Unidad Vi Concreto Endurecido

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL

UNIDAD VI CONCRETO ENDURECIDO

6.1 Fraguado y endurecimiento del concreto 6.1.1 Curado del concreto 6.2 Pruebas de resistencia 6.2.1 Propiedades y características del concreto endurecido 6.2.2 Métodos de prueba 6.3 Procesamiento de datos e interpretación de resultados

Conocer de que manera se lleva a cabo el endurecimiento del concreto, las precauciones que debemos tener en esta etapa que viene a ser fundamental para que este obtenga la resistencia de diseño; así también, conoceremos las pruebas mediante las cuales podremos comprobar la resistencia del mismo, y con los datos que estas arrojen veremos el procesamiento de estos datos y su interpretación para la toma de decisiones. Objetivo.

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135 ING. SERGIO ARRIETA VERA


6.1 Fraguado y endurecimiento del concreto

Se entiende por fraguado al cambio de la mezcla de concreto de su estado fluido al estado sólido. Este proceso se produce por la hidratación continua del cemento, el concreto tiende a aumentar su resistencia y en general, a mejorar sus características, con la edad. Este proceso de hidratación puede ser más o menos efectivo, según sean las condiciones de intercambio de agua con el medio ambiente después del colado. Por lo tanto, las propiedades del concreto endurecido, dependen generalmente de las condiciones de curado a través del tiempo. En el comportamiento del concreto es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua ya que ésta determina el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser lo suficientemente lenta para que se pueda transportar y colocar, sin embargo, una vez que el concreto ha sido colado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido. Entre otros, los factores que más influyen en la velocidad de hidratación del cemento son: *** El yeso, que es adicionado en la molienda final y que actúa como regulador de la velocidad de hidratación del cemento. *** La finura de la molienda de cemento, la cantidad de agua adicionada en el concreto, los agregados y el uso de aditivos. 6.1.1 Curado del concreto

El curado adecuado es uno de los factores individuales más importantes para poder lograr la máxima calidad del concreto. La permeabilidad, durabilidad, resistencia y apariencia superficial del concreto dependen en gran parte de si el concreto ha sido curado en forma adecuada. El curado adecuado cumple dos funciones muy importantes: 1) Conservar la humedad del concreto para asegurar que exista la cantidad suficiente de agua para permitir la completa hidratación del cemento. 2) Estabilizar la temperatura a un nivel adecuado. Las condiciones adecuadas de curado se logran cuando el concreto se mantiene a una temperatura cercana a los 20-25ºC y totalmente húmedo por un mínimo de 7 días.

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Los primeros tres días son los más críticos en la vida del concreto. En este periodo, cuando el agua y el concreto se combinan rápidamente, el concreto es más susceptible de sufrir algún daño. A la edad de siete días, el concreto ha obtenido aproximadamente 70% de la resistencia, a los catorce días aproximadamente el 85% y los 28 días, la resistencia de diseño. Existen varios métodos para curar el concreto, entre los más comunes tenemos: 1) Curado con agua 2) Materiales selladores 3) Curados a vapor 1) Curado con agua Cuando se elige una aplicación de agua debe estudiarse la economía del método particular que se usará en cada obra, puesto que la disponibilidad de agua, mano de obra y otros factores influirán en el costo. A continuación se describen varios métodos de curado con agua. a) Anegamiento o inmersión Se emplea rara vez, sin embargo es el método mas completo de curado; todo depende de que el elemento a curar se preste. Algunas veces se emplea en losas planas, puentes, pavimentos, atarjeas, es decir en cualquier elemento donde sea posible crear un charco. b) Rociado de niebla o aspersión El rociado de niebla o aspersión mediante boquillas o aspersores proporcionan un curado excelente. Una de las desventajas es el costo del agua a menos que se cuente con toda la necesaria. El uso de mangueras es útil, especialmente cuando se tienen superficies verticales. Sin embargo debe tenerse cuidado de no provocar la erosión de la superficie. c) Costales, carpetas de algodón y alfombras Estos elementos y otras cubiertas de material absorbente retendrán agua sobre la superficie del concreto, sea esta vertical u horizontal. Estos materiales deben estar libres de substancias dañinas tales como: Azúcar o fertilizantes, que si puedan dañar a el concreto y decolorarlo. Los costales deben lavarse muy bien con agua para eliminar estas substancias y hacerlos más absorbentes.




