Tecnologia Concreto Tc-II (1) ALTA RESISTENCIA

ING. CIVIL ANGEL APAZA DELGADO _________________ _________________________ _________________ __________________ __________________ _________________ _________________ _________________ _________________ _________________ _________________ ___________ __

TECNOLOGIA DEL CONCRETO ING. CIVIL ANGEL APAZA DELGADO |

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INDICE CAPITULO I INTRODUCCION CAPITULO II NATURALEZA DEL CONCRETO 1.- Definición 2.- Historia 3.- Importancia del Concreto 4.- Componentes del Concreto 5.- Porosidad en el del Concreto CAPITULO III EL CEMENTO 1.- Definición 2.- El Cemento en el Perú 3.- Obtención: 4.- Composición Química: 5.- Calor de Hidratación 6.- Tempe T emperatura ratura 7.- Clasificación y Tipos de Cemento 8.- Normalización del Cemento.9.- Duración y Almacenamiento de Cemento.10.- Cementos Portland. Especificación de la Performance CAPITULO IV EL AGREGADO Y LOS REQUISITOS QUE DEBECUMPLIR SEGÚN NORMA 1.- Introducción 2.- Definiciones 3.- Requisitos Normalizados 4.- Características Físicas de los Agregados: 5.- Ejemplos de medidas aplicables para lograr la aceptación de agregados que incumplen especificaciones. CAPITULO V AGUA DE AMASADO NORMALIZADA 1.- Definición 2.- Objetivos Principales 3.- Requisitos Obligatorios 4.- Requisitos para la obtención de Muestras de Agua 5.- Aguas No Recomendables 6.- Utilización de Agua de Mar CAPITULO VI 1.- Definición 2.- Clasificación 3.- Fraguado 4.- Trabajabilidad 5.- Segregación 6.- Exudación 7.- Consistencia 8.- Resistencia

PROPIEDADES PROPIEDADES DEL CONCRETO

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CAPITULO VII DISEÑO DE MEZCLAS 1.- Definición. 2.- Información Básica sobre los materiales 3.- Métodos de Diseños de Mezclas 4.- Metódo de Diseño de Mezclas de Concretos de Alta Resistencia del Comité ACI 211.4. CAPITULO VIII ATAQUE QUÍMICO AL CONCRETO 1.- Introducción 2.- Clasificación: 3.- Factores Internos 4.- Factores Externos CAPITULO IX CORROSION EN ESTRUCTURAS METALICAS EMBEBIDAS EN CONCRETO ARMADO 1.- Introducción 2.- Aspectos Generales Fundamentos Fundamentos sobre corrosión El Sistema Acero-Hormigón CAPITULO X CAMBIOS VOLUMETRICOS EN EL CONCRETO 1.- Introducción 2.- Fenómenos Causantes de los Cambios Volumétricos 3.- Contracción y Retracción 4.- Flujo o Fluencia 5.- Cambios Térmicos 6.- Control de Cambios Ca mbios Volumétricos CAPITULO XI CONCRETOS ESPECIALES 1.- Definición 2.- Concreto Liviano 3.- Concreto Pesado 3.- Concreto de Alta-Resistencia-Temprana (Fast Track) 4.-Concreto Masivo 5.- Concreto Sin Slump 6.- Concre C oncreto to Rolado-Compactado Rolado-Compactado 7.- Suelo-Ceme S uelo-Cemento nto 8.- Shotcrete 9.- Concreto Blanco, Concreto Coloreado C oloreado 10.- Concretos de Alto Rendimiento uso de la Microsilica APENDICE N° 1 BIBLIOGRAFIA

ADITIVOS

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ING. CIVIL ANGEL APAZA DELGADO _________________________________________________________________________________________________________

TECNOLOGIA DEL CONCRETO CAPITULO I : INTRODUCCION La Tecnología del Concreto en la vida profesional del Ing. Civil, es muy importante, la necesidad de realizar la construcción de obras de Edificaciones, Puentes, Pavimentos, Centrales Hidroeléctricas, Presas, etc., hace necesario que el Ing. Civil tenga conocimiento amplio del avance Tecnológico del Concreto, el cual no seda demasiada importancia en la formación del Ing. Civil, cuando la mayoría de las construcciones en el Perú son de concreto. Es por eso la necesidad del conocimiento sobre la tecnología del concreto, teniendo en cuenta lo siguiente: Selección adecuada de los componentes del concreto para así lograr una mezcla adecuada que satisfaga las requerimientos del diseño estructural, de las obras civiles. Es también importante indicar que el clima, las condiciones ambientales el lugar, se deben tomar en cuenta en la elaboración de concretos durables y resistentes; la tendencia actual es realizar concretos durables con resistencias adecuadas.. El Ingeniero Civil debe estar familiarizado profundamente con la tecnología de su concreto, con el objetivo de que se sepa el comportamiento del concreto bajo las diferentes solicitaciones de carga, así como los cambios de temperatura y humedad. La finalidad de este curso es de dar conocimientos básicos sobre esta tecnología, pero dichos conocimientos de ninguna manera serán lo suficientes para satisfacer plenamente los conocimientos de la tecnología de concreto, por lo que se recomienda seguir profundizando o tomar cursos complementarios de esta materia. Todo Ingeniero Civil que se dedique a la construcción de estructuras de concreto de cualquier índole tienen la obligación de diseñar o mejor todavía realizar su diseño de mezcla de concreto en un Laboratorio especializado y reconocido. Por ultimo es absolutamente necesario que todo Ingeniero Civil cualquiera que sea su especialidad de ninguna manera debe ignorar la Tecnología del Concreto.

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CAPITULO II : NATURALEZA DEL CONCRETO 1.- DEFINICION.En el estudio de la tecnología del concreto existen muchos criterios nacionales y mundiales sobre la definición de lo que es realmente el concreto, pero una de las definiciones mas sencillas que considero que refleja gran parte de estas definiciones es: El concreto es una mezcla heterogénea, conformada de un aglomerante compuesto por la pasta cementicia ( cemento y agua ) agregados fino y grueso, además espacios vacíos naturales o artificiales; adicionalmente se le puede incorporar aditivos químicos o minerales; dichos componentes estarán dentro de la mezcla en cantidades apropiadas en base a un adecuado diseño de mezcla y también a todo un sistema correcto de mezclado, se obtenga como resultado una mezcla plástica trabajable en un estado inicial pero transcurrido un periodo pequeño de tiempo dicha mezcla se convierta en una mezcla sólida e indeformable.

2.- HISTORIA.El objetivo de este capítulo es el de presentar los hitos más importantes de la historia del Concreto en el Mundo y en el Perú. a) En las primeras referencias sobre mezclas similares al concreto, están dadas por Plinio, un autor romano, quien se refiere a las proporciones de un aglomerante que se utilizó para la construcción de las cisternas romanas, en el escrito consiguiente indica la siguiente mezcla “ cinco partes de a rena de gravilla plana, dos partes de cal calcinada mas fuerte y fragmentos de sílica”

b) La cultura griega mediante documentación escrita encontrada, también en sus edificaciones utilizaron una mezcla aglomerante en la que empleaban como componentes, puzolana con cal, y obtuvieron así una mezcla entre mortero y concreto de tipo Hidráulico. En sus escritos se menciona a Vitruvius, un gran Arquitecto de la época, que refiriéndose a la puzolana decía “Hay una arena especial que posee cualidades

extraordinarias, la cual si se mezcla con la cal y piedra, endurece bien y también bajo el agua”. Entre las edificaciones existentes destacable hechas con esta mezcla

se tiene el Panteón de Adriano. c) En el año de 1756 el Ingles John Seaton, para la construcción del faro del poblado de Eddystone en Inglaterra, realizó una investigación de morteros para trabajar bajo agua, llego a la siguiente proporción “Dos medidas de cal apagada, en forma de

polvo seco, con una medida de tufo volcánico, debiendo ser ambas bien batidas en forma conjunta hasta lograr la consistencia de una pasta, usando tan poca agua como sea posible”.

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d) En el año de 1824 dos ingenieros ingleses Joseph Asphin e I.C. Johnson, patentaron el “Cemento Portland” el cual debe ser fabricado combinando material es calizos y arcillosos en proporciones determinadas, calentando el material en un horno, y pulverizando el producto hasta obtener un polvo muy fino. Este cemento que al hidratarse adquiría según él, la misma resistencia que la piedra de la isla de Pórtland cerca del puerto de Dorset. Es importante indicar que entre ese cemento y el actual normalizado existe una gran diferencia, pero fue el inicio y creación de este aglomerante extraordinario. e) En 1840 se establece en Francia la primera fabrica de Cemento Pórtland del mundo, luego en Inglaterra en 1845, en Alemania en 1855, en E.E.U.U. en 1871 y a partir de ahí se difunde por todo el mundo. f) En 1892 el Francés Feret establece los primeros criterios sobre la proporción de los componentes en la obtención de morteros de cemento. g) En el año de 1918, Duff Abrams, después de una investigación efectuada en la ciudad de Chicago, desarrollo las primeras teorías sobre las proporciones de los componentes del concreto para diferentes resistencias a la comprensión, este estudio dio origen a la “Ley de la relación agua- cemento”. h) El estadounidense GilKey en 1923 planteo las primeras observaciones a la Ley de Abrams, indicando que el agregado no es un material inerte de relleno, sino que desempeña un papel importante en el comportamiento del concreto. i) En 1926 el Norteamericano Bolomey propone una curva teórico modificada, a ser utilizada en granulometrías continuas. j) En 1938 estudios realizados por diversos laboratorios de los Estados Unidos, llegaron a la conclusión de que la incorporación de aire artificialmente a la mezcla, mejora significativamente, su durabilidad frente a los procesos de congelación y deshielo.

En los últimos cincuenta años k) En 1942 el científico García Balado propone un método práctico para el Diseño de mezclas. El Ruso Mironof propone diseños con agregado integral. Así mismo H. Kennedy y Kellerean proponen nuevos criterios en los diseños de mezcla. l) En 1944 el ACI aprueba y pública el libro sobre “Recomendaciones practicas del diseño de Concreto ” 613-44 de los volúmenes absolutos. m) En el año 1952 se utilizan cenizas provenientes de la combustión del carbón, para reducir la velocidad de generación de calor en estructuras masivas. n) En 1960 S. Walker presenta una aproximación, basado en experiencias para la determinación de la proporción de los componentes.

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o) En 1963 el investigador Gilkey propone una versión ampliamente modificada de la de Abrams. p) Desde 1963 a la actualidad, tanto en Europa como en América se han seguido realizando investigaciones, que han permitido que a la fecha existan una serie de métodos para El Diseño de Mezclas y mejoramiento de las proporciones del concreto. En el Perú se tiene lo siguiente: En la época Pre-inca e Inca, no existen obras que indiquen que se haya utilizado alguna mezcla cementicia. En el Tiempo de la Colonia existen edificaciones importantes, en donde se utilizó una mezcla de cal y arena, como el puente piedra en Lima y en la que se agregaron a la mezcla clara de huevos frescos en gran cantidad, como un aditivo para mejorar su comportamiento. En el tiempo del inicio de la República en 1850, se comenzó a utilizar el concreto en el Perú con cemento importado de Europa. Hasta el siglo XIX todas las edificaciones públicas, privadas, fueron realizadas con el concurso de concreto con cemento importado de Europa. En el siglo XX hasta la fecha se comenzó a construir con cemento propio, en 1916 las Universidades del País han comenzado a realizar investigaciones en el área de la tecnología del concreto, sobre todo a través de los Ingenieros Manuel González La Cotera y Enrique Rivva López.

3.- IMPORTANCIA DEL CONCRETO .Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso en nuestro país. La calidad final del concreto depende en forma muy importante del conocimiento del material y de la calidad profesional del Ingeniero, el concreto es en general, desconocido en muchos de sus siete grandes aspectos: naturaleza, materiales, propiedades, selección de las proporciones, proceso de puesta en obra, control de calidad e inspección, y mantenimiento de los elementos estructurales.

4.- COMPONENTES DEL CONCRETO .Todos los científicos y especialistas en la tecnología del concreto mas o menos coinciden en la conformación de los componentes del concreto en la siguiente forma:

a) Componentes Principales: Cemento, agua, agregado fino y agregado grueso.

b) Componentes Secundarios: Aditivos químicos y minerales y espacios vacíos, que pueden ser naturales o artificiales. 7


Es importante indicar que en la preparación del concreto en los países desarrollados, el empleo de aditivos ha dejado de ser un componente secundario, ya que es usado en todos ellos. Según el Ing. Enrique Pasquel la proporción aproximada de sus componentes en volumen absoluto es de: - Cemento - Agua - Agregados - vacíos

: : : :

7 al 15% 15 al 22 % 60 al 75 % 1 al 3 %

En el concreto endurecido la composición se le denomina: Pasta y Agregado.

5.- POROSIDAD EN EL CONCRETO.a.-) Definición: Son diversas porosidades que existen en el concreto, los cuales son de diferentes características, tamaños y pueden ser de origen natural o artificial. Algunos de ellos podrían estar parcial o totalmente llenos de agua b.-) Clasificación: - Vacíos Naturales: - Aire atrapado (Pasta) 8


- Poros capilares (Pasta) - Poros gel (Pasta) - Poros en el agregado - Vacíos Artificiales : - Aire incorporado por medio de aditivos químicos (Pasta)

d.-) Espacios debidos al aire atrapado.Son porosidades relativamente grande, que pueden observarse a simple vista, y que se presenta en la masa del concreto y generalmente se presentan por una inadecuada compactación. Tienen diferentes tamaños y pueden llegar a un máximo del 3 %. e.-) Aire incorporado artificialmente: Son vacíos que se introducen en el concreto bajo determinados requisitos, por medio de aditivos químicos y con el objeto de mejorar sus propiedades en cuanto a durabilidad y protección al congelamiento. Son de perfil esférico y tienen un diámetro promedio de 0.08 a 0.10 mm, con un valor máximo del 5% del volumen total.

f.-) Poros Capilares: Son porosidades constituidos por los residuos de los espacios ocupados por el agua en el concreto fresco y que al evaporarse dicha agua libre quedan estos vacíos, que son de un tamaño submicroscopico. Cuando las temperaturas son menores a 0 °C pueden causar deterioros en el concreto por congelación del agua. g.-) Poros Gel.Estos espacios se presentan en el gel, son de tamaño muy pequeño, el agua no congela en ellos. La dimensión de estos vacíos es del orden de 0.0000018 mm, en cambio las partículas que conforman el gel son cuatro o cinco veces más grandes que los poros gel. La porosidad de la pasta cementicia esta entre 30 al 40 % del volumen del gel. Gel cemento es la pasta cementicia sólida que incluye a los cristales de hidróxido de calcio pero excluye a los poros capilares y a las partículas de cemento no hidratado. h.-) Porosidad en el Agregado: Son los vacíos que se presentan en la parte interna del agregado, sobretodo cuando este es de poca densidad, poroso y permeable. La porosidad en el agregado en general está entre el 0.3% y 20 %.

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CAPITULO III : EL CEMENTO 1.- Definición:

Se define como cementos a los materiales pulverizados que poseen la propiedad que, por adición de una cantidad conveniente agua, forman una pasta conglomerante capaz de endurecer tanto bajo el agua como en el aire y formar compuestos estables. Quedan excluidas de esta definición las cales hidráulicas, las cales aéreas y los yesos.

