FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DEL CONCRETO FRESCO
I.
PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO ENDURECIDO a) Dens Densid idad ad
La densidad del hormigón se define como el peso por unidad de volumen. Depende de la densidad real y de la proporción en que participan cada uno de los diferentes materiales constituyentes del horm hormig igón ón.. Pa Para ra los los horm hormig igon ones es co conv nven enci cion onal ales es,, form formad ados os por por materiales granulares provenientes de rocas no mineralizadas de la corteza terrestre su valor oscila entre 2.35 y 2.55 kg/dm3. La densid densidad ad normal normalmen mente te experi experimen menta ta ligera ligerass variac variacion iones es con el tiempo, las que provienen de la evaporación del agua de amasado hacia la atmósfera y que en total puede significar una variación de hasta alrededor de un 7% de su densidad inicial. Los hormigones livianos se obtienen por medio de la incorporación de aire, ya sea directamente directamente en la masa del hormigón hormigón o incorporada incorporada en los áridos áridos utiliz utilizand ando o áridos áridos livian livianos. os. Su densid densidad ad puede puede alcanz alcanzar ar valo valore ress tan tan bajo bajoss co como mo 0.5 0.5 kg/d kg/dm3 m3 y se util utiliz izan an prin princi cipa palm lmen ente te cuando se desea obtener aislación térmica y acústica, mayores que las del hormigón convencional. Loss horm Lo hormig igon ones es pesa pesado doss se obti obtien enen en me medi dian ante te el uso uso de árid áridos os mineralizados, cuya densidad real es mayor que la de los áridos normales. Su densidad puede alcanzar valores hasta de 5.0 kg/dm3 y se util utiliz izan an prin princi cipa palm lmen ente te cuan cuando do se dese desea a obte obtene nerr aisl aislam amie ient nto o contra las partículas radiactivas
b) Resiste Resistencia: ncia: La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’ c. Pa Para ra de te term rmin inar ar la re resi sist sten enci cia a a la co comp mpre resi sión ón,, se re real aliz izan an prue pr ueba bass es espe pecí címe mene ness de mo mort rter ero o o de co conc ncre reto to;; en lo loss Es Esta tado doss Unidos, a menos de que se especifique de otra manera, los ensayes a compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm. en tanto que los ensayes a compresión del concreto se efectúan sobre cilindros que miden 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física
fundament fundam ental, al, y es fre frecue cuente ntemen mente te emp emplea leada da el los cál cálcul culos os par para a diseño de puente, de edificios y otras estructuras. El concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm2. Un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420 kg/cm cuadrado. resistencia de
1,400 kg/cm cuadrado se ha llegado a utilizar en aplicaciones de construcción .
La resistencia a la flexión del concreto se utiliza generalmente al
diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, una ves que entre ellas se ha establecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión. La resistencia a la flexión, también llamada modulo de ruptura, para un concreto de peso normal se aproxima a menudo de1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión. El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a 12% de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión. La resistencia a la torsión para el concreto esta relacionada con el
modulo de ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto.
La resistencia al cortante del concreto puede variar desde el 35% al
80% de la resistencia a compresión. La correlación existe entre la resistencia a la compresión y resistencia a flexión, tensión, torsión, y cortante, de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en que se encuentre. El modulo de elasticidad, denotando por medio del símbolo E, se puedes definir como la relación del esfuerzo normal la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del límite de proporcionalidad de un material. Para concretos de peso normal, E fluctúa entre 140,600 y 422,000 kg/cm cuadrado, y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a compresión. Los principales factores que afectan a la resistencia son la relación Agua – Cemento y la edad, o el grado a que haya progresado la hidratación. Estos factores también afectan a la resistencia a flexión y a tensión, así como a la adherencia del concreto con el acero. Las relaciones Edad – Resistencia a compresión. Cuando se requiera de valores más precisos para el concreto se deberán desarrollar curvas para los materiales específicos y para las proporciones de mezclado que se utilicen en el trabajo. Para una trabajabilidad y una cantidad de cemento dadas, el concreto con aire incluido necesita menos agua de mezclado que el concreto sin aire incluido. La menor relación Agua – Cemento que es posible lograr en un concreto con aire incluido tiende a compensar las resistencias mínimas inferiores del concreto con aire incluido,
particularmente en mezclas con contenidos de cemento pobres e intermedios.
