que contenían 10,000 ppm de sulfatos de sodio.

•

Los carbonatos de calcio y de magnesio no son muy solubles en el agua y rara ves 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 e sulfato de magnesio deberán ser inferiores a 25,000 ppm

•

Las aguas freaticas naturales rara vez contienen mas de 20 a30 ppm de hierro; sin embargo, las aguas de mina acidas 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.

•

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 mas 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.

9. Almacenamiento El agua a emplearse en la preparación del concreto se almacenará, de preferencia, en tanques metálicos o silos. Se tomarán las precauciones que eviten su contaminación. No es recomendable almacenar el agua de mar en tanques metálicos.

39


10. Muestreo El muestreo del agua de mezclado se efectuará de acuerdo en lo indicado en la Norma NTP 339,070 ó ASTM D 75. Se tendrá en consideración que: a. En las especificaciones de la obra ( Expediente tecnico ) se indicara la frecuencia de

muestreo caso contrario es la Supervisión quien determinará la frecuencia de la toma de muestras. b. Las muestras remitidas al Laboratorio serán representativas del agua tal como será empleada. Una sola muestra de agua puede NO ser representativa si existen variaciones de composición en función del tiempo como consecuencia de las variaciones climáticas u otros motivos. c. Si se duda de la representatividad de la muestra, se deberán tomar muestras periódicas a distintas edades y días o, a la misma hora en distintos lugares, igualmente cuando se presume que haya variado la composición del agua.

d. Cada muestra tendrá un volumen mínimo de 5 litros, se envasarán en recipientes de plástico o vidrio incoloro, perfectamente limpios cerrados herméticamente. 11. Ensayos El agua se ensayará de acuerdo a lo indicado en la Norma NTP 339.088, iniciado el proceso de construcción podria ser necesario nuevos ensayos a intervalos regulares en los siguientes casos:

a. Las fuentes de suministro sean susceptibles de experimentar variaciones apreciables entre la estación seca y la húmeda. b. Exista la posibilidad que el agua de la fuente de abastecimiento pueda haber sido contaminada con un volumen excesivo de materiales en suspensión debido a una crecida anormal; o c. El flujo de agua disminuya al punto que la concentración de sales o materia orgánica en el agua pueda ser excesiva.

40


11.-Normas Tècnicas Peruanas para el agua del concreto Para el ensayo del agua se tendrán en consideración las siguientes Normas: NTP 339.070: Toma de muestras de agua para la preparación y curado de morteros y concretos de cemento Pórtland. NTP 339.071: Ensayo para determinar el residuo sólido y el contenido de materia orgánica de las aguas. NTP 339.072: Método de ensayo para determinar por oxidabilidad el contenido de materia orgánica

de las aguas. NTP 339.073: Método de ensayo para determinar el ph de las aguas. NTP 339.074: Método de ensayo para determinar el contenido de sulfatos de las aguas. NTP 339.075: Método de ensayo para determinar el contenido de hierro de las aguas. NTP 339.076: Método de ensayo para determinar el contenido de cloruros de las aguas.

41


AGREGADOS PARA EL CONCRETO

Profesora:

Ing. Ana Torre Carrillo Ingeniero Asistente del L.E.M.

42


CAPITULO 3: AGREGADOS PARA EL CONCRETO

1. Introducción Antiguamente se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas, la tecnología moderna establece que siendo este material el que mayor % de participación tendrá dentro de la unidad cúbica de concreto sus propiedades y características diversas influyen en todas las propiedades del concreto. La influencia de este material en las propiedades del concreto tienen efecto importante no sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad y consistencia al estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto endurecido. La norma de concreto E-060, recomienda que ha pesar que en ciertas circunstancias agregados que no cumplen con los requisitos estipulados han demostrado un buen comportamiento en experiencias de obras ejecutadas, sin embargo debe tenerse en cuenta que un comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza buenos resultados bajo otras condiciones y en diferentes localizaciones, en la medida de lo posible deberán usarse agregados que cumplan con las especificaciones del proyecto. 2.- Importancia Los agregados en el concreto ocupan alrededor de las tres cuartas partes del volumen , de ahí la justificación para su adecuada selección , ademas que agregados debiles podrìan limitar la resistencia d el concretopor otro parte son estos elemento los que proporcionan una estabilidad volumetrica al concreto y durabilidad. 3.- Definiciones 3.1. Agregado Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas de origen natural o artificial cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la NTP 400.011. Los agregados son la fase discontinua del concreto y son materiales que están embebi

dos en la pasta y que ocupan aproximadamente el 75% del volumen de la unidad cúbica de concreto. 43


3.2. Tamaño Máximo Corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado. 3.3. Tamaño Nominal Máximo Corresponde al menor tamiz en el cual se produce el primer retenido. 3.4. Módulo de Fineza Criterio Establecido en 1925 por Duff Abrams a partir de las granulometrías del material se puede intuir una fineza promedio del material utilizando la siguiente expresión: MF = ∑ % Acumulados retenidos

(1½”, ¾”, 3/8”, N°4, N°8, N°16, N°30, N°50 y N°100) 100

4.- Clasificación Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son: 4.1. Por su naturaleza Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en : agregado grueso, fino y hormigón ( agregado global). a. El agregado fino, se define como aquel que pasa el tamiz 3/8” y queda retenido en la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las

rocas. b. El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la

desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava. c. El hormigón, es el material conformado por una mezcla de arena y grava este material

mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la corteza terrestre y se emplea tal cual se extrae en la cantera. 4.2. Por su densidad Se pueden clasificar en agregados de peso especifico normal comprendidos entre 2.50 a 2.75, ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y agregados pesados cuyos pesos específicos son mayores a 2.75. 4.3. Por el Origen, Forma y Textura Superficial Por naturaleza los agregados tienen forma irregularmente geométrica compuestos aleatoriamente por caras redondeadas y angularidades. En términos descriptivos la forma de los agregados pueden ser:

44


• • • • •

Angular : Cuyos bordes estan bien definidos y formado por la intersecciòn de sus caras ( planas) ademas de poca evidencia de desgaste en caras y bordes. Sub angular : Evidencian algo de desgaste en caras y bordes, pero las caras estàn intactas. : Considerable desgaste en caras y bordes. Sub redondeada Redondeada : Bordes desgastados casi eliminados. Muy Redondeada : Sin caras ni bordes

Respecto de la textura superficial estas pueden ser: • Lisa • Aspera • Granular • Vìtrea • Cristalina La textura superficial depende de la dureza, tamaño del grano y las caracterìsticas de la roca original . La forma y la textura del material pueden influir altamente en la resistencia a la

flexiòn del concreto estas caracteristicas se deben controlar obligatoriamente en los concretos de alta resistencia . Tambien se puede afirmar que la forma y textura de las arenas influyen en los requerimientos de agua en el concreto . 4.4. Por el Tamaño del Agregado Según su tamaño, los agregados para concreto son clasificados en: • •

Agregados finos (arenas) y Agregados gruesos (piedras).

5.- Funciones del agregado El agregado dentro del concreto cumple principalmente las siguientes funciones: a. Como esqueleto o relleno adecuado para la pasta ( cemento y agua ), reduciendo el contenido de pasta en el metro cúbico. b. Proporciona una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas de desgaste o de intemperismo, que puedan actuar sobre el concreto. c. Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento, de humedecimiento y secado o de calentamiento de la pasta. Los agregados finos son comúnmente identificados por un número denominado Módulo de finura, que en general es más pequeño a medida que el agregado es más fino. La función de los agregados en el concreto es la de crear un esqueleto rígido y estable lo que se logra uniéndolos con cemento y agua (pasta). Cuando el concreto está fresco, la pasta también lubrica las partículas de agregado otorgándole cohesión y trabajabilidad a la mezcla. Para cumplir satisfactoriamente con estas funciones la pasta debe cubrir totalmente la superficie de los agregados Si se fractura una piedra, como se observa en la figura, se reducirá su tamaño y aparecerán 45


nuevas superficies sin haberse modificado el peso total de piedra. Por la misma razón, los agregados de menor tamaño tienen una mayor superficie para lubricar y demandarán mayor cantidad de pasta. En consecuencia, para elaborar concreto es recomendable utilizar el mayor tamaño de agregado compatible con las características de la estructura.

La textura del material, dice que tan lisa o rugosa es la superficie del material es una característica ligada ala absorción pues agregados muy rugosos tienen mayor absorción que los lisos además que producen concretos menos plásticos . 6.- Proceso de producción La producción de los agregados generalmente se realiza a cielo abierto,y se suelen seguir las siguientes actividades: •

Eliminación de las capas no expotables( rocas esteriles, degradadas, alteradas, cubierta vegetal etc).

•

Extracción de los materiales: -Extraccion de los materiales sin consolidar -Explotaciòn mixta.

•

Extracción de materiales consolidados: suele utilizarse materiales explosivos para lograr la fragmentacion de la roca los cuales son transportados después en dumpers o fajas transportadoras.

•

Transporte a la planta de tratamiento: generalmente se trata que las canteras se encuentren lo mas cerca posible a la obra de ser necesario el transporte este puede ser:mediante fajas transportadoras o con camiones y/o dumpers.

•

Tratamiento de los agregados: A fin de obtener los agrgados con las caracteristica d eseadas se pueden seguir las siguientes etapas:

•

El chancado o trituración , para disminuir el tamaño de las particulas empleando para ello equipos como chancadoras de mandibula, percusión ,giratorios , molinos de bolas u otros. 46


•

Intercalados entre la actividades de chancado se aparecen los equipos de clasificaciòn que nos permitiran seleccionsar las particulas de l material de acuerdo a sus tamaños separandolas entre las que pasan y las que no pasan .

•

Muchas veces va ser necesario lavar el material para eliminar el exceso de finos que puede alterar la adherencia del material asi como la rsistencia principalmente.

•

Almacenamiento y envio.

7.- Propiedades del Agregado 7.1. Propiedades físicas a. Densidad Depende de la gravedad específica de sus constituyentes sólidos como de la porosidad del material mismo. La densidad de los agregados es especialmente importante para

los casos en que se busca diseñar concretos de bajo o alto peso unitario. Las bajas densidades indican también que el material es poroso y débil y de alta

absorción. b. Porosidad La palabra porosidad viene de poro que significa espacio no ocupado por materia sólida en la partícula de agregado es una de las más importantes propiedades del

agregado por su influencia en las otras propiedades de éste, puede influir en la estabilidad química, resistencia a la abrasión, resistencias mecánicas, propiedades

elásticas, gravedad específica, absorción y permeabilidad. c. Peso Unitario Es el resultado de dividir el peso de las partículas entre el volumen total incluyendo los vacíos. Al incluir los espacios entre partículas influye la forma de acomodo de estos. el procedimiento para su determinación se encuentra normalizado en ASTM C 29 y NTP 400.017. Es un valor útil sobre todo para hacer las transformaciones de pesos a volúmenes y viceversa.por ejemplo para un agregado grueso pesos unitarios

altos significan que quedan muy pocos huecos por llenar con arena y cemento . d. Porcentaje de Vacíos Es la medida de volumen expresado en porcentaje de los espacios entre las partículas de agregados, depende del acomodo de las partículas por lo que su valor es relativo como en el caso del peso unitario. Se evalúa usando la siguiente expresión

recomendada por ASTM C 29 % vacios =

(SxW −

P.U.C.)x100 SxW

47


Donde: S = Peso especifico de masa W = Densidad del agua P.U.C. = Peso Unitario Compactado seco del agregado e. Humedad Es la cantidad de agua superficial retenida por la partícula, su influencia esta en la mayor o menor cantidad de agua necesaria en la mezcla se expresa de la siguiente

forma:

% humedad =

Peso natural − Peso o sec x100 Peso sec o

7.2. Propiedades Resistentes a. Resistencia La resistencia de los agregados dependen de su composición textura y estructura y la resistencia del concreto no puede ser mayor que el de los agregados; Si los granos de los agregados no están bien cementados unos a otros consecuentemente serán débiles.

La resistencia al chancado o compresión del agregado deberá ser tal que permita la resistencia total de la matriz cementante. La norma britanica establece un metodo para medir la resitencia a la compresión de los agregados utilizando cilindros de 25.4mm de diámetro y altura b. Tenacidad Esta característica esta asociada con la resistencia al impacto del material. esta directamente relacionada con la flexión, angularidad y textura del material c. Dureza Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la erosión abrasión o en general al desgaste. La dureza de las partículas depende de sus constituyentes . Entre las rocas a emplear en concretos éstas deben ser resistentes a procesos de abrasión o erosión y pueden ser el cuarzo, la cuarzita, las rocas densas de origen volcánico y las rocas silicosas. d. Módulo de elasticidad Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la deformación elástica, considerándosele como una medida de la resistencia del material a las deformaciones. El módulo elástico se determina en muy inusual su determinación en los agregados sin embargo el concreto experimentara deformaciones por lo que es razonable intuir 48


que los agregados también deben tener elasticidades acordes al tipo de concreto. El valor del modulo de elasticidad además influye en el escurrimiento plástico y las

contracciones que puedan presentarse. Tabla: Valores de módulos elásticos

Tipo de agregado

Módulo Elástico

GRANITOS

610000 kg/cm²

ARENISCAS

310000 kg/cm²

CALIZAS

280000 kg/cm²

DIABASAS

860000 kg/cm²

GABRO

860000 kg/cm²

7.3. Propiedades Térmicas a. Coeficiente de expansión Cuantifica la capacidad de aumento de dimensiones de los agregados en función de la temperatura, depende mucho de la composición y estructura interna de las rocas y varia significativamente entre los diversos tipos de roca. En los agregados secos es alrededor de un 10% mayor que en estado parcialmente saturado. Los valores oscilan normalmente entre 0.9 x 10 –6 a 8.9 x 10 –6 / °C. b. Calor específico Es la cantidad de calor necesaria para incrementar en un grado centígrado la temperatura. No varia mucho en los diversos tipos de roca salvo en el caso de

agregados muy ligeros y porosos. c. Conductividad térmica Es la mayor o menor facilidad para conducir el calor. Esta influenciada

básicamente por la porosidad siendo su rango de variación relativamente estrecho. Los valores usuales en los agregados son de 1.1 a 2.7 BTU/ pie.hr.°F d. Difusividad Representa la velocidad con que se pueden producir cambios térmicos dentro de una masa. se expresa como el cociente de dividir la conductividad entre el producto de calor especifico por la densidad. 7.4. Propiedades Químicas a. Reacción Alcali-Sílice Los álcalis en el cemento están constituidos por el Oxido de sodio y de potasio quienes en condiciones de temperatura y humedad pueden reaccionar con ciertos minerales , produciendo un gel expansivo Normalmente para que se produzca esta 49


reacción es necesario contenidos de álcalis del orden del 0.6% temperaturas ambientes de 30°C y humedades relativas de 80% y un tiempo de 5 años para que

se evidencie la reacción . Existen pruebas de laboratorio para evaluar estas reacciones que se encuentran definidas en ASTM C227, ASTM C289, ASTM C-295 y que permiten obtener

información para calificar la reactividad del agregado. b. Reacción Alcali-carbonatos Se produce por reacción de los carbonatos presentes en los agregados generando sustancias expansivas , en el Perú no existen evidencias de este tipo de reacción . Los procedimientos para la evaluación de esta característica se encuentran normalizados en ASTM C-586. 8.- Normas Y Requisitos de los Agregados Para el Concreto 8.1. Requisitos Obligatorios -

Granulometría

Los agregados finos y grueso según la norma ASTM C-33, Y NTP 400.037

deberán cumplir con las respectivamente.