- Cemento Portland En 1824 el cemento Pórtland fue patentado por Joseph Aspdin un constructor de Leeds. Es un producto artificial, obtenido de una mezcla de materias primas naturales arcillosas y calcáreas, por calcinación a una temperatura elevada de aproximadamente 1400-1450 °C, de la cual da como resultado el clinker, el cual es molido hasta alcanzar un grado de fineza adecuado, con la adición eventual del sulfato de calcio y otros productos que no deben exceder el 1% en peso del total y de acuerdo con las Normas vigentes. Las materias primas naturales se encuentran en piedras calizas, areniscas, piritas de fierro, arcilla o pizarra y minerales varios; también se utiliza la marga, que es una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos. Además también se emplean materiales artificiales como escorias y residuos de procesos metalúrgicos.

2.- El Cemento en el Perú

En el año 1915 llega al Perú la compañía constructora norteamericana Fundation Co. Para ejecutar muchos proyectos en Lima; La Fundation trae los primeros hornos para fabricación de cemento. En el año1916 la Compañía Peruana de Cemento Pórtland compra los hornos a la Fundation e instala en el Rímac la primera Fábrica de Cemento Comercial del Perú (Compañía Peruana de Cemento Pórtland) empleando materia prima de Atocongo. Entre 1955 y 1975 se crean las Fábricas de cemento Chilca, Lima, Andino, Chiclayo, Pacasmayo, Sur y Yura, que van desarrollando diferentes tipos de cemento.

3.- Obtención:

Existen muchos métodos y sistemas debidamente patentados, pero sin embargo

los más utilizados son el proceso “húmedo” o “seco”, por lo que estas separatas se detallará el proceso “seco” puesto que es el proceso que se usa actualmente con la

finalidad de ahorro de energía.

A.- Extracción de Materia Prima - Explotación

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Esta operación consiste en extraer de las canteras y yacimientos las materias primas, para lo cual se usa procedimientos mecanizados, con maquinaria adecuada. - Transporte Las materias primas extraídas en las diferentes canteras y yacimientos son llevadas hacia la planta principal y para lo cual utilizan unidades de transporte de carga pesada de gran envergadura generalmente de 10 o más metros cúbicos de capacidad.

B.- Proceso de Trituración En la planta de trituración, las materias primas de piedra calizas y arcillosas, como también minerales de fierro, son reducidas en tamaños primeramente de 5” y posteriormente se realiza una nueva reducción hasta ¾”, utilizando todo un

sistema de maquinas chancadoras.

C.- Almacenamiento de Materias Primas Trituradas Por medio de fajas de transportadoras la materia prima triturada es llevada al Parque de Almacenamiento, para depositarla en forma separada. D.- Molienda y Dosificación Las materias primas son reducidas a un material de gran fineza por medio de molinos de bolas y luego son seleccionados de acuerdo a sus propiedades químicas y se realiza la dosificación por peso empleando básculas de gran exactitud y tomando encuentra lo indicado por los ensayos en laboratorio y el tipo de cemento que se desee obtener. E- Homogeneización y almacenamiento El

material

finalmente

molido

“Harina”

es

llevado

a

un

silo

de

Homogeneización, en donde mediante agitadores de aire se obtiene una harina seca, homogénea, calidad y fineza en condiciones uniformes. Esta harina homogeneizada es llevada a silos de almacenamiento.

F.- Obtención del Clinker - Precalentamiento La harina homogeneizada es transportada a un intercambiador de calor, en una gran tolva, en la que la harina ingresa a una temperatura de 100°C y sale a 800°C. - Calcinación La harina homogeneizada y precalentada es transportada a un horno giratorio levemente inclinado a más o menos 4 grados, con temperaturas de ingreso a 900 °C, hasta la salida con 1400 °C, horno en donde por calcinación se desarrollan una serie de reacciones químicas y físicas, que dan lugar a la formación del “clinker”.

- Enfríamiento Para bajar la temperatura del clinker se utilizan máquinas enfriadoras en forma rápida con aire insuflado por ventiladores. 12


G. Obtención del Cemento - Molienda y Adiciones Finales El clinker enfriado es llevado a un molino de bolas, con separadores automáticos, que permiten obtener una finura muy uniforme y de alta superficie especifica, y posteriormente se le adicionan yeso natural para controlar la fragua y otros materiales, como la puzolana de acuerdo al cemento que desee obtener. - Almacenamiento y Comercialización El cemento obtenido es transportado a grandes silos de almacenamiento, para luego ser comercializado en bolsas o a granel.

a.) Proceso Húmedo

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b.) Proceso Seco

4.- Composición Química:

Las materias primas el término del proceso de obtención, forman una serie de compuestos químicos, que determinan un estado de equilibrio químico, estos componentes son los siguientes:

a) Componentes Principales: Nombre del Componente Composición óxida Abreviatura - Silicato Tricalcico 3CaO.SiO2 ________________ C3 S - Silicato Bicalcico 2CaO.SiO2 ________________ C2 S - Aluminato Tricálcico 3CaO.Al2O3 ________________ C3 A - Aluminio Ferrito Tetrecálcico 4CaO.Al2O3 Fe2O3_________ C4 AF - El C3 S se presenta en mayores proporciones, entre el 30 a 60 %, en forma de granos incoloros equidimensionales, determinan las resistencias iniciales (durante las primeras cuatro semanas) y el calor de hidratación, se le conoce también como Alita. - El C2 S intervienen en una proporción entre 15 a 37%, en tres formas cristalinas, determina la resistencia a largo plazo, poca influencia en el calor de hidratación, se le conoce por Belita. - El C 3 A interviene en una proporción entre 7 a 15%, en forma de cristales rectangulares, determina la resistencia a los sulfatos e influye en la velocidad de fragua. - El C4 AF, interviene en una proporción entre el 8 a 10%, en forma de solución sólida, determina la velocidad de fragua.

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Desarrollo de la resistencia de los compuestos puros

b) Componentes Secundarios: ( en pequeñas proporciones) - Oxidos de Magnesio MgO - Oxidos de Manganeso Mn 2O3 - Oxidos de Potasio y Sodio (conocidos como los álcalis producen una desintegración del concreto) - Oxidos de Titanio TiO 2 Para determinar el cálculo de la composición del cemento se emplea el criterio de BOGUE, y el criterio de DAHL; estas ecuaciones o formulas dan similares resultados, las más utilizadas son las de BOGUE.

5.- Calor de Hidratación

Como muchas reacciones químicas, la hidratación es exotérmica, y la cantidad de calor (en joules) por gramo de cemento no hidratado, desarrolla hasta una hidratación total a una temperatura dada, se define como calor de hidratación. Para el promedio usual de cementos Pórtland, aproximadamente la mitad del calor total se libera entre uno y tres días, alrededor de ¾ partes en siete días y casi el 90% en seis meses.

Compuesto C3S C2S C3A C4AF

Calor de hidratación J/g Cal/g 502 120 260 062 867 207 419 100

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Fig. Influencia del contenido de C 3A en el desarrollo de calor ( el contenido de C3S es aproximadamente constante )

Fig. Influencia del contenido de C 3S en el desarrollo de calor ( el contenido de C3A es aproximadamente constante ) 16


Elementos Componentes

O2

Si

Oxidos Componentes

CaO

SiO2

Compuestos del cemento

C 3S

C2S

Cementos Pórtland

Productos de hidratación

Ca

Al

Al2O3

Fe

Fe2O3

C3A C4AF

Varios tipos

C – S – Hgel

Ca(OH) 2

Representación esquemática de la formación e hidratación del cemento Pórtland

Desarrollo del calor de Hidratación de diferentes cementos curados a 21ºC (a/c = 0.40 ) 17


6.- Temperatura La influencia de la temperatura sobre la velocidad de endurecimiento es importante. Las temperaturas mayores aceleran el desarrollo del endurecimiento, y las mas bajas lo hacen más lento. De acuerdo a Saul, la siguiente fórmula establece una relación entre la temperatura y el desarrollo del endurecimiento: R = A ( T + 10 ) R = Estado de madurez o grado de hidratación A = Tiempo de almacenamiento en días u horas T = Temperatura de curado o del medio que rodea al concreto

7.- Clasificación y Tipos de Cemento Los cementos normalizados Portland de acuerdo con la Norma ASTM C-150 . Tiene cinco tipos diferentes, sobre la base del cambio de las proporciones de los componentes principales y así tenemos:

a) Cemento Portland Tipo I: Cemento de uso general, donde no se requiere propiedades especiales, también se lo emplea para la obtención de cementos adicionales con puzolana. b) Cemento Portland Tipo II: Cemento de moderada resistencia a la acción de los sulfatos y produce concretos de moderada calor de hidratación. Especialmente adecuado para ser empleados en ambientes agresivos y/o vaciados masivos. c) Cemento Portland Tipo III: Cemento con el que se obtienen concretos de altas resistencias iniciales y elevado calor de hidratación. Químicamente tienen alto porcentaje de silicato tricálcico y mayor grado de fineza. d) Cemento Portland Tipo IV: Cemento para concretos de bajo calor de hidratación, resistencias iniciales bajas, buena resistencia a la acción de los sulfatos se les utiliza en la colocación de grandes masas de concreto. e) Cemento Portland Tipo V: Cemento con el cual se obtiene concretos de alta resistencia a la acción de los sulfatos,. Químicamente se caracteriza por tener alto contenido de silicatos calcáreos y bajo contenido de aluminato tricálcico que permite bajo calor de hidratación, es el cemento ideal y de mayor costo.

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Desarrollo de resistencia de concretos con 335 kg/m3, elaborados con cementos de distintos tipos De acuerdo a la norma ASTM C-595 se han obtenido nuevos cementos conocidos como “Cementos Adicionados”, como son los siguientes:

(a) Cemento Portland Puzolánico IP: Cemento de gran uso actualmente, con una adición entre el 15 al 45% del peso total. Da concretos de buena resistencia a los sulfatos pero de resistencias iniciales bajas. (b) Cemento Portland Puzolánico IPM: Cemento con una adición de puzolana, hasta el 15% del peso total. (c) Cemento Portland de Escoria IS: Cemento con una adición de escoria entre el 25 al 65% del peso total, las escorias son de altas hornos. Se obtiene concretos de baja resistencia iniciales, bajo calor de hidratación. (d) Cemento Portland de Escorias ISM: Cemento con una adición de escoria hasta el 25% del peso total. (e) Cemento Portland Compuesto Tipo I : “Co” Cemento que se obtiene por la pulverización conjunta de clinker Portland y materias calizas como el travertino hasta un 30% del peso total. (f) Cemento Portland Blanco Tipo I: “B” 19


Cemento que se caracteriza por su blancura, debido a que no se le agregan óxidos de fierro, da concretos de bajas resistencias iniciales, con bajo calor de hidratación.

(g) Cemento Portland de Albañilería “A”: Cemento que se obtiene por pulverización de materias primas calcáreas y arcillosas, que dan un producto que se caracteriza por dar morteros para usos de albañilería, tiene menores velocidades de fragua y resistencias iniciales, son económicos. En el Mundo existen otros tipos de Cementos especiales, pero que su difusión todavía es pequeña.

8.- Normalización del Cemento.-

Para determinar si la fabricación de los cementos cumplen con los requisitos físicos, químicos y mecánicos, se realizan los ensayos en el laboratorio, en base a las siguientes Normas:

NTP 334.001 334.002 334.004 334.005 334.009 334.038 334.039 334.040 334.044 334.069

ASTM C-150 Cementos definiciones y Nomenclaturas C-204 Método para la determinación de la finura (Blaine) C-151 Ensayo de autoclave . Estabilidad de volumen CDeterminación del peso específico C-150 Cementos Pórtland Tipo I. normal C-150 Cementos Pórtland Tipo II C-150 Cementos Pórtland Tipo III C-150 Cementos Pórtland Tipo V C-595 Cementos Pórtland Tipo IP y IPM C-91 Cementos de Albañilería

9.- Duración y Almacenamiento de Cemento.-

a) Duración: Para determinar la duración de un cemento ya sea embolsado o a granel, las normas indican que en condiciones normales de almacenamiento, el cemento embolsado puede utilizarse hasta tres meses de su fabricación y cuando es a granel hasta seis meses. Pasados los tiempos indicados para poder utilizar dicho cemento debe realizarse ensayos en laboratorio con muestras mínimas de cinco kilogramos, para establecer si cumplen con los requisitos de Normas. b) Condiciones de Compra: El cemento embolsado debe indicar, la marca del fabricante, peso, volumen, tipo de cemento y fecha de salida de la fabrica. Para el cemento o granel se entregará un certificado donde consten dichos requisitos. c) Almacenamiento: - Para el cemento embolsado, deberá realizarse en ambientes cerrados impermeables, para proteger al cemento de la humedad, lluvia, y en forma 20


tal que permita su inspección e identificación por embarque, tratando que el retiro de las bolsas se hagan en el orden cronológico recepcionado. Las bolsas deben estar apiladas las más juntas posibles y en una altura máxima de doce bolsas. - Para el cemento a granel, este debe ser almacenado solamente en depósitos totalmente impermeables, como tolvas o silos herméticamente bien cerrados. No deberá mezclarse en el mismo depósito, cementos de diferente tipo.

10.- CEMENTOS PORTLAND. ESPECIFICACIÓN DE LA PERFORMANCE 1. OBJETO Esta Norma Técnica Peruana establece: 1.1 Requisitos de performance que cubren a los Cementos Portland para aplicaciones generales y especiales. No existen restricciones de la composición del cemento o sus constituyentes. 1.2 Clasificación de los cementos por tipos basados en sus requerimientos específicos para uso general, alta resistencia inicial, resistencia al ataque por sulfatos y calor de hidratación. Se estipulan requisitos opcionales por baja reactividad con agregados álcali reactivos. 2. REFERENCIAS NORMATIVAS Las siguientes normas contienen disposiciones que al ser citadas en este texto constituyen requisitos de esta Norma Técnica Peruana. Las ediciones indicadas estaban en vigencia en el momento de esta publicación. Como toda norma está sujeta a revisión, se recomienda a aquellos que realicen acuerdos en base a ellas, que analicen la conveniencia de usar las ediciones recientes de las normas citadas seguidamente. El Organismo Peruano de Normalización posee la información de las Normas Técnicas Peruanas en vigencia en todo momento. 2.1 Normas Técnicas Peruanas

2.1.1 NTP 334.001:1967 CEMENTOS. Definiciones y nomenclatura 2.1.2 NTP 334.002:1997 CEMENTOS. Determinación de la finura expresada por la superficie específica (Blaine). 2.1.3 NTP 334.004:1999 CEMENTOS. Ensayo en autoclave para determinar la estabilidad de volumen. 2.1.4 NTP 334.005:1968 CEMENTOS. Método de determinación del peso específico. 2.1.5 NTP 334.006:1997 CEMENTOS. Determinación del fraguado utilizando la aguja de Vicat. 2.1.6 NTP 334.007:1997 CEMENTOS. Muestreo e inspección. 2.1.7 NTP 334.009:1997 CEMENTOS. Cemento Portland. Requisitos 2.1.8 NTP 334.045:1998 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar la finura por tamizado húmedo con tamiz normalizado 45 μm (N° 325).

2.1.9 NTP 334.048:1997 CEMENTOS. Determinación del contenido de aire en morteros de cemento hidráulico. 2.1.10 NTP 334.051:1998 CEMENTOS. Método para determinar la resistencia a la compresión de morteros de cemento Portland usando cubos de 50mm de lado.

