Resistencia y Durabilidad Del Concreto

PROPIEDADES DEL CONCRETO NO ENDURECIDO 1. SUPERFICIE INTERNA Las microsílice tienen una gran área superficial debido a su muy alta superficie específica. En un dosaje del 10% de microsílice en peso del cemento, se añaden por cada gramo de cemento 50 000 a 100 000 microesferas que hacen que la mezcla se sature con material muy fino, y esta adición cause un incremento en la superficie interna de un gran orden de magnitud.

2. AIRE INCORPORADO El dosaje de aditivo incorporador de aire necesario para producir un determinado volumen de aire en la pasta se incrementa con aumentos en el contenido de microsílice.

3. COHESIVIDAD El concreto de alta resistencia (con microsílice) es más cohesivo, es menos suceptible a procesos de segregación que los concretos regulares, aún en los concretos fluidos. Otras consecuencias de las modificaciones de la cohesividad es que un concreto con microsílice no deberá producir exudación. Por lo tanto el concreto deberá ser curado de acuerdo con las buenas prácticas de obra.

4. TRABAJABILIDAD Que la cohesividad aumente genera que el concreto sea menos trabajable en la colocación, lo cual obliga a un incremento del asentamiento para mantener una trabajabilidad aparente. Debido a este proceso, es necesario la utilización de plastificantes o superplastificantes.

La relación agua/cemento es un factor importante es un factor importante en asegurar un concreto de buena calidad con microsílice, recomendándose que su valor no sea mayor de 0.45 y de preferencia esté entre 0.28 y 0.35. Esta condición es alcanzada empleando superplastificantes.

5. DEMANDA DE AGUA

A I C N E T S I S E R A T L A E D O T E R C N O C

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Como consecuencia de los diferentes cambios en la trabajabilidad de los concretos, sin y con microsílice, con el tiempo de adición y el dosaje del aditivo, las diferencias en la demanda de agua entre los dos tipos de concreto varían significativamente con el dosaje de microsílice empleado. Cuando el dosaje de aditivo está sobre 1%, mayores incrementos en el dosaje dan por resultado una disminución en las diferencias en la demanada de agua entre los dos tipos de concreto, independientemente del tiempo de adición de microsílice. En un dosaje del 3% esta diferencia se reduce en un promedio del 65%.

6. ASENTAMIENTO

Cuando la pérdida de asentamiento de los dos tipos de concreto, sin y con microsílice, son comparadas en un rango de tiempo de demora en la adición de 5 a 20 minutos, las mayores reducciones en el asentamiento se encuentran siempre en las mezclas con una inmediata adición de la mircrosílice. En contraste las reducciones menores se encuentran con demoras en la adición. Así cuando la adición del aditivo es inmediata, la pérdida de asentamiento de los concretos con microsílice dentro de los primeros 10 minutos de mezclado es mayor que la de los concretos sin microsílice; inversamente, en el caso de demoras de la adición, las pérdidas de trabajabilidad de los dos tipos de mezclas son similares. En la ausencia de aditivo, la pérdida de asentamiento de los concretos con microsílice es mayor que la de los concretos sin ella.

7. TIEMPO DE ADICIÓN Como consecuencia de los diferentes cambios en la trabajabilidad dependientes del tiempo, la ganancia adicional de la reducción de agua depende del tiempo de mezclado del concreto. En los concretos con microsílice los cambios en el asentamiento dependientes del tiempo son similares a aquellos de mezclas de cemento portland únicamente cuando la adición de aditivo es demorada. En el caso de


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una adición inmediata del superplastificante, la pérdida de asentamiento de los concretos con microsílice es las de las mezclas de cemento portland.

8. SEGREGACIÓN Para un mismo contenido de agua, las mezclas que incorporan microsílice, por su alta fineza y mayor demanda de agua, son más densas y choesivas y menos propensas a la segregación. El concreto que incorpora más del 10% de microsílice tenderá a ser más ligoso, debiéndose, para mantener la misma consistencia por un plazo adecuado para permitir la colocación del concreto, incrementar el asentamiento inicial de éste en no menos de 50 mm.