GRADACIONES establecidas en la NTP 400.012,

Tabla: Requisitos granulométricos para el agregado grueso Tamaño Nominal 90 mm a 37.5 mm

% Pasa por los tamices normalizados 100mm

90mm

( 4” )

( 3½” )

100

--

--

90 a 100 --

100

90 a 100

70

--

--

--

100

90 a

( 3½” a 1½” ) 63 mm a 37.5 mm

75mm

63mm

50mm

37.5mm

25mm

19mm

12.5mm

9.5mm

4.75mm

2.36mm

1.18mm

( 3” )

( 2½” )

( 2” )

( 1½” )

( 1” )

( ¾” )

( ½” )

( 3/8” )

( N°4 )

( N°8 )

( N°16 )

--

0 a 15

--

0a5

--

--

--

--

--

0a5

--

--

--

--

--

0a5

--

--

--

--

10 a 30

--

0a5

--

--

0a5

--

--

--

10 a

0a5

--

--

--

--

--

--

--

60

( 2½” a 1½” ) 50 mm a 25 mm

( 2” a 1” ) 50 mm a 4.75 mm

--

--

25 a

--

100

( 2” a N°4 ) 37.5 mm a 19 mm

--

--

--

--

--

--

--

--

35 a 0 a 15

--

100

35 a 70

95 a 100

--

0 a 15 35 a

100

90 a 100

100

95 a 100

--

100

90 a 100

100

90 a 100

100

95 a 100

( 1½” a ¾” ) 37.5mm a 4.75mm

( 1½” a N°4 ) 25 mm a 12.5 mm

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

( 1” a ½” ) 25 mm a 9.5 mm

( 1” a 3/8” ) 25 mm a 4.75 mm

( 1” a N°4 ) 19 mm a 9.5 mm

--

( ¾” a 3/8” ) 19 mm a 4.75 mm

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

70 20 a 55

100

100

( ¾” a N°4 ) 12.5mm a 4.75mm

--

--

0 a 15 35 a 70 20 a

( 3/8” a N°8 )

0 a 10

0a5

85 --

10 a 40 25 a 65

0 a 15 --

0a5 0 a 10

0a5 --

90 a 100

20 a 55

90 a 100

--

100

90 a 100

--

50

30

55 40 a

( ½” a N°4 ) 9.5mm a 2.38mm

---

--

0 a 15 20 a

0a5

55 40 a

0 a 10

0a5

70

0 a 15

0a5

---

---

100

85 a

1

0

0

1

0

a

30

0 a 10

0a5


Tabla: Requisitos granulométricos para el agregado fino Límites % Pasa por los tamices normalizados Totales C M F

Tamiz 9.5 mm ( 3/8” ) 4.75 mm ( N°4 ) 2.38 mm

( N°8 ) 1.20 mm

( N° 16 ) 0.60 mm

( N° 30 ) 0.30 mm

( N° 50 ) 0.15 mm

( N° 100 )

100

100

100

100

89 – 100

95 – 100

85 – 100

89 – 1000

65 – 100

80 – 100

65 – 100

80 – 100

45 – 100

50 – 85

45 – 100

70 – 100

25 – 100

25 – 60

25 – 80

55 – 100

5 – 70

10 – 30

5 – 48

5 – 70

0 – 12

2 – 10

0 – 12*

0 – 12*

* Incrementar 15% cuando se trata de agregado fino triturad, excepto cuando se usa para pavimentos de alta resistencia

Nota: Se permite el uso de agregados que no cumplan con las gradaciones especificadas, siempre y cuando existan estudios calificados a satisfacción de las partes, que aseguren que el

material producirá concretos con la calidad requerida Además del tamaño máximo también es importante que la cantidad de granos de menor tamaño esté bien balanceada en la composición total del agregado. Los agregados con falta de ésos tamaños tienen una mayor cantidad de espacios vacíos entre sus partículas y puestos en el concreto requerirán mas cantidad de pasta. Además, en dichos concretos la piedra tiende a separarse con mayor facilidad. Para evitar estas situaciones, la Norma establece curvas granulométricas entre las que debe quedar comprendido el agregado a usar en el concreto. -

Sustancias dañinas

Se prescribe también que las sustancias dañinas, no excederán los porcentajes máximos siguientes:

Agregados Descripción Fino

Grueso

Partículas deleznables

3%

5%

Material más fino que el tamiz No 200

5%

1%

Carbón y lignito

0.5

0.5%

51


-

Materia Orgánica

El agregado fino que no demuestre presencia nociva de materia orgánica cuando se determine conforme el ensayo colorimétrico de ( Impurezas Orgánicas) de carácter cualitativo, se deberá considerar satisfactorio. Mientras que el agregado fino que no cumpla con el ensayo anterior, podrá ser usado si al determinarse impurezas orgánicas, la resistencia a compresión medida a

los 7 días no es menor de 95%. 8.2. Requisitos Complementarios Los agregados que serán utilizados en concretos de fć = 210 Kg/cm² de resistencia de diseño y mayores, así como los utilizados en pavimentos deberán cumplir además de los requisitos obligatorios, los siguientes:

a. El Indice de espesor Índice de espesor del agregado grueso no será mayor de 50 en el caso de agregado natural de 35 para grava triturada. Es conocido que los agregados de forma plana, es decir con dos dimensiones preponderantes, originan concretos difícilmente trabajables y de baja compacidad. La norma establece una relación de límite entre el grosor (G) y el espesor (E)

b. Resistencia Mecánica La resistencia mecánica del agregado, determinada conforme a la norma NTP correspondiente, será tal que los valores no excedan a los siguientes: Tipo de Resistencia Mecánica

% Máximo

Abrasión ( Método de los Angeles )

50

Impacto

30

La especificación de forma, nueva en nuestro medio, recoge los estudios realizados en Estados Unidos y en Europa (donde ésta característica es normalizada), confrontando además la experiencia nacional. c. Granulometría del agregado fino Deberá corresponder a la gradación “C” de la tabla, se permitirá el uso de agregado que no cumpla con la gradación siempre y cuando existan estudios calificados a satisfacción de las partes que aseguren que el material producirá concreto de la calidad requerida. 52


d. Inalterabilidad del Agregado ( Durabilidad) El agregado utilizado en concreto y sujeto a la acción de las heladas deberá cumplir además de los requisitos obligatorios, el requisito de resistencia a la desintegración , por medio de

soluciones saturadas de sulfato de sodio o sulfato de magnesio. La pérdida promedio de masa después de 5 ciclos no deberá exceder de los siguientes valores: % máximo de pérdida de masa ( 5 ciclos ) Solución utilizada

Agregado Fino

Agregado Grueso

Sulfato de Sodio

10 %

12 %

Sulfato de Magnesio

15 %

18 %

8.3. Requisitos Opcionales El agregado utilizado en concreto sujeto permanentemente a la humedad o en contacto con suelos húmedos, no deberá contener sustancias dañinas que reaccionen químicamente con los

álcalis del cemento, por cuanto producen expansiones excesivas en el concreto. En caso de estar presente tales sustanciales, el agregado puede ser utilizado con cementos que puedan tener menos del 0,6% de álcalis calculados como óxido de sodio (Na2O + 0,658

K2O), con el añadido de un material que prevenga la expansión dañina debido ala reacción álcali-agregado.

La reacción álcali-agregado es un problema común en Estados Unidos, lo que ha originado

importantes investigaciones al respecto. Sin embargo en nuestro país pocas veces se han registrado estos casos. De presumirse la presencia de sales solubles en el agregado en especial al tratarse de lugares vecinos al mar, descargas de afluentes industriales, etc. el agregado para concreto deberá cumplir con los siguientes límites admisibles expresados en porcentaje total en peso, referidos a resultados obtenidos en ambos agregados. Contenido de sulfatos en:

Valores Máximos

Concreto pretensado

0.02% (200 ppm)

Concreto Armado

0.06% (600ppm)

Para proteger al acero de la corrosión en el concreto armado pretensado, los reglamentos estipulan un máximo de ión cloro como suma total de todos los componentes (agua, agregados y cementos). El código del ACI especifica el porcentaje, (en peso del cemento), del

máximo ión de cloro como suma de todos los componentes: 53

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C. % EN PESO MÁXIMO DEL IÓN CLORURO

TIPO DE CONCRETO

Concreto pretensazo

0.06%

Concreto armado expuesto a cloruros

0.15%

Concreto armado seco y protegido

1%

Otras construcciones de concreto armado

0.3%

El equivalente de arena del agregado utilizado en concretos de f’c = 210 Kg/cm²de resistencia de diseño o mayores así como los utilizados en pavimentos de concreto deberá ser igual o mayor a 75. Para otros concretos, el equivalente de arena será igual o mayor 65. Este método es una opción con respecto al requisito del material mas fino que pasa el tamiz N°. 200, en especial cuando los muy finos no tienen carácter perjudicial. El ensayo fue desarrollado por el Laboratorio de Caminos del Estado de California, tiene en la actualidad aplicación internacional. La prueba consiste en agitar cierta cantidad de arena en una probeta con una solución de lavado defloculante, dejando reposar la mezcla. El valor del equivalente de la arena se calcula con la expresión:

ES = 100

Siendo:

H 1

H1

H

2

H2

H = Altura del sediemto H = Altura total 1

2

8.4 El agregado global ( NTP 400.037 ) La norma contiene un apéndice y a manera de información acerca de husos granulométricos considerados óptimos, para los proporcionamientos de finos y gruesos en el diseño de mezclas, dentro de los cuales se pueden obtener concretos trabajables y compactos. Esta información tiene carácter de orientación y en ningún caso es prescriptiva. El agregado global es aquel material compuesto de agregado fino y grueso, cuya granulometría cumple con los límites dados en la siguiente tabla:

54


Porcentaje en peso que pasa

Tamiz

Tamaño nominal 37.5 mm (1 ½ in)

Tamaño nominal 19.0 mm ( ¾ in)

Tamaño nominal 9.5 mm (3/8 in)

50 mm ( 2” )

100

---

---

37.5 mm ( 1 ½” )

95 a 100

100

---

19 mm ( ¾” )

45 a 80

95 a 100

---

12.5 mm ( ½” )

---

---

100

9.5 mm ( 3/8” )

---

---

95 a 100

4.75 mm (No 4)

25 a 50

35 a 55

30 a 65

2.36 mm (No 8)

---

---

20 a 50

1.18 mm (No 16)

---

---

15 a 40

o

8 a 30

10 a 35

10 a 30

o

---

---

5 a 15

0 a 8*

0 a 8*

0 a 8*

600 µm (N 30) 300 µm (N 50) o

150 µm (N 100)

* Incrementar a 10% para los finos de roca triturada.

9.- Criterios a tener en cuenta 9.1. Canteras En algunos casos corresponderá al contratista la ubicación y selección de las canteras de agregados disponibles en la zona, esta deberá incluir estudios geológicos, petrográficos, composición mineral del material propiedades físicas, resistentes, costo de operación, rendimiento, potencialidad, accesibilidad etc. Estas canteras seleccionadas deberán ser aprobadas por la inspección previa presentación de certificados de ensayos en laboratorio. En la búsqueda y selección de la cantera el ingeniero debe tener en cuenta sobre la ubicación, cantidad de agregado requerido el tamaño máximo a ser empleado y las características

generales de construcción, asimismo debe estar informado sobre los efectos que sobre las propiedades del concreto tienen la granulometría, las características físicas y la composición del agregado. El laboratorio seleccionado para la evaluación de las propiedades de los agregados deberá contar con equipos calibrados, y conocer de los procedimientos normalizados. La selección y aprobación final de la cantera será hecha por el inspector previa presentación por el contratista de los certificados de un Laboratorio Oficial. Mediante el estudio cuidadoso y selección adecuada de las canteras a ser utilizadas ,el proyectista podrá conocer que agregados existen o pueden ser disponibles en la zona de trabajo y la conveniencia o no de su utilización. 55


9.2. Especificaciones para la compra Se incluirá la información necesaria en la orden de compra en la medida que sea conveniente: Incluir las Normas correspondientes Referir si la orden de compra es para agregado grueso, fino u hormigón. Cantidad en Toneladas o metros cúbicos. Si la orden es para agregado fino: La especificación granulométrica Restricciones para los materiales reactivos El límite para el material que pasa la malla N° 200, sino se indica deberá ser 3%. El límite para carbón y lignito, sino se indica se deberá aplicar máximo el 1%. Si la orden es para agregado grueso: La granulometría y el huso Restricciones sobre material reactivo Sino no se especifica acerca de la inalterabilidad del agregado cualquiera podrá ser empleada. El peso deberá ser determinado incluyendo la humedad al momento del transporte no

se deberá añadir agua al momento de la carga. 9.3. Especificaciones Técnicas de los agregados Los agregados a utilizar en la obra deberán cumplir las especificaciones técnicas que aseguren la calidad final de la obra. Aquellos agregados que no cumplan algunos requisitos podrán ser empleados siempre que se demuestre con pruebas de laboratorio o experiencia en obra que se

pueden producir concretos de la calidad especificada. Los requisitos que deben cumplir los agregados para uso en concreto se encuentran

estipulados en ASTM C33 así como en NTP 400.037. Los agregados que van estar sometidos a humedecimiento, exposición prolongada a atmósferas húmedas, o en contacto con suelos húmedos no deberán tener ningún material que

sea potencialmente reactivo con los álcalis del cemento a fin de evitar expansiones. El ensayo de estabilidad de volumen se recomienda para agregados que van a ser empleados en concretos sometidos a procesos de congelación y deshielo. Aquellos agregados que no pasen esta prueba podrán ser usados sólo demostrando que un concreto de características similares en la zona tiene un registro de servicio satisfactorio en esas condiciones de

intemperismo. Asimismo es necesario utilizar agregados con contenido de sales solubles totales en

porcentajes menores del 0.015% en peso del cemento. 56


9.3.1. Respecto al Agregado fino Debe estar compuesto de partículas limpias de perfil angular duras y compactas libre de materia orgánica u otras sustancias dañinas. Debe estar graduado dentro de los límites dados en los requisitos obligatorios. El módulo de fineza debe estar entre 2.3 a 3.1 Deberá estar libre de materia orgánica, que es determinado mediante el ensayo

indicado en ASTM C 40 ,si no cumple con esta especificación puede ser utilizado siempre que realizado el ensayo de compresión a los 7 días de morteros preparados con arena sana y otros con la arena en cuestión la resistencia no sea menor del 95% . 9.3.2. Respecto al Agregado grueso Estará conformado de fragmentos cuyos perfiles sean preferentemente angulares o semiangulares, limpios, duros, compactos, resistentes y de texturas preferentemente

rugosas y libres de material escamoso o partículas blandas. La resistencia a la compresión del agregado no será menor de 600 kg/cm² Estará graduado dentro de los límites especificados en la tabla de requisitos obligatorios. El tamaño máximo del agregado a tomar será: -

1/5 de la menor dimensión entre caras de encofrados ó 1/3 de la altura de las losas ó 3/4 del espacio libre mínimo entre varillas individuales de refuerzo.

Para el caso de ser necesario el lavado del material este debe hacerse con agua libre de materia orgánica, sales o sólidos en suspensión. 9.3.3. Respecto al Hormigón Es una mezcla natural en proporciones arbitrarias de agregados fino y grueso, deberá estar libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas blandas o escamosas sales, álcalis materia orgánica u otras sustancias dañinas para el concreto. El hormigón podrá emplearse en concretos simples o armados de resistencias en compresión de hasta 140 kg/cm² a los 28 días y el contenido mínimo de cemento será de 255 Kg/m³. El hormigón será transportado y almacenado tal que se garantice la no contaminación con materiales que podrían reaccionar con el cemento generando cambios de comportamiento. 9.4. Transporte Durante el transporte del material se deberá garantizar: -

La pérdida de finos será mínima. Mantener la uniformidad. 57


-

No se producirá contaminación con sustancias extrañas. No se producirá rotura o segregación importante en ellos. 9.5. Contaminación

La mayoría de los agregados presentan algún grado de contaminación, los elementos perjudiciales a tener en cuenta son las partículas muy finas que exigirán agua en exceso en la mezcla, las partículas débiles o inestables que actúan sobre la hidratación del cemento,

excesos en estas características pueden ser eliminados mediante procesos de lavado. 9.6. Almacenamiento en obra El material que durante su almacenamiento en obra se deteriora o contamina no deberá

emplearse en la preparación del concreto. Los agregados se almacenarán o apilarán de manera de impedir la segregación de los mismos, su contaminación con otros materiales, o su mezclado con agregados de diferente granulometría o características. Para garantizar que esta condición se cumpla deberá realizarse ensayos, en el punto de dosificación, a fin de certificar la conformidad con los requisitos de limpieza y granulometría. La zona de almacenamiento deberá ser lo suficientemente extensa y accesible para facilitar a el acomodo y traslado del agregado al sitio de mezclado. Las pilas de agregado se tomarán por capa? horizontales de no filas de un metro de espesor. Estas capas deberán tener facilidad para drenar o fin de obtener un contenido de humedad relativamente uniforme. ' 9.7. Ensayo de los materiales La Inspección podrá ordenar, en cualquier etapa de la ejecución del proyecto, ensayos de certificación de la calidad de cualquiera de los materiales empleados. El ensayo del cemento y los agregados se realizará de acuerdo a las Normas NTP ó ASTM correspondientes. El ensayo del agua se efectuará de acuerdo a la Norma NTP 339.088. Estos se efectuarán en un Laboratorio autorizado por la Inspección. Los resultados de los ensayos se anotarán en el Registro anexo al Cuaderno de Obras; debiendo estar una copia a disposición de la Inspección hasta la finalización de la obra. Los resultados de los ensayos forman parte de los documentos entregados al propietario con el Acta de Recepción de Obra.

58


ADITIVOS PARA EL CONCRETO

Expositor:

Ing. Rafael Cachay Huamán Ingeniero Asistente del L.E.M.

59


CAPITULO 4: ADITIVOS PARA EL CONCRETO 1. DEFINICIÓN Un aditivo es definido, tanto por el Comité 116R del ACI como por la Norma ASTM C 125, como “un material que no siendo agua, agregado, cemento hidráulico, o fibra de refuerzo, es empleado como un ingrediente del mortero o concreto, y es añadido a la tanda

inmediatamente antes o durante su mezclado”. Nuestra Norma tecnica peruana NTP 339.086 define a los aditivos como sustancias añadidas a los componentes fundamentales del concreto con el propòsito de modificar alguna de sus

propiedades . Los aditivos se añaden a las mezclas de concreto generalmente durante el proceso de mezclado con el propòsito de: Modificar una o algunas de sus propiedades NTP, a fin de permitir que sean más adecuados para el trabajosolicitado. Mejorar su trabajabilidad facilitando su proceso de colocación. Posibilitar el rendimiento en la elaboración, transporte,y puesta en obra del concreto.: Logrars mayor economía y mejores resultados, por cambios en la composición o proporciones de la mezcla. 2. CONDICIONES DE EMPLEO Los aditivos utilizados deberán cumplir con los requisitos de las Normas ASTM o NTP correspondientes. Su empleo deberá estar indicado en las especificaciones del proyecto, o ser aprobado por la Supervisión. La norma establece para cada uno de los aditivos requisitos para comprobar las modificaciones aportadas por el aditivo en las siguientes propiedades del concreto: •

Cantidad de agua

•

Tiempo de fragua

•

Resistencia a compresión

•

Resistencia a flexiòn

•

Deformación por contracción

•

Inalterabilidad ( durabilidad)

Indicàndonos en cada caso valores minimos esperados según la clasificaciòn o tipo de aditvo que se este usando.

60


Para al caso de los aditivos incorporadores de aire este es obligatorio en concretos que, en cualquier etapa de su vida, pueden estar expuestos a temperaturas ambiente menores de 0°C.