d) Arena y aserrín La arena y aserrín mojados proporcionan por mayor tiempo la humedad y pueden proteger la superficie del elemento en caso de lluvias para que no se despostille. 2) Materiales selladores Los materiales selladores son hojas o membranas que se colocan sobre el concreto para reducir la pérdida del agua por evaporación. Estos, proporcionan varias ventajas; por ejemplo, cuando se impide la pérdida de humedad mediante el sellado, existe menos la posibilidad de que el concreto se seque antes de tiempo debido a un error en el mantenimiento de la cubierta húmeda. Asimismo, los materiales selladores son más fáciles de manejar y pueden aplicarse más temprano. a) Película plástica La película plástica es de peso ligero y está disponible en hojas transparentes, blancas y negras. La película blanca es la más costosa, pero refleja los rayos del sol considerablemente, mientras que la transparente tiene poco efecto sobre la absorción de calor. La película negra debe evitarse en clima cálido, excepto para interiores, sin embargo, tiene sus ventajas en clima frío por su absorción de calor. b) Papel impermeable El papel impermeable esta compuesto de dos hojas de papel kraft unidas entre si mediante un adhesivo bituminoso, e impermeabilizadas con fibras. El papel impermeable puede emplearse por segunda vez siempre y cuando conserve su capacidad para retardar eficazmente la pérdida de humedad. c) Compuestos líquidos para formar membranas de curado Estos compuestos consisten esencialmente en ceras, resinas naturales o sintéticas, así como solventes de volatilidad elevada a la temperatura atmosférica. Los compuestos de curado no deben emplearse sobre superficies que vayan a recibir capas adicionales de concreto, pintura o mosaicos que requieran buena adherencia. 3) Curados a vapor Estos curados se llevan a cabo cuando se pretende que el concreto obtenga su resistencia máxima antes de los 28 días. Las ventajas que se tienen son: descimbrado a los tres días, el elemento puede cargar más pronto, el tronado de cilindros nos darían resultados inmediatos, etc.




a) Curado con vapor a baja presión Este se lleva a cabo a presión atmosférica, envolviendo el elemento con un plástico para que el vapor no se escape. b) Curado con vapor a alta presión Este curado, por lo general se lleva a cabo en un autoclave, este se hace necesario en productos que no tengan contracciones a la hora del secado. c) Tina de curado La tina de curado se utiliza especialmente para los cilindros de prueba, acelerando su resistencia a temprana edad; por medio del calentamiento del agua a cierta temperatura según el tiempo en el que se pretenda tronar los cilindros. 6.2. Pruebas de resistencia

Las pruebas para concreto se hacen con la finalidad de evaluar el comportamiento de los materiales disponibles, establecer las proporciones de las mezclas, y controlar la calidad del concreto en el campo. 6.2.1 Propiedades y características del concreto endurecido

Las principales propiedades y características del concreto endurecido, son las siguientes: • • • • • • • • • • • • • •

Resistencia a la compresión simple Resistencia a la tensión Resistencia a la flexión Resistencia al esfuerzo cortante Resistencia a la compresión triaxial Resistencia a la torsión Resistencia al impacto Resistencia a la fatiga Resistencia al intemperismo Resistencia a la abrasión Resistencia al fuego Adherencia Permeabilidad Durabilidad




• • • • • • • • • • • •

Conductividad térmica y acústica Flujo plástico Absorción de radiaciones Contracción por hidratación del cemento Contracción por secado Expansión por saturación Expansión por reacción química Expansión térmica Módulo de elasticidad a la compresión Módulo de elasticidad al esfuerzo cortante Coeficiente de Poisson Etc.

Para determinar las características antes mencionadas, se le realiza pruebas al concreto endurecido, y estas pueden clasificarse en: ensayes destructivos y ensayes no destructivos. Las pruebas destructivas se han venido utilizando desde hace muchos años, sin embargo, ninguna ha sido mundialmente aceptada, por lo que cada país adopta y adapta bajo sus propios criterios utilizando sus técnicas y métodos. Los ensayes no destructivos se han intentado por diversos métodos sin embargo, no todos han tenido el éxito esperado, lo bueno de estos ensayes es que podemos repetirlos el mayor número de veces que queramos en una misma muestra y así poder obtener la variación de las propiedades de esta a través del tiempo. Las pruebas destructivas que comúnmente se utilizan son: Prueba a la compresión simple, prueba de flexión, prueba de tensión; dentro de las pruebas no destructivas más comunes tenemos; prueba del martillo de rebote (esclerómetro), prueba de resistencia a la penetración (pistola de windsor), prueba de pulso ultrasónico, pruebas dinámicas o de vibración y prueba de extracción de corazones, esta última algunos autores la consideran como prueba semidestructiva. Entre las técnicas relativamente nuevas que se encuentran en desarrollo para probar la resistencia y otras propiedades del concreto endurecido se incluyen los rayos X, la radiografía gama, los medidores de humedad de neutrones, los medidores magnéticos de recubrimiento, la electricidad, la absorción de microondas y las emisiones acústicas. Cada método tiene sus limitaciones, y se deberá tener precaución en aceptar los resultados de pruebas no destructivas como si se tuviera una correlación constante con la prueba tradicional de compresión, es decir, deberán desarrollarse correlaciones empíricas antes de su uso.