9. EXUDACIÓN La incorporación de microsílice a la pasta reduce la exudación debido a los cambios en las propiedades reológicas del concreto, las cuales controlan las fuerzas internas causadas por alta superficie específica total de la adición. Al eliminarse virtualmente la exudación, el concreto deberá ser curado de acuerdos a los requisitos establecidos. La falta de agua de exudación igualmente permite un acabado adecuado, el cual puede ser comenzado mucho antes que en el caso de los concretos ordinarios; un incremento en la resistencia al corte, y un fraguado más rápido.

10. PESO UNITARIO


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RESISTENCIA Y DURABILIDAD 1. DURABILIDAD La durabilidad de una estructura de concreto o sea “su variación en el tiempo sin modificaciones esenciales en su comportamiento” es definida por el Comité 201 del American Concrete Institute (ACI) como “la habilidad del concreto para resistir la acción del intemperismo, ataques químicos, abrasión, o cualquier otro tipo de deterioro”. Algunos investigadores prefieren decir que “es aquella propiedad del concreto endurecido que define la capacidad de éste para resistir la acción del medio ambiente que lo rodea; los ataques, ya sea químicos, físicos o biológicos, a los cuales puede estar expuesto; los efectos de la abrasión, la acción del fuego y las radiaciones: la acción de la corrosión y/o cualquier otro proceso de deterioro”. Otros investigadores se inclinan a definir la durabilidad de una estructura como ”la capacidad del concreto para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectado, las condiciones físicas y químicas a las que estará expuesto, y que podrían llegar a provocar su degra dación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis


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estructural, siempre que las acciones del medio ambiente y las condiciones de exposición se consideren como factores de diseño y construcción de las estructuras”. Los investigadores concluyen en que la durabilidad es aspecto esencial de la calidad de una estructura siendo tan importante como la resistencia. Los costos de mantenimiento y de reparación hacen aún más importante un adecuado diseño, el cual exige información sobre las tensiones que plantea el medio ambiente y de su efecto en el concreto. En este trabajo nos ocuparemos de los diversos aspectos e interrelaciones que pueden contribuir a disminuir la durabilidad del concreto.

VIDA PREVISTA Y VIDA UTIL

1.1 VIDA PREVISTA

Se entiende por vida prevista de una estructura de concreto al período para el cual es diseñada y construida a fin de que satisfaga el conjunto de requisitos arquitectónicos, funcionales, estructurales, de durabilidad, de comportamiento y de seguridad, sin que se generen costos inesperados por mantenimiento o por reparación. Para estructuras convencionales la vida prevista puede ser de 50 años. Para obras de infraestructura, de 100 años ó más. Recuérdese que el Panteón de Adriano es una estructura romana en forma de bóveda que tiene 2000 años de antigüedad y está en perfectas condiciones y que el Acueducto de Segovia tiene más de 1500 años.


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Debe estudiarse, si está técnica y económicamente justificado el costo que garantiza la permanencia en el tiempo de las condiciones originales, analizando, en un estudio comparativo, si es más apropiado reparar, demoler o reconstruir la estructura. Existe un fuerte vacío en los conocimientos sobre los diversos aspectos de la durabilidad y patología del concreto por parte de los ingenieros proyectistas, los arquitectos y, especialmente, los contratistas, lo cual contribuye a acortar la vida de las obras. Neville ha descrito esta falta de conocimientos en el área de la Durabilidad del Concreto, y la atribuye a la pobre atención de las Facultades de Ingeniería Civil en la enseñanza de variados y vitales aspectos de la Tecnología del Concreto, si se la compara con el tiempo dedicado a la enseñanza del diseño estructural.

1.2 VIDA UTIL

Se define como “vida útil del proyecto” al período previsto para que un mecanismo de daño, o un agente agresor, dé inicio al deterioro del concreto, habiéndose vencido la barrera de protección, pero sin que aún se haya iniciado el debilitamiento de la estructura. Se define como “vida útil de servicio” al período desde la ejecución de la estructura hasta que se complete un nivel aceptable de deterioro. Este tiempo es muy variable en función del nivel de aceptación del proyecto. Se define como “vida útil total” o “límite de fractura” al período que va desde que se inicia la ejecución de la estructura hasta que se presenta un colapso total o parcial como consecuencia de los mecanismos de daño. La “vida útil residual” corresponde al período, contado a partir de la fecha de la supervisión, en que la estructura todavía es capaz de desempeñar sus funciones. El plazo final puede ser el límite del proyecto, de las condiciones de servicio, o de fractura, dándose origen a tres vidas útiles residuales.