En otros casos, el empleo de estos aditivos es opcional ya criteruio del especialista. 3. RAZONES DE EMPLEO Entre las principales razones de empleo de aditivos, para modificar las propiedades del

concreto fresco, se puede mencionar: Reducción en el contenido de agua de la mezcla,que trae como consecuencia ahorro en la cantidad de cemento para una misma relaciòn a/c ( caso de los plastificantes y superplastifcantes). Se logra obtener algunas propiedades en el concreto de manera mas efectiva que utilizando otros medios. Incremento en la trabajabilidad sin modificación del contenido de agua; o disminución del contenido de agua sin modificación de la trabajabilidad. Reducción, incremento o control del asentamiento Aceleración o retardo del tiempo de fraguado inicial. Modificación de la velocidad y/o magnitud de la exudación Reducción o prevención de la segregación; o desarrollo de una ligera expansión Mejora en la facilidad de colocación y/o bombeo de las mezclas. Aegurar la calidad de concreto durante las etapas de mezclado ,transporte, colocaciòn y curado del concreto. Entre las principales razones de empleo de los aditivos para modificar las propiedades de los concretos, morteros o lechada endurecidos se puede mencionar: Retardo en el desarrollo del calor de hidratación o reducción en la magnitud de éste durante el endurecimiento inicial Aceleración en la velocidad de desarrollo de la resistencia inicial y/o final del concreto y en el incremento de la misma. Incremento en la durabilidad (resistencia a condiciones severas de exposición). Disminución de la permeabilidad del concreto Control de la expansión debida a la reacción álcali-agregados; Incremento en las adherencias acero-concreto; y concreto antiguo-concreto fresco Incremento en las resistencias al impacto y/o la abrasión Control de la corrosión de los demonios metálicos embebidos en el concreto Producción de concretos o morteros celulares Producción de concretos o morteros coloreados. 4. CONSIDERACIONES EN EL EMPLEO DE ADITIVOS Los aditivos deben cumplir con los requisitos de las Normas seleccionadas y las especificaciones de obra, debiendo prestarse especial atención a las recomendaciones del fabricante y/o distribuidor del aditivo. Las siguientes normas ASTM cubren los tipos o clases de aditivos de uso corriente:

61


-

Aditivos incorporadores de aire (ASTMC 260) Aditivos reductores de agua y controladores de fragua (ASTMC 494) Cloruro de Calcio (ASTM D 98) Aditivos a ser empleados en la producción de concretos muy sueltos (ASTM C 1017)

Considerado cuando se evalúa la acción del aditivo, los beneficios resultantes, y los mayores costos debidos a su empleo, en el análisis económico del empleo de un aditivo se debe

considerar: -

-

El costo de utilizar un ingrediente extra y el efecto de ello sobre los costos de puesta

en obra del concreto Los efectos económicos del aditivo sobre la trabajabilidad y consistencia del concreto; así como sobre la magnitud y velocidad de ganancia de resistencia La posibilidad de emplear procedimientos menos costosos, o diseños más avanzados Todos aquellos aspectos que puedan justificar el mayor costo del concreto debido al empleo del aditivo.

5. CLASIFICACIÓN No es fácil clasificar los aditivos, debido a que ellos pueden ser clasificados genéricamente o con relación a los efectos característicos derivados de su empleo; pueden modificar más de una propiedad del concreto; así como a que los diversos productos existentes en el mercado no cumplen las mismas especificaciones. Adicionalmente debe indicarse que los aditivos comerciales pueden contener en su composición materiales los cuales, separadamente podrían ser incluidos en dos o más grupos, o podrían ser cubiertos por dos o más Normas ASTM o recomendaciones ACI. De acuerdo a la Norma ASTM C 494, los aditivos se clasifican en: TIPO A: Reductores de agua. TIPO B: Retardadores de fragua. TIPO C: Acelerantes. TIPO D: Reductores de agua-retardadores de fragua. TIPO E: Reductores de agua - acelerantes. TIPO F: Super Reductores de agua. TIPO G: Super Reductores de agua - acelerantes.

Existen otros tipos de clasificaciones de aditivos de acuerdo a los efectos de su empleo o a los tipos de materiales constituyentes. La Recomendación ACI 212 clasifica a los aditivos en los siguientes grupos: -

Acelerantes, los cuales tienen por finalidad incrementar significativamente al desarrollo inicial de resistencia en compresión v/o acortar el tiempo de fraguado. Deberán cumplir con los requisitos de las Normas ASTM C 494 ó C 1017, o de las Normas NTP 339.086 ó 339.087. 62


-

Incorporadotes de aire, los cuales tienen por objetivo mejorar el comportamiento del concreto frente a los procesos de congelación y deshielo que se producen en sus poros capilares cuando el está saturado y sometido a temperaturas bajo 0 °C. Estos aditivos deberán cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339.086 ó de la Norma ASTM C

260. Retienen intencionalmente burbujas microscòpicas de aire esta inclusión mejorara la durabilidad de los concretos que estan expuestos a los ciclos de congelación y deshielo , mejorando tambien la trabajabilidad del concreto en estado fresco , reduciendo la

sesgregaciòn y exudación ; las burbujas incorporadas son diminutas y se encuentran distribuidas uniformemente en toda la mezcla, generalmente estos aditivos se agregan directamente a la mezcla conjuntamente con el agua de mezclado. -

Reductores de agua y reguladores de fragua, son empleados con la finalidad de reducir los requisitos de agua de la mezcla requerida para producir un concreto con cierto asentamiento , tambien permiten reducir la relaciòn agua cemento o para aumentar el asentamiento , los reductores de agua tìpico reducen el contenido de agua de 5% a 10% ; los reductores de agua conocidos como de alto rango reducen el contenido de agua de 12% a 30%(Superplastificantes ) ; tambien permite modificar las condiciones de fraguado de la misma, o ambas. Dependiendo de su composición quimica estoa aditivos pueden disminuir , incrementar o no tener ningun efecto en la exudaciòn Deberán cumplir con los requisitos de las Normas NTP 339.086 ó 339.087, o de las Normas ASTM C 494 ó C 1017.

-

Aditivos minerales, ya sean cementantes o puzolánicos, los cuales tienen por finalidad mejorar el comportamiento al estado fresco de mezclas deficientes en partículas muy finas y, en algunos casos, incrementar la resistencia final del concreto. Las puzolanas y las cenizas deberán cumplir con los requisitos de la Norma ASTM C 618. Las escorias de alto homo finamente molidas y las microsílices deberán cumplir con los requisitos de la Norma ASTM C 989. A los aditivos de este grupo en la actualidad se les considera como adiciones.

-

Generadores de gas, tienen por finalidad controlar los procesos de exudación y asentamiento mediante la liberación de burbujas de gas en la mezcla fresca.

-

Aditivos para inyecciones, tienen por finalidad retardar el tiempo de fraguado en cimentaciones especiales en las que las distancias de bombeo son muy grandes.

-

Productores de expansión, tienen por finalidad minimizar los efectos adversos de la contracción por secado del concreto.

-

Ligantes, tienen por única finalidad incrementar las propiedades ligantes de mezclas mediante la emulsión de un polímero orgánico.Es decir consisten en emulsiones de

agua de materiales orgànicos entre los que se incluyen al cloruro de vinilo, el acetato de polivinilo, alos acrílicos, a los copolìmeros de butadieno estireno, y a otros polymeros . Se puede agregar al concreto para incrementar su adherencia por ejemplo entre un concreto nuevo y uno viejo , la resistencia a la flexiòn se ve mejorada, generalmente se suele utilizar en proporciones de 5 a 20 % del peso del cemento . 63


-

Ayudas para bombeo, tienen por finalidad mejorar la facilidad de bombeo del concreto por incremento de la viscosidad del agua de la mezcla.

-

Colorantes, tienen por finalidad producir en el concreto el color deseado sin afectar las propiedades de la mezcla.Los pigmentos para estos aditivos se encuentran

especificados en ASTM C 979 y normalmente el peso de estos pigmentos no debe exceder del 10% del peso del cemento . Antes de utilizarse alguno de estos aditivos debera probarse su firmeza de color contra la luz solar y con autoclave , su estabilidad quìmica con el cemento y los efectos que pudiera ocasionar en las propiedades del concreto. -

Floculantes, tienen por finalidad incrementar la velocidad de exudación y disminuir el volumen de ésta, al mismo tiempo que reducen el flujo e incrementan la cohesividad y rigidización inicial de la mezcla.

-

Fungicidas, Insecticidas y germicidas, finalidad inhibir o controlar el crecimiento de bacterias y hongos en pisos y paredes en el interior o en la superficie del concreto endurecido . Los mas usados son los fenoles polihalogenadosa, las emulsiones de dieldrin, y los compuestos de cobre .En dosis elevadas pueden afectar la resistencia del concreto negativamente.

-

Impermeabilizantes, los cuales tienen por finalidad contribuir a controlar las filtraciones a través de las grietas, reduciendo la penetración del agua, en un concreto no saturado, desde el lado húmedo al lado seco. Los agentes impermeabilizantes reducen la velocidad a la cual se trasmite agua a presion a traves del concreto . Uno de los mejores mètodos para incrementar la impermeabilidad consiste en aumentar la cantidad de cemento y reducir la relaciòn agua/ cemento a menos de 0.5 . Algunas adiciones minerales como el humo de sílice, reducen la permeabilidad por medio del proceso de hidratación y de reacción puzolànica.

-

Reductores de permeabilidad, los cuales tienen por finalidad reducir la velocidad con la cual el agua puede circular a través de un elemento de concreto saturado, bajo una gradiente hidráulica mantenida externamente.

-

Controladores de la reacción álcali-agregado, los cuales tienen por finalidad reducir, evitar o controlar la reacción entre los álcalis del cemento y elementos que puedan estar presentes en los agregados reactivos.

-

Inhibidores de la corrosión, los cuales tienen por finalidad inhibir, retardar o reducir la corrosión del acero de refuerzo y elementos metálicos embebidos en el concreto. La naturaleza alcalina del concreto PHmayor a 12.5 forma una película protectora alrededor del acero sin embargo la presencia de cloruros provenientes del agua , agregados, aditivos pueden destruir esta película iniciandose el proceso de corrosiòn por la formación de herrumbre o oxido de fierro que es un proceso expansivo pudiendo llegar a expandirse hasta cuatro veces su volumen original produciendo descascaramiento en el concreto y pudiendo quedar reducida la secciòn del acero la velocidad de corrosion puede quedar influida por la humedad , la resistividad electrica del concreto. Estos aditivos inhibidores retienen el proceso de dorrosiòn químicamente 64


el mas comúnmente utilizado es el nitrito de calcio que bloque la corrosiòn de los iones cloruro estabilizando la película . Otros mètodos para reducir la corrosiòn incluyen el uso de aceros de refuerzo recubiertos con epòxicos ,tratamientos de superficie, sobrecapas de concreto y

protecciòn catòdica. -

Superplastificantes, también conocidos como aditivos reductores de agua de alto rango se encuentran especificados en ASTM c494 y ASTM C 1017, los cuales tienen por finalidad reducir en forma importante el contenido de agua del concreto manteniendo una consistencia dada y sin producir efectos indeseables sobre el fraguado. Se agregan a los concretosa de agua / cemento bajos a normales para producir concretos fluidos de alto asentamiento.Estos concretos son muy fluidos y

trabajables pueden ser colocados con poca o ninguna vibraciòn o compactaciòn Igualmente se emplean para incrementar el asentamiento sin necesidad de aumentar el contenido de agua de la mezcla.entre las principales aplicaciones de estos aditivos tenemos: o Colocaciòn de concreto en secciones delgadas o Estructuras con alta densidades de aceros y espaciamientos cercanos o Concretos bajo el agua o Concreto bombeable para disminuir la presiòn de la bomba o Incrementando la distancia de bombeo Como ejemplo se puede indicar que con la adiciòn de un aditivo superplastificante de 3” de asentamiento se puede lograr un incremento en el asentamiento hasta de 9”. 6. REQUISITOS DE LA NORMA La norma establece para cada uno de los aditivos mencionados, los requisitos para comprobar las modificaciones aportadas por un aditivo sobre alguna de las siguientes propiedades del concreto:

a. b. c. d. e. f.

Requerimiento de agua. Tiempo de fraguado. Resistencia a la compresión. Resistencia a la flexión. Deformación por contracción. Inalterabilidad (durabilidad)

La evaluación de estas características se efectúa por comparación con los resultados obtenidos con un concreto de similar composición y características pero sin aditivos, que se denomina concreto de control o concreto patrón. Los métodos de ensayo están especificados en la norma. La tabla N° 1 determina los valores que deben ser aplicados en cada caso.

65


Tabla N°1: Requisitos para los aditivo según la Norma ASTM C494 Tipo A

Tipo B

Tipo C

Tipo D

Tipo E

Tipo F

TipoG

Reductor – agua

Retardador

Acelerador

Reductor de agua

Reductor de agua

Reductor de agua

Reductor de

95

--

95

88

88

No menos de...

--

1:00 después

1:00 antes

1:00 después

1:00 antes

--

1:00 después

No más de...

1:00 antes pero no 1:30 después

3:30 después

3:30 antes

3:30 después

3:30 antes


3:30 después

--

--

1:00 antes

--

1:00 antes

--

--


3:30 después

--

3:30 después

--


3:30 después

-110 110 110 100 100

-90 90 90 90 90

-125 100 100 90 90

-110 110 110 100 100

-125 110 110 100 100

140 125 115 110 100 100

125 125 115 110 100 100

100 100 100

90 90 90

110 100 90

100 100 10ü

110 100 100

110 100 100

110 100 100

135

135

135

135

135

135

135

0.010

0.010

0.010

0.010

0.010

0.010

0.010

80

80

80

80

80

80

80

Contenido de agua, % del control Desviación permisible respecto

-- 95

Fraguado inicial:

Fraguado final: No menos de...

No más de... Resistencia a la compresión mínima % con respecto al b

1díat l 3 días 7 días 28 días 6 meses 1 año Resistencia a la flexión mínima %, con respecto al control 3 días 7 días 28 días Cambio de longitud, máxima contracción

(requisitos alternativos) Porcentaje de control Aumento con respecto al control c

Factor de durabilidad relativa mínima d

Notas: a. Los valores de la tabla incluyen la tolerancia para las variaciones normales en los resultados de los ensayos. El objeto de requisitos de un 90% de resistencia a la compresión para los aditivos Tipo B es

b.

exigir un nivel de comportamiento comparable al concreto de referencia. La resistencia a la compresión y a la flexión del concreto que contiene el aditivo bajo ensayo a cualquier edad, no debe ser menor que el 90 % de la obtenida en cualquier ensayo a edad previa. El objeto de este límite es garantizar que la resistencia a la comprensión o flexión del concreto que

c.

d.

contiene el aditivo bajo ensayo, no disminuya con el tiempo. Requisitos alternativos. El porcentaje del límite de control en la mezcla de referencia se aplica cuando el cambio en la longitud del control es 0,030% o mayor; el aumento con respecto al control se aplica cuando el cambio en la longitud del control es menor que 0,030%. Este requisito se aplica únicamente cuando el aditivo se utiliza en concreto con aire incorporado, el cual puede estar expuesto a condiciones de congelamiento y descongelamiento cuando esta húmedo.

66


7. NIVELES EN EL CONTROL DE CALIDAD a. Nivel 1: Durante la etapa de aprobación inicia], la prueba del cumplimiento de los requisitos de desempeño, definidos en a tabla N°1, demuestra que el aditivo cumple los requisitos de la norma. Los ensayos de uniformidad y equivalencia se deben llevar

a cabo de modo que den resultados con los cuales se puedan realizar comparaciones. b. Nivel 2: Los reensayos de propiedades físicas y desempeño pueden ser solicitados a intervalos por el comprador. Las pruebas de cumplimiento de los requisitos de la

Tabla N°1, demuestra la continua uniformidad del aditivo con los requisitos de la norma. c. Nivel 3: Para la aceptación de un lote o para medir la uniformidad dentro de los lotes o entre los mismos, cuando lo especifique el comprador, se deberán utilizar los ensayos de uniformidad y equivalencia por residuo sólido, peso especifico y análisis infrarrojo. 8. DE LOS ENSAYOS DE UNIFORMIDAD Los ensayos de uniformidad y equivalencia, se realizarán sobre la muestra inicial y se deberán guardar los resultados como referencia para compararlos con los obtenidos en los ensayos de muestras tomadas de cualquier parte del lote o de los lotes subsiguientes del aditivo suministrado para uso en la obra. Cuando el comprador lo especifique, la uniformidad de un lote o la equivalencia de diferentes lotes de la misma fuente, se deberá establecer mediante la aplicación de los siguientes procedimientos y requisitos: a. Análisis Infrarrojo: Los espectros de absorción de la muestra inicial y de la muestra de ensayo deben ser esencialmente similares. La norma recomienda un procedimiento de ensayo. b. Residuo mediante secado en horno de aditivos líquidos: Los residuos secados en el horno de la muestra inicial y de las muestras subsiguientes deben estar dentro de un intervalo de variación no mayor que 5%. c. Residuo mediante secado en horno de aditivos no líquidos: Los residuos secados en el horno de la muestra inicial y de las muestras subsiguientes deben estar dentro de un intervalo de variación no mayor que 4%. d. Peso específico: Cuando se realiza el ensayo, el peso específico en las muestras subsiguientes de ensayo no deberá diferir del peso específico de la muestra inicial en más del 10% de la diferencia entre el peso especifico de la muestra inicial y la del agua reactiva a la misma temperatura. En algunos casos, pueden resultar inapropiados algunos de estos procedimientos. Al efecto, se pueden establecer otros requisitos para uniformidad y equivalencia de lote a lote, o dentro de un mismo lote, previo acuerdo entre el comprador y el fabricante.

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9. OTROS REQUERIMIENTOS DE ENSAYO El comprador puede exigir un reensayo limitado para confirmar el cumplimiento actual del aditivo con los requisitos de la norma. Tal reensayo limitado cubrirá las propiedades físicas y el desempeño del aditivo. El reensayo de las propiedades físicas consistirá en ensayos de uniformidad y equivalencia por análisis infrarrojo, residuo mediante secado en homo y peso específico. El reensayo de propiedades de desempeño consistirá en el contenido de agua del concreto fresco, tiempo de fraguado y resistencia a la compresión a 3 días, 7 días y 28 días. A petición del comprador, el fabricante deberá establecer por escrito que el aditivo proporcionado para utilizar en obra es idéntico, en todos sus aspectos esenciales, incluyendo la concentración- al aditivo ensayado con base en esta norma. Cuando se vaya a utilizar el aditivo en concreto pretensado el fabricante deberá certificar por escrito el contenido de ión cloro del aditivo y si éste ha sido agregado o no durante su fabricación.