6.2.2 Métodos de prueba

A continuación describiremos de manera breve algunas de las pruebas más usadas, tanto destructivas como no destructivas. UNIDAD VI. CONCRETO ENDURECIDO TECNOLOGIA DEL CONCRETO



Prueba de compresión

(ASTM C-39)

Para una prueba de resistencia se necesitan preparar como mínimo dos cilindros estándar de una muestra de concreto. Muestreo . Para que el muestreo sea representativo deberemos tomar porciones de diferentes puntos de la mezcla a muestrear. La muestra deberá ser transportada al lugar donde se van a preparar los cilindros y luego se volverá a mezclar con una pala para asegurar su uniformidad Moldes .

Los moldes para poder colar los especimenes cilíndricos para pruebas de resistencia a la compresión deberán estar construidos a base de materiales no absorbentes y ser lo suficientemente rígidos para no deformarse. Además deberán ser impermeables. Elaboración de los especimenes .

Los moldes deberán colocarse sobre una base lisa y rígida, metálica de preferencia, para lograr que la base del cilindro de concreto sea tersa y evitar que se obtenga una superficie curva. El concreto se deberá compactar perfectamente dentro del molde cilíndrico. La mejor forma para lograr esto es colocando la muestra de concreto en el molde en tres capas del mismo volumen aproximadamente. Esto debe hacerse con un cucharón, de tal manera que se logre una distribución uniforme. Cada capa deberá varillarse con 25 golpes con una varilla de 5/8” y punta en forma de bala. Los golpes se deberán distribuir uniformemente en toda la sección transversal del molde e introducir la varilla hasta apenas penetrar la capa inferior 2 cm. El varillado no deberá abollar ni deformar la placa metálica del fondo. Curado de los especimenes de prueba .

Se deberán curar a una temperatura de 16 a 17 ºC durante 24 horas en el sitio de la obra. Posteriormente se transportarán al laboratorio, se extraerán de los moldes y se almacenarán en condiciones controladas de laboratorio a una temperatura de 23 ± 2ºC y humedad relativa de mínimo el 95%. Cabeceo de especimenes . Los especimenes deben tener sus bases superior e inferior planas

con una tolerancia de 0.05 mm y a escuadra con el eje del cilindro. Generalmente se requiere del cabeceo para cumplir con esta tolerancia. Este se lleva a cabo con una pasta de cemento o con mezclas de azufre con material granular fino.

Procedimiento

1. Antes de colocar el espécimen en la máquina de ensaye, deberá comprobarse la total limpieza de las superficies de las placas que deberán estar en contacto con las cabezas del espécimen. 2. El eje del espécimen estará perfectamente alineado con el centro de aplicación de la carga de la maquina de ensaye. UNIDAD VI. CONCRETO ENDURECIDO TECNOLOGIA DEL CONCRETO



3. Se comenzará a aplicar una carga en forma continua y sin impacto. La velocidad de aplicación de la carga deberá mantenerse dentro del intervalo de 1.5 a 3.5 kg/cm2/seg. Durante la aplicación de la primera mitad de la carga total podrá permitirse una velocidad ligeramente mayor, pero no deberán hacerse ajustes en los controles de la máquina de prueba cuando el espécimen comienza a deformarse rápidamente, inmediatamente antes de la falla. 4. La carga deberá aplicarse hasta que el espécimen haya fallado, registrándose la carga máxima soportada. También debe anotarse el tipo de falla y la apariencia del concreto en las zonas de falla. 5. La resistencia a compresión del espécimen deberá calcularse dividiendo la carga máxima soportada durante la prueba, en kilogramos, entre el área promedio de la sección transversal, en cm2. el resultado deberá aproximarse a 1.0 kg/cm2 El informe de la prueba del espécimen deberá incluir, por lo menos, los siguientes datos: *** Número de identificación *** Obra de procedencia y lugar de colado *** Planta premezcladota y número de camión muestreado, si el concreto es premezclado. *** Diámetro del espécimen (y altura, si no es estándar) en cm *** Área de la sección transversal, en cm2 *** Carga máxima, en kg *** Resistencia a la compresión en kg/cm2 *** Tipo de falla, si es diferente del cono usual *** Defectos observados en el espécimen, o en las cabezas *** Edad del espécimen, en días *** Revenimiento de la muestra, en cm *** Clase y resistencia de proyecto del concreto Prueba de flexión