OBTENCION DE LA DURABILIDAD

ASPECTOS GENERALES

Una estructura durable puede conseguirse si se considera todos los posibles factores de degradación y se actúa consecuentemente en cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura. El incremento de la durabilidad debe tener en consideración que en una estructura puede haber diferentes elementos portantes sometidos a distintos tipos de ambientes, o diversas formas de ataques.

En todos los casos el Ingeniero Proyectista debe recordar que la durabilidad no incumbe sólo a los elementos estructurales, dado que, muchas veces, son los elementos no estructurales los que conllevan problemas importantes. Estos problemas pueden consistir en el deterioro del propio elemento (por ejemplo la degradación de las aceras de los puentes), o pueden ser la consecuencia de un comportamiento inadecuado del mismo (por ejemplo, mal funcionamiento del drenaje).

LA DURABILIDAD EN LA FASE DEL PROYECTO

El proyecto de una estructura de concreto debe incluir las medidas necesarias para que la estructura alcance su vida útil estimada, de acuerdo con las condiciones de


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agresividad ambiental y con el tipo de estructura. Para ello se debe incluir una estrategia de durabilidad, incluyendo la agresividad a la que estará sometida la estructura, la cual se identificará por el tipo de ambiente.

En la memoria se incluirá la justificación de las clases de exposición consideradas para la estructura. Así mismo, en los planos se reflejará el tipo de ambiente para el que se ha proyectado cada elemento. El proyecto deberá definir formas y detalles estructurales que faciliten la evacuación del agua y sean eficaces frente a los posibles mecanismos de degradación del concreto.

Los elementos de equipamiento, tales como apoyos, juntas, drenajes, etc. pueden tener una vida más corta que la de la propia estructura por lo que, en su caso, se estudiará la adopción de medidas de proyecto que faciliten el mantenimiento y sustitución de dichos elementos durante la fase de uso.

En la protección frente a los ataques químicos agresivos, las medidas preventivas suelen ser las más eficaces y menos costosas. Por ello, la durabilidad es una cualidad que debe tenerse en cuenta durante la realización del proyecto, estudiando la naturaleza e intensidad potencial previsible del medio agresivo y seleccionando las formas estructurales, los materiales, las dosificaciones y los procedimientos de puesta en obra más adecuados en cada caso.

La identificación del medio ambiente deberá tener en cuenta la existencia de un conjunto de factores que son capaces de modificar el grado de agresividad que, a priori, podría considerarse como característico de la zona geográfica en la que se encuentra la estructura. Así, localizaciones relativamente próximas pueden presentar distintas clases de exposición en función de la altitud topográfica, la orientación general de la estructura, la naturaleza de la superficie, la existencia de zonas urbanas, la proximidad a cursos de agua, etc. A I C N E T S I S E R A T L A E D O T E R C N O C

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LA DURABILIDAD EN LA FASE DE EJECUCION

La buena calidad de la ejecución de la obra y, especialmente, del proceso de curado, tienen una influencia decisiva para conseguir una estructura durable. Por ello, las especificaciones relativas a la durabilidad deberán cumplirse en su totalidad durante la fase de ejecución. No debería permitirse compensar los efectos derivados del incumplimiento de algunas de ellas. La estrategia de durabilidad deberá incluir, al menos, los siguientes aspectos:

Selección de formas estructurales adecuadas.  Consecución de una calidad adecuada del concreto y, en especial de su capa exterior.  Adopción de un espesor de recubrimiento adecuado para la protección de las armaduras.  Control del valor máximo de abertura de fisuras.  Disposición de protecciones superficiales en el caso de ambientes muy agresivos.  Adopción de medidas contra la corrosión de las armaduras  Disminución al máximo de la permeabilidad. 