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2.1.11 NTP 334.052:1998 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el falso fraguado del cemento. Método de la pasta 2.1.12 NTP 334.064:1999 CEMENTOS. Método para determinar el calor de hidratación de cementos Portland.

2.1.13 NTP334.067:1984 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar la expansión potencial alcalina de combinaciones cemento agregado (método de la barra de mortero). 2.1.14 NTP 334.084:1998 CEMENTOS. Aditivos funcionales a usarse en la producción de cementos Portland. 2.1.15 NTP 334.085:1998 CEMENTOS. Aditivos de proceso a usarse en la producción de cementos Portland. 2.1.16 NTP 334.086:1999 CEMENTOS. Método para el análisis químico del cemento 2.1.17 NTP 334.090:2000 CEMENTOS. Cementos Portland adicionados. Requisitos. 2.1.18 NTP 334.094:2000 CEMENTOS. Método estándar para cambio de longitud de morteros de cemento hidráulico expuestos a soluciones sulfatadas. 2.2 Normas de Asociación

2.2.1 ASTM C 441:1997 Standard Test Method for Effectiveness of Mineral Admixtures or Ground Blast-Furnace Slag in Preventing Excessive Expansion of Concrete Due to the Alkali-Silica Reaction. 2.2.2 ASTM C 1038:1995 Standard Test Method for Expansion of Portland Cement Mortars Bars Stored in Water.

3. DEFINICIONES 3.1 Los términos usados en esta especificación están definidos en la NTP 334.001. CEMENTOS. Definiciones y nomenclatura

3.2 Cemento Portland adicionado: Un cemento Portland consistente de dos o más constituyentes inorgánicos, los cuales contribuyen a mejorar las propiedades del cemento con o sin otros constituyentes como aditivos de proceso o aditivos funcionales. 4. NOMENCLATURA 4.1 Conforme lo seleccione el productor, designará los cementos bajo esta especificación, de acuerdo con las siguientes denominaciones. Las definiciones no establecen límites en la composición o propiedades de un cemento. Su único propósito es indicar un medio uniforme para designar los cementos después que su composición ha sido seleccionada por el fabricante, proporcionando así información general sobre el cemento. 4.2 Cemento Hidráulico : Cualquier cemento dentro de esta especificación es un cemento hidráulico. A opción del productor usar esta designación en adición, o en lugar de cualquier otra designación propia. 4.3 El cemento Portland consiste de clinker de cemento Portland al cual a opción del fabricante, se le ha añadido uno o más de los siguientes aditivos y ningún otro durante su fabricación. 4.3.1 Sulfato de calcio para cumplir con los requerimientos de la especificación NTP 334.084 22


4.3.2 Agua, incluyendo aquella presente en el clinker y otros agregados, en cantidades tales que la pérdida por ignición no exceda el 30% por masa de cemento. 4.3.3 Aditivos de proceso hasta una cantidad máxima que demuestre que cumple los requerimientos de la NTP 334.085 para los cementos Portland. 4.4 Los cementos Portland modificados contienen hasta 15% de una adición y, a opción del productor, se designan como cemento Portland modificado con el añadido de la denominación de la adición mineral utilizado. 4.5 Los cementos Portland adicionados contienen más del 15% de una adición mineral y, a opción del productor, se nombran de acuerdo a 2 ó, si fuera apropiado, 3 constituyentes presentes en mayor cantidad, enumerados en orden decreciente de abundancia por masa.

5. CLASIFICACIÓN Y USO 5.1 Los tipos de cementos Portland que cubren esta especificación, están dados en los apartados del 5.2.1 al 5.2.6 y están clasificados de acuerdo a sus propiedades específicas. 5.2 Los cementos que conforman esta especificación se designarán como "Cemento Portland" con características especiales indicadas por tipo, en concordancia con los tipos dados en los apartados del 5.2.1 al 5.2 6. Cuando el tipo no está especificado, se aplicarán los requisitos del tipo GU.

5.2.1 Tipo GU: Cemento Portland para construcciones generales. Usar cuando no se requieran propiedades especiales. 5.2.2 Tipo HE: De alta resistencia inicial. 5.2.3 Tipo MS: De moderada resistencia a los sulfatos 5.2.4 Tipo HS: De alta resistencia a los sulfatos 5.2.5 Tipo MH: De moderado calor de hidratación 5.2.6 Tipo LH: De bajo calor de hidratación 5.3 Opción adicional : Puede usarse la siguiente Opción Adicional para cualquiera de los tipos principales arriba listados, en cuyo caso, su título y letra seguirán inmediatamente después de la respectiva letra de designación y título del tipo principal. 5.3.1 Opción R: De baja reactividad con agregados reactivos a los álcalis. Cuando sea ensayado para la actividad potencial de los agregados álcali-reactivos, el cemento reunirá los requisitos de la Tabla 1 para esta opción. 6. INFORMACIÓN PARA PEDIDOS 6.1 Los pedidos de cemento cumpliendo los requerimientos de esta especificación deben incluir: 6.1.1 La cantidad de cemento que se solicita.

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6.1.2 La nomenclatura (ver capítulo 4) y el tipo de cemento requerido (si el tipo no es especificado, el cemento despachado debería cumplir los requerimientos para el tipo GU). 6.1.3 Rango de resistencia para un periodo determinado : Cuando el productor lo establezca o lo acuerde específicamente con el comprador proveer un cemento de una determinada resistencia y a una edad determinada, podrán adoptar el rango de resistencia de la tabla 2 para un periodo seleccionado de 3, 7 y 28 días. Con excepción del tipo HE que puede ser especificado dentro de un rango de resistencia seleccionado de 1, 3, 7 y 28 días. Si el rango de resistencia no es especificado y/o acordado, debe ser aplicada solamente la resistencia mínima de todos los rangos de la Tabla1, como se establece en la Tabla2. 6.1.4 Un informe que indica el requerimiento de la opción de agregados con baja reactividad a los reactivos álcalis, cuando sea solicitado. 6.1.5 Una solicitud para la certificación del fabricante, si es solicitada.

7. COMPOSICIÓN QUÍMICA La composición química del cemento no está especificada. Sin embargo el cemento y los constituyentes individuales o las adiciones deberán ser analizadas.

8. REQUISITOS FÍSICOS 8.1 El cemento del tipo especificado, cumplirá todos los requisitos físicos aplicables de la Tabla 1. 8.2 Cuando sean especificados los requisitos opcionales de falso fraguado o la resistencia a los 28 días, el cemento cumplirá los límites opcionales aplicables de la Tabla 1. 8.3 Las puzolanas a usarse como adición de un cemento no deben ser causa de expansión, debido a la reacción álcali agregado. Para determinar que una puzolana reúne estos requisitos, se ensayará por reactividad potencial a lcalina. Si la expansión del mortero excede el 0,05% a los 91 días de edad para cualquiera de las 3 composiciones conteniendo puzolanas, las puzolanas serán consideradas potencialmente reactivas e inaceptables bajo esta especificación. Si el contenido total promedio de álcali en cualquier lote de cemento expresado como Na 2O equivalente (% de Na 2O + 0,658 x % K 2O), cambia por más de 0,10% en masa de aquella con la cual se efectuaron los ensayos de reactividad alcalina, los ensayos de reactividad alcalina de las puzolanas deberán volverse a efectuar. 8.4 Si se han usado aditivos de proceso en la fabricación del cemento, éstos cumplirán con lo establecido en la NTP 334.085. 8.5 Si se usan en un cemento aditivos funcionales del tipo definido en la NTP 334.084, éstos cumplirán los requisitos de la especificación aplicable.

9. MUESTREO

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El muestreo se efectuará de acuerdo a la Norma NTP 334 007. La muestra de cemento podrá ser tomada al término de la molienda o en el lugar de trabajo según lo especifique el comprador.

NOTA: La NTP 334.007 no es una norma para establecer el control de calidad de la producción del cemento no es requerida para la certificación expedida por el productor. 10. MÉTODOS DE ENSAYO 10.1 Cuando se ensaye el cemento para comprobar su conformidad con la presente norma, se utilizarán los métodos que se mencionan a continuación, con las modificaciones o excepciones que se indican.

10.2 Análisis Químicos. El cemento sujeto a análisis químico deberá ser ensayado de conformidad con la NTP 334.086. La determinación de los constituyentes, óxidos mayores y menores, incluyendo la pérdida por calcinación, representará por lo menos el 98% del total de la masa del cemento; también se determinará el residuo insoluble. Cada constituyente adicional incluido en el cemento en cantidades mayores al 1% de la masa, deberán ser analizados. NOTA: Los análisis que se refieren en este numeral serán realizados para uso en control interno. 10.2.1 Sulfatos : Cualquier método apropiado podrá ser utilizado para la determinación del SO 3. Si se utiliza el método de referencia en la NTP 334.086 la muestra no necesita ser completamente fraccionada, mientras se use un exceso de ácido. 10.2.2 Pérdida por ignición : Para puzolana, utilizar el método para cemento Portland descrito en la NTP 334.086, excepto que la muestra deberá ser calcinada entre 700 °C a 800 °C, utilizando un crisol de porcelana descubierto. Para cementos que contengan sulfuros u otros constituyentes que ganan peso sobre el calentamiento, utilizar el procedimiento descrito en la NTP 334.086 para cemento de escorias. 10.2.3 Óxido de Sodio y Potasio : Para puzolanas o cementos que contengan puzolanas, el procedimiento para disolución del cemento en el procedimiento para álcali total mostrado en la NTP 334.086 no siempre disolverá todos los álcalis. La disolución completa de los álcalis es esencial para un análisis exacto. Para cementos, el calcinar la muestra previa a la disolución hará siempre los álcalis solubles en ácido. Otras formas son calcinando con cal, cal hidratada o carbonato de calcio o fusión con borato de litio, especialmente para puzolana. Un blanco deberá ser corrido. 10.3 Finura: 10.3.1 La finura se determinará de acuerdo a la NTP 334.002. 10.3.2 La finura de retenido sobre tamiz de 45 μm (malla 325), se determinará usando la NTP 334.045. 25


10.4 La expansión en autoclave se ensayará de acuerdo con la NTP 334.004 excepto para cementos de un día con resistencia a la compresión menor que 3,4 MPa, la pasta de cemento se mezclará en un tiempo no menor de 3 min; ni mayor de 3,5 min y el espécimen de ensayo permanecerá en el gabinete húmedo por un período de 48 horas antes que sea desmoldado para la medida de longitud. 10.5 El tiempo de fraguado se determinará usando la NTP 334.006. Sólo se requerirá el tiempo de fraguado inicial. 10.6 El contenido de aire del mortero se ensayará de acuerdo a la NTP 334.048, usando el peso específico del cemento, determinado por la NTP 334.005, si éste 3 3 difiere de 3,15 gr/cm por más de 0,05 gr/cm . 10.7 La resistencia a la compresión se determinará de acuerdo a la NTP 334.051. Los ensayos se efectuarán para cada edad especificada en la Tabla 1 y, si se seleccionan los requisitos opcionales de la Tabla 1, los requerimientos de agua de mezcla en la NTP 334.051, serán aquellos que produzcan un flujo de 110 ± 5% para cementos Portland adicionados. 10.8 El calor de hidratación se determinará utilizando la NTP 334.064. 10.9 La resistencia a los sulfatos se determinará utilizando la NTP 334.065 10.10 La reactividad del cemento con los agregados álcali-reactivos (Opción R), se ensayará utilizando la NTP 334.067 empleando vidrio de boro-silicato triturado tal como indica la ASTM C 441, como agregado. 10.11 La reactividad potencial alcalina para la puzolana se determinará utilizando la NTP 334.067. 10.12 El falso fraguado se determinará mediante la NTP 334.053 . 10.13 La expansión en las barras del mortero se determinará según la norma ASTM C 1038 empleando un período de inmersión de 14 días.

11. REQUERIMIENTOS DE TIEMPO DE ENSAYO 11.1 Se deben aplicar los requerimientos de tiempo de ensayo de la NTP 334.007. 11.2 El comprador deberá efectuar los arreglos necesarios para enviar las muestras al laboratorio de ensayo. El tiempo requerido para el transporte al laboratorio deberá agregarse a los intervalos mínimos de tiempo permitidos desde la recepción de las muestras por el laboratorio de ensayo. 11.3 El tiempo mínimo requerido desde la recepción de las muestras por el laboratorio de ensayo hasta la emisión del informe de los resultados de la prueba deberá ser determinado por la edad requerida del espécimen al momento de la prueba más 7 días.

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11.4 Se deberá disponer del informe escrito de los resultados de las pruebas aplicables en un período máximo de 3 días a partir del intervalo indicado en el párrafo 11.3. 11.5 Los ensayos adicionales o las repeticiones de los ensayos se harán sin considerar estos límites de tiempo. Tales ensayos no proporcionarán la base para la aceptación o el rechazo inicial del cemento.

NOTA: Los efectos del envejecimiento en las muestras pequeñas almacenadas por largos períodos de tiempo pueden producir resultados de prueba que no son representativos para el cemento fresco o para el cemento almacenado en grandes cantidades por períodos equivalentes de tiempo. 12. ENSAYOS REALIZADOS POR EL FABRICANTE 12.1 Las muestras representativas del cemento se deben tomar durante la producción o despacho en cumplimiento con la norma. Los ensayos normalizados que se ordenan deben incluir un análisis químico y la determinación de finura. La ubicación y la frecuencia del muestreo son a discreción del fabricante. El muestreo y el ensayo deben ser parte adicional al control normal de calidad del fabricante.

12.2 Ensayos especiales : 12.2.1 Los siguientes requerimientos para los ensayos sólo se aplicarán para resistencia al sulfato y reactividad con los agregados álcali agregados. 12.2.1.1 Para la resistencia al sulfato de los tipos MS y HS y para la Opción R de cualquier cemento, se deberán hacer ensayos para determinar si cumplen con los requerimientos aplicables, por lo menos cada 12 meses. Se requerirá de un nuevo ensayo si el análisis de cualquier óxido en cualquiera de sus constituyentes o en el cemento en su totalidad, se desvía a valores mayores que los proporcionados a continuación:

También se requerirá de un nuevo ensayo si la cantidad de un constituyente que equivale al 10% o más de la composición de un cemento cambia en 5 % o más por masa de cemento, o si un constituyente que equivale a menos del 10 % de la 27


composición del cemento o de un agregado cambia en 50 % o más de la cantidad antes presente. 12.2.1.2 A solicitud del comprador, la información del fabricante sobre conformidad con la resistencia a los sulfatos para los Tipos MS o HS o la Opción R de cualquier cemento deberá estar disponible cuando tales requerimientos se nombran en la especificación del cemento. A opción del comprador, podrá utilizarse la información del fabricante sobre conformidad en lugar de un muestreo adicional y una prueba para aceptación o rechazo del cemento

13. INSPECCIÓN 13.1 La inspección del material será de común acuerdo entre el cliente y el vendedor como parte del contrato de venta. 13.2 Todos los envases deberán estar en buena condición al momento de la inspección.

14. RECHAZO 14.1 A opción del comprador, se rechazará el material que no cumpla con los requisitos de esta especificación para el tipo especificado. Se comunicará inmediatamente y por escrito del rechazo al productor o proveedor, estableciendo las razones específicas del rechazo. 14.2 A opción del comprador, se rechazarán los envases individuales con menos del 2% de la masa rotulada; si el promedio de la masa de los envases de un lote, determinados en 50 envases tomados al azar, es menor que el indicado, el lote entero será rechazado. 14.3 El cemento que permanece almacenado a granel en el silo de la planta por más de 6 meses antes de ser despachado, o el cemento embolsado depositado en un local bajo responsabilidad del vendedor, por más de 3 meses, después de efectuados los ensayos, pueden reensayarse antes de su uso y rechazarse si no reúne cualquiera de los requisitos según la NTP 334.007.