10. ALMACENAMIENTO DE LOS ADITIVOS Los aditivos se almacenarán siguiendo las recomendaciones del fabricante a fin de evitar la

contaminación, evaporación y deterioro de estos, para esto se tendrá en cuenta los siguientes aspectos: a. b. c.

Los aditivos líquidos serán protegidos del congelamiento o cambios de temperatura que puedan afectar sus características. No deberán ser almacenados por un periodo mayor a 6 meses desde la fecha del último ensayo de aceptación, debiéndose evaluar su calidad entes del empleo. No se utilizarán aditivos deteriorados, contaminados o aquellos cuya fecha de vencimiento se haya cumplido.

11. EMBALAJE Y ROTULADO Cuando se suministra el aditivo en envases o en contenedores, se debe rotular claramente el nombre del fabricante del aditivo, el tipo, de acuerdo con la norma y el peso neto o volumen. Se debe proporcionar información similar en los informes que acompañan los envíos de aditivos a granel. a. Los valores de la tabla incluyen la tolerancia para las variaciones normales en los resultados de los ensayos. El objeto de requisitos de un 90% de resistencia a la compresión para los aditivos Tipo B es exigir un nivel de comportamiento comparable 68


al concreto de referencia. b. La resistencia a la compresión y a la flexión del concreto que contiene el aditivo bajo ensayo a cualquier edad, no debe ser menor que el 90 % de la obtenida en cualquier ensayo a edad previa. El objeto de este límite es garantizar que la resistencia a la comprensión o flexión del concreto que contiene el aditivo bajo ensayo, no disminuya con el tiempo. c. Requisitos alternativos. El porcentaje del límite de control en la mezcla de referencia se aplica cuando el cambio en la longitud del control es 0,030% o mayor; el aumento con respecto al control se aplica cuando el cambio en la longitud del control es menor que 0,030%. d. Este requisito se aplica únicamente cuando el aditivo se utiliza en concreto con aire incorporado, el cual puede estar expuesto a condiciones de congelamiento y descongelamiento cuando está húmedo.

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EL CONCRETO

Expositor:

Ing. Ana Torre Carrillo Ingeniero Asistente del L.E.M. 70


CAPITULO 5: EL CONCRETO 1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS Se conoce que los egipcios usaron el yeso calcinado para dar al ladrillo o a las estructuras de piedra una capa superficial lisa. Al mismo tiempo en Grecia antigua, una aplicación similar

de piedra caliza calcinada fue utilizada por los Griegos antiguos.

Los Romanos antiguos utilizaron con frecuencia el ladrillo partido como agregado en una mezcla de cal con polvo del ladrillo o cenizas volcánicas. Construyeron una variedad amplia de estructuras, caminos, templos,

palacios y acueductos. También utilizaron losas de concreto en muchas de sus estructuras públicas grandes, como el Coliseo y el Partenón. El concreto también fue utilizado en la pared de la defensa que abarca Roma, en caminos y en los acueductos que todavía existen hoy. Para aligerar el peso de estructuras enormes, encajonaron a menudo tarros de barro vacíos en las paredes. También utilizaron barras de metal como refuerzos en el concreto cuando fueron construidos techos estrechos sobre callejones. En 1774, John Smeaton, uno de los grandes ingenieros del siglo XVIII, observó que al combinar la cal viva con otros materiales creaba un material extremadamente duro que se podría utilizar para unir juntos otros materiales. Él utilizó este conocimiento para construir la primera estructura de concreto, construyó el faro de Eddystone en Inglaterra. Los faros anteriores en este punto habían sido destruidos por las tormentas y el sitio estaba expuesto a la extrema fuerza del mar. En 1816, el primer puente de concreto (no reforzado) fue construido en Souillac, Francia. En 1825 el primer concreto moderno se produjo en América y fue utilizado en la construcción del canal de Erie. Se utilizó el cemento hecho de la "cal hidráulica" encontrada en los condados de Madison en Nueva York Primero llamado “La zanja de Clinton", el canal de Erie se puso en servicio en 1825. El éxito comercial fue atribuido al hecho de que el costo de mantenimiento de los pasos de 71


concreto era muy bajo. El volumen del concreto usado en su construcción hizo del proyecto de construcción de concreto más grande de sus días. En 1897, Sears Roebuck inicia la comercialización de barriles de "Cemento, natural en $1,25

por barril y el artículo cemento Pórtland , importado en $3,40 por barril de 50 galones. En 1902 August Perret diseñó y construyó un edificio de apartamentos en París que usa las aplicaciones qué él llamó "sistema trabeated para el concreto reforzado". Fue estudiado y también imitado ampliamente y además influenció profundamente la construcción en

concreto por décadas. En

1905, Frank

Lloyd

inició

la

construcción del templo de la Unidad en Oak Park, Illinois. Tomando tres años para terminarlo, diseñó la estructura con

cuatro caras idénticas tal que su costoso encofrado se pudiera utilizar múltiples veces.

En 1914, se inició la construcción del Canal de Panamá, el cual fue abierto en más de 30 años de construcción a un costo de $347 millones. Los desafíos de ingeniería encontrados fueron enormes. Las condiciones geológicas difíciles, la obtención de las materias primas necesarias y mano de obra, más la enorme escala del equipo requirieron la innovación ilimitada.

En 1921, se construyeron los vastos y parabólicos hangares de dirigibles en el aeropuerto de Orly en París. Los hangares extensos de los dirigibles de Eugene Freyssinet (comenzados en 1916) fueron construidos de costillas parabólicas pretensadas. La forma permitió la más grande y posible fuerza estructural para el enorme

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volumen necesario para contener los dirigibles. La naturaleza incombustible del concreto fue el factor principal que convenció al equipo de Orly a que aprobara el diseño altamente inusual.

En 1933, la Penitenciaría de Alcatraz fue abierta. Los primeros internos fueron la cuadrilla de trabajo de la prisión que la construyó. Esta prisión federal en la isla de Alcatraz fue terminada por el ejército en 1933 y se convirtió oficialmente en una Penitenciaría en 1934. El agregado para el concreto en muchos de los edificios es ladrillo machacado de la prisión militar.

En 1973, Se inauguró la Casa de Ópera en Sydney, Australia. Sus distintivos picos de concreto se convirtieron rápidamente en un símbolo para la ciudad. La línea dramática de la azotea en la Casa de Ópera es una perdurable imagen de Australia. Las múltiples áreas de presentaciones dentro de los picos son reconocidas por sus exquisitas calidades acústicas. En 1982, la línea química de productos de concreto de Symons se amplía con la introducción de desbloqueadores líquidos, compuestos para curar, selladores de acrílico y endurecedores. En 1993, el Museo John F. Kennedy en Boston fue terminado. La dramática estructura de concreto y cristal fue diseñada por el reconocido arquitecto I. M. Pei. El museo por sí mismo es una estructura dramáticamente angular de cristal verde y concreto blanco que se aprovecha del inclinado terreno costero con dramáticas vistas del mar y de la ciudad.

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2. DEFINICION El concreto es un material de uso común, o convencional y se produce mediante la mezcla de tres componentes esenciales, cemento, agua y agregados, a los cuales eventualmente se incorpora un cuarto componente que genéricamente se designa como aditivo. Al mezclar estos componentes y producir lo que se conoce como concreto, se introduce de manera simultánea un quinto participante representado por el aire.

La mezcla intima de los componentes del concreto convencional produce una masa plástica que puede ser moldeada y compactada con relativa facilidad; pero gradualmente pierde esta característica hasta que al cabo de algunas horas se torna rígida y comienza a adquirir el aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, para convertirse finalmente en el material mecánicamente resistente que es el concreto endurecido. el concreto convencional en estado fresco, es un conjunto de fragmentos de roca, globalmente definidos como agregados, dispersos en una matriz viscosa constituida por una pasta de cemento de consistencia plástica. Esto significa que en una mezcla así hay muy poco o ningún contacto entre las partículas de los agregados, característica que tiende a permanecer en el concreto ya endurecido. Las características físicas y químicas de este material están definidas por las características de sus componentes.

3. IMPORTANCIA Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso ,sin embargo si bien en su calidad final depende en forma importante del conocimiento profundo del material asi como del profesional , las posibilidades de uso del concreto son cada dia mayores pudiendo en la actualidad ser utilizados para una amplia variedad de propósitos . 4. INGREDIENTES DEL CONCRETO El concreto fresco es una mezcla semilíquida de cemento portland, arena (agregado fino), grava o piedra triturada (agregado grueso) y agua. Mediante un proceso llamado hidratación, las partículas del cemento reaccionan químicamente con el agua y el concreto se endurece y se convierte en un material durable. Cuando se mezcla, se hace el vaciado y se cura de manera apropiada, el concreto forma estructuras sólidas capaces de soportar las temperaturas extremas del invierno y del verano sin requerir de mucho mantenimiento. El material que se utilice en la preparación del concreto afecta la facilidad con que pueda vaciarse y con la que se le pueda dar el acabado; también influye en el tiempo que tarde en endurecer, la resistencia que pueda adquirir, y lo bien que cumpla las funciones para las que fue preparado. 74


Además de los ingredientes de la mezcla de concreto en sí misma, será necesario un encofrado y refuerzo de acero para construir estructuras sólidas. El encofrado generalmente se construye de madera y puede hacerse con ella desde un sencillo cuadrado hasta formas más complejas, dependiendo de la naturaleza del proyecto. El acero reforzado puede ser de alta o baja resistencia, características que dependerán de las dimensiones y la resistencia que se requieran. El concreto se vacía en los encofrados con la forma deseada y después la superficie

se alisa y se le da el acabado con diversas texturas.

5. CEMENTANTES EN GENERAL Los cementantes que se utilizan para la fabricación del concreto son hidráulicos, es decir, fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua, aún estando inmersos en ella, característica que los distingue de los cementantes aéreos que solamente fraguan y endurecen en contacto con el aire. Los principales cementantes hidráulicos son las cales y cementos hidráulicos, algunas escorias y ciertos materiales con propiedades puzolánicas. De acuerdo con el grado de poder cementante y los requerimientos específicos de las aplicaciones, estos cementantes pueden utilizarse en forma individual o combinados entre si. Al referirse específicamente al concreto convencional, como se emplea en la construcción, resultan excluidas las cales hidráulicas, por lo cual solo consideramos los cementos, las escorias, los materiales puzolánicos y sus respectivas combinaciones. Por otra parte, bajo la denominación genérica de cementos hidráulicos existen diversas clases de cemento con diferente composición y propiedades, en cuya elaboración intervienen normalmente las materias primas. El cemento es uno de los ingredientes que se usan en él. Sus primeros usos datan de los inicios de 1800 y, desde entonces, el cemento portland se ha convertido en el cemento más usado en el mundo. Su inventor le dio ese nombre porque el concreto ya curado es del mismo color que una piedra caliza que se obtiene cerca de Portland, Inglaterra. Este tipo de cemento es una mezcla de caliza quemada, hierro, sílice y alúmina, y las fuentes más comunes donde se pueden obtener estos materiales son el barro, la piedra caliza, esquisto y mineral de hierro. Esta mezcla se mete a un horno y se pulveriza hasta convertirlo en un fino polvo, se empaca y se pone a la venta. Existen cinco tipos de cemento portland, cada uno con características físicas y químicas

diferentes. Consecuentemente con ello, el comportamiento mecánico de este material y su durabilidad en servicio dependen de tres aspectos básicos: a.

Las características, composición y propiedades de la pasta de cemento, o matriz cementante, endurecida.

b.

La calidad propia de los agregados, en el sentido más amplio.

c.

La afinidad de la matriz cementante con los agregados y su capacidad para trabajar en 75


conjunto. En el primer aspecto debe contemplarse la selección de un cementante apropiado, el empleo de una relación agua/cemento conveniente y el uso eventual de un aditivo necesario, con todo lo cual debe resultar potencialmente asegurada la calidad de la matriz cementante.

RECOMENDACIÓN PARA EL ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO

El cemento utilizado en la fabricación de hormigón debe estar totalmente seco y suelto, y no debe presentar grumos de fraguado anticipado. Para asegurar buenas condiciones en el cemento, debe ser almacenado en un sitio cubierto, seco, con ventilación apropiada que se puede conseguir mediante vigas de madera colocadas

sobre el piso y un entablado superior que evite el contacto con el piso de los sacos de cemento colocados encima. Los sacos de cemento no deben conformar pilas de más de 10 unidades de altura para evitar el fraguado por presión. Deben proveerse mecanismos de almacenamiento que permitan la rotación adecuada del cemento, para conseguir que el producto más antiguo siempre esté accesible para su utilización inmediata, lo que se suele lograr mediante un apropiado diseño de la circulación dentro de la bodega. Como alternativa puede utilizarse cemento a granel en lugar de cemento en sacos, el que debe ser almacenado en silos protegidos contra la humedad (silos herméticos). El cemento a granel puede llegar a ser entre un 20% y un 25% más económico que el cemento en saco, pero requiere de procesos de control de la cantidad de cemento empleada en obra. En cuanto a la calidad de los agregados, es importante adecuarla a las funciones que debe desempeñar la estructura, a fin de que no representen el punto débil en el comportamiento del 76


concreto y en su capacidad para resistir adecuadamente y por largo tiempo los efectos consecuentes de las condiciones de exposición y servicio a que esté sometido. Finalmente, la compatibilidad y el buen trabajo de conjunto de la matriz cementante con los agregados, depende de diversos factores tales como las características físicas y químicas del cementante, la composición mineralógica y petrográfica de las rocas que constituyen los agregados, y la forma, tamaño máximo y textura superficial de éstos. De la esmerada atención a estos tres aspectos básicos, depende sustancialmente la capacidad potencial del concreto, como material de construcción, para responder adecuadamente a las acciones resultantes de las condiciones en que debe prestar servicio. Pero esto, que sólo representa la previsión de emplear el material potencialmente adecuado, no basta para obtener estructuras resistentes y durables, pues requiere conjugarse con el cumplimiento de previsiones igualmente eficaces en cuanto al diseño, especificación, construcción y mantenimiento de las propias estructuras.

6. REQUISITOS DE LAS MEZCLAS Las mezclas de concreto deberán cumplir con los siguientes requisitos básicos: -

-

La mezcla recién preparada deberá tener la trabajabilidad, consistencia y cohesividad que permitan su adecuada colocación en los encofrados .Esta mezcla deberá estar libre de segregación y tener exudación mínima. La mezcla endurecida deberá tener las propiedades especificadas en función del uso que se va a dar a la estructura. El costo de la unidad cúbica de concreto endurecido deberá ser el mínimo compatible con la calidad deseada.

7. COMPOSICIÓN DEL CONCRETO El concreto endurecido se compone de: La pasta y El agregado 7.1 LA PASTA La pasta de cemento (cemento más agua), por su parte, llena los espacios libres entre partículas de áridos, y durante el proceso de fraguado genera cristales hidratados que unen químicamente las partículas de agregados. La formación de estos cristales es una reacción química exotérmica (genera calor) que siempre requiere de agua para que tenga lugar, siendo mucho más intensa la reacción (la creación de los cristales cohesivos) en los primeros días posteriores a la fabricación del hormigón, y luego va disminuyendo progresivamente en su intensidad con el tiempo. Normalmente, dentro del hormigón, una parte del cemento no alcanza a combinarse con el agua, por lo que permanece como cemento no hidratado.

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Comprende a cuatro elementos fundamentales: •

• • •

El Gel, nombre con el que se conoce al producto resultante de la reacción química e hidratación del cemento. Para asegurar que las reacciones de fraguado continúen, a partir del endurecimiento inicial del hormigón (que normalmente se produce en las primeras doce horas después del mezclado), se requiere dotar continuamente de agua de curado al hormigón, la que sirve para reponer el agua de amasado evaporada por el calor emanado como producto de las reacciones químicas. Los poros incluidos en ella El cemento hidratado si lo hay Los cristales de hidróxido de calcio, o cal libre que pueden haberse formado durante la hidratación del cemento.

7.1.1 Funciones de la pasta • • • •

Contribuir a dar las propiedades requeridas al producto endurecido Separa las partículas del agregado Llenar los vacíos entre las partículas de agregado y adherirse fuertemente a ellas. Proporcionar lubricación a la masa cuando esta aun no ha endurecido.

7.1.2 Propiedades de la pasta Las propiedades de la pasta dependen: • • •

Las propiedades físicas y químicas del cemento Las proporciones relativas de cemento y agua en la mezcla El grado de hidratación del cemento dado por la efectividad de la combinación química entre este y el agua.

7.1.3 Influencia de la pasta de concreto •

El comportamiento del concreto como material de construcción está directamente influenciado por las características de la pasta y las propiedades finales de las mismas ; sin desconocer el papel del agregado en las características finales del concreto. 78


•

Para un cemento dado, las características y porosidad de la pasta dependen fundamentalmente de la relación agua cemento y del grado de hidratación del cemento, siendo mejores las propiedades del concreto y menor su porosidad cuanto mas baja es la relación agua cemento de una mezcla trabajable y cuanto mayor es el grado de hidratación del cemento.

7.2 EL GEL Se define como gel a la parte sólida de la pasta la cual es el resultado de la reacción química del cemento con el agua durante el proceso de hidratación.

El gel es una aglomeración porosa de partículas sólidamente entrelazadas en su mayoría escamosas o fibrosas el conjunto de las cuales forma una red eslabonada que contiene

material mas o menos amorfos. En su composición el gel comprende: La masa cohesiva de cemento hidratado en su

estado de pasta mas densa, el hidróxido de calcio cristalino y los poros gel. El gel desempeña el papel más importante en el comportamiento del concreto especialmente en sus resistencia mecánicas y elasticidad, donde intervienen dos clases de adherencia cohesivas; Atracción física y adherencia química. 7.3 HIDRATACION Y CURADO DEL CONCRETO 7.3.1 Hidratación Se define como hidratación al proceso de reacción química del cemento en presencia del agua. La hidratación requiere de presencia de humedad condiciones de curado favorables y tiempo.