(ASTM C-78)

Esta prueba se usa para determinar la resistencia a la flexión del concreto, empleando una viga simplemente apoyada con carga en los tercios del claro. Procedimiento El espécimen de ensaye será girado sobre uno de sus lados, respecto a la posición en que fue colado, y centrado sobre los apoyos. Los dispositivos de aplicación de carga se pondrán en contacto con la superficie del espécimen en los tercios del claro entre los apoyos. Si no se logra un contacto completo entre el espécimen, los dispositivos de aplicación de la carga y los apoyos, las superficies




de contacto serán cabeceadas, pulidas o calzadas con tiras de piel en todo el ancho de los especimenes. La carga se aplicará rápidamente hasta alcanzar el 50%, aproximadamente, del valor de ruptura. Después, la velocidad de aplicación será uniforme de tal manera que los incrementos del esfuerzo en las fibras extremas del espécimen no excedan de 10 kg/cm2 por minuto. Después del ensaye se medirá en la sección de falla el ancho y el peralte promedio del espécimen aproximando las lecturas al milímetro. Cálculos: El módulo de ruptura, que es la resistencia del concreto a la flexión, se calculará con la siguiente expresión, si la falla ocurre en el tercio central del claro, PL MR =---------bd2 donde MR = Módulo de ruptura por flexión en kg/cm2 P = Carga máxima aplicada, registrada en la máquina de ensaye, en kg. L = Longitud del claro entre apoyos, en cm b = Ancho promedio del espécimen, en cm d = Peralte promedio del espécimen, en cm Si la falla ocurre fuera del claro central, pero a una distancia de dicho claro no mayor de 5% de L, el módulo de ruptura se calculará con la expresión 3Pa MR = -----------b d2 siendo a = Distancia entre la línea de falla y el apoyo más cercano, medida a lo largo del eje central de la superficie inferior de la viga, en cm Si la falla ocurre fuera de la distancia antes mencionada, el ensaye deberá rechazarse.




El esclerómetro o martillo de Schmidt (Fig 31), es en esencia, un medidor de la dureza de la superficie que constituye un medio rápido y simple para revisar la uniformidad del concreto. Mide el rebote de un émbolo cargado con un resorte después de haber golpeado una superficie plana de concreto. La lectura del número de rebote da una indicación de la resistencia a compresión del concreto. Los resultados de la prueba con esclerómetro (ASTM C-805) se ven afectados por la lisura de la superficie, el tamaño, forma y rigidez del espécimen; la edad y condición de humedad del concreto; el tipo de agregado grueso; y la carbonatación de la superficie del concreto. Cuando se reconocen estas limitaciones y el esclerómetro se calibra para los materiales particulares que se utilicen en el concreto, entonces este instrumento puede ser útil para determinar la resistencia a la compresión relativa y la uniformidad del concreto en la estructura. Método del esclerómetro.

Para el control no destructivo de la calidad del hormigón en obras terminadas. Con una energía definida el martillo de impacto golpea el hormigón. El rebote determina la dureza del hormigón medido. Mediante el valor del rebote y unas tablas se determina la resistencia a la compresión.

Fig. 31 Esclerómetro

El sondeo Windsor (ASTM C-803), como el esclerómetro, es básicamente un probador de dureza que brinda un medio rápido para determinar la resistencia relativa del concreto. El equipo consiste de una pistola accionada con pólvora que clava una sonda de aleación acerada (aguja) dentro del concreto. Se mide la longitud Método de penetración.




expuesta de la sonda y se relaciona con la resistencia a compresión del concreto por medio de una tabla de calibración. Tanto el esclerómetro como el sondeo de penetración dañan la superficie del concreto en cierto grado. El esclerómetro produce una pequeña muesca sobre la superficie; y el sondeo de penetración deja un agujero pequeño y puede causar agrietamientos leves. Una prueba dinámica o de vibración (velocidad de pulso) (ASTM C-597) se basa en el principio de que la velocidad del sonido en un sólido se puede medir: 1) determinando la frecuencia resonante de un espécimen ó 2) registrando el tiempo de recorrido de pulsos cortos de vibración a través de una muestra. Las velocidades elevadas indican que el concreto es de buena calidad, y las velocidades bajas indican lo contrario. Pruebas dinámicas o de vibración.