15. CERTIFICACIÓN 15.1 Cuando se especifica en la orden o contrato de compra, la certificación del fabricante deberá entregarse al momento del despacho especificando los resultados de las pruebas, que incluyen el análisis químico, hecho en base a las muestras de cemento durante la producción o transferencia y certificando que los requerimientos aplicables a esta especificación se han cumplido 15.2 A opción del comprador, el cemento a granel que permanece en almacenamiento por más de seis meses después de la prueba o el cemento empaquetado que permanece en posesión del vendedor por más de tres meses deberá muestrearse y deberán hacerse nuevas pruebas y será rechazado si no cumple con los requerimientos aplicables a esta especificación.

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15.3 Resistencia a los sulfatos (Tipos HS y MS) y baja reactividad con los agregados (Opción R) : Cuando se especifica, los resultados de la pruebas que demuestran la conformidad con esta especificación deberán estar disponibles para su inspección y el informe del fabricante deberá especificar que los requerimientos aplicables a esta especificación para esas propiedades se han cumplido. 16. ENVASE Y ROTULADO 16.1 El cemento será recibido en el envase original de fábrica sea en bolsas o a granel. 16.2 Cuando el cemento sea envasado en bolsas, deberá tener un contenido neto de 42,5 kilogramos e indicar lo siguiente: a) La palabra Cemento Portland y el tipo correspondiente; b) Nombre o símbolo del fabricante; y c) El contenido neto, en kilogramos 16.3 Cuando el cemento es entregado en envases, las palabras que especifican una nomenclatura apropiada del cemento seleccionado por el productor, el tipo de cemento y, si se especifica, la conformidad con la Opción R, el nombre y la marca del fabricante, la masa de cemento contenido y una lista de los constituyentes, usando nombres genéricos en orden decreciente de abundancia, deberán estar bien marcadas en los envases. Información similar deberá proporcionarse en la certificación del fabricante que acompaña el cargamento de cemento a granel o envasado. NOTA: La siguiente lista contiene los nombres genéricos sugeridos para algunos posibles constituyentes de cementos combinados. La lista es representativa y no

29


inclusiva

17. ALMACENAMIENTO 17.1 El cemento debe almacenarse de forma tal que permita el acceso razonable para la inspección e identificación apropiada de cada cargamento y en edificaciones, contenedores o empaques adecuados a las condiciones climáticas que protegerán al cemento de la humedad y minimizarán el deterioro por almacenamiento. 17.2 El cemento se almacenará en lugar seco, protegido de la intemperie y de fácil acceso para la inspección. 18. PALABRAS CLAVES Cemento adicionado, ceniza volante, cemento portland, puzolana, humo de sílice, escoria, escoria granulada de alto horno. 19. ANTECEDENTES ASTM C 1157M-98a Standard Performance Specification for Hydraulic Cement.

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A. Tanto la cantidad de retenido sobre malla 45 μm (N° 325) como la superficie

específica mediante el aparato de Permeabilidad de Aire, se reportarán en todos los certificados de resultados de ensayos solicitados al fabricante. 31


B. Los tiempos de fraguado se refieren al tiempo de fraguado inicial Determinación del fraguado utilizando la aguja de Vicat de la Norma NTP 334.006. C. El contenido de aire se reportará con todos los certificados de resultados de ensayos solicitados al fabricante. Un valor obtenido en el mortero, no necesariamente asegura que un contenido de aire deseado se obtendrá en el concreto. D. Rangos de menor resistencia cuyos mínimos se aplicarán a la edad especificada a menos que el comprador especifique un rango de mayor resistencia. Ver Tabla 2 para los límites de resistencia aplicables. E. Cuando el cemento HS cumpla con los límites a los 06 meses no será requerido el ensayo a un año. Un cemento que falla al límite de 06 meses no será rechazado a menos que también falle al límite de 01 año. F. La sujeción a este requisito no debe solicitarse, a no ser que el cemento sea utilizado con agregados álcali reactivos. G. Cuando se especifique la resistencia a los 28 días, debe dejarse el tiempo suficiente para completar el ensayo. Cuando se solicite un Certificado de resultados de ensayo, puede requerir arreglos especiales para el almacenamiento del cemento cuyos ensayos están pendientes.

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CAPITULO IV EL AGREGADO Y LOS REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR SEGÚN NORMA 1.- Introducción: Los agregados en el Concreto normalizado son componentes importantes, tanto por sus objetivos como por el volumen de su contenido, ya que aproximadamente constituyen del 65% al 80% del volumen de la unidad cúbica de Concreto. Es por eso que en base a sus estudios y ensayos en el Laboratorio, se han ido dando normas las cuales cada año se van actualizando. Actualmente en el Perú se aplica las Norma Técnica Peruana (NTP) que han reemplazado en su denominación a las normas ITINTEC, las cuales están regidas por INDECOPI, la Norma ITINTEC N° 400.037, que corresponde a un proyecto que ha sido materia de un prolongado estudio por el Comité Especializado. Es una Norma moderna que se basa en las ultimas investigaciones sobre ensayos de calidad de agregados, manteniendo siempre como base las normas de ASTM y la inglesa, pero es una norma que se adapta a nuestra realidad y a la problemática del País.

2.- Definiciones: a) Agregados para Concreto.- Es el conjunto de partículas de origen natural o artificial, que pueden ser tratados y elaborados cuyas dimensiones o granulometría se encuentra dentro de los limites que indica la norma vigente. b) Agregado Fino.- Es el agregado proveniente de la desintegración natural o artificial, que pasa por el tamiz normalizado de 9.5mm (3/8”) y

que cumple con los límites granulométricos de la norma. c) Arena.- Es el agregado fino proveniente de la desagregación natural de las rocas. d) Agregado Grueso.- Es aquel el agregado proveniente de la desintegración natural o artificial, que es retenido en el Tamiz N° 4 (4.75 mm) y que cumple con los límites establecidos por la norma. e) Grava.- Agregado grueso proveniente de la desintegración natural de materiales pétreos, encontrándosele corrientemente depositado en forma natural en canteras y lechos de ríos. f) Piedra triturada o chancada. - Se denomina así, al agregado grueso obtenido por trituración artificial de rocas o gravas. g) Tamaño Máximo.- Se define así al menor Tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso.

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h) Tamaño Máximo Nominal.- Es el que corresponde al menor Tamiz oficial en el cual se produce el primer retenido. i) Homogeneidad de agregados. - Una Mezcla de agregados es homogénea cuando cumple con los límites granulométricos establecidos en cada porción de la misma. j) Agregado denominado “hormigón”.- Material mixto que se encuentra generalmente en los conos de deyección de los ríos y se utiliza en algunos casos en concretos no estructurales. k) Agregado reciclado. - agregado procedente de tratamiento de materiales inorgánicos usados en construcción. l) Filler.- Los filleres son materiales inorgánicos minerales naturales o artificiales, especialmente seleccionados que mediante adecuada preparación, con adecuada distribución de partícula, mejoran las propiedades del cemento (tales como la trabajabilidad y retención de agua). Pueden ser inertes o poseer propiedades ligeramente hidráulicas, hidráulicas latentes o puzolanicas. m) Agregado Global. - Mezcla de Agregado Fino y Grueso, normalizado por una granulometria.

3.- Requisitos Normalizados.a) Requisitos Obligatorios: Son aquellos que se consideran como básicos y se aplican a todos los concretos y se refieren a su granulometría y sustancias dañinas. Básicamente deben cumplir con las tablas N° 1 y 2 de la Norma, tanto para el agregado grueso como para el agregado fino. TABLA N° 2 – GRANULOMETRIA DEL AGREGADO FINO TAMIZ 9,5 4,75 2,36 1,18 600 300 150

mm (3/8) mm(N°4) mm(N° 8) mm(N°16) m(N° 30) m(N° 50) m(N°100)

Porcentaje que pasa 100 95 – 100 80 – 100 50 – 85 25 – 60 05 – 30 0 – 10

Puede utilizarse agregados que no cumplan con los valores granulométricos de las tablas, cuando al realizar los ensayos de norma en el laboratorio producen concretos de las especificaciones requeridas. 34


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En cuanto a las sustancias dañinas, estas no deben exceder de los límites permisibles, como son:

Para el Agregado Fino : Partículas deleznables – 3% Material mas fino que la malla N° 200 – Concreto sujeto a abrasión 3 % (A) – Todos los demás concretos 5 % (A) (A) En el caso de la arena manufacturada, en material libre de limos y arcillas, estos límites pueden ser aumentados a 5% a 7% respectivamente. Materia orgánica: que cumple con el ensayo colorimétrico de carácter cualitativo en caso de que no cumpla podrá utilizarse siempre y cuando al hacer los ensayos a los 7 días, su resistencia no baje del 95 %.

Para el agregado Grueso: Partículas deleznables – 3 % Material mas fino que la malla N° 200 – 1% b) Requisitos Complementarios: Se exigen obligatoriamente a todos los concretos cuya resistencia a la comprensión sea igual o mayor a 210 Kg/cm2, considerando criterios de forma y resistencia mecánica. También se recomienda su utilización en concretos para pavimentos. - La Resistencia Mecánica De acuerdo con la Norma: Método de los Angeles no deben exceder al Prueba de Impacto no debe ser mayor de

50% 30%.

En Inglaterra y Francia se realiza otro ensayo que se llama Fragmentación dinámica y consiste en dejar caer un número de veces normalizando, una masa de 14 Kilos desde una altura de 40 cmt. Sobre 350 gramos de agregado de la misma granulometría que se establece en el método de los Angeles, determinando los finos producidos.

- Congelación y deshielo Es importante considerar el agregado que se utiliza en concretos sometidos a la acción de helada ya que dicha acción produce desintegración, por lo que el agregado habrá que someterlo a la prueba de resistencia a la desintegración por medio de soluciones naturales de sulfato de sodio o de magnesio. La pérdida promedio de masa después de la exposición de cinco ciclos a estas soluciones no deberá ser mayor a : Sulfato de Sodio Agregado Fino Agregado Grueso

10 % 12 % 36

Sulfato de Magnesio 15 % 18 %


c) Requisitos Opcionales: - Indice de espesor: Se aplica en el agregado grueso, el cual no debe ser mayor de 50 cuando es agregado natural y de 35 para agregado artificial. Este requisito se aplica al agregado grueso cuando tiene la forma de una placa en donde el espesor es muy pequeño y predominan las otras dos dimensiones, este tipo de agregados originaba concretos poco trabajables y de menor compacidad. La norma aplica los siguientes términos G/E = 1.58 en donde G es el grosor y E el espesor. Esta formula define los elementos planos.

- Reactividad potencial alcali – agregados: Esta prueba nos permite determinar la existencia de agregados reactivos (sílice amorfa) los que reaccionan con los álcalis del cemento, óxidos de sodio y potasio. Es opcional desde que hasta la fecha no hay evidencia de agregados reactivos en el Perú. Cuando el concreto estará sujeto permanentemente a la acción de la humedad o en contacto con suelos húmedos, el agregado utilizado en este no deberá contener sustancias dañinas que reaccionen químicamente con los álcalis de cemento, por cuanto producen expansiones excesivas del concreto. En caso de estar presente tales sustancias, el agregado puede ser utilizado con cementos que tengan menos de 0.6 % de álcalis.

- Equivalente de Arena: Ensayo que mide la cantidad de finos en la arena, se realiza en arenas a utilizarse en pavimentos. El equivalente de arena del agregado utilizado en concreto de f`c = 210 kg/cm2 de resistencia de diseño y mayores , y los utilizados en pavimentos de concreto será igual o mayor a 75, para otros concretos el equivalente de arena deberá ser igual o mayor a 65 .

d) Anexos: Se incluyen dos anexos uno de ellos sobre la granulometría, global y otro, que no se incluía en la versión anterior de la norma, con respecto al contenido de cloruros en los áridos, se consideran informativos y no son requisitos de norma.

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ANEXO A: Granulometría del Agregado Global

Tamaño Máximo Nominal Tamiz

Abertura (mm)

2 1½ ¾ ½ 3/8 4 8 16 30 50 100

50 37.5 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15

37.5 mm. (1 1/2)

100.0 95.0 45.0

100.0 100.0 80.0

19 mm. (3/4)

100.0 95.0

9.5 mm. (3/8)

100.0 100.0

25.0

50.0

35.0

55.0

8.0

30.0

10.0

35.0

0.0

8.0*

0.0

8.0*

100.0 95.0 30.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0

100.0 100.0 65.0 50.0 40.0 30.0 15.0 8.0*

* incrementar a 10 % para finos de roca triturada ANEXO B: Límite

recomendado para el contenido de cloruros solubles en agua en los áridos

Tipo de Hormigón (Concreto)

Porcentaje de la masa del total de áridos contenidos en el hormigón (concreto) (%)

Hormigón (concreto) simple Hormigón (concreto) armado Hormigón (concreto) pretensado

0.15 0.06 0.03

e) Requisitos utilizadas por las Normas ASTM, ACI y RNC (E-060): En cuanto ala granulometría del agregado fino recomiendan las normas ASTM que el modulo de fineza no deberá ser menor de 2.3 a 3.1, el MF se mantendrá dentro de más menos 0.2 del valor asumido para la selección de las proporciones del concreto. 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

Concreto Pretensado 0.02 % ( 200 ppm)

Concreto Armado 0.06 % ( 600 ppm)

El código ACI especifica el porcentaje, (en peso del cemento), del máximo ión cloro, como la suma de todos los componentes:

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Contenido Máximo de Ion Cloruro solubles en agua en el concreto, % en peso de cemento Norma E-060 RNE Codigo ACI Concreto pretensado 0.06 0.06 Concreto armado expuesto a la acción de 0.10 0.15 cloruros Concreto armado no protegido que puede 0.15 estar sometido a un ambiente húmedo pero no expuesto a cloruros. Concreto armado que deberá estar 0.80 seco o protegido de la humedad durante su vida por medio de recubrimientos impermeables Concreto armado que en servicio estará 1.00 seco o protegido contra la humedad Otras construcciones de concreto armado 0.30 El agregado fino o grueso, no deberá contener sales solubles totales en porcentaje mayor de 0.015 % en peso del cemento.

4.- Características Físicas de los Agregados: -

Absorción de agregados: La capacidad de absorción del agregado se determina por el incremento de peso de una muestra secado al horno luego de las 24 horas de inmersión en agua y de secado superficial.

-

Contenido de Humedad: Como se sabe el contenido de agua de la mezcla influye en la resistencia y otras propiedades del concreto. En consecuencia es necesario controlar el dosaje de agua. - Si el agregado esta saturado y superficialmente seco no puede absorber ni ceder agua durante el proceso de mezcla. - Sin embargo un agregado parcialmente seco resta agua, mientras que el agregado mojado superficialmente húmedo origina un exceso de agua en el concreto. En estos casos es necesario reajustar el contenido de agua ya sea agregando o restando agua.

-

Peso Específico: Es un indicador de calidad, valores elevados corresponden a materiales de buen comportamiento mientras que peso específico bajo generalmente corresponden agregados absorbentes y débiles.