En el proyecto deberán definirse esquemas estructurales, formas geométricas y detalles, que sean compatibles con la consecución de una adecuada durabilidad de la estructura, en función del entorno en que ella ha de estar ubicada. Se procurará evitar el empleo de diseños estructurales que sean especialmente sensibles frente a la acción del agua; y se tenderá a reducir al mínimo el contacto directo entre la superficie del concreto y el agua.

2. RESISTENCIA Es una propiedad del concreto que, casi siempre, es motivo de preocupación. Por lo general se determina por la resistencia final de una probeta en compresión. Como el concreto suele aumentar su resistencia en un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida más común de esta propiedad. (Frederick, 1992). En la mayoría de los países la edad normativa en la que se mide la resistencia mecánica del concreto es la de 28 días, aunque hay una tendencia para llevar esa fecha a los 7 días. Es frecuente determinar la resistencia mecánica en periodos de tiempo distinto a los de 28 días, pero suele ser con propósitos meramente informativos. Las edades más usuales en tales casos pueden ser 1, 3, 7, 14, 90 y 360 días. En algunas ocasiones y de acuerdo a


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las características de la obra, esa determinación no es solo informativa, si no normativa, fijado así en las condiciones contractuales.

¿Por qué 28 días? La edad de 28 días se eligió en los momentos en que se comenzaba a estudiar a fondo la tecnología del concreto, por razones técnicas y prácticas. Técnicas porque para los 28 días ya el desarrollo de resistencia está avanzado en gran proporción y para la tecnología de la construcción esperar ese tiempo no afectaba significativamente la marcha de las obras. Prácticas porque 28 días es un múltiplo de los días de la semana y evita ensayar en día festivo un concreto que se vació en días laborables. Pero las razones técnicas han cambiado sustancialmente porque con los métodos constructivos actuales 28 días puede significar un decisivo adelanto de la obra por encima de los volúmenes de concreto cuya calidad no se conoce. La velocidad de ganancia de resistencia mecánica del concreto depende de numerosas variables y resultan muy diferentes entre unos y otros concretos. De esas variables, la más importante puede ser la composición química del cemento, la misma finura, la relación agua cemento, que cuanto más baja sea favorece la velocidad, la calidad intrínseca de los agregados, las condiciones de temperatura ambiente y la eficiencia de curado. Esto hace que los índices de crecimiento de la resistencia no pueden ser usados en forma segura o precisa con carácter general para cualquier concreto. Todos los comportamientos de la resistencia mecánica del concreto han llevado a conocer día a día la naturaleza del concreto:


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El concreto es una masa endurecida que por su propia naturaleza es discontinua y heterogénea. Las propiedades de cualquier sistema heterogéneo dependen de las características físicas y químicas de los materiales que lo componen y de las interacciones entre ellos. Con base en lo anterior, la resistencia del concreto depende principalmente de la resistencia e interacción de sus fases constituyentes: -

La resistencia de la pasta hidratada y endurecida (matriz).

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La resistencia de las partículas del agregado.

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La resistencia de la interface matriz-agregado.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA MECÁNICA DEL CONCRETO

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Contenido de cemento El cemento es el material más activo de la mezcla de concreto, por tanto sus características y sobre todo su contenido (proporción) dentro de la mezcla tienen una gran influencia en la resistencia del concreto a cualquier edad. A mayor contenido de cemento se puede obtener una mayor resistencia y a menor contenido la resistencia del concreto va a ser menor.

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Relación agua-cemento y contenido de aire En el año de 1918 Duff Abrams formuló la conocida “Ley de Abrams”, según la cual, para los mismos materiales y condiciones de ensayo, la resistencia del concreto completamente compactado, a una edad dada, es inversamente proporcional a la relación agua-cemento. Este es el factor más importante en la resistencia del concreto: Relación agua-cemento = A/C Donde: A= Contenido de agua en la mezcla en kg C= Contenido de cemento en la mezcla en kg De acuerdo con la expresión anterior, existen dos formas de que la relación agua-cemento aumente y por tanto la resistencia del concreto disminuya: aumentando la cantidad de agua de la mezcla o disminuyendo la cantidad de cemento. Esto es muy importante tenerlo en cuenta, ya que en la práctica se puede alterar la relación aguacemento por adiciones de agua después de mezclado el concreto con el fin de restablecer asentamiento o aumentar el tiempo de manejabilidad, lo cual va en detrimento de la resistencia del concreto y por tanto esta práctica debe evitarse para garantizar la resistencia para la cual el concreto fue diseñado. También se debe tener en cuenta si el concreto va a llevar aire incluido (naturalmente atrapado más incorporado), debido a que el contenido de aire reduce la resistencia del concreto, por lo tanto para que el concreto con aire incluido obtenga la misma resistencia debe tener una relación agua-cemento más baja.