7.3.2 Curado Se define como tiempo de curado al periodo durante el cual el concreto es mantenido en condiciones de humedad y temperatura tales como para lograr la hidratación del cemento en la magnitud que se desea para alcanzar la resistencia seleccionada. 7.4 POROSIDAD DE LA PASTA Existen vacíos denominados poros los cuales no contienen materia sólida aunque bajo determinadas circunstancias algunos podrían estar totalmente llenos de agua. Se pueden clasificar en cuatro categorías definidas por el origen, tamaño promedio o ubicación, los poros pueden ser: • • •

Poros por aire atrapado Poros por aire incorporado Poros capilares 79


•

Poros Gel. 7.4.1 Poros por aire atrapado

Durante el proceso de mezclado una pequeña cantidad de aire del orden del 1% es aportada por los materiales y queda atrapada en la masa del concreto , no siendo eliminada por los procesos de mezclado ,colocación o compactación .éstos espacios que

este aire forma en la masa de concreto son parte inevitable de toda pasta.y contribuyen a la disminución en la resistencia y durabilidad del concreto , varían en tamaños desde aquellos que son perceptibles a simple vista hasta aquellos de un centmetro o mas de diámetro .

7.4.2 Poros por aire incorporado Por razones de incremento en la durabilidad del concreto se puede incorporar intencionalmente aire mediante el empleo de aditivos químicos, minúsculas burbujas de aire las cuales se conocen como poros de aire incorporado. Las burbujas de aire incorporado son de perfil esférico con valores promedio de 0.10 mm su volumen puede ocupar hasta más del 5% . La razón principal del empleo de burbujas incorporadas es que este sistema de poros

espaciados permite un incremento significativo de la durabilidad del concreto al crear un gran número de cámaras en las que se puede congelar el agua presente en los poros capilares evitando que las tensiones por expansión contribuyan a agrietar el concreto.

7.4.3 Poros capilares Se define como poros capilares a los espacios originalmente ocupados por el agua en el concreto fresco, los cuales en el proceso de hidratación del cemento no han sido ocupados por el gel. El gel solo puede desarrollarse en los espacios originalmente llenos de agua. Por tanto si la relación agua-cemento es alta o el curado es pobre la cantidad de espacios ocupables por el gel será durante el proceso de hidratación quedando los espacios residuales en la condición de poros capilares. La importancia de estos poros radica en: • •

Conforme aumentan, disminuyen las resistencias mecánicas de la pasta endurecida. Aumentan la porosidad, permeabilidad y capacidad de absorción de la pasta.

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8. CLASIFICACION 8.1 Por el peso específico: -

Ligero, cuyo Peso Unitario se encuentre entre 1200 – 2000 Kg/m3. Normal, cuyo Peso Unitario se encuentre entre 2000 – 2800 Kg/m3. Pesado, cuyo Peso Unitario se encuentre entre >2800 Kg/m3.

8.2 Según su aplicación: -

Simple: Concreto sin ninguna armadura. Buena resistencia a compresión. Armado: Con acero. Buena resistencia a compresión y a flexión. Pretensado: Resistencia a tracción: viguetas. Postensado: Resistencia a tracción: se introducen fundas.

8.3 Por su composición: -

Ordinario. Ciclopeo: con áridos de 50 cm. Cascotes: Hormigón de desechos y ladrillos. Inyectado: en un molde el ágregado y le metemos la pasta árido >25 mm. Con aire incorporado: en el hormigón se le inyecta aire >6% V. Ligero: 1,2 –2 = 2 N/mm2 Pesado: áridos de densidad muy grande.. Refractario: resistente a altas temperaturas (cemento de aluminato cálcico), etc.

8.4 Por su resistencia: -

Convencional: 10% agua,15% cemento, 35% arena, 40% grava. De alta resistencia: 5% agua, 20% cemento, 28% arena, 41% grava, 2% adiciones, 2% aditivos.

9. PROPIEDADES DEL CONCRETO

9.1 En estado fresco El Concreto en estado fresco es desde que se mezcla el concreto hasta que fragua el cemento. El Comportamiento Reologico del concreto fresco depende de: -

Relación agua / cemento. Grado de hidratación. Tamaño de partículas. mezclado. 81


-

Temperatura.

a.

La Trabajabilidad

Es la facilidad que tiene el concreto para ser mezclado, manipulado y puesto en obra, con los medios de compactación del que se disponga. La trabajabilidad depende de: -

Dimensiones del elemento. Secciones armadas. Medios de puesta en obra.

Habrá una mayor trabajabilidad cuando: b.

contenga más agua. Más finos. Agregados redondeados. Más cemento. Fluidificantes / plastificantes. Adiciones.

Repercute en la resistencia (Baja).

Consistencia.

Denominamos consistencia a la mayor o menor facilidad que tiene el hormigón fresco para

deformarse o adaptarse a una forma especifica. La consistencia depende: -

Agua de amasado. Tamaño máximo del agregado. Granulometría. Forma de los agregados influye mucho el método de compactación.

Tipos de Consistencia: -

SECA – Vibrado enérgico. PLÁSTICA – Vibrado normal. BLANDA – Apisonado. FLUIDA – Barra. Tabla: Consistencia / asentamiento ASIENTO CONSISTENCIA (cm)

0–2 3–5 6–9 10 – 15

SECA PLÁSTICA BLANDA FLUIDA

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TABLA DE TOLERANCIAS CONSISTENCIA

SECA PLÁSTICA BLANDA FLUIDA c.

TOLERANCIA (cm)

INTERVALO

0 ±1 ±1 ±1

0–2 3–5 6–9 10 – 15

Homogeneidad y uniformidad.

Homogeneidad: es la cualidad que tiene un concreto para que sus componentes se distribuyan regularmente en la masa. Uniformidad: se le llama cuando es en varias amasadas. Esta depende: -

Buen amasado. Buen transporte. Buena puesta en obra.

Se pierde la homogeneidad por tres causas: -

Irregularidad en el mezclado. Exceso de agua. Cantidad y tamaño máximo de los agregados gruesos.

Esto provoca: d.

Segregación: separación de los áridos gruesos y finos. Decantación: los áridos gruesos van al fondo y los finos se quedan arriba. Compacidad.

Es la relación entre el volumen real de los componentes del hormigón y el volumen

aparente del hormigón. No se tiene en cuenta el aire ocluido. 9.2. En estado endurecido A. Características físico-químicas. a. Impermeabilidad. El concreto es un sistema poroso y nunca va a ser totalmente impermeable. Se entiende por permeabilidad como la capacidad que tiene un material de dejar pasar a través de sus

poros un fluido. 83


Para lograr una mayor impermeabilidad se pueden utilizar aditivos impermeabilizantes asi como mantener una relación agua cemento muy baja. La permeabilidad depende de: -

Finura del cemento. Cantidad de agua. Compacidad.

La permeabilidad se corrige con una buena puesta en obra. b. Durabilidad. Depende de los agentes agresivos, que pueden ser mecánicos, químicos o físicos. Los que más influyen negativamente son: -

Sales. Calor. Agente contaminante. Humedad.

El efecto producido es un deterioro: -

Mecánico. Físico. Circunstancias que afectan a la durabilidad. Mecánicas Vibraciones, sobrecargas, impactos, choques. Físicas

Oscilaciones térmicas, ciclos de hielo y deshielo, fuego, causas higrométricas.

Químicas

Contaminación atmosférica, aguas filtradas, terrenos agresivos.

Biológicas Vegetación o microorganismos. c. Resistencia térmica. -

Bajas temperaturas – Hielo / deshielo (deterioro mecánico). Altas temperaturas >300º C.

B. Características mecánicas. a. Resistencia a compresión. La resistencia a la compresión del concreto normalmente se la cuantifica a los 28 días de vaciado el concreto, aunque en estructuras especiales como túneles y presas, o cuando se

emplean cementos especiales, pueden especificarse tiempos menores o mayores a 28 días.

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En túneles es bastante frecuente utilizar la resistencia a los 7 días o menos, mientras en presas se suele utilizar como referencia la resistencia a los 56 días o más. La resistencia del concreto se determina en muestras cilíndricas estandarizadas de 15 cm de diámetro y 30 cm. de altura, llevadas hasta la rotura mediante cargas incrementales

relativamente rápidas. b. Resistencia a flexión Generalmente su valor corresponde a 10% de la resistencia en compresión del concreto de un determinado f’c, esta propiedad nos sirve para diseñar estructuras que estarán cargadas y en el

que en muy importante conocer esta propiedad.

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DISEÑO DE MEZCLAS

Expositor:

Ing. Ana Torre Carrillo Ingeniero Asistente del L.E.M.

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CAPITULO 6: DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO 1. INTRODUCCIÓN El diseño de mezclas, consiste en aplicar técnicamente los conocimientos sobre sus componentes para obtener requerimientos particulares del concreto requerido en el Proyecto u Obra. Como se sabe el Diseño de Mezclas de Concreto ha estado enfocado muy a menudo de acuerdo a las “Normas” que debiera cumplir cada elemento del diseño, pero estas Normas están enfocadas a un cierto número de condiciones especificas que muchas veces, van en contra de las nuevas circunstancias que se generan en el desarrollo de la Tecnología del Concreto a nivel mundial. En la actualidad una variedad de Métodos de Diseño de Mezclas Normalizados, pero que solamente se usan en circunstancias que necesitamos un certificado que nos dé un organismo a nivel nacional para fines administrativos y técnicos de las obras. El Método Tradicional como sabemos especifica que al mezclar el cemento, el agua, el aire atrapado, el agregado (arena y piedra y/o agregado grueso y agregado fino) y en algunos casos aditivos, obtendremos finalmente un sólo material El CONCRETO. Pero observamos que los agregados son parte del concreto y por lo tanto no tenemos por que separarlos en su estudio, pero podemos ver sus propiedades independientemente para un mejor control de ellos. El Módulo de Finura Global está relacionado con los agregados, si logramos que los agregados del concreto cumplan con las especificaciones técnicas necesarias, entonces nosotros podemos lograr que el concreto pueda ser mezclado por varios equipos mecánicos: mezcladora, trompo, mixer u otros, y podemos colocarlo mediante carretillas, canaletas, cubetas y bombeo, para lo cual solo cambiamos el Módulo de Finura del Agregado Global y podemos optimizar las propiedades que nosotros queremos, sabiendo que el concreto debe cumplir con las propiedades que sean necesarias para un tipo particular de obra, y además sus propiedades intrínsecas en estado fresco como son su trabajabilidad, su peso unitario, su exudación, su fluidez, etc. y en estado endurecido como son su resistencia, su durabilidad, su elasticidad, etc. y su economía a corto y largo plazo. Actualmente los concretos que comúnmente se están utilizando son las que tienen relaciones a/c que nos proporcionarán resistencias a compresión del concreto que varían desde f’c de 140, 175 y 210 Kg/cm² normalmente, esporádicamente concretos con resistencia f’c de 245, 280, 315 Kg/cm² y rara vez concreto de f’c de 350, 385, 420 o más, estos últimos utilizando muchas veces aditivo.

87


2. DEFINICIÓN La selección de las proporciones de los materiales integrantes de la unidad cúbica de concreto, es definida como el proceso que, en base a la aplicación técnica y práctica de los conocimientos científicos sobre sus componentes y la interacción entre ellos, permite lograr

un material que satisfaga de la manera más eficiente y económico los requerimientos particulares del proyecto constructivo. El concreto es un material heterogéneo, el cual está compuesto por material aglutinante como el cemento Pórtland, material de relleno (agregados naturales o artificiales), agua, aire naturalmente atrapado o intencionalmente incorporado y eventualmente aditivos o adiciones, presentando cada uno de estos componentes propiedades y características que tienen que ser evaluadas así como aquellas que pueden aparecer cuando se combinan desde el momento del mezclado 3. CONSIDERACIONES Y/O CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS En necesario enfocar el concepto del diseño de mezcla para producir un buen concreto tan económico como sea posible, que cumpla con los requisitos requeridos para el estado fresco (mezclado, transporte, colocación, compactado y acabado, etc.) y en el estado endurecido (la resistencia a la compresión y durabilidad, etc.). En general, se piensa que todas las propiedades del concreto endurecido están asociadas a la resistencia y, en muchos casos, es en función del valor de ella que se las califica. Sin embargo, debe siempre recordarse al diseñar una mezcla de concreto que muchos factores ajenos a la resistencia pueden afectar otras propiedades. Es usual suponer que el diseño de mezclas consiste en aplicar ciertas tablas y proporciones ya establecidas que satisfacen prácticamente todas las situaciones normales en las obras, lo cual está muy alejado de la realidad, ya que es en esta etapa del proceso constructivo cuando resulta primordial la labor creativa del responsable de dicho trabajo y en consecuencia el criterio personal. Finalmente debemos advertir que la etapa de diseño de mezclas de concreto representa sólo el inicio de la búsqueda de la mezcla más adecuada para algún caso particular y que esta necesariamente deberá ser verificada antes reconvertirse en un diseño de obra. Conseguir una mezcla con un mínimo de pasta y volumen de vacíos o espacios entre partículas y consecuentemente cumplir con las propiedades requeridas es lo que la tecnología del concreto busca en un diseño de mezclas. Antes de dosificar una mezcla se debe tener conocimiento de la siguiente información: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

Los materiales. El elemento a vaciar, tamaño y forma de las estructuras. Resistencia a la compresión requerida. Condiciones ambientales durante el vaciado. Condiciones a la que estará expuesta la estructura. 88


4. PARÁMETROS BÁSICOS EN EL COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO 4.1. La trabajabilidad Es una propiedad del concreto fresco que se refiere a la facilidad con que este puede ser mezclado, manejado, transportado, colocado y terminado sin que pierda su homogeneidad (exude o se segregue). El grado de trabajabilidad apropiado para cada estructura, depende del tamaño y forma del elemento que se vaya a construir, de la disposición y tamaño del refuerzo y de los métodos de colocación y compactación. Los factores más importantes que influyen en la trabajabilidad de una mezcla son los siguientes: -

La gradación, la forma y textura de las partículas Las proporciones del agregado La cantidad del cemento El aire incluido Los aditivos y la consistencia de la mezcla.

Un método indirecto para determinar la trabajabilidad de una mezcla consiste en medir su consistencia o fluidez por medio del ensayo de asentamiento con el cono de Abrams. El requisito de agua es mayor cuando los agregados son más angulares y de textura áspera (pero esta desventaja puede compensarse con las mejoras que se producen en otras características, como la adherencia con la pasta de cemento). 4.2. La resistencia La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica más importante de un concreto, pero otras como la durabilidad, la permeabilidad y la resistencia al desgaste son a menudo de similar importancia. 4.3. Durabilidad El concreto debe poder soportar aquellas exposiciones que pueden privarlo de su capacidad de servicio tales como congelación y deshielo, ciclos repetidos de mojado y secado, calentamiento y enfriamiento, sustancias químicas, ambiente marino y otras. La resistencia a algunas de ellas puede fomentarse mediante el uso de ingredientes especiales como: -

-

Cemento de bajo contenido de álcalis, puzolanas o agregados seleccionados para prevenir expansiones dañinas debido a la reacción álcalis - agregados que ocurre en algunas zonas cuando el concreto esta expuesto a un ambiente húmedo Cementos o puzolanas resistentes a los sulfatos para concretos expuestos al agua de mar o en contacto con suelos que contengan sulfatos; o agregados libres de excesivas partículas suaves, cuando se requiere resistencia a la abrasión superficial.