MODULO DE FINURA

-

Representa un tamaño promedio ponderado de la muestra de arena, pero no representa la distribución de las partículas. Este módulo de finura a define como un factor empírico que se obtiene por la suma de los porcentajes totales de la muestra de arena retenidos en cada uno de los tamices especificados y dividiendo la suma por 100. 39


Malla 4 8 16 30 50 100 Fondo

% Ret. 0.77 3.78 12.07 26.39 28.15 17.54 11.30

Total Ret. Acumul. Modulo Finura

% Ac. Ret. 0.77 4.55 16.62 43.01 71.16 88.70 ----- _________ 224.81 224.81/100 = 2.25

Se estima que las arenas comprendidas entre los módulos de finura 2.2 y 2.8 producen concretos de buena trabajabilidad y reducida segregación y las que se encuentran entre 2.8 y 3.2 son los más favorables para los concretos de alta resistencia.

5.- Ejemplos de medidas aplicables para lograr la aceptación de agregados que incumplen especificaciones. En los siguientes cuadros se dan algunas medidas aplicables.

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CAPITULO V AGUA DE AMASADO NORMALIZADA 1.- Definición.Es el componente líquido que al unirse con el cemento, se produce una reacción química de hidratación con la consiguiente formación de la pasta cementicia, para lo cual es necesario en términos generales que dicha agua debe ser incolora, límpida, bebible y libre de elementos negativos que produzcan efectos desfavorables sobre el fraguado, resistencia, durabilidad del concreto, como son glucidos, aceites, álcalis, sales, materia orgánica y otros; con la salvedad de que pueda contener dichos elementos pero que no sobrepasen los límites permisibles que indica la Norma vigente peruana. Es importante también indicar sobre la proporción que debe intervenir en la mezcla, la cual estará dada por el Diseño de Mezclas.

2.- Objetivos Principales:

El agua de amasado resumiendo lo indicado en la definición, podemos decir que tiene tres funciones principales como son: a) Reacción con el cemento para hidratarlo y formar la pasta cementicia. b) Actuar como lubricante para contribuir a la trabajabilidad del concreto. c) Procurar la estructura de vacíos necesarios en la pasta para que los productos de hidratación tengan espacio para desarrollarse.

3.- Requisitos Obligatorios:

De acuerdo con la Norma ITINTEC N° 339.088 el agua de amasado debe cumplir con varios requisitos para ser considerado agua normalizada. El agua potable cumple con todos estos requisitos, con excepción de uno, por lo que el agua potable si es apta como agua de amasado normalizada. Es también importante indicar que las Normas USA del ACI y ASTM no dan normas de requisitos. a) Comparación de Requisitos : Norma 339.088        

Contenido Max. De materia Orgánica expresado en oxigeno Residuos sólidos PH comprendido entre Sulfatos expresados en S04 Cloruros Carbonatos y bicarbonatos alcalinos Expresado en Na HCO2 Sales de magnesio

Norma Agua Potable

3 ppm 5000 ppm 5.5 y 8 600 ppm 1000 ppm

0.01 10 10.5 50 250

ppm ppm

1000 ppm 150 ppm

300 125

ppm ppm

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ppm ppm


b) Conclusiones: -

El agua potable no cumple con el requisito del PH, solamente. Cuando se usa aguas que no sean potables y al realizar los ensayos en laboratorio no cumplen con algunos requisitos de norma pero con diferencias pequeñas, dicha agua podrá utilizarse, siempre y cuando al realizar ensayos en Laboratorio con un diseño de mezclas igual para dos dos muestras pero, una con agua potable y otra con el el agua que no cumple con los requisitos, y al determinarse a los 28 días las pruebas de resistencia a la comprensión el resultado obtenido con el agua no potable sea igual o mayor al 90%, dicha agua podrá utilizarse.

4.- Requisitos para la obtención de Muestras de Agua: Existen normas que determinan como se toman las muestras y como deben ser transportadas transp ortadas hacia el el Laboratorio de ensayo, las cuales cuales vienen a ser las siguientes: a) El número de muestras debe ser como mínimo tres y deberá tomarse en cuenta las condiciones climáticas de la zona en donde se encuentra la fuente de agua. b) El volumen mínimo de cada muestra será de 5 litros. c) Cuando se trata de aguas superficiales, como ríos, arroyos, lagunas, etc., la muestra se tomará, introduciendo el recipiente a la profundidad, en que se colocará la boca de toma de la instalación de extracción, dejando que el agua se introduzca en él. En el caso de aguas subterráneas. Se empleará una bomba de extracción, la que se hará funcionar 10 minutos y durante todo el tiempo que resulte r esulte necesario para lavar las tuberías y recién se podrá realizar la obtención de las muestras. Para él embace embace de las muestras muestras se debe utilizar recipientes recipientes de polietileno, vidrio, incoloros o de color claro, perfectamente limpios. El cuello de los recipientes debe ser de pequeño diámetro para facilitar el cierre y sellado del recipiente. Las tapas deben ser herméticas del mismo material o de un corcho nuevo sin defectos. El llenado de los embaces debe ser de volumen total del recipiente, sin dejar ningún vacío, salvo el caso en que por cambios y elevación de temperatura pudieran producirse aumentos aumentos en su volumen, volumen, para estos casos especiales especiales se podrá dejar dejar un vacío correspondiente al 1% aproximado del volumen del recipiente. El cierre y sellado de los recipientes debe realizarse inmediatamente después de su llenado. Para su transporte hacia los laboratorios los recipientes serán correctamente acondicionados y embalados, para evitar su rotura. Las tapas por seguridad deben fijarse con algún elemento que no permita la salida del líquido. En zonas de temperaturas muy bajas y que están bajo 0 °C los envases serán debidamente protegidos contra los efectos de estas bajas temperaturas.

5.- Aguas No Recomendables.-

A continuación se da una relación de aguas naturales que existen en la naturaleza y que sin necesidad de realizar ensayos en el laboratorio deber ser desechados definitivamente para su utilización en el agua de amasado en el concreto, como son: 47


-

Aguas ácidas – aguas aguas calcáreas Aguas minerales carbonatados Aguas que contienen algas Aguas con contenido de humus Aguas con contenido de ácidos orgánicos Aguas con una turbidez > de 2000 p.p.m Aguas con contenido de azucares en disolución Agua destilada y Agua de lluvia

6.- Utilización de Agua de Mar: En la extensa costa peruana como en el globo terráqueo existen enormes cantidades de agua de mar que más o menos ocupan las 2/3, por lo es importante se estudio con la finalidad de poder utilizarlo como agua de amasado en el cemento normalizado. El agua de mar tiene una salinidad de 35.000 p.p.m. en donde las ¾ partes son cloruro de sodio disueltas, la parte restante predomina el sulfato y cloruro de magnesio. Estas sales actúan sobre el concreto modificando la hidratación del cemento sobre todo el cloruro de sodio que incrementa la velocidad de hidratación y modificando la estructura de los hidratos, con lo que se obtiene una aceleración de fragua y mayores resistencias iniciales hasta los 7 días. A su vez el cloro tiene un efecto negativo sobre el acero de refuerzo que se vuelve más propenso a la corrosión. En algunos casos en el concreto armado puede utilizarse agua de mar pero con r ecubrimiento de 3”. relaciones agua: cemento menores a 0.45 y con un recubrimiento

El RNC permite el uso de agua de mar en obras de concreto, cuando cumplan con los requisitos de la Norma 339.088 o que en los ensayos en el Laboratorio no den menos del 90% de resistencia a la compresión, pero la Norma Peruana si excluye de su uso en los siguientes casos: - Concretos Presforzado - Concretos con resistencia mayores de 175 kg/cm2 - Concretos con elementos embebidos de fierro galvanizado o aluminio. - Concretos con acabados superficiales de importancia. Es importante indicar que de acuerdo con la Norma peruana el límite del contenido cloruros es menor a 1000 ppm y el de los sulfatos menor de 600 ppm, estos valores son excedidos por el agua de mar. Podemos concluir que por seguridad lo recomendable del uso de agua de mar sea sólo en concretos simples y con las recomendaciones del caso.

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CAPITULO VI PROPIEDADES PROPIEDADES DEL CONCRETO

1.- Definición:

Son aquellas propiedades que caracterizan al concreto en sus estados frescos y endurecido, su estudio analíticamente y con ensayos en laboratorio, permite mejorar la calidad del concreto en sus operaciones de mezclado, transporte, colocación, compactación y curado, como así mismo su posterior comportamiento con el tiempo.

2.- Clasificación:

a).- En el Concreto Fresco: Fresco: - Fraguado - Segregación - Exudación - Trabajabilidad - Consistencia b).- En el Concreto endurecido: endurecido: - Resistencia - Elasticidad - Extensibilidad

3.- Fraguado:

a.- Definición: Es la propiedad que tiene el concreto, cuando el cemento se une al agua y se producen reacciones químicas exotérmicas y originan la pasta cementicia, en un estado plástico al comienzo, para luego, tener un aumento brusco en su viscosidad, con segregación de calor y por lo tanto podemos decir que se ha dado el inicio del fraguado, posteriormente después de un período de tiempo de horas la pasta cementicia, endurece y se vuelve indeformable, con lo que se obtiene el final del fraguado. Es conveniente que el tiempo de fraguado no sea muy lento, ni rápido, ya que puede ocasionar problemas en la colocación o retardar los procesos constructivos. b.- Factores que influyen en la Duración: - El Cemento: - Los cementos ricos en C 3A tienen fraguados rápidos. - El grado de fineza, influye en la velocidad de fragua, más fineza más rápidos el fraguado. - El Agregado: - Presencia de limos o sustancias químicas retardan el fraguado. - El Agua: - Menor relación de agua-cemento, fraguado en menor tiempo. - La materia orgánica retarda - El agua de mar aumenta la velocidad de fragua. - El Clima: - A mayores temperaturas mayor velocidad de fragua. - El fraguado en aire húmedo es más lento que en aire seco. 49


c.- Falso Fraguado: Es el fraguado que se presenta en el concreto antes de tiempo, sin liberación de calor, y proveniente por deshidratación del yeso natural adicionado.

4.- Trabajabilidad.a.- Definición: - Según Powers: la facilidad con que el concreto puede ser mezclado, transportado, compactado, acabado y libre de segregación. - Según ASTM: Es el esfuerzo requerido para manejar la cantidad de concreto recién mezclado con el mínimo de perdida de homogeneidad. - Según ACI: propiedad de concreto recién mezclado que determina la facilidad y homogeneidad, con lo cual este material se puede mezclar, colocar, compactar y acabar. b.- Factores que afectan la trabajabilidad: - Cemento: - Contenido: mezclas más ricas más trabajables - Fineza: mas finas mayor trabajabilidad - Adición de Puzolana: mejora la trabajabilidad - Agregado: - El perfil del agregado es importante, formas esféricas, mas trabajables. - Módulo de fineza debe tener entre 2.3 a 3.1 para el agregado fino y se tenga una mezcla trabajable. - En el agregado grueso es de mayor trabajabilidad, el agregado de graduación uniforme y seleccionar el tamaño máximo. - Aditivos: - los aditivos químicos plastificantes, y superplastificantes como los incorporadores de aire mejoran la trabajabilidad. c.- Medida de la Trabajabilidad: Existen muchos métodos pero hasta la fecha, ninguno de ellos es considerado enteramente satisfactorio, pero se puede considerar los siguientes ensayos dados por Malhotr como son: - Ensayo del factor de compactación. - Ensayo de Vebe.

5.- Segregación.-

a).- Definición: Es la descomposición mecánica del concreto en sus componentes. b).- Formas: - Cuando el agregado grueso se separa del resto de los componentes. - Cuando los agregados fino y grueso se separan de la pasta cementicia. c).- Causas: - Colocación con caída vertical de determinada altura - Exceso de vibración en la compactación. 50


- Peso especifico del agregado mucho mayor que el del agregado fino. - En mezclas pobres de contenido de cemento - Mezclas poco resistentes - Transporte dificultoso. - Tamaño máximo de agregado grueso grande. - Colocación de bombeo. - Agregado de formas rugosas y perfil irregular.

d).- Control: La segregación puede controlarse tomando en cuenta, las causas, mejorando y realizando sus operaciones en tal forma que se evite este defecto. Pero también se puede reducir la segregación a través de la adición de un aditivo químico incorporador de aire, ya que las burbujas tienden a mantener las partículas sólidas en suspensión, reduciendo las posibilidades de sedimentación.

6.- Exudación.a).- Definición: Es el flujo de agua de la mezcla, generalmente como resultado de la sedimentación de los sólidos, lo que da lugar hacia a la superficie. La exudación esta determinada por las fases de velocidad de exudación y su capacidad. Se presentan generalmente en la colocación de losa de concreto, cuyo espesor es pequeño. b).- Inconvenientes: - Disminución de su resistencia a la comprensión - Acabado inadecuado - Asentamiento de los agregados. c).- Factores que favorecen: - Temperaturas muy altas - Aditivos reductores y retardadores de fragua. d).- Control: En las diversas fases de las operaciones del concreto se pueden dar las siguientes recomendaciones, para evitar la exudación como son: - Control de agua y cantidad de finos - Controlar que los encofrados sean los suficientes herméticos para evitar la fuga de la lechada de cemento - Reducir en lo posible el slump - Adiciones de puzolana en cantidades convenientes. - Aditivos incorporadores de aire.

7.- Consistencia.-

a).- Definición: Es la propiedad que se determina la humedad de la mezcla por el agrado de fluidez. La consistencia está relacionada con la trabajabilidad, pero son diferentes. 51


b).- Clasificación: - Concretos secos - Concretos plásticos - Concretos fluidos c).- Medida de la consistencia: (Slump) Se emplea el cono de Abrams, de acuerdo con lo indicado en la Norma vigente de ensayo, la cual determina lo siguiente: - Consistencias secas con slump de 0 a 2” - Consistencias plásticas con slump de 3” a 4” - Consistencia fluidos con slump de más de 5”

8.- Resistencia.-

a).- Definición: es la propiedad que determina la capacidad del concreto, para soportar, esfuerzos de compresión y tracción, siendo mucho mayor su resistencia a la comprensión y que es la propiedad en la que se le utiliza en un elemento estructural. b).- Factores que influyen en la resistencia: - Según la Ley de Abrams la relación agua cemento es el factor que determina su resistencia (Adherencia pasta). - Según la Ley de Gilkey, no solo interviene en la resistencia del concreto, la relación de agua: cemento; sino también la calidad del agregado, en cuanto a su peso específico, granulometría, textura superficial, dureza, perfil y también el tamaño máximo del agregado grueso. - También deben tomarse en cuenta en la resistencia del concreto otros factores adicionales como: - Tipo y almacenamiento del cemento - El agua del amasado cuando no es potable - Presencia de limo, arcilla, lummus, materia orgánica y sales, que sobre pasen los límites permisibles en el agregado. - Incorporación de aire. - Aditivos que pueden dar mayor o menor resistencia, cuando intervienen en el diseño de mezclas.

c).- Ensayos de Resistencia a la Compresión: Para evaluar la resistencia de la compresión del concreto, se realizan pruebas en el Laboratorio y para lo cual se moldean probetas, con el concreto que se desee evaluar, en cilindros metálicos de 6” x12” sobre una base y usando una barra compactadora de acero liso de 5/8”.