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Influencia de los agregados


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La distribución granulométrica juega un papel importante en la resistencia del concreto, ya que si esta es continua permite la máxima capacidad del concreto en estado fresco y una mayor densidad en estado endurecido, lo que se traduce en una mayor resistencia. La forma y textura de los agregados también influyen. Agregados de forma cúbica y rugosa permiten mayor adherencia de la interfase matriz-agregado respecto de los agregados redondeados y lisos, aumentando la resistencia del concreto. Sin embargo este efecto se compensa debido a que los primeros requieren mayor contenido de agua que los segundos para obtener la misma manejabilidad. La resistencia y rigidez de las partículas del agregado también influyen en la resistencia del concreto. 

Tamaño máximo del agregado Antes de entrar a mirar cómo influye el tamaño máximo en la resistencia del concreto, se debe mencionar el término “eficiencia del cemento” el cual se obtiene de dividir la resistencia de un concreto por su contenido de cemento. Recientes investigaciones sobre la influencia del tamaño máximo del agregado en la resistencia del concreto concluyen lo siguiente: Para concretos de alta resistencia, mientras mayor sea la resistencia requerida, menor debe ser el tamaño del agregado para que la eficiencia del cemento sea mayor. Para concretos de resistencia intermedia y baja, mientras mayor sea el tamaño del agregado, mayor es la eficiencia del cemento.


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En términos de relación agua-cemento, cuando esta es más baja, la diferencia en resistencia del concreto con tamaños máximos, menores o mayores es más pronunciada. 

Fraguado del concreto Otro factor que afecta la resistencia del concreto es la velocidad de endurecimiento que presenta la mezcla al pasar del estado plástico al estado endurecido, es decir el tiempo de fraguado. Por tanto es muy importante su determinación.

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Edad del concreto

En general, se puede decir que a partir del momento en que se presenta el fraguado final del concreto, comienza realmente el proceso de adquisición de resistencia, el cual va aumentando con el tiempo. Con el fin de que la resistencia del concreto sea un parámetro que caracterice sus propiedades mecánicas, se ha escogido arbitrariamente la edad de 28 días como la edad en la que se debe especificar el valor de resistencia del concreto. Se debe tener en cuenta que las mezclas de concreto con menor relación agua-cemento aumentan de resistencia más rápidamente que las mezclas de concreto con mayor relación agua-cemento. 

Curado del concreto El curado del concreto es el proceso mediante el cual se controla la pérdida de agua de la masa de concreto por efecto de la temperatura, sol, viento, humedad relativa, para garantizar la completa hidratación de los granos de cemento y por tanto garantizar la resistencia final del concreto. El objeto del curado es mantener tan saturado como sea posible el concreto para permitir la total hidratación del cemento; pues si está no se completa la resistencia final del concretos se disminuirá.

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Temperatura La temperatura es otro de los factores externos que afecta la resistencia del concreto, y su incidencia es la siguiente: Durante el proceso de curado, temperaturas más altas aceleran las reacciones químicas de la hidratación aumentando la resistencia del concreto a edades tempranas, sin producir efectos negativos en la resistencia posterior. Temperaturas muy altas durante los procesos de colocación y fraguado del concreto incrementan la resistencia a muy temprana edad pero afectan negativamente la resistencia a edades posteriores, especialmente después de los 7 días, debido a que se da una hidratación superficial de los granos de cemento que producen una estructura físicamente más pobre y porosa.


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Resistencia y Durabilidad Del Concreto

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