La utilización de bajas relaciones a/c prolongara la vida útil del concreto reduciendo la penetración de líquidos agresivos. La resistencia a condiciones severas de intemperie, particularmente a congelación y deshielo y a sales utilizadas para eliminar hielo, se mejora notablemente incorporando aire correctamente distribuido. El aire inyectado debe utilizarse en todo concreto en climas donde se presente la temperatura del punto de congelación. 89


5. MATERIALES QUE INTERVIENEN EN UNA MEZCLA DE CONCRETO 5.1. El Cemento Es el principal componente del concreto, el cual ocupa entre el 7% y el 15% del volumen de la mezcla, presentando propiedades de adherencia y cohesión, las cuales permiten unir fragmentos minerales entre sí, formando un sólido compacto con una muy buena resistencia a la compresión así como durabilidad. Tiene la propiedad de fraguar y endurecer sólo con la presencia de agua, experimentando con ella una reacción química, proceso llamado hidratación. 5.2. El Agua Componente del concreto en virtud del cual, el cemento experimenta reacciones químicas para producir una pasta eficientemente hidratada, que le otorgan la propiedad de fraguar y endurecer con el tiempo. Además este componente proporciona a la mezcla una fluidez tal que permita una trabajabilidad adecuada en la etapa del colocado del concreto. Este componente que ocupa entre el 14% y el 18% del volumen de la mezcla. En una porción de pasta hidrata, el agua se encuentra en dos formas diferentes, como agua de hidratación y agua evaporable. 5.3. Los Agregados Este componente que ocupa entre 60% a 75% del volumen de la mezcla, son esencialmente materiales inertes, de forma granular, naturales o artificiales, las cuales han sido separadas en fracciones finas (arena) y gruesas (piedra), en general provienen de las rocas naturales. Gran parte de las características del concreto, tanto en estado plástico como endurecido, dependen de las características y propiedades de los agregados, las cuales deben ser estudiadas para obtener concretos de calidad y económicos. Los agregados bien graduados con mayor tamaño máximo tienen menos vacío que los de menor tamaño máximo; por consiguiente, si el tamaño máximo de los agregados en una mezcla de concreto se aumenta, para un asentamiento dado, los contenidos de cemento y agua disminuirán. En general, el tamaño máximo del agregado deberá ser el mayor económicamente disponible y compatible con las dimensiones de la estructura. Las partículas de agregado alargadas y chatas tienen efecto negativo sobre la trabajabilidad y obligan a diseñar mezclas más ricas en agregado fino y por consiguiente a emplear mayores cantidades de cemento y agua. Se considera que dentro de este caso están los agregados de perfil angular, los cuales tienen un alto contenido de vacíos y por lo tanto requieren un porcentaje de mortero mayor que el agregado redondeado. 90


El perfil de las partículas, por si mismo, no es un indicador de que un agregado está sobre o bajo el promedio en su capacidad de producir resistencia. 5.4. El Aire Aire atrapado o natural, usualmente entre 1% a 3% del volumen de la mezcla, están en función a las características de los materiales que intervienen en la mezcla, especialmente de los agregados en donde el tamaño máximo y la granulometría son fuentes de su variabilidad, también depende del proceso de construcción aplicado durante su colocación y compactación. También puede contener intencionalmente aire incluido mayormente entre el 3% a 7% del volumen de la mezcla, con el empleo de aditivos. La presencia de aire en las mezclas tiende a reducir la resistencia del concreto por incremento en la porosidad del mismo. 5.5. Los Aditivos El ACI 212 la define como: “un material distinto del agua, agregados y cemento hidráulico, que se usa como ingrediente de concretos y morteros el cual se añade a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado”. Su empleo puede radicar por razones de economía o por mejorar puntualmente alguna propiedad del concreto tanto en estado fresco o endurecido como por ejemplo: reducir el calor de hidratación, aumentar la resistencia inicial o final, etc. 6. PASOS BÁSICOS PARA DISEÑAR UNA MEZCLA DE CONCRETO

Nota: Las tablas para el diseño de mezclas están dadas en la parte final del capítulo

a. Recaudar el siguiente conjunto de información: -

Los materiales. Del elemento a vaciar; tamaño y forma de las estructuras. Resistencia a la compresión requerida. Condiciones ambientales durante el vaciado. Condiciones a la que estará expuesta la estructura.

b. Determinar la resistencia requerida Esta resistencia va estar en función a la experiencia del diseñador o la disponibilidad de información que tenga el mismo, pero siempre vamos a tener que diseñar para algo más de resistencia de tal manera que solo un pequeño porcentaje de las muestras (normalmente el 1%, según el ACI) puedan tener resistencias inferiores a la especificada, como se muestra en la siguiente figura: 91


f’cr = f’c + tDs

1%

99%

f’cr

El comité ACI 318 - 99 muestra tres posibles casos que se podrían presentar al tratar de calcular la resistencia requerida f’cr

Caso 1: Si se contarán con datos estadísticos de producción en obra así como resultados de la rotura de probetas En este caso, se utilizarán las siguientes fórmulas para calcular el f’cr

'

= ' + 1.3 Ds f cr f c 4 f ' cr = f ' c +

(1)

Ds − 35 2.33

(2)

Donde: fć fćr Ds

: Resistencia a la compresión especificada (Kg/cm²) : Resistencia a la compresión requerida (Kg/cm²) : Desviación estándar en obra (Kg/cm²)

De ambos resultados se escogerá el mayor valor de las fórmulas, siendo este el fćr requerido con el cual vamos a diseñar Caso 2: No contamos con suficientes datos estadísticos (entre 15 y 30 resultados)

En este caso se utilizarán las fórmulas anteriores, donde al valor de Ds se amplificará por un

factor de acuerdo a la siguiente tabla:

92


N° ENSAYOS

FACTOR DE INCREMENTO

Menos de 15

Usar tabla Caso 3

15

1.16

20

1.08

25

1.03

30 o más

1.00

Entonces para calcular el f’cr tendremos:

f ' cr = f 'c +1.34(αDs ) = + f ' cr f 'c

Donde:

α

−

D ) 35 s 2.33(

α = factor de amplificación

Caso 3: Contamos con escasos (menos de 15 ensayos) o ningún dato estadístico Para este caso el Comité del ACI nos indica aplicar la siguiente tabla para determinar el f’cr. f’c especificado

F’cr ( Kg/cm² )

< 210

f’c + 70

210 a 350

f’c + 84

> 350

f’c + 98

c. Seleccionar el tamaño máximo nominal del agregado grueso (TNM). La mayoría de veces son las características geométricas y las condiciones de refuerzo de las estructuras las que limitan el tamaño máximo del agregado que pueden utilizarse, pero a la vez existen también consideraciones a tomar en cuenta como la producción, el transporte y la

colocación del concreto que también pueden influir en limitarlo. El TNM del agregado grueso no deberá ser mayor de uno de estos puntos: -

1/5 de la menor dimensión entre las caras de encofrados.

-

3/4 del espacio libre mínimo entre barras o alambres individuales de refuerzo,

-

paquetes de barras, torones o ductos de presfuerzo. 1/3 del peralte de las losas

Estas limitaciones a menudo se evitan si la trabajabilidad y los métodos de compactación son

tales que el concreto puede colocarse sin dejar zonas o vacíos en forma de panal. 93


d. Selección del asentamiento Si el asentamiento no se encuentra especificado entonces se puede partir con los valores indicados en la tabla 01 (Tipo de Estructura) e. Determinación del contenido de aire El ACI 211 establece una tabla que proporciona aproximadamente el porcentaje de contenido de aire atrapado en una mezcla de concreto en función del tamaño máximo nominal del

agregado grueso. La tabla 02 indica la cantidad aproximada de contenido de aire atrapado que se espera encontrar en concretos sin aire incluido. En el caso del contenido de aire incorporado también presenta una tabla indicando valores aproximados en función además de las condiciones de exposición, suave, moderada y severa. Estos valores señalados en la tabla 06 no siempre pueden coincidir con las indicadas en algunas especificaciones técnicas. Pero muestra los niveles recomendables del contenido promedio de aire para el concreto, cuando el aire se incluye a propósito por razones de durabilidad. f. Determinación del volumen de agua La cantidad de agua (por volumen unitario de concreto) que se requiere para producir un asentamiento dado, depende del tamaño máximo de agregado, de la forma de las partículas y gradación de los agregados y de la cantidad de aire incluido. La tabla 03 proporciona estimaciones de la cantidad de agua requerida en la mezcla de concreto en función del tamaño máximo de agregado y del asentamiento con aire incluido y sin él. Según la textura y forma del agregado, los requisitos de agua en la mezcla pueden ser mayores o menores que los valores tabulados, pero estos ofrecen suficiente aproximación paro una primera mezcla de prueba. Estas diferencias de demanda de agua no se reflejan necesariamente en la resistencia, puesto que pueden estar involucrados otros factores compensatorios. Por ejemplo, con un agregado grueso angular y uno redondeado, ambos de buena calidad y de gradación semejante, puede esperarse que se produzcan concretos que tengan resistencias semejantes, utilizando la misma cantidad de cemento, a pesar de que resulten diferencias en la relación a/c debidas a distintos requisitos de agua de la mezcla. La forma de la partícula, por si misma, no es un indicador de que un agregado estará por encima o por debajo del promedio de su resistencia potencial. g. Seleccionar la relación agua/cemento La relación a/c requerida se determina no solo por los requisitos de resistencia, sino también por los factores como la durabilidad y propiedades para el acabado. Puesto que distintos

agregados y cementos producen generalmente resistencias diferentes con la misma relación a/c, es muy conveniente conocer o desarrollar la relación entre la resistencia y la relación a/c de los materiales que se usaran realmente.

94


Para condiciones severas de exposición, la relación a/c deberá mantenerse baja, aun cuando los requisitos de resistencia puedan cumplirse con un valor mas alto. Las tablas 04 y 07

muestran estos valores limites. h. Cálculo del contenido de cemento Se obtiene dividiendo los valores hallados en los pasos (f)/(g) i. Cálculo de los pesos de los agregados. Está en función del método de diseño específico a emplear o basado puntualmente en alguna

teoría de combinación de agregados. j. Presentar el diseño de mezcla en condiciones secas. k. Corrección por humedad del diseño de mezcla en estado seco Hay que tener en cuenta la humedad de los agregados para pesarlos correctamente. Generalmente los agregados están húmedos y a su peso seco debe sumarse el peso del agua

que contienen, tanto absorbida como superficial. Peso agregado húmedo = Peso agregado seco (1 + Cont. humedad del agregado (%))

l. Cálculo del agua efectiva El agua a utilizarse en la mezcla de prueba debe incrementarse o reducirse en una cantidad igual a la humedad libre que contiene el agregado, esto es, humedad total menos absorción.

Para esto se utilizará la siguiente formula Aporte de humedad de los agregados = Peso agregado seco (% Cont. de humedad - % absorción)

Entonces: Agua efectiva = Agua de diseño – Aporte de humedad de los agregados

m. Presentar el diseño de mezcla en condiciones húmedas. n. Realizar tos ajustes a las mezclas de pruebas Para obtener las proporciones de la mezcla de concreto que cumpla con las características deseadas, con los materiales disponibles se prepara una primera mezcla de prueba con unas

proporciones iniciales que se determinan siguiendo los pasos que a continuación se indican. 95


A esta mezcla de prueba se le mide su consistencia y se compra con la deseada: si difieren, se ajustan las proporciones. Se prepara, luego, una segunda mezcla de prueba con las

proporciones ajustadas, que ya garantiza la consistencia deseada; se toman muestras de cilindro de ella v se determina su resistencia a la compresión; se compara con la resistencia deseada y si difieren, se reajustan las proporciones. Se prepara una tercera mezcla de prueba con las proporciones reajustadas que debe cumplir con la consistencia y la resistencia deseada; en el caso de que no cumpla alguna de las condiciones por algún error cometido o debido a la aleatoriedad misma de los ensayos, se pueden ser ajustes semejantes a los indicados hasta obtener los resultados esperados. 7. SECUENCIAS DE LOS PRINCIPALES MÉTODOS DE DISEÑOS DE MEZCLAS:

7.1. Método ACI 211 Este procedimiento propuesto por el comité ACI 211, está basado en el empleo de tablas confeccionadas por el Comité ACI 211; la secuencia de diseño es la siguiente: a. b. c. d. e. f. g. h.

i. j. k. l. m. n.

Selección de la resistencia requerida (f’cr) Selección del TMN del agregado grueso. Selección del asentamiento TABLA 01. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 02. Seleccionar el contenido de agua TABLA 03. Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por durabilidad. TABLAS 04 y 07. Cálculo del contenido de cemento (e)/(f) Seleccionar el peso del agregado grueso (TABLA 05) proporciona el valor de b/bo, donde bo y b son los pesos unitarios secos con y sin compactar respectivamente del agregado grueso). Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el agregado fino. Cálculo del volumen del agregado fino. Cálculo del peso en estado seco del agregado fino. Presentación del diseño en estado seco. Corrección del diseño por el aporte de humedad de los agregados. Presentación del diseño en estado húmedo.

7.2. Método del modulo de fineza de la Combinación de Agregados Este método utiliza como base algunas tablas dadas por el ACI, la principal diferencia radica en la forma en que se calcula los pesos de los agregados, por lo demás todo es similar al método anterior; la secuencia de diseño es la siguiente:

96


a. b. c. d. e. f. g. h. i. j.

Selección de la resistencia requerida (f’cr) Selección del TMN del agregado grueso. Selección del asentamiento TABLA 01. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 02. Seleccionar el contenido de agua TABLA 03. Selección de la relación a/c sea por resistencia a compresión o por durabilidad TABLAS 04 y 07. Cálculo del contenido de cemento (e)/(f) Cálculo del volumen absoluto de los agregados. Cálculo del módulo de fineza de la combinación de los agregados. TABLA 06 Cálculo del porcentaje de agregado fino − m g

% Agregado fino = m

g

k. l. m. n.

m − m f

Cálculo de los pesos secos de los agregados. Presentación el diseño en estado seco. Corrección del diseño por el aporte de humedad. Presentación del diseño en estado húmedo.

8. APLICACIÓN Y COMPARACIÓN DE LOS PRINCIPALES DISEÑOS DE MEZCLAS A continuación se señalan los principales parámetros a conocer para elaborar un diseño de mezclas y se calculará el diseño de mezcla con 2 métodos diferentes, indicando los pasos

correspondientes para cada Parámetros principales a conocer 8.1. Características de los materiales: Cemento Marca y tipo Procedencia Densidad relativa

Sol Cementos Lima 3.11

Agua Agua potable de la red pública de San Juan de Miraflores - Lima Peso específico 1000Kg/m³ Agregados Cantera Perfil Peso unitario suelto, Kg/m³ Peso unitario compactado, Kg/m³ Peso específico seco Módulo de fineza TMN 97

Fino Jicamarca

Grueso Jicamarca

1560 1765 2690 2.80 --

1587 1660 2780 6.50 ¾”


% de absorción Contenido de humedad, %

0.70% 7.5% 3.0%

0.60%

8.2. Características del Concreto: Resistencia a la compresión especificada Desviación estándar promedio en obra Tipo de Asentamiento

: 210 Kg/cm² : 20 Kg/cm² : Concreto superplastificado

8.3. Condiciones ambientales y de exposición: Lugar obra : Lima Temperatura promedio ambiente : 20 °C Humedad relativa : 80% Condiciones de exposición : Normales 8.4. Solución del problema: a. Resistencia requerida: De las Especificaciones Técnicas se tiene: f’c = 210 Kg/cm² Ds = 18 Kg/cm² , reemplazando en las fórmulas (1) y (2): f’cr = 210+1.34(20) f’cr = 210+2.33(20) - 35

= 236.8 Kg/cm² = 221.6 Kg/cm²

Se tiene entonces como f 'cr = 236.8 Kg/cm² b. Tamaño Nominal Máximo: De acuerdo a las especificaciones indicadas para la obra TMN = ¾” c. Asentamiento Según las especificaciones el concreto es superplastifícado, por lo tanto presentará un asentamiento de 6" a 8". d. Contenido de aire total Dado las condiciones especificadas no se requiere incluir aire, de la tabla 02 se tiene: Método ACI 211 Tabla 02

M. Módulo de fineza Combinación agregados Tabla 02

2.0 %

2.0 %

98


e. Contenido de agua De la tabla 03 tenemos que:

Método ACI 211 Tabla 03


216 lt

216 lt

f. Relación a/c Dado que no se presenta problemas por durabilidad, el diseño sólo tomará en cuenta la resistencia, entonces utilizando la tabla 04 para f’cr = 236.8 Kg/cm² tenemos: Método ACI 211 Tabla 04


0.65

0.65

g. Contenido de cemento Se calculará dividiendo (e)/(f),así tenemos: Método ACI 211

M. Módulo de fineza Combinación agregados

332.3 Kg

332.3 Kg

Por el método del AC1 211 h. Selección del peso del agregado grueso; De la tabla 05 se tiene: b/bo = 0.62, además como bo = 1660 Kg/m³ Entonces el peso del agregado grueso = 1029.2 Kg i. Cálculo de la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el agregado fino: Material

Cemento (Kg) Agua (lt) Agregado Grueso (Kg) Aire (%)

Peso Seco

Peso Específico

Volumen

332.3 216 1029 2%

3110 1000 2780

0.1068 0.2160 0.3701 0.0200 0.7129

Total

99


j. Cálculo del volumen del agregado fino Volumen del agregado fino

= 1 - ( i ) = 1- 0.7129 = 0.2871 m³

k. Cálculo del peso en estado seco del agregado fino Peso seco A.F. = ( j ) x Peso específico seco = 0.2871 x 2690 = 772.3 Kg l. Presentación del diseño en estado seco Material

Peso Seco/m³

Cemento Agua Agregado Grueso Agregado Fino Aire

332.3 Kg 216.0 lt 1029.2 Kg 772.3 Kg 2%

Por el método del Módulo de fineza de la combinación de agregados

h. Cálculo de la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin incluir los agregados: Material

Cemento (Kg) Agua (lt) Aire (%)

Peso Seco

Peso Específico

Volumen

332.3 216 2%

3110 1000

0.1068 0.2160 0.0200 0.3428

Total Volumen del agregado global = 1 - ( h ) = 1- 0.3428 = 0.6572 m³

i. Cálculo del módulo de fineza de la combinación de los agregados. Conociendo la cantidad de cemento y el TNM del agregado, interpolando valores en la Tabla 06 se tiene: m = 5.096 j. Cálculo del porcentaje de agregado fino: Se sabe de (j) que m = 5.096. Además mg = 6.50 y mf = 2.7, entonces:

%agregadofino =

6.50 − 5.096 x100 = 6.50 − 2.80 100

37.95%


k. Cálculo de los Pesos secos de los agregados Para el agregado fino Volumen del AF: (h) x (j) = 0.6572 x 36.95% = 0.2428 m³ Peso seco AF: 0.2428 x 2690 = 653.1 Kg

Para el agregado grueso Volumen del AG: (h) x (100% - (j)) = 0.6572 x (100% - 36.95%) = 0.4144m ³ Peso seco AG: 0.4144 x 2780 = 1152.0 Kg l. Presentación del diseño en estado seco Material

Peso Seco/m³


332.3 Kg 216.0 lt 1152.0 Kg 653.1 Kg 2%

Resumen de los diseños de mezcla en condición seca obtenidos con los diferentes métodos Material


ACI 332.3 Kg 216.0 lt 1029.2 Kg 772.3 Kg 2%

101

Módulo de fineza de la combinación de agregados

332.3 Kg 216.0 lt 1152.0 Kg 653.1 Kg 2%


9. TABLAS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS

Tabla 01: Asentamientos recomendados para diversos tipos de estructuras

TIPO DE ESTRUCTURA

SLUMP MÁXIMO

SLUMP MÍNIMO

3” 3” 4” 4” 3” 2”

1” 1” 1” 2” 1” 1”

Zapatas y muros de cimentación reforzados Cimentaciones simples y calzaduras Vigas y muros armados Columnas Muros y pavimentos Concreto ciclópeo