Las muestra obtenidas se deben tomar por cada 120 metros cúbicos o 500 metros cuadrados de superficie y en todo caso no menos de una por día. Se recomienda tomar tres muestras, para una evaluación a los 7, 28 días. El desmoldeo se realizará a las 24 horas, llevándose las probetas a las pozas de curado. La evaluación final se hará utilizando una prensa debidamente calibrada. Estos ensayos se hacen tomando en cuenta las Normas ITINTEC N° 339.033 y ASTM-C-31. 52


9.- Elasticidad:

Es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener deformación permanente. El concreto no es un material elástico, sin embargo convencionalmente se acostumbra a definirlo como un “ Módulo de Elasticidad Estático”. Los módulos de Elasticidad del concreto oscilan entre 250000 a 350000 kg/cm2 y están en relación directa con la resistencia a la compresión y en relación inversa a la relación agua: cemento.

10.- Extensibilidad:

Es la propiedad del concreto de deformarse sin agrietarse. Depende de la elasticidad y del flujo plástico, constituido por la deformación que tiene el concreto bajo carga constante en el tiempo. El flujo plástico tiene particularidad de ser parcialmente recuperable.

11.- Durabilidad:

Es la propiedad que tiene la capacidad de endurecer y mantener sus propiedades en el tiempo. También podemos decir que es la resistencia del concreto, en grado satisfactorio, a los efectos de las condiciones del servicio a que pueda estar sometido, incluyendo el intemperismo. Dentro de los factores principales que disminuye su durabilidad, están los procesos de congelación y deshielo en zonas de climas de muy baja temperatura; humedecimiento y secado; calentamiento y enfriamiento; acción de agentes químicos con los cloruros y sulfatos. Bajas relaciones de agua: cemento y selección del agregado influirá en la durabilidad del concreto.

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CAPITULO VII DISEÑO DE MEZCLAS 1.- Definición.

Es la selección de las proporciones de los materiales que intervienen como integrantes de una unidad cubica de concreto en forma adecuada para que el resultado de un concreto tenga la suficiente trabajabilidad y consistencia en el estado fresco y la resistencia y durabilidad en el estado endurecido.

2.- Información Básica sobre los materiales:

Es importante en el diseño de mezclas el conocimiento fundamental de los componentes que intervienen, y en base a datos proporcionados por el fabricante y resultados de los ensayos que se realicen en el laboratorio, estas informaciones básicas son las siguientes:

A). Cemento: - Tipo y Marca del cemento seleccionado - Peso Específico - peso específico de la puzolana si se trata de cemento adicionales - Superficie especifica. B). Agua: Cuando se emplea el agua potable no habrá necesidad de realizar ningún ensayo en el laboratorio, ya que esta agua cumple con todos los requisitos de la norma pero si el agua no es potable, habrá que realizar el análisis químico en un laboratorio especializado ya que el agua cuando no es normalizado puede influir sobre el tipo de fraguado, calor de hidratación, resistencia de concreto. C). Agregados: Esta componente tanto el agregado fino como el grueso son los componente de mayor variabilidad en cuanto a sus propiedades en la mezcla, ya que proviene de diversas canteras y yacimientos con origen de muchos tipos de rocas, por ello es importante los ensayos que se realicen en el laboratorio, recomendando que aunque sea de una misma cantera cada cierto promedio de tiempo, deberá volverse a realizar los ensayos de sus propiedades. Los informes que se deben obtener en el laboratorio deberán ser los siguientes: - Perfil y textura superficial - Análisis granulometrico. - Peso específico de masa o saturado superficialmente seco - Peso unitario compactado y suelto - % de absorción y contenido de humedad - Pérdida pos abrasión cuando se trata de concretos para pavimentos. - Materia orgánica. D). Aditivos: Cuando se tenga que emplear aditivos se debe obtener la siguiente información sobre ellos: - Tipo y marca de aditivos 54


- Fecha de vencimiento - Efectos sobre las propiedades del concreto - Tomar en cuenta las recomendaciones del fabricante.

3.- Métodos de Diseños de Mezclas Para determinar las proporciones de los diversos componentes que intervienen en un concreto para determinadas condiciones, existen muchos métodos en los que, los creadores de estos sistemas dan sus recomendaciones para su uso adecuado, y sobre todo considerando las propiedades de resistencia a la comprensión, durabilidad consistencia y permeabilidad por lo que en forma concisa exponemos varios de los principales métodos más usados en los laboratorios del Perú y del mundo como son:

a). Método del ACI - Conceptos Generales: Este sistema ha sido desarrollado por el comité N° 211 del ACI se trata de un diseño bastante simple con el cual se emplea algunas tablas con las que se pueden obtener con facilidad las proporciones de los componentes. Este método se recomienda su aplicación en concretos de peso normal. - Secuencia de Diseño: Para realizar el diseño según el comité 211 del ACI se debe seguir la siguiente secuencia :  Selección de la resistencia promedio  Selección del tamaño máximo nominal de agregados finos  Selección del asentamiento  Selección del volumen unitario de agua (tablas)  Selección de Contenido de aire (tablas)  Selección de la relación agua concreto (tablas)  Determinación del cemento  Determinación del agregado(tablas)  Determinación de los volúmenes absolutos de sus componentes.  Determinación del peso seco del agregado fino  Determinación de los valores de proporciones de sus componentes y su correspondiente corrección.

b). Método de Walker

El profesor norteamericano Stanton Walker desarrolló su método fundamentando, en que cualquiera que fuera la resistencia de diseño del concreto, relación agua/cemento, contenido de cemento y características del agregado fino la cantidad de agregado grueso según el comité 211 del ACI era la misma. Considerando que la relación fino-grueso debería variar en función del contenido de la pasta en la mezcla así como del perfil y el tamaño máximo nominal del agregado grueso, y otro factor que debería ser considerado era la mayor o menor fineza del agregado fino. En la tabla desarrollada por el profesor Walker se toma en consideración la fineza del agregado fino, clasificándolo en tres categorías : fino, mediano y grueso; igualmente se considera si el perfil es redondeado o angular, y que para cada uno de los casos se considera cuatro alternativas de factor cemento. 55


Todo ello permite encontrar en la tabla un porcentaje de agregado fino que se considera con el mas conveniente en relación del volumen absoluto total del agregado. Este método no corresponde a concreto con aire incorporado.

c). Método del Módulo de Fineza de la combinación de agregados

El profesor Stanton Walker conjuntamente con el grupo de investigación del laboratorio de concreto de la Universidad de Maryland, a formulado un procedimiento de solución de las proporciones de la unidad cúbica de concreto en el cual los porcentajes de agregado fino y grueso se modifican en función de sus propios módulos de fineza. En este método los contenidos de agregados finos y gruesos varían para las diferentes resistencias, siendo esta variación función principalmente de la relación agua cemento, del contenido total de agua, expresados a través del contenido de cemento de la mezcla. Este método tiene como consideración fundamental, además de lo ya expresado, la premisa de que el módulo de fineza del agregado, es un índice de su superficie especifica y que en la medida que esta aumente, se incrementa la demanda de pasta cementicia. Como consecuencia de las investigaciones realizadas se ha podido establecer una ecuación que relacione el módulo de fineza de los agregados así como su participación porcentual en el volumen absoluto total del agregado. Con la aplicación de esta ecuación se determina el valor del módulo de fineza de la combinación de agregados más conveniente para condiciones dadas de la mezcla. Dicha ecuación es : m = rf x mf + rg x mg (1) rf = (mg – m)/(mg – mf) ( 2 ), en la cual m = módulo de fineza de la combinación de los agregados mf = módulo de fineza del agregado fino mg = módulo de fineza del agregado grueso rf = % de agregado fino en relación al volumen absoluto total de agregado rg = % de agregado grueso en relación al vol. absoluto total de agregado

Tabla: MODULO DE FINEZA DE LA COMBINACIÓN DE AGREGADOS Tamaño Máximo Modulo de fineza de la combinación de agregados que da las Nominal del mejores condiciones de trabajabilidad para los contenidos de Agregado Grueso cemento en sacos/metro cúbico indicados 3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3”

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

d). Métodos de Fuller

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 6.09 6.39

Este método es el más empleado actualmente en los laboratorios principales de las Universidades y del país, recomendando su creador que este sistema debe utilizarse cuando los agregados, no cumplen con la Norma C-33 de ASTM y que corresponde a la Norma peruana ITINTEC N° 400.037. 56


También se recomienda utilizarlo para las dosificaciones con más de 300 Kg. de cemento por m3 de concreto y cuando se tiene el tamaño máximo de agregado está comprendida entre ¾” y 2”.

- Ley de Fuller: Pd = 100 d/D; donde: Pd : % que pasa la malla d d : abertura de malla de referencia D : T. Máximo del agregado grueso - Elección de la relación cemento/agua = Z Z = K1 * Rm + 0.5 Donde: K1: factor que depende de la forma de agregado de 0.0030 a 0.0045 para piedra chancada y de 0.0045 a 0.0070 para piedra redondeada. Contenido aproximado de agua para diversos revenimientos y tamaños máximos del agregado

Contenido de agua en el concreto Tamaño máximo del agregado mm. Pulg. 9.5 3/8 19.0 ¾ 38.1 1 ½ 50.8 2 76.2 3

Revenimiento de 25-50mm.



Agregado redondeado Kg/m3 190 170 160 150 135



Agregado anguloso Kg/m3 210 195 170 165 155



4.- METODO DE DISENO DE MEZCLAS DE CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA DEL COMITE ACI 211.4 . El método propuesto por el comité 211.4 del ACI abarca el rango de resistencia entre 450 kg/cm2 y 840 kg/cm2, este método es aplicable a concretos de peso normal. Las consideraciones básicas de este método al igual que en el método concretos convencionales es la determinación de cantidad de los materiales requeridos para producir un concreto con las propiedades en estado fresco y endurecido deseadas y a un bajo costo. El procedimiento consiste en una serie de pasos, con los cuales se debe cumplir los requerimientos de resistencia y trabajabilidad deseados, el método recomienda elaborar varias pruebas en laboratorio y en el campo hasta encontrar la mezcla deseada.

A.- Procedimiento de diseño.- Paso 1: Seleccionar el slump y la resistencia del concreto requeridos, valores recomendados para el slu mp se mu es tran en la tabla 3. 1. A pesar qu e un concret o de alt a es producido exitosamente con la adición de un súper plastificante sin una medida inicial del slump, es recomendable un slump de 1 a 2" antes de adicionar el súper plastificante. Esto asegurará una adecuada cantidad de agua para la mezcla y permitirá que el súper plastificante sea efectivo. Para un concreto elaborado sin súper plastificante es recomendado un slump entre 2 a 4", este puede ser escogido de acuerdo al trabajo a realizarse. Concretos con 57


menos de 2" de slump son difíciles de consolidar dado el alto contenido de agregado grueso y materiales cementicios. - Paso 2: Seleccionar el tamaño máximo del agregado , basados en los requerimientos de resistencia, el tamaño máximo del agregado grueso es dado en la tabla 3.2. El ACI 318 establece que el tamaño máximo del un agregado no debe exceder un quinta parte de la dimensión menor entre los lados del elemento, una tercera parte de la profundidad de la losa, o tres cuartas partes del mínimo espaciamiento entre las barras de refuerzo. - Paso 3: Seleccionar el contenido optimo de agregado grueso , el Optimo contenido de agregado grueso depende su resistencia característica y tamaño máximo. El contenido optimo recomendado de agregado grueso, expresado como una fracción del peso unitario compactado, es dado en la tabla 3.3. como una función del tamaño máximo nominal. El peso seco del agregado grueso por m3 de concreto puede ser calculado usando la siguiente ecuación: Peso seco del agregado grueso = %Psag* P.U.C.

(3.1.)

En un proporcionamiento de una mezcla de concreto normal, el contenido optimo de agregado grueso es dado como una función del tamaño máximo y del modulo de fineza del agregado fino. Las mezclas de concretos de alta resistencia, sin embargo, tienen un alto contenido de materiales cementicios, y por lo tanto no son dependientes del agregado fino para lograr la Lubricación y compactibilidad de la mezcla. Por supuesto los valores dados en la tabla 3.3. son recomendados para arenas que tienen un modulo de finura entre 2.5 a 3.2. - Paso 4: Estimar el agua de mezcla y el contenido de aire, la cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para producir un slump dado es dependiente del tamaño máximo, forma de las partículas, gradación del agregado, cantidad de cemento y tipo de plastificante o súper plastificante usados. Si se usa un súper plastificante, el contenido de agua en este aditivo es tomado en cuenta para el calculo de la relación agua/cemento: La tabla 3.4. da una primera estimación del agua de mezclado requerida para concretos elaborados con agregados de tamaño máximo entre 1" y 3/8", esta cantidad de agua es estimada sin la adición del aditivo, en la misma tabla también se da los valores estimado de aire atrapado. Estas cantidades de agua de mezclado son máximas para un agregado bien gradado, angular y limpio que cumple con los limites de la norma ASTM C 33. Dado que la forma de las partículas y la textura superficial del agregado fino puede influenciar significativamente su contenido de vacíos, el requerimiento de agua de mezclado puede ser diferente de los valores dados. Los valores dados en la tabla 3.4. son aplicables cuando el agregado fino usado tiene un contenido de vacíos igual a 35%, el contenido de vacíos del agregado fino puede ser calculado usando la siguiente ecuaci6n: 58


P.U.C.

Contenido de vacíos, V% = 1 -

_____________* 100 Peso especifico

( 3.2 )

Cuando el contenido de vacíos del agregado fino no es 35%, es necesario un ajuste a la cantidad de agua de mezclado, este ajuste puede ser calculado usando la siguiente ecuación: Ajuste del agua de mezclado, A kg/m3 = 4.72 . (V -35)

(3.3.)

Usando la ecuación 3.3. obtenemos un ajuste de 4.72 kg/m 3 por cada punto porcentual del contenido de vacíos de la arena. - Paso 5: Seleccionar la relación agua/materiales cementicios , en las tablas 3.5a y 3.5b, valores máximos recomendados para la relaci6n agua/materiales cementicios son mostrados como un funci6n del tamaño máximo del agregado para alcanzar diferentes resistencias a compresión en 28 o 56 días. Los valores dados en la tabla 3.5a son para concretos elaborados sin súper plastificantes y los dados en la tabla 3.5b para concretos con súper plastificante. La relación agua/materiales cementicios puede limitarse por requerimientos de durabilidad. Cuando el contenido de material cementicios excede los 450 Kg., se debe considerar el uso de un material cementicios alternativa.

- Paso 6: Calculo del contenido de material cementicio, el peso del material cementicio requerido por m3 de concreto puede ser determinado por la división de la cantidad de agua de mezclado entre la relación a/m.c. seleccionada. Sin embargo si las especificaciones incluyen un limite mínimo en la cantidad de material cementicio por m3, este debe ser cumplido. -

Paso 7:

Proporcionamiento de la mezcla de prueba base, para determinar las proporciones optimas primero se debe realizar una mezcla base, los siguiente pasos deben ser seguidos para completar la mezcla: 1.

Contenido de cemento.- Para esta mezcla, el peso del cemento será igual al calculado en el paso 6.

2.

Contenido de arena.- Después de determinar los pesos por m3 de agregado grueso, cemento, agua, y contenido de aire atrapado, el contenido de arena puede ser calculado usando el método de volúmenes absolutos.

-

Paso 8:

Proporcionamiento de mezclas usando fly ash, este método incluye el uso de fly ash como adición al concreto, la adición de este reducirá la demanda de agua, reduce la temperatura, y reduce el costo. Este paso se describe la manera de adicionar al concreto este material y los pasos para su proporcionamiento, recomendando a! 59


menos dos pruebas con diferentes contenidos de este material, en el presente documento no se realiza un detalle mas preciso del tema. -

Paso 9:

Mezclas de prueba, para cada mezcla el proporcionamiento se hará siguiendo los pasos del 1 al 8, una mezcla de prueba debe ser producida determinando su trabajabilidad y características de resistencia.