Los corazones de concreto son núcleos cilíndricos que se extraen haciendo una perforación en la masa de concreto con una broca cilíndrica de pared delgada; por medio de un equipo rotatorio como especie de un taladro al cual se le adapta la broca con corona de diamante, carburo de silicio u otro material similar; debe tener un sistema de enfriamiento para la broca, impidiendo así la alteración del concreto y el calentamiento de la broca. El diámetro de los corazones que se utilicen para determinar la resistencia a la compresión debe ser cuando menos de 3 veces el tamaño del máximo del agregado grueso, y puede aceptarse de común acuerdo por lo menos 2 veces el tamaño máximo del mismo agregado, debiendo anotarse en el reporte. Las bases de los corazones que se prueben a la compresión deben ser planas y prácticamente lisas, perpendiculares al eje longitudinal, con una tolerancia de 5º y con el mismo diámetro que el cuerpo del espécimen, con tolerancia de 2.5 mm. Cada extremo del espécimen debe recortarse con disco de diamante por lo menos 1 cm, para evitar alterarlas. Pruebas de corazones (ASTM C-42).

6.3 Procesamiento de datos e interpretación de resultados

Los requisitos del reglamento de construcción para concreto reforzado ACI 318 señalan que la resistencia a compresión del concreto puede considerarse satisfactoria si los promedios de todos los conjuntos de tres pruebas de resistencia consecutivas igualan o exceden la resistencia especificada a los 28 días y si ninguna prueba de resistencia individual (el promedio de dos cilindros) se encuentra más allá de 35 kg/cm2 debajo de la resistencia especificada. Si la resistencia de cualquier cilindro curado en el laboratorio es inferior a la resistencia especificada menos de 35 kg/cm2, se deberá evaluar la resistencia del concreto en el lugar. Cuando sea necesario evaluar la resistencia del concreto en el lugar, deberá determinarse ensayando tres corazones por cada prueba de resistencia en que los cilindros curados en el laboratorio hayan estado por debajo del f’c en más de 35 kg/cm2. Si la estructura permanece seca durante su servicio, antes de la prueba deberán secarse los corazones 7 días a una temperatura de 16 a 27ºC y a una humedad relativa de menos de 60%. Los corazones deberán sumergirse en agua por lo menos 40 horas antes de la prueba si la estructura va estar en servicio en un ambiente húmedo. UNIDAD VI. CONCRETO ENDURECIDO TECNOLOGIA DEL CONCRETO



Los métodos de prueba no destructivos no sustituyen a las pruebas de corazones (ASTM C42). Si la resistencia promedio de tres corazones es de por lo menos 85% del f’c y si ningún corazón es menor que 75% del f’c, se considerará estructuralmente adecuado al concreto de la zona representada por el corazón. Si los resultados de las pruebas de corazones correctamente realizadas son tan bajos como para poner en duda la integridad estructural del concreto, deberá optarse por demoler el elemento o probar físicamente con la carga a la cual estará trabajando dicho elemento.




CUESTIONARIO DE LA UNIDAD VI (CONCRETO ENDURECIDO)

1.- ¿Qué se entiende por fraguado de una mezcla de concreto hidráulico? 2.- ¿Cuáles son las precauciones que debemos tomar cuando se esta llevando a cabo el fraguado del concreto? 3.- ¿Cuáles son los dos factores que más influyen en la velocidad de hidratación del cemento? 4.- ¿Cuáles son las dos funciones más importantes que debe cumplir un curado adecuado? 5.- Explique los diferentes métodos de curado 6.- ¿Cuáles son las principales propiedades y características del concreto endurecido? 7.- ¿Cómo podemos clasificar los ensayes que se realizan al concreto endurecido? 8.- Explique dos pruebas de cada uno de los diferentes ensayes que se le realizan al concreto endurecido. Realizar los ensayes que se puedan llevar a cabo de acuerdo al equipo con que se cuente en el laboratorio.



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