Tabla 02: Contenido de aire atrapado TNM del agregado Grueso

Aire Atrapado %

3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3” 4”

3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 0.2

Tabla 03: Volumen de agua por m²

Asentamiento

3/8”

1” a 2”

207 228 243

3” a 4” 6” a 7”

1” a 2” 3” a 4” 6” a 7”

181 202 216

Agua en lt/m³, para TNM agregados y consistencia indicadas ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3” Concreto sin aire incorporado 199 190 179 166 154 130 216 205 193 181 169 145 228 216 202 190 178 160 Concreto con aire incorporado 175 142 122 168 160 150 193 184 175 165 157 133 205 187 184 174 166 154

102

6” 113 124 -107 119 --


Tabla 04: Relación agua/cemento por resistencia

f’c Kg/cm²

150 200 250 300 350 400 450

Relación a/c en peso

Concreto sin aire incorporado

Concreto con aire incorporado

0.8 0.70 0.62 0.55 0.48 0.43 0.38

0.71 0.61 0.53 0.46 0.40

Tabla 05: Peso del agregado grueso por unidad de volumen del concreto

TNM del agregado Grueso

3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3” 6”

Volumen del agregado grueso seco y compactado por unidad de volumen de concreto para diversos Módulos de fineza del fino (b/bo)

2.40 0.50 0.59 0.66 0.71 0.76 0.78 0.81 0.87

2.60 0.48 0.57 0.64 0.69 0.74 0.76 0.79 0.85

2.80 0.46 0.55 0.62 0.67 0.72 0.74 0.77 0.83

3.00 0.44 0.53 0.60 0.65 0.70 0.72 0.75 0.81

Tabla 06: Módulo de fineza de la combinación de agregados


3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3”

Módulo de fineza de la combinación de agregados el cual da las mejores condiciones de trabajabilidad para distintos contenidos de cemento en

bolsas/m³ ( m )

6 3.96 4.46 4.96 5.26 5.56 5.86 6.16

7 4.04 4.54 5.04 5.34 5.64 5.94 6.24

103

8 4.11 4.61 5.11 5.41 5.71 6.01 6.31

9 4.19 4.69 5.19 5.49 5.79 5.09 6.39


Tabla 07: Contenido de aire incorporado y total Contenido de aire total ( % )


3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3” 6”

Exposición Suave

Exposición

Exposición

Moderada

Severa

4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5

7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0

Tabla 08: Condiciones especiales de exposición

Relación a/c máxima, en Condiciones de exposición

concretos con agregados

de peso normal

Resistencia en

compresión mínima en concretos con agregados

livianos

Concreto de baja permeabilidad Expuesto al agua dulce Expuesto ala agua de mar o aguas solubles Expuesto a la acción de aguas cloacales Concretos expuestos a procesos de congelación y deshielo en condiciones húmedas Sardineles, cunetas, secciones delgadas Otros elementos Protección contra la corrosión del concreto expuesto a la acción de agua de mar, aguas

salubres, neblina o rocio de estas aguas Si el recubrimiento mínimo se incrementa en 15 mm.

0.50 0.45 0.45

260

0.45 0.50

300

0.40

325

0.45

300

La resistencia f’c no debera ser menor de 245 Kg/cm² por razones de durabilidad

104


ENSAYOS EN EL CONCRETO

105


CAPITULO 7: ENSAYOS EN EL CONCRETO I. EL CONCRETO EN ESTADO FRESCO

1. TRABAJABILIDAD 1.1. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO (NTP 339.035): “METODO DE ENSAYO PARA LA MEDICION DEL ASENTAMIENTO DEL HORMIGÓN CON EL CONO DE ABRAMS” 1.1.1. APARATOS a. Cono de Abrams; molde de forma tronco cónica de 20 cm. de diámetro en la base inferior y 10 cm. de diámetro en la base superior; altura de 30 cm; provisto de agarrederas y aletas de pie. b. Varilla compactadora de acero lisa de 5/8” de diámetro con punta semiesférica y de aproximadamente 60 cm. de longitud. Aparatos para el Ensayo de Asentamiento

Varilla

Wincha Cono

Plancha de

106


1.1.2. PROCEDIMIENTO a. Colocar el molde humedecido superficialmente seco sobre una superficie plana no absorbente. b. Llenar el concreto en tres capas de aproximadamente 1/3 del volumen total cada capa.

c. Compactar cada capa con la barra mediante 25 golpes uniformes en toda la sección. d. Enrasar el molde una vez terminada de compactar la última capa por exceso , esto se puede hacer utilizando una plancha de albañilería o la barra compactadora. e. Levantar el molde en dirección vertical , y medir inmediatamente la diferencia entre la altura del molde y la altura del concreto fresco. Esta operación debe hacerse entre 5 a 10 seg. máximo, evitar movimiento laterales o torsionales. f. De observarse un asentamiento tipo corte este ensayo deberá desecharse y realizarse uno nuevo con otra parte de la mezcla. Sí se vuelve a cortar, el concreto carece de plasticidad y cohesión y no es valido para este ensayo. g. Se golpea con la varilla en el centro del molde y se puede observar como es la cohesión de la mezcla.

2. PESO UNTARIO DEL CONCRETO FRESCO 2.1. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO ( NTP 339.046 ): “METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL PESO POR METRO CUBICO, RENDIMIENTO Y CONTENIDO DE AIRE DEL CONCRETO FRESCO” 2.1.1. APARATOS a. Balanza con aproximación de 50 gr. b. Varilla compactadora de 5/8”. c. Recipiente (según el tamaño máximo nominal del agregado), ver tabla 1

2.1.2. PROCEDIMIENTO a. Llenar el recipiente hasta un tercio de su capacidad. b. Compactar la primera capa evitando golpear el fondo y distribuyendo uniformemente sobre la superficie. c. Cuando se use el recipiente de ½ pie3 se compactará con 25 golpes y cuando se utilice el recipiente de 1 pie3 cada capa se compactará con 50 golpes. d. Golpear la superficie exterior del recipiente con cuidado 10 a 15 veces usando un martillo de goma esto es con la finalidad de eliminar burbujas atrapadas . 107


e. Proceder a colocar la segunda y tercera capa siguiendo los pasos b, c y d. f. Enrasar la superficie superior con una plancha o varilla compactadora teniendo cuidado de dejar lleno el recipiente justo hasta su nivel superior. 2.2. RESULTADOS 2.2.1. PESO POR METRO CUBICO: P.U. = Peso Unitario del Concreto en Kg. P = Peso del concreto + Peso del recipiente en Kg. R = Peso del recipiente en Kg. V = Volumen del recipiente en m³.

− . .= P R V PU 2.2.2. VOLUMEN Vh N Pc

= Volumen de concreto producido en m³. = numero de bolsas de cemento. = Peso de una bolsa de cemento en Kg. = Peso del agregado fino en Kg. Paf = Peso del agregado grueso en Kg. Pag = Peso del agua en Kg. Pa P.U. = Peso unitario del concreto fresco.

+ V = N Pc + Paf + Pag Pa P.U. h

2.2.3. RENDIMIENTO

Y Vh

= Rendimiento del concreto por bolsa de cemento = Volumen del diseño de mezcla en m³

Y =

V h

V

d

108


3. EXUDACIÓN 3.1. “METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA EXUDACIÓN ” - NTP 330.077

3.1.1. APARATOS a. b. c. d. e.

Recipiente cilíndrico metálico de ½ pie³ de capacidad. Balanza con aproximación del 0.5%. Pipeta para extraer el agua libre de la superficie Tubo graduado Varilla compactadora de 5/8”de diámetro y 60 cm de longitud 3.1.2. PROCEDIMIENTO

a. b. c. d.

Llenar y enrasar el recipiente con concreto fresco. Anotar la hora ,peso y contenido. Colocar el recipiente sobre una superficie nivelada ,libre de vibraciones y tapar. A los 10 minutos durante los primeros 40 minutos extraer el agua que se haya acumulado en la superficie ( con la pipeta), de allí en adelante cada 30 minutos hasta

que cese la exudación. e. Cada vez terminada la extracción del agua exudada se vuelve el recipiente a su

posición inicial. f. Acumular el agua exudada en un tubo graduado

3.2.EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS

3.2.1. VOLUMEN DE AGUA DE EXUDACIÓN POR UNIDAD DE SUPERFICIE V = volumen de agua de exudación V1 = Volumen del agua total exudada en cm³ A = Área expuesta del Concreto en cm²

V

V =

1

A 3.2.2. AGUA ACUMULADA DE EXUDACIÓN W

= Peso total de agua en la mezcla en kg.

w S

= Peso neto de agua en la mezcla kg. = Peso de la muestra en kg.

wS C = W

3.2.3. EXUDACION %E S

= Exudación en % = Peso de la muestra en kg.

%E =

109

D x100 C


II. EL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO 1.

“METODO DE ENSAYO PARA EL ESFUERZO A LA COMPRESIÓN DE MUESTRAS CILÍNDRICAS DE CONCRETO” – NTP 339.034 . 1999 1.1. APARATOS a. Máquina de Ensayo capaz de mantener la velocidad de Carga continua y uniforme.

EQUIPO DE COMPRESION DE DOS ESCALAS ( 100 Tn. y 30 Tn), CON SISTEMA HIDRAULICO Y LECTURA ANALÓGICA.

1.2. PROCEDIMIENTO a. Medir el diámetro y la altura de la probeta cilíndrica con una aproximación de 0.1mm

con un calibrador micrométrico. b. Colocar la probeta sobre el bloque inferior de apoyo y centrar sobre el mismo. c. Aplicar la carga en forma continua y constante evitando choques la velocidad de carga

estará en el rango de 0.14 a 0.34 Mpa/s. d. Anotar la carga máxima, el tipo de rotura y además toda otra observación relacionada

con el aspecto del concreto.

Probetas capeadas Rotula

110


1.3. EXPRESIÓN DE RESULTADOS Rc P A

= Resistencia de Rotura a la Compresión. = Carga Máxima de Rotura en Kilogramos. = Área de la superficie de Contacto

Rc =

P A

NOTA: Si la relación Altura/Diámetro, de la probeta es menor de 1.8 , corregir el resultado obtenido multiplicando por el correspondiente factor de corrección, usando la siguiente tabla:

2.

L/D

1.75

1.50

1.25

1.00

Factor

0.98

0.96

0.93

0.87

“METODO ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FLEXION DEL HORMIGÓN EN VIGAS SIMPLEMENTE APOYADAS CON CARGA EN EL CENTRO DEL TRAMO” – NTP 339.079 - 2001 2.1. APARATOS a. Maquina de ensayo, capaz de mantener la velocidad de carga continua y uniforme. b. Aparatos de carga, capaz de mantener la distancia de apoyos con aproximación de 2.0 mm. c. Placas de carga y apoyo

111


2.2. PROCEDIMIENTO a. El ensayo se realiza con la muestra en estado húmedo, haciendo girar las muestras sobre uno de los lados con respecto a la posición de vaciado. b. Aplicar la carga a una velocidad que incremente constantemente la resistencia de la

fibra extrema , entre 0.86 MPa/min y 1.21 MPa/min, hasta la rotura de la viga. c. Determinar el ancho promedio, altura promedio, y ubicación de la línea de fractura de la viga en la zona de falla. 2.3. EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS Mr P L b h

3.

= Módulo de rotura, en MPa = Carga máxima de rotura, en Kg-f. = Luz libre entre apoyos, en cm. = Ancho promedio de la viga, en cm = Altura promedio de la viga, en cm

Mr =

3PL bh 2

²

“METODO PARA LA EXTRACCIÓN Y ENSAYO DE PROBETAS CILÍNDRICAS Y VIGUETAS DE HORMIGÓN ENDURECIDO” – NTP 339.059 3.1. APLICACIÓN

Para evaluar la resistencia del concreto en una estructura: a. b. c. d. e. f. g.

Cuando la resistencia de las probetas, modelados al pie de obra es baja. Cuando han ocurrido anomalías en el desarrollo de la construcción. Fallas de curado. Aplicación temprana de cargas. Incendio. Estructuras antiguas. No se cuenta con registros de resistencia, etc.

3.2. CRITERIOS GENERALES a. El concreto ha adquirido suficiente resistencia para que durante el corte no se pierda la adherencia entre el agregado y la pasta. b. En todos los casos, el concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado c. Deben tomarse tres especimenes por cada resultado de resistencia que esté por debajo de la resistencia a la Compresión especificada del concreto f'c

112


3.3. EQUIPO a. Los testigos cilíndricos se extraen con un equipo sonda provisto de brocas diamantadas. b. Calibrador o vernier con apreciación de por lo menos 0.5 mm

Máquina Extractora Diamantina

3.4. CONSIDERACIONES PARA LA EXTRACCION El concreto ha adquirido suficiente resistencia para que durante el corte no se pierda la adherencia entre el agregado y la pasta. En todos los casos, el concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado. Deben tomarse tres especimenes por cada resultado de resistencia que esté por debajo de la resistencia a la Compresión Especificada del concreto f'c 3.5. PREPARACIÓN, CURADO Y REFRENDADO Los testigos deben tener sus caras planas, paralelas entre ellas y perpendiculares al eje de la probeta. Las protuberancias o irregularidades de las caras de ensayo deberán ser eliminadas mediante aserrado cuando sobrepasen los 5 mm. La determinación de la longitud de un testigo estará dado por el promedio de 5 mediciones con el vernier, con una aproximación de ± 1 mm El ACI recomienda que si el concreto de la estructura va a estar seco durante las condiciones de servicio, los corazones deberán secarse al aire (temperatura entre 15 y 30° C, humedad relativa menor del 60%), durante 7 días antes de la prueba, y deberán probarse secos. Si el concreto de la estructura va a estar superficialmente húmedo en esas condiciones de servicio, los corazones deben sumergirse en agua por lo menos durante 48 horas y probarse húmedos. La Norma ASTM establece, a diferencia del criterio del ACI, que las probetas sean curadas en húmedo, por 40 hrs. antes de la rotura. Antes del ensayo de compresión, la probeta deberá ser refrendada en ambas caras, de manera 113


de obtener superficies adecuadas. En este caso son de aplicación los métodos: ASTM C 17 y ASTM C 192. 3.6. ENSAYO DE LOS TESTIGOS

La resistencia obtenida sobre las probetas diamantinas deberá expresarse con aproximación de 0.1 Kg/cm2 cuando el diámetro se mide con aproximación de 0.25 mm.; y de 0.5 cuando el

diámetro es medido con aproximación de 2.5 mm. Además deberán registrarse: -

La longitud de la probeta. Las condiciones de humedad antes de la rotura. El tamaño máximo del agregado en el concreto

-

La dirección en la aplicación de la carga de rotura con relación al plano

longitudinal de colocación del concreto en obra. 3.7. EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS. Los factores de corrección son aplicables a hormigones de 140 Kg/cm² a 420 Kg/cm². Se estima que la resistencia de los testigos es, en general, inferior a la que podría obtenerse de cilindros moldeados, con el mismo concreto, al pie de obra y curados por el método normalizado Esto se explica porque el curado normalizado es más intenso que el curado en

obra. Los testigos suelen tener menor resistencia cerca de la superficie superior de la estructura. Al aumentar la profundidad. La resistencia se incrementa hasta un cierto límite. Si los testigos tienen una relación L / D < 2, se deberán ajustar los resultados del ensayo de compresión, mediante la siguiente tabla :

Relación Longitud/Diámetro 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00

Factor Corrección NTP 1.00 0.99 0.97 0.94 0.91

El concreto de la zona representada por los testigos diamantinos, se considerará estructuralmente adecuada si: -

El promedio de 3 testigos diamantinos ≥ 85% f 'c. Ninguna resistencia de algún testigo ≤ 75% f 'c.

A fin de comprobar la precisión de las pruebas, se pueden volver a probar zonas

representativas de resistencias erráticas de los corazones.

114


4.

“METODO ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE REBOTE DEL CONCRETO ENDURECIDO” – NTP 339.181 4.1. DEFINICIÓN

Es un método de ensayo NO DESTRUCTIVO, el cual en esencia consiste en medir la dureza de la superficie, es un método rápido y simple que se aplica para evaluar la uniformidad del concreto in situ, es de gran ayuda para identificar zonas donde el concreto es de calidad pobre, se encuentra en estado deteriorado y estimar el desarrollo de la resistencia in-situ, se mide el rebote de un embolo cargado con un resorte después de haber golpeado una superficie plana de concreto. el método también nos puede dar una referencia con respecto a la resistencia del concreto, siempre considerando que para un concreto el numero de rebotes puede ser afectado por : -

La humedad La superficie de ensayo La forma y rigidez del espécimen Tipo de agregado grueso La edad y condición de humedad del concreto El método utilizado para obtener la superficie de ensayo La profundidad de carbonatación etc.

Todos estos factores deben ser correctamente interpretados durante el proceso de ensayo debido a la incertidumbre inherente del método en la estimación de resistencias no se recomienda como base para la aceptación o rechazo de un concreto.

4.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO a. El método consiste en impactar una superficie de concreto con el martillo en forma perpendicular a esta superficie. b. Después del impacto proceder a leer el numero de rebote en la escala y registrarlo aproximándolo siempre a un número entero. c. La separación entre impacto e impacto debe ser al menos de 2.5 cm. d. Registrar un mínimo de 10 lecturas en el área seleccionada para el ensayo. 115


e. Examinar la impresión que por el impacto se va observar en la superficie ensayada , en caso de observar la superficie destrozada o aplastada se debe anular esta lectura y proceder a realizar otra. 4.3. EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS Descartar las lecturas que difieran del promedio por más de 6 unidades y determinar el promedio de las lecturas restantes. Si más de 2 lecturas difieren de este promedio por más de 6 unidades, desechar todas las lecturas y determinar los números de rebotes en 10 nuevas ubicaciones dentro del área de ensayo.