Paso 10: Ajuste de las proporciones de la mezcla, si las propiedades deseadas del concreto no han sido obtenidas en las mezclas de prueba, las proporciones de la mezcla base deben ser modificadas siguiendo el procedimiento siguiente: -

1. Slump inicial.- Si el slump inicial no se encuentra en los rangos deseados, el agua de mezclado debe se ajustada, el contenido de cemento debe ser corregido para mantener constante la relación a/m.c., y el contenido de arena debe ser ajustado para asegurar el flujo del concreto. 2. Dosis de súper plastificante.- Si un súper plastificante es usado, debe ser determinado su efecto en la trabajabilidad y resistencia. Se debe seguir las indicaciones dadas por el fabricante en cuanto a su tasa máxima de uso. El uso en laboratorio de súper plastificantes debe ser ajustado para su uso en campo.

3. Contenido de agregado grueso.- Una vez que las mezcla de prueba de concreto han sido ajustadas para el slump deseado, se debe determinar si la mezcla es demasiado áspera. Si es necesario el contenido de agregado grueso puede ser reducido y el contenido de arena ajustado. Sin embargo este incremento del contenido de arena incrementara la demanda de agua, y por lo tanto el contenido de cemento. 4. Contenido de aire.- Si el contenido de aire difiere significativamente de las proporciones deseadas, el contenido de arena puede ser ajustado. 5. Relación a/mc .- Si la resistencia requerida no es alcanzada, mezclas adicionales con una menor relación a/mc deben ser elaboradas. - Paso 11 : Selección de la mezcla optima, una vez que las proporciones de mezcla han sido ajustadas para producir la trabajabilidad y resistencia deseadas, es necesario realizar pruebas en las condiciones de campo de acuerdo a los procedimientos recomendados por el ACI 2 1 1 . 1 .

A.1. Tablas para el diseño.Tabla 3.1. : Slump recomendado para concretos de alta resistencia con o sin superplastificantes Slump con SP

Slump sin SP

1” – 2”

2” – 4”

Antes de la adición del SP. 60


Tabla 3.2. : Tamaño máximo del agregado grueso Resistencia requerida Del concreto (kg/cm2) < 630 > 630

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Tamaño máximo del agregado ¾” – 1 3/8” – ½”


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CAPITULO VIII ATAQUE QUÍMICO AL CONCRETO INTRODUCCIÓN Los concretos constituidos con los materiales apropiados convenientemente proporcionados y bien consolidados, aseguran la durabilidad de las construcciones. Al efecto, además de las estructuras constituidas durante el antiguo Imperio Romano, edificaciones contemporáneas con mas de 100 anos de antigüedad, brindan testimonio de la durabilidad del concreto. Sin embargo, a la par del desarrollo tecnológico que permita utilizar cementos de mejor calidad y concretos relativamente impermeables, la contaminación que se acrecienta producto de nuestra época, ofrece nuevos retos a la ingeniería. En los últimos 50 anos se ha producido una importante cantidad de trabajos e investigaciones sobre el ataque químico al cemento y el concreto; que han sido recuperados en nutridos análisis bibliográficos. Sin embargo, el conocimiento alcanzado no guarda relación con la magnitud del esfuerzo.

CLASIFICACIONES La alteración química del concreto puede ser de carácter intrínseco o extrínseco, según se deba a la reacción de sus componentes o se origine por agentes externos. La descomposición del concreto puede presentarse por : - Acción del suelo y del agua : el nivel freático, de ríos y del mar que toman contacto con las estructuras. - Fluidos que circulan en canalizaciones o tuberías de concreto. - Líquidos o materias secas pulverulentas que son almacenados en reservorios o silos. En cuanto a la forma como se presenta el ataque químico, este puede darse : A) En profundidad .- a través de los canalículos del concreto poco compacto, p o r las microf isu ras de cont rac ción o los vac íos que se en cu en tr an en conc ret os mal dosificados. Este tipo de ataque es el mas peligroso en cuanto altera la estructura misma del concreto, es de difícil control o muchas veces imposible de corregir cuando es detectado.

El ataque en profundidad se puede presentar en dos formas : a.) D i s o l u c i ó n d e c o m p u e s t o s s o l u b l e s e n e l a g u a q u e s e p r o p a g a e n e l interior del concreto, como es el caso de las agua ácidas, que pueden pr ovo car el debil ita mi ento de la estr uct ur a de la pa st a de ce me nt o.

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b.) E x p an s i ó n , q u e s e d e b e a l o s c o m p u e s t o s d é b i l m en t e s ol u bl e s , q u e s e forma en el interior del concreto y que dan origen al crecimiento de cristales, q u e o r i g i n a n u n a p r e s i ó n c a p a z d e l l e v a r a l a r u p t ur a d e l a estructura. Este es el caso de los sulfatos, que dan forma a cristales expansivos como la etringita y la thaumasita. B) S u p e r f i c i a l . - q u e a c t ú a c o m o u n a f o r m a d e e r o s i ó n e n l o s co n c r e t o s b i e n compactados. Su acción destructiva es menor y es posible tomar medidas que detengan la degradación del material

La comisión de RILEM (The International Union of Testing and Research Laboratories for Materials and Structures) que estudia la resistencia del concreto del ataque químico ha agrupado en la Tabla N° 1 que reproducimos, las sustancias agresivas del concreto. El ataque químico se puede producir con la accion de acidos, sales o bases.

TABLA Nº 1 ___________________________________________________________________ - Agua dulce - Acidos Acidos Minerales

Acidos Orgánicos

Ácido Brómico Ácido Carbónico Ácido Clorhídrico Ácido Crónico Ácido Fluorhídrico Ácido Sulfurado Ácido Nítrico Ácido Fosfórico Ácido Sulfúrico Ácido Sulfuroso

Ácido Acético Ácido Fórmico Ácido Humito Ácido Láctico Fenol Ácido Tánico Ácido Butírico Ácido Úrico Micro-organismo

Bases : NaOH, KOH, Urea, Aminas. Sales: • Cloruros (Ca, Na, HN4, Mg) • Sulfatos (Ca, K, Mg, Na, NH4) • Nitratos y Nítricos (Na, NH4, K) • Sulfuros (fa) • Acetatos (Na) • Esteres, estearatos, jabones - Alcoholes - Soluciones de azúcar - Aceites vegetal y animal - Bacterias, algas, conchuela, micro-organismos ___________________________________________________________________

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1.0 FACTORES INTERNOS Entre los factores internos debemos considerar las reacciones del agregado y el cemento independientemente y la reacción cemento agregado.

A.-La reacción de los Agregados El ataque químico mas importante que se produce en el concreto por acción de los agregados, lo ocasiona el ácido sulfúrico que se forma por oxidación de los sulfuros de fierro, ocasionando tensiones internas que llevan a la rotura del material, generalmente precedida por una coloración localizada de color marrón. Fenómeno similares han sido estudiados en África del Sur, Canadá y Suecia. Los minerales de sulfuro de hierro se encuentran frecuentemente en los agregados en forma de pirita, marcasita y pirratina. La pirita se puede presentar en todo tipo de rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas; su coloración es amarilla, generalmente forma cristales cúbicos. La marcasita es poco común, se le encuentra en rocas sedimentarias; tiene lustre o brillo metá lico, de color ligero. Se oxida fácilm ent e con liberación de áci do sulfúrico y formación de óxidos e hidróxidos de hierro. La pirratina es la menos común y puede encontrarse en rocas ígneas y metamórficas. El mecanismo de degradación podría ser el siguiente : La pirrotita inestable se oxida primero .

B.- Reactividad del Cemento Con el desarrollo actual de la tecnología en la producción de cemento y las especificaciones normalizadas a nivel internacional, no se dan casos de deterioro del concreto por acción química del cemento. Sin embargo, en atención a la literatura técnica u a las disposiciones normativas, creemos necesario referirnos a desarreglos en los concretos que pudieran presentarse hace mas de 50 anos y que en la actualidad podrían ser excepcionales.

B.1.- Cal Libre La cal libre en el cemento, CaO, cuando excede cierto valor produce expansiones en los concretos. Este fenómeno ocurría inicialmente en la producción de cemento, a principios del presente siglo. En la actualidad el porcentaje de cal libre en los cementos modernos no excede del 1% de su composición, lo que hace imposible cualquier desarreglo. En los cementos peruanos el CaO varia entre 0.6 y 0.8%.

B.2.- Magnesia 66


La magnesia u oxido de magnesio MgO, se encuentra en los cementos Pórtland prevenient e del carbonato de magnesia componente de la s calizas; que aproximadamente significan las 3/4 partes de la composición del crudo. El carbonato se disocia en oxido de magnesio y dióxido de carbono. La magnesia no se combina con los otros óxidos de cemento y se mantiene en solución sólida en los minerales del clinker. Cuando la magnesia se encuentra en forma cristalizada, como periclasa, al hidratarse presenta expansión de volumen y puede producir la fractura del concreto. Cuando la magnesia se presenta en forma de vidrio es inofensiva. Las normas limitan el contenido de oxido de magnesio a 5%, que es la cantidad máxima que es posible entre a formar solución sólida en las fases del clinker. Por las características de las materias primas de los cementos peruanos, de muy bajo contenido de magnesia, el MgO de los cementos se encuentra entre 1.1 y 3.2%. En algunas plantas cementeras, especialmente en Brasil y Sudáfrica, con altos contenidos de carbonato de magnesia en sus yacimientos, se realiza un rápido enfriamiento del clinker, a fin de que la magnesia se manifieste en estado vidrio, y no sea expansivo. La expansión de la magnesia se produce generalmente luego de un periodo prolongado, ya para identificarla en el concret o es necesario someter las muestras a un análisis por microscopio. La norma ASTM prescribe además la prueba de expansión en autoclave, para asegurar por el ensayo acelerado la estabilidad del cemento.

C- Reacción Álcalis – Agregados Una de las causas del deterioro del concreto, que ha sido objeto de mas estudios en los treinta últimos anos, es la denominada reacción álcali-agregado, que se origina entre determinados agregados activos y los óxidos de sodio y potasio del cemento. La reacción se inicia en la superficie del agregado y se produce en la interfase con la pasta de cemento, formando un gel que toma agua .y se dilata creando presiones internas que llevan a la rotura del material. El fenómeno fue descubierto en los Estados Unidos en 1938. Los primeros estudios fueron realizados por Stanton, dos anos después. La reacción álcali-agregado comprende los siguientes sistemas : reacción álcali-sílice reacción álcali-silicato, reacción álcali-carbonato.

Reacción álcali-sílice: La reacción álcali-sílice se ha presentado únicamente en algunas regiones del globo. Se encuentra de manera preponderante en los Estados Unidos de Norteamérica, extendida en la zona central que comprende los esta dos de 67


Oklahoma, Kansas, Nebrasca e Iowa. También en algunas áreas de Australia, Nueva Zelanda, Dinamarca y la India. En Latinoamérica, no se han presentado desarreglos de este tipo, con excepción de algunos localizados en Brasil y Chile, en el Perú no se conocen casos. Para que se produzca la la reacción se requiere la presencia de 03 condiciones: - Agregados reactivos - Cemento con alto contenido de álcalis - Humedad Los agregados en los cuales se puede presentar la reacción provienen de los siguientes tipos de rocas, de acuerdo a la información del ACI: las calcedonias y calcedonias opalinas, calizas silicosas, riolíticas y t obas riolíticas, las daciticas y las tobas dacíticas, las andesíticas y tobas andesíticas y filitas. La reacción entre los álcalis del cemento y del agregado, es de carácter expansivo, dando como resultados el agrietamiento del concreto. La reacción sílice agregado se presenta formando dos zonas alrededor de los agregados fracturados y a lo largo del plano de rotura. Una de ellas externa y oscura es un gel rico en óxido de sílice cal y potasio. La otra interna y blanca esta formada por cristales dispersos conteniendo sílice cal y potasio.

Reacción Álcali-Carbonato Este tipo de reacción se produce por lo álcalis del cemento que actúan sobre ciertos agregados calcáreos, como por ejemplo, los calcáreos de grano fino que contienen arcilla, que son reactivos y expansivos. Este fenómeno se presenta de preferencia cuando el concreto esta sometido a atmósfera húmeda. Se ha planteado que la expansión se debe a la transformación de la dolomita en calcita y brucita, fuertemente expansiva, que tiene la forma de un gel que origina una presión debido al crecimiento de los cristales. Para apreciar las posibilidades expansivas de los materiales calcáreos se utiliza la norma ASTM 586-69 (1986), "Potencial álcali reactivity of carbonate for concrete aggregates (rock cylinder meted").

Reacción Álcali- Silicato: Este tipo de reacción no debe ser confundida con aquellas otras comprendidas dentro de la denominación álcali-agregados, sin embargo, en algunos casos puede presentarse conjuntamente con la reacción álcali-sílice. Se caracteriza porque progresa mas lentamente y forma gel en muy pequeña cantidad. Se estima que esta reacción se debe a la presencia de ciertos filosilicatos. En general, el conocimiento de este fenómeno es incipiente y mas complejo y no se ha llegado a conclusiones sobre la expansión y la deteriorización que ocasionan.