c) Durabilidad Durante toda su vida útil, el hormigón está permanentemente expuesto a las acciones provenientes de agentes externos e internos, que pueden afectar su durabilidad si no se les tiene debidamente en cuenta. De acuerdo a su origen, estas acciones pueden ser producidas por agentes físicos o químicos.
II.
ETAPAS DEL FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO Fraguado del concreto:
Cuando el cemento y el agua entran en contacto, se inicia una reacción química exotérmica que determina el paulatino endurecimiento de la mezcla. Dentro del proceso general de endurecimiento se presenta un estado en que la mezcla pierde apreciablemente su plasticidad y se vuelve difícil de manejar; tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla. A medida que se produce el endurecimiento normal de la mezcla, se presenta un nuevo estado en el cual la consistencia ha alcanzado un valor muy apreciable; este estado se denomina fraguado final. La determinación de estos dos estados, cuyo lapso comprendido entre ambos se llama tiempo de fraguado de la mezcla, es muy poco precisa y sólo debe tomarse a título de guía comparativa. El tiempo de fraguado inicial es el mismo para los cinco tipos de cemento enunciados y alcanza un valor de 45 a 60 minutos, el tiempo de fraguado final se estima en 10 horas aproximadamente. En resumen, puede definirse como tiempo de fraguado de una mezcla determinada, el lapso necesario para que la mezcla pase del estado fluido al sólido. Así definido, el fraguado no es sino una parte del proceso de endurecimiento. Es necesario colocar la mezcla en los moldes antes de que inicie el fraguado y de preferencia dentro de los primeros 30 minutos de fabricada. Cuando se presentan problemas especiales que demandan un tiempo adicional para el transporte del concreto de la fábrica a la obra, se recurre al uso de “retardantes” del fraguado, compuestos de yeso o de anhídrido sulfúrico; de igual manera, puede acelerarse el fraguado con la adición de sustancias alcalinas o sales como el cloruro de calcio.
Curado del concreto
El curado debe comenzarse cuando el concreto se haya endurecido lo suficiente como para que no se hagan marcas en su superficie. La cura debe durar por lo menos siete días. Un aspecto importante de la cura y que no deben olvidar, amigos, es que al concreto fresco no le gusta el sol sino la humedad. Esto hay que tenerlo muy presente, sobre todo cuando se trata de pisos, pavimentos, bloques para paredes y piezas prefabricadas a) Endurecimiento del concreto.
El endurecimiento del concreto depende a su vez del endurecimiento de la lechada o pasta formada por el cemento y el agua, entre los que se desarrolla una reacción química que produce la formación de un coloide “gel”, a medida que se hidratan los componentes del cemento. La reacción de endurecimiento es muy lenta, lo cual permite la evaporación de parte del agua necesaria para la hidratación del cemento, que se traduce en una notable disminución de la resistencia final. Es por ello que debe mantenerse húmedo el concreto recién colado, “curándolo”.
También se logra evitar la evaporación del agua necesaria para la hidratación del cemento, cubriendo el concreto recién descimbrado con una película impermeable de parafina o de productos especiales que se encuentran en el mercado desde hace varios años.
Velocidad del secado del concreto
El concreto ni endurece ni se cura con el secado. El concreto (o de manera precisa, el cemento en el contenido) requiere de humedad para hidratarse y endurecer. El secado del concreto únicamente esta relacionado con la hidratación y el endurecimiento de manera indirecta. Al secarse el concreto, deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicación de que haya experimentado la suficiente hidratación para lograr las propiedades físicas deseadas. El conocimiento de la velocidad de secado es útil para comprender las propiedades o la condición física del concreto. Por ejemplo, tal como se menciono, el concreto debe seguir reteniendo suficiente humedad durante todo el periodo de curado para que el cemento pueda hidratarse. El concreto recién colado tiene agua abundante, pero a medida de que el secado progresa desde la superficie hacia el interior, el aumento de resistencia continuara a cada profundidad únicamente mientras la humedad relativa en ese punto se mantenga por encima del 80%.