4.4.REPORTE El informe deberá contener la siguiente información: -

Fecha y hora de ensayo Ubicación de estructura ensayada Descripción del concreto Descripción del área de Ensayo Características de la superficie Altura sobre el nivel del terreno Condiciones del curado Identificación del Martillo Orientación del Martillo Numero de Rebote promedio Comentarios Edad del Concreto Promedio de cada área de ensayo 116


CONTROL ESTADISTICO EN EL CONCRETO

Expositor:

Ing. Rafael Cachay Huamán Ingeniero Asistente del L.E.M. 117


CAPITULO 8: CONTROL ESTADÍSTICO EN EL CONCRETO 1. INTRODUCCIÓN Un concepto muy importante que hay que tener en cuenta actualmente es que los métodos de diseño estructural en concreto son probabilísticas. Al ser el concreto un material heterogéneo, está sujeto a la variabilidad de sus componentes asi como a las dispersiones adicionales debido a las técnicas de elaboración, transporte, colocación y curado en obra La resistencia del concreto bajo condiciones controladas sigue con gran aproximación la distribución probabilística Normal En la tabla 1 se muestran las principales fuentes de variación de la resistencia en compresión del concreto Tabla1: Principales fuentes de variación de la resistencia del concreto DEBIDO A LAS VARIACIONES EN LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO

1.

Cambios en la relación a/c a. Control deficiente del agua b. Variación excesiva de humedad

2. Variación en los requerimientos de agua de mezcla a. Gradación de los agregados, absorción b. Características del cemento y aditivos c. Tiempo de suministro y temperatura 3. Variación en las características y proporción de los ingredientes a. Agregados b. Cemento c. Aditivos

DEBIDO A LAS DEFICIENCIAS EN LOS METODOS DE PRUEBA

1.

2. Dispersiones debidas a la forma de preparación , manipuleo y curado de los cilíndros de prueba 3. 4.

Mala calidad de los cilíndros de prueba Defectos de curado a. Variación de temperatura b. Humedad variable c. Demoras en el transporte

5. Procedimientos de ensayo deficientes a. El refrendado (Capping) b. El ensayo de compresión

4. Variaciones ocasionadas por el transporte, colocación y compactación 5.

Procedimientos de muestreo inadecuados

Variación en la temperatura y curado

118


2. DISTRIBUCIÓN NORMAL (CAMPANA DE GAUSS) Hoy en día está demostrado que el comportamiento de la resistencia del concreto a compresión se ajusta a la Distribución Normal (Campana de Gauss), cuya expresión matemática es:

1

−

2π

Y= D

S

e

− X X PROM DS

1

2

2

Donde: DS XPROM X e п

= Desviación Estándar = Resistencia Promedio = Resistencia de ensayo = 2.71828 = 3.14159

Al graficar la ecuación anterior obtenemos una grafica especial el cual tiene algunas características: -

Es simétrica con respecto a µ Es asintótica respecto al eje de las abscisas La forma y tamaño va a depender de Ds

El siguiente gráfico muestra la curva normal para diferentes valores de Ds, teniendo un mismo µ entonces podemos concluir que a medida que aumenta el Ds el grado de dispersión que existente las resistencia de las probetas es mayor el cual tiende a alejarse del promedio

70 60 50 40 30 20 10 0 190

210

230

250

270

290

310

330

350

370

390

410

430

R esist encia ( Kg / cm²) Ds = 26 Kg/cm²

Ds = 40 Kg/cm²

119

Ds = 60 Kg/cm²

450

470


La Desviación estándar está definida como:

∑(

= D

X

S

Donde: Ds Xprom X n

)

−

2

Xprom n −1

= Desviación Estándar = Resistencia Promedio = Resistencia individual = Número de ensayos

Este parámetro nos indica el grado de dispersión existente entre la resistencia a compresión para un determinado f’c Coeficiente de variación, tiene como expresión:

D V =

S

X PROM

x100

Donde: DS XPROM

= Desviación Estándar = Resistencia Promedio

Este parámetro no permite predecir la variabilidad existente entre los ensayos de resistencia La distribución normal permite estimar matemáticamente la probabilidad de la ocurrencia de un determinado fenómeno en función de los parámetros indicados anteriormente, y en el caso

del concreto se aplica a los resultados de resistencias.

Ejemplo 1 Calcular la Desviación estándar, el promedio y coeficiente de variación conociendo los

resultados de las resistencias en compresión del promedio de las probetas de concreto.

120

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C. valores promedio de dos probetas

(Kg/cm²)

1

Xi - Xprom

(Xi - Xprom)

-6.03 -14.03 -2.03 1.97 -5.03 1.97 -5.03 0.97 3.97 -5.03 -3.03 2.97 14.97 18.97 7.97 6.97 9.97 -2.03 10.97 -12.03 -4.03 -8.03 -10.03 -6.03 8.97 0.97 0.97 0.97 4.97 6.97 10.97 3.97 -24.03 -14.03 Suma

36.35 196.82 4.12 3.88 25.29 3.88 25.29 0.94 15.77 25.29 9.18 8.82 224.12 359.88 63.53 48.59 99.41 4.12 120.35 144.71 16.24 64.47 100.59 36.35 80.47 0.94 0.94 0.94 24.71 48.59 120.35 15.77 577.41 196.82 2704.97

213 205 217 221 214 221 214 220 223 214 216 222 234 238 227 226 229 217 230 207 215 211 209 213 228 220 220 220 224 226 230 223 195 205 7447

2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Suma

Para hallar el Xprom, utilizaremos la expresión:

= ∑Resistencia 744 = 219.03 Xprom =7 34 n La desviación estándar será:

( D

S

=

∑

X

−

)

2

Xprom n −1

= 121

270 34 =1 4.9 7 −

2

9.05


Por último de variación será:

V =

DS X PROM

x100 =

9 .05

x100 = 4.13 %

219 .03

Ejemplo 2 Conociendo los resultados de las resistencias en compresión de 434 probetas de concreto, se puede asociar con el comportamiento Normal? Lo primero que se tiene que hacer en estos casos es determinar la frecuencia de cada

resistencia a la compresión desde la resistencia más baja hasta las más alta Resistencia N° N° ( Kg/cm² ) Probetas 1 260 1 2 269 1 3 278 1 4 296 3 5 299 1 6 302 2 7 304 2 8 308 1 9 312 3 10 314 6 11 318 3 12 320 2 13 322 3 14 326 4 15 328 9 16 330 1 17 332 1 18 333 7 19 334 1 20 335 14 21 336 1 22 337 8 23 340 2 24 341 10 25 343 9

Resistencia N° N° ( Kg/cm² ) Probetas 26 344 1 27 346 19 28 349 14 29 351 2 30 352 20 31 354 1 32 355 8 33 356 1 34 358 2 35 359 17 36 361 8 37 362 1 38 364 20 39 365 5 40 366 21 41 369 21 42 372 18 43 374 1 44 375 11 45 376 2 46 378 28 47 380 2 48 381 14 49 382 3 50 386 10

N° 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

Resistencia N° ( Kg/cm² ) Probetas 387 388 389 390 392 393 394 395 399 400 402 403 404 407 408 410 412 414 415 418 419 420

Agrupando las 434 probetas por el número de frecuencias obtuvimos un depurado de 72 probetas, calculamos su parámetros básicos: Xprom Ds

= 364 Kg/cm² = 27.1 Kg/cm²

122

1 1 6 11 1 8 1 4 12 2 1 7 6 6 1 7 4 1 3 2 1 2


luego procedemos a graficar las resistencias versus la frecuencia de estos, obteniendo la siguiente gráfica: 30 25 20 15 10 5 0 250

270

290

310

330

350

370

390

410

430

450

Resistencia ( Kg/cm² )

Ahora conociendo los parámetros Xprom y Ds la fórmula de la Curva Normal será: 2

=

1

1

−

−X 364

Y

27.1 2π

e

2

27. 1

Graficando la ecuación debidamente escalada y adjuntándola con la curva producto de agrupar las resistencias en rangos de 10 tenemos: 80 70 60 50 40 30 20 10 0 250

270

290

310

330

350

370

390

410

430

450

Resistencia ( Kg/cm² )

Distribución Normal y la probabilidad de ocurrencia La probabilidad de ocurrencia de que los ensayos estén comprendidos dentro de un intervalo

µ ± t Ds según el ACI 318 son: µ ± 1 Ds de 68.2% µ ± 2 Ds de 95.2% µ ± 3 Ds de 100%

N°En s ay o s N° En s ayo s

123


El siguiente gráfico muestra dichas probabilidades de ocurrencia 60 50

1 Ds

1 Ds

1 Ds

1 Ds

1 Ds

1 Ds

2.4%

13.5%

34.1% 34.1%

13.5% 2.4%

310

370

N° En s ayo s

40 30 20

10

0 190

210

230

250

270

290

330

350

390

410

430

450

470

Resistencia (Kg/cm ²)

3. FACTORES DE SEGURIDAD Las fórmulas y criterios de diseño estructural involucran una serie de factores de seguridad que tienden a compensar las variaciones entre los resultados. El % pruebas que pueden

admitirse por debajo del f’c especificado va a depender de: -

El expediente Técnico El Reglamento de Diseño El diseñador

Cualquiera que sea el criterio, se traduce como la resistencia del concreto requerida en obra

f’cr debe tener un valor por encima del f’c Cuanto más de resistencia? ' f c f ' cr =1− tV

f ' cr = f ' c + tD ó S

Donde : F’cr F’c Ds V t

= Resistencia promedio requerida en obra = Resistencia especificada = Desviación Estándar = Coeficiente de Variación = Factor que depende: - Del % de resultados < fć que se admitan ó - De la probabilidad de ocurrencia 124


En el caso que se especifique el promedio de un cierto número de probetas las fórmulas anteriores se reemplazarán por: ' t ó ' f c = f ' cr = f ' c + D 1 − n f cr t V n S

Donde :

n = N° Ensayos utilizados para obtener el promedio Tabla: Valores de t límites µ ± t Ds 40.00

Probabilidad de ocurrencia por debajo del límite inferior 3 en10

0.52

50.00

2.5 en10

0.67

60.00

2 en10

0.84

68.27

1 en 6.3

1.00

70.00

1.5 en10

1.04

80.00

1 en10

1.28

90.00

1 en20

1.65

95.00

1 en40

1.98

95.45

1 en44

2.00

98.00

1 en100

2.33

99.00

1 en200

2.58

99.73

1 en741

3.00

% de Pruebas dentro de los

t

Tabla: Valores de dispersión en el control del concreto

DISPERSION TOTAL Clase de Operación Concreto en Obra Concreto en

Laboratorio

Desviación Estándar para diferentes grados de control ( Kg/cm² )

Excelente

Muy bueno

Bueno

Suficiente

Deficiente

< a 28.1

28.1 a 35.2

35.2 a 42.2

42.2 a 49.2

> 49.2

< a 14.1

14.1 a 17.6

17.6 a 21.1

21.1 a 24.6

> 24.6

DISPERSIÓN ENTRE TESTIGOS Clase de Operación Concreto en Obra Concreto en

Laboratorio

Coeficiente de variación V para diferentes grados de control ( % )

Excelente

Muy bueno

Bueno

Suficiente

Deficiente

< a 3.0

3.0 a 4.0

4.0 a 5.0

5.0 a 6.0

> 6.0

< a 2.0

2.0 a 3.0

3.0 a 4.0

4.0 a 5.0

> 5.0

Las tablas anteriores se pueden utilizar como referencia para estimar t, Ds y V cuando no se tengan datos en obra asumiendo un grado de control apropiado. Si no se puede asumir el grado de control, lo recomendable es considerar los valores más pesimistas 125


de estos valores.

4. CRITERIOS DEL REGLAMENTO DEL ACI 318 Ensayo de resistencia en compresión = Promedio de ensayo de 2 Probetas obtenidas de una misma muestra de concreto y que han sido curadas bajo condiciones controladas a 28 días El nivel de resistencia de una determinada clase de concreto se considerará satisfactoria si se cumplen los siguientes requisitos: 1. El promedio de todos los grupos de 3 ensayos de resistencia en compresión consecutivos sea ≥ f’c

' + 1.3 D f ' cr = f c 4

S

2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que fć en más de 35 Kg/cm²

f 'cr = f 'c − 35+

2.33D

S

Las fórmulas anteriores sólo son válidas si: a. Se disponen de resultados de al menos 30 ensayos consecutivos de un tipo de concreto b. Las resistencias obtenidas al ensayar los cilíndros no varíen en más de 70 Kg/cm² con el fć especificado Si tenemos menos de 30 ensayos? Cuando no se disponga de al menos 30 ensayos el ACI recomienda que al valor Ds que se calcule deberá incrementarse de acuerdo a la siguiente tabla: N° Ensayos

Factor de incremento

Menos de 15 15 20 25 30 ó más

Ver Tabla cuando no se conoce el Ds 1.16 1.08 1.03 1.00

Y si no tengo datos estadísticos? Cuando se tenga menos 15 ensayos o no se cuente con registros estadísticos, el ACI recomienda que para calcular el f’cr se utilice la siguiente tabla:

f’c Especificado < 210 210 – 350 > 350

f’cr (Kgcm²) f’c + 70 f’c + 84 f’c + 98 126


Ejemplo 3 Supongamos que hubo cambio en la supervisión de una obra, teniendo los datos estadísticos de resistencias a la compresión de las probetas en obra, deseamos conocer ?

- El fćr de diseño - El fć especificado - Desviación Estándar - El comportamiento del concreto en obra Solución Lo que haremos primero es calcular la resistencia promedio y la desviación estándar de las

probetas

N° Ensayo 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Resistencia ( Kg/cm² ) Individual Promedio 3 281 304.7 315 304.3 318 292.3 280 279.7 279 278.0 280 288.3 275 288.3 310 295.0 280 295.7 295 307.3 312 307.7 315 306.7 296 298.3 309 302.3 290 300.7 308 306.7 304 306.0 308 308.0

N° Ensayo 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Resistencia ( Kg/cm² ) Individual Promedio 3 290 285.3 280 287.0 286 290.3 295 299.7 290 306.3 314 305.0 315 307.3 286 295.0 321 291.7 278 276.3 276 287.7 275 288.3 312 293.3 278 282.3 290 283.0 279 280

Calculamos los parámetros básicos de la información que contamos, entonces: Xprom = 294.3 Kg/cm² = f’c diseño Ds = 15.3 Kg/cm²

127


Valores de dispersión en el control del concreto en ensayos individuales

330

Máximo 321 Kg/cm²

320 310 300

Prom 294 Kg/cm²

290 280 270

0

5

10

15

20

25

30

35

Mínimo 275 Kg/cm²

N° Muestra

Valores de dispersión en el control del concreto en promedio de 3 ensayos consecutivos 310.0

Máximo 307.7 Kg/cm²

305.0 300.0

Prom 294.8 Kg/cm²

295.0 290.0 285.0 280.0

Mínimo 276.3 Kg/cm²

275.0 270.0

0

5

10

15

20

25

30

35

N° Muestra

Cálculo del f’c especificado 1. El promedio de todos los grupos de 3 ensayos de resistencia en compresión consecutivos sea ≥ f’c = f c+ 294.3 '

1. => f 'c = 34 (1 5. 3)

cm 273.8 Kg /

²

2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que fć en más de 35 Kg/cm² (15.3) c− + 2. => f ' c = 294.3 = f ' 35 33

c m

293.7 Kg /

Escogiendo el menor valor tenemos que : f'c=

Kg cm 273.8 /

R e s is te n cia ( Kg /cm ²)

R e s is te n cia ( Kg /cm ²)

128

²

²


Ejemplo 4 El contratista nos entrega los datos de la resistencia a compresión de las probetas, además nos dice que el fć = 210 Kg/cm², deseamos conocer ? - El fćr especificado - Desviación Estándar - Si el concreto esta cumpliendo con el fć especificado Análisis del Problema N° Ensayo 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Resistencia ( Kg/cm² ) Individual Promedio 3 226 215.3 212 226.0 208 248.7 258 250.0 280 232.7 212 217.7 206 232.0 235 233.3 255 228.3 210 211.3 220 210.7 204 210.7 208 214.3 220 220.0 215 219.3 225 234.3 218 224.3 260 222.3

N° Ensayo 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Resistencia ( Kg/cm² ) Individual Promedio 3 195 205.7 212 212.3 210 218.3 215 230.0 230 226.7 245 216.7 205 205.3 200 208.7 211 211.3 215 209.7 208 218.0 206 220.3 240 231.7 215 238.3 240 260.0 260 280

Cálculo del f’c de diseño Promedio = 224.5 Kg/cm² = fćr Ds = 22.4 Kg/cm² Comprobando el factor t: t=

224.5 −

0.58

210= 24.89 De la tabla del factor t encontramos una probabilidad de 2.5 en 10 (25%) de obtener probetas 129


por debajo del f’c lo que no satisface el ACI (1 en 100) Cálculo del f’c especificado 1. El promedio de todos los grupos de 3 ensayos de resistencia en compresión consecutivos sea ≥ f’c f ' cr = 210 +

1. => f ' cr = 34

cm 240 Kg /

²

(2 2. 4) 2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que fć en más de 35 Kg/cm² f ' cr =

− + 210 35

2.33(2 => f ' cr = 2.4)

Escogiendo el mayor valor tenemos que : f ' c = 240 Kg / cm²

cm 227.2 Kg /

²

130


REFERENCIA BIBLIOGRAFICA -

Código ACI 318.

-

Normas ASTM

-

Normas Técnicas Peruanas

-

Naturaleza y Materiales del Concreto, Ing. Enrique Rivva Lopez

-

Concretos de Alta Resistencia, Ing. Enrique Rivva Lopez

-

Diseño de Mezclas, Ing. Enrique Rivva Lopez

-

Diseño de Mezclas, Ing Rafael Cachay Huamán

-

Tópicos de Tecnología del Concreto en el Perú, Ing. Enrique Pasquel C.

-

Manual de supervisión de obras de concreto, Federico Gonzales

131

Curso Basico de Tecnologia Del Concreto

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