La superficie de un piso de concreto que no a tenido suficiente curado húmedo es una muestra común. Debido a que se seca rápidamente, el concreto de la superficie es débil y se produce descascaramiento en partículas finas provocado por el transito. Asimismo, el concreto se contrae al, secarse, del mismo modo que lo hacen la madera, papel y la arcilla (aunque no tanto). La contracción por secado es una causa fundamental de agrietamiento, y le ancho de las grietas es función del grado del secado. En tanto que la superficie del concreto se seca rápidamente, al concreto en el interior le lleva mucho mas tiempo secarse. Note que luego de 114 días de secado natural el concreto aun se encuentra muy húmedo en su interior y que se requiere de 850 días para que la humedad relativa en el concreto descendiera al 50%. El contenido de humedad en elementos delgados de concreto que han sido secados al aire con una humedad relativa de 50% a 90% durante varios meses es de 1% a 2% en peso del concreto, del contenido original de agua, de las condiciones de secado y del tamaño del elemento de concreto. El tamaño y la forma de un miembro de concreto mantienen una relación importante como la velocidad de secado. Los elementos del concreto de gra area superficial en relación a su volumen (tales como losas de piso) se secan con mucho mayor rapidez que los grandes volúmenes de concreto con ares superficiales relativamente pequeñas (tales como los estribos de puentes). Muchas otras propiedades del concreto endurecido se ven también afectadas por su contenido de humedad; en ellas incluye la elasticidad, flujo plástico, valor de aislamiento, resistencia al fuego, resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, durabilidad.
III.
EVALUACION DEL ENDURECIMIENTO: MEDIOS MODIFICAR EL FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO.
PARA
Para la evaluación se hace los siguientes ensayos, cada cual esta regido por una respectiva norma ASTM.
1. “METODO DE ENSAYO 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.
PARA
EL
ESFUERZO
A
LA
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.
1.3. EXPRESIÓN DE RESULTADOS Rc = Resistencia de Rotura a la Compresión. P = Carga Máxima de Rotura en Kilogramos. A = Área de la superficie de Contacto
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. “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 2.2. PROCEDIMIENTO a. El ensayo se realiza con la muestra en estado húmedo, haciendo girar las muestras b. sobre uno de los lados con respecto a la posición de vaciado. c. 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. d. 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 = Módulo de rotura, en MPa P = Carga máxima de rotura, en Kg-f. L = Luz libre entre apoyos, en cm. b = Ancho promedio de la viga, en cm h = Altura promedio de la viga, en cm
3. “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. Cuando la resistencia de las probetas, modelados al pie de obra es baja. b. Cuando han ocurrido anomalías en el desarrollo de la construcción. c. Fallas de curado. d. Aplicación temprana de cargas. e. Incendio. f. Estructuras antiguas. g. 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 especímenes por cada resultado de resistencia que esté por debajo de la resistencia a la Compresión especificada del concreto f'c. 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 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 especímenes 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. 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. III.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 :
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.
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. 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
UNIVERSIDAD PARTICULAR DE CHICLAYO
FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO E INGENIERIA CIVIL
CATEDRA:
TECNOLOGIA DEL CONCRETO
TEMA:
FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DEL CONCRETO FRESCO
ALUMNOS:
ERIKA
PUPUCHE
PEÑA
NORVIL
AVELLANEDA
VILLANUEVA
GERARDO MONTEZA SUAREZ CESAR
VELA
CARRERA PROF:
INGENIERIA CIVIL
CICLO:
“V“
DOCENTE:
Ing. GUERRERO
TORRES
Pimentel, Setiembre del 2009