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2.0 FACTORES EXTERNOS Ataque de Sulfato Una de las formas mas frecuentes de ataque químico al concreto es la acción de los sulfatos. Se estima que el 75% de las publicaciones que tratan de la durabilidad del concreto se ocupan de este tema. El ión sulfato aparece en mayor o menor proporción en todas las aguas libres subterráneas. El contenido de ión sulfato de las aguas subterráneas es considerable en los terrenos arcillosos, constituyendo uno de los mas impor tantes alimentos de los vegetal es. En zonas áridas los sulfatos se pueden presentar en las arenas como material de aporte y en rocas carbonatadas de origen sedimentario. Los sulfatos mas abundantes en los s uelos son : sulfatos de calcio, de magnesia de sodio y calcio y de sodio. todos ellos de diferente solubilidad. La acción de los sulfatos se produce sobre el hidróxido de calcio y fundamentalmente sobre el aluminato de calcio C3A y el ferro aluminato tetracalcico C3FA. El ataque del sulfato se manifiesta con una exudación de apariencia blanquecina y agrietamiento progresivo que reduce el concreto a un estado quebradizo y hasta suave. La acción del sulfato de calcio es relativamente simple, ataca al aluminato tricálcico y en menor medida al ferro aluminato tetracalcico, produciendo sulfo aluminat o tricálcico (etr ingit a) e hidr óxido de calci o (portlandita). La acción del sulfato de sodio es doble, reacciona primero con el hidróxido de calcio generando durante la hidratación del cemento, formando sulfato de calcio e hidróxido de sodio. A su vez el sulfato de calcio ataca al aluminato tricálcico formando etringita. La acción del sulfato de magnesio es la que produce un mayor daño, en cuanto actúa sobre las fases de la pasta de cemento, como son los silicatos cálcicos, mediante una serie de acciones complejas que modifican el PH de las pastas de cemento. La Tabla III expresa de manera esquemática las reacciones mas comunes. TABLA N° III

1. Sustitución Na2 Ca2 + : Ca (OH)2 + Na2SO4

CaSO4 + 2NaOH Soluble 1.2 g/l EROSION

Precipitado de CaSO4 . 2H2O 69


Yeso secundario EXPANSION 2. Accion del yeso secundario sobre aluminatos de cemento 3CaSO4 + C3A.nH2O

C3A.3CaSO4.32H2O Precipitado de etringita EXPANSION

Algunas entidades de reconocida solvencia técnica como el ACI han formulado recomendaciones para evitar el daño que puede hacer los sulfatos sobre el concreto, la tabla IV expresa una importante experiencia. TABLA N° IV

Exposición a los Sulfatos

Sales con aguas Sulfatadas % peso

Contenido de sulfatos en agua PPM

Insignificante

0.00-0.10

0-150

Moderada 1

0.10-0.20

150-1500

Severa

0.20-2.00

1500-10.000

Muy severa

Sobre 2.00

Sobre 10.000

Tipo de cemento

Concreto con agregado normal Relación agua cemento máximo por peso

II (IP) (MS) IS, (MS) V

0.50

V mas puzolana +

0.45 0.45

Accion del Agua de Mar La acción del agua de mar en el concreto ha sido materia de numerosas investigaciones y trabajos, desde el inicio del siglo. Existe una tendencia que considera el ataque del agua de mar como un fenómeno bien definido y homogéneo. Pese a ello, es conveniente tener en cuenta la multiplicidad de factores incidentes, como es la variación del clima, la presencia de factores mecánicos como la erosión y la acción de las mareas, que modifican las condiciones de inmersión, aparte de los factores biológicos. Puede asegurarse que la acción del agua de mar difiere a la acción conjunta o independiente de los sulfatos que contiene. Como en otros casos, la durabilidad del concreto se asegura por su buena compacidad. En este sentido, en las investigaciones que se realizan, resulta esencial definir la porosidad del cemento y del concreto, sea la abierta y total, la dimensión y geometría de los poros, la distribución granulométrica. El ataque del agua de mar corresponde a la de las sales disueltas, principalmente cloruros y sulfatos sobre los constituyentes del cemento por cuanto ninguno de los 70


componentes hidratados son estables al medio marino. Las reacciones características en el ataque se presentan sobre el hidróxido de sodio y el aluminato tricalcico. En todo caso para una mejor apreciación del problema, es conveniente separarlo según el estado de inacción de los elementos del concreto. En inmersión total al ataque es fundamentalmente químico por acción de sulfatos y cloruros. Sin embargo, una carbonatación inicial mejora las características del concreto a los agentes agresivos por la formación de una capa protectora constituida por microcristales de carbonato de calcio. En inmersión alter nada o semi-i nmersión el ataque es de carácter físico y químico debido a la a cción mecánica de la s olas, al fenómeno de contracción y evaporación alternada que lleva la fisuración en la zona de marea. La cristalización expansiva de ciertas sales, la corrosión eventual de las armaduras, con expansión del concreto y también las variaciones del clima.

Ataque por ácido Los ácidos atacan las bases de las sales básicas formadas por la hidratación del cemento, deteriorándolo por la formación de sales solubles y procesos de disolución que eliminan el hidróxido de sodio. Los parámetros que gobiernan el ataque estrictamente ácido son la fuerza del álcali y su concentración, vale decir el valor del Ph.

Carbonatación La carbonatación comprende todos los fenómenos que resultan de la acción del dióxido de carbono sobre la pasta de cemento o el concreto ella actúa sobre los constituyentes anhidros o hidratos del cemento, neutralizando su basicidad. Si bien el oxido de calcio es el componente hidratado mas sensible del cemento a la carbonatación, esta también actúa sobre los silicatos calcicos hidratados. La carbonatación puede tener un aspecto beneficioso de protección en concreto, como sucede en los elementos marítimos inmersos. Sin embargo, tiene efectos negativos, pues es un factor importante en la corrosión de las barras de refuerzo y en la contracción y fisuración del concreto. Generalmente la contracción por carbonatación no se identifica y es asumida dentro de los valores de contracción y fisuración por secado.

Ataque de agentes biológicos Los agentes biológicos que pueden actuar sobre el concreto generando un deterioro de orden químico, son diferentes tipos de microorganismos: bacterias, hongos y líquenes, estos últimos en cuanto forman colonias de tamaño microscópico. El desarreglo que generan es superficial y solo se produce en concretos carbonatados, húmedos, cuya superficie se encuentra sucia o ha acumula do materia orgánica que sus tent e su crecimiento. El ataque no es directo sino por la acción química del metabolismo.

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Caso de tuberías de desagües La destrucción de concreto en los sistemas de alcantarillado, tiene un origen bacterial, debido al ácido sulfúrico que producen ciertas bacterias cua ndo el oxigeno que se encuentra en la tubería tiende a agotarse. En este caso los organismos anaeróbicos reducen los sulfatos y compuestos orgánicos sulfurados del desagüe a sulfur o de hidrogeno y sulfuros orgánicos volátiles que atacan la superficie interior de las tuberías de concreto, suprimiendo la adherencia entre la pasta y el agregado. La destrucción del concreto es producto de reacciones complejas del ácido con la cal hidratada y los compuestos básicos del cemento formando sulfato d e calcio y sulfoaluminato de calcio (etringita). La deterioración del concreto se efectúa en dos tiempos, inicialmente por la formación de yeso y luego por la formación de etringita. Se han efectuado estudios que abonan en el mejor comportamiento de los cementos resistentes a los sulfatos. La corrección del problema puede darse de diferentes maneras, examinando las causas como son : baja velocidad de flujo, largo tiempo de retención o contenido orgánico elevado en el desague. Las soluciones abarcan : el uso de bactericidas, el incremento de la ventilación o inyección de oxigeno, la adición de cal para elevar el Ph o finalmente la limpieza periódica.

Productos Industriales Azucares .- Los azucares se encuentran en variedad de vegetales que constituyen insumos industriales. Los azucares atacan el concreto formando sales de calcio denominadas sacaratos, con el hidróxido de calcio de la pasta, originando la ruptura de la fase de silicatos y la perdida de resistencias. Medidas de Prevención El Cembureau (The European Cement Association) ha preparado dos tablas con recomendaciones para el empleo del concreto en medio agresivos. En una de ellas clasifica el grado de ataque de aguas y suelos sobre el concreto, considerando un estado de inmersión permanentemente. El grado de ataque químico se determina por el análisis de la muestra o el suelo obtenido en el sitio. En el otro cuadro se dan las recomendaciones para el diseño del concreto de acuerdo al ataque previsible. Estos valores deben ser considerados en todos los casos como valores de referencia. Por ejemplo el dosaje mínimo de cemento corresponde a un agregado tamaño máximo de 30 mm., por lo que se estima prudente una variación inversamante proporcional a una modificación en el tamaño.

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CAPITULO IX CORROSION EN ESTRUCTURAS METALICAS EMBEBIDAS EN CONCRETO ARMADO INTRODUCCIÓN Los problemas de corrosión que se presentan en estructuras de concreto armado producen grandes perdidas económicas. Evaluaciones llevadas a cabo en España por comités de expertos en corrosión y protección contra la corrosión, fijan las perdidas anuales por la corrosión entre el 1.25 y el 3.5% del P.N.B. Estas cifras pueden considerarse todavía como excesivamente conservadoras, ya que, en la mayoría de los casos, incluyen solo los costos directos de corrosión ocasionados por las medidas preventivas, de mantenimiento, o por la sustitución de las partes corroídas, siendo así que una evaluación real y completa incluiría las ratificaciones primarias como perdida de la producción costos de las plantas inactivas, coeficientes de seguridad en el diseño para prevenir los desgastes provocados por la corrosión, o dis minución de la calidad en la producción a consecuencia de la contaminación con los pr oductos de la corrosión, entre otras. En el Informe Hoar, modelo del que parte todos los estudios sobre los costos sociales de la corrosión, dado a conocer en 1971, se estima que las perdidas por cor rosión oca sionadas en el sector de la construcción repr esentaban 250 millones de Libras Esterlinas, el 18.3% del total, siendo superadas solo por las perdidas atribuibles a los sectores del transporte y de las aplicaciones marinas. En la FIGURA 1 se muestran los datos fundamentales del Informe Hoar, evitando dar valores absolutos, que carecen de calidez al corresponder a 1971, mientras que, aproximadamente, los porcentaje es o valores relativos conservan su vigencia.

Fig. 1 Costos porcentuales de la corrosión en el Reino unido y estimación de los ahorros potenciales derivados de un uso correcto de los conocimientos en corrosión y protección. 75


En la actualidad y desde hace tiempo el material de construcción mas difundido es el concreto. Una parte muy importante de las estructuras de concreto esta reforzada con armadura de acero y la corrosión de estas es la causa principal del deterioro de las estructuras. Se estima que la reparación o reemplazo de todos los puentes afectados por la corrosión en EE.UU, ascendería a unos cien mil millones de dólares, cantidad difícilmente imaginable. Es cierto que los costos por este concepto no son comparables con los del Perú, gracias a una climatología distinta, pero este es uno solo el mas llamativo a escala mundial, de los problemas de corrosión que afectan a las estructuras de concreto armado.

ASPECTOS GENERALES 1.1. Fundamentos sobre corrosión Generalmente, los metales se encuentran en la naturaleza formando compuestos con otros elementos (óxidos, cloruros, etc.). Para usuarios en su forma simple hay que extraer el metal mediante un proceso de reducción, lo que exige extraerles cierta cantidad de energía. El proceso inverso por el cual el metal vuelve a su estado natural, va acompañado de un descenso en su energía de Gibbs, es decir, tiene lugar mediante una reacción espontánea, este proceso que corresponde a una oxidación, se conoce como corrosión y representa la destrucción paulatina del metal. Cuando la corrosión metálica tiene lugar en un medio acuoso, se manifiesta como un fenómeno de naturaleza electro-química, es decir, suponer la existencia de una reacción de oxidación y otra de reducción y la circulación de iones a través del electrolito. De esta manera, se generan dos zonas sobre la superficie del metal, de las cuales una actuara como ánodo y la otra como cátodo. Donde se produzca la oxidación del metal será la zona anódica : Me

Me+n + ne-

La cual libera electrones que emigran a través del metal, hacia otro lugar donde reaccionan a base de producir una reducción de alguna sustancia existente en el electrolito. Estas sustancias serán los iones hidrógeno en medios ácidos : 2H - + 2e-

H2

y el oxigeno disuelto en el agua en medios alcalinos y neutros : 2O 2 + 4e -

4OH 76


La corrosión a través del metal y a través del electrolito entre el ánodo y el cátodo, supone el funcionamiento de un circuito cerrado. Si el circuito se interrumpe en algunos de sus puntos, la pila electroquímica no puede funcionar y la corrosión se detiene (Ver FIGURA 2).

Fig. 2 Formación de la pila de corrosión

Es necesario mencionar que no basta con considerar si un metal dado se corroe o no, sino también la velocidad a la que lo hace, ya que la corrosión puede proceder tan lentamente que, a efectos de vida útil, sea despreciable. En la cinética del proceso corrosivo incluye fundamentalmente, además de la naturaleza del electr olito, el contenido de oxigeno y la resistividad del medio. 1.2. El Sistema Acero-Hormigón

Después el punto de vista electroquímico, las armaduras en el concreto se encuentran en un medio altamente alcalino, de pH > 12-6, que garantiza la pasividad de las mismas y, con ello, su larga vida en servicio, en la mayoría de los casos. 77


Cuando el cemento se mezcla con el agua, sus distintos componentes se hidratan formando un conglomerado sólido, constituido por las fases hidratadas del cemento y una fase acuosa que proviene del exceso de agua de amasado necesar ia para la mezcla adecuada de todos sus componentes. El hormigón resulta, por tanto, un sólido compacto y denso, pero poroso. La red continua de poros es un entramado de canalículos y capilares, no siempre comunicados entre si, pero que permiten que el hormigón presente una cierta permeabilidad a los líquidos y gases. Así aunque el recubrimiento de las armaduras supone una barrera física, esta es permeable en cierta medida y permite el acceso de elementos agresivos y de otras sustancias que pueden tomar parte en el proceso de corrosión del acero. La alcalinidad del hormigón es debida principalmente al hidróxido de calcio que se forma durante la hidratación de los silicatos del cemento y a los álcalis que puedan estar incorporados como sulfatos en el clinker. Estas sustancias sitúan el pH de la fase acuosa contenida en los poros en valores entre 12, 6 y 14, es decir, en el extremo mas alcalino de la escala de pH. A estos valores de pH y en presencia de una cierta cantidad de oxigeno, el acero de las armaduras se encuentra pasivado, es decir, recubierto de una capa de óxidos transparentes, compacta y continua que lo mantiene protegido por per iodos indefinidos, aun en pr esenci a de hum eda des el eva das en el concret o. En la FIGURA 3, se visualiza la situación habitual de las armaduras embebidas en concreto.

Fig. 3 Armaduras embebidas en un hormigón sin contaminar

La importancia de la barrera física representada por el recubrimiento de concreto esta relacionada con su capacidad de preservar las condiciones de elevado pH necesarias para mantener las armaduras en el estado pasivo, al limitar la velocidad de penetración de sustancias ácidas desde el exterior. Corrosión Localizada.- La situación más agresiva y responsable del mayor número de casos de corrosión de armaduras, es la presencia de los cloruros. Los iones de cloruro presentes en la pasta de cemento que rodea al refuerzo reacciona con el agua para formar ácido clorhídrico, el cual destruye la película pasiva protectora del acero. -

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Fig. 4 Representación esquemática de la corrosión electroquímica a) proceso eletroquímico b)corrosión electroquímica con cloruros

- Corrosión generalizada.- Se produce por un descenso en la alcalinidad del hormigón que puede deberse a la actuación de los constituyentes ácidos del medio sobre el hormigón , principalmente al CO 2 atmosférico, que provoca el proceso de carbonatación, la formación del carbonato de calcio Ca(OH) 2, reduce la alcalinidad de manera que la capa protectora se destruye.

Fig. 5 Tipos de corrosión de armaduras y factores que lo provocan 79


CAPITULO X CAMBIOS VOLUMETRICOS EN EL CONCRETO FISURACION, CAUSAS Y CONTROL 1. INTRODUCCION

Los cambios volumétricos constituyen uno de aspectos más Importantes del comportamiento del concreto tanto desde el punto de vista de la tecnología del diseño de mezclas, su producción, colocación y curado, como desde la perspectiva del diseño estructural, dado que sus efectos se traducen en contracciones y/o expansiones que ocasionan una gran variedad de problemas, asociados principalmente a fisuraciones y deformaciones que algunas veces sólo son objetables desde el punto de vista estético y en otras producen la pérdida de capacidad portante y/o la alteración de las condiciones de uso y operatividad de las estructuras.

Es frecuente en nuestro medio, el encontrar en los diferentes proyectos, problemas de fisuración, así como problemas de tipo constructivo y de diseño estructural, derivados de 80


los cambios volumétricos en el concreto, y que en muchos de los casos no son adecuadamente identificados y evaluados en cuanto a sus causas y trascendencia, originándose discrepancias técnicas y hasta de tipo legal por desconocimiento de los mecanismos que controlan estos comportamiento 2.

FENOMENOS CAUSANTES DE LOS CAMBIOS VOLUMETRICOS

Los principales fenómenos que condicionan los cambios volumétricos del concreto están relacionados básicamente con el comportamiento de la pasta de cemento y su interacción con los otros elementos Involucrados como son los agregados, el agua, los aditivos y las condiciones particulares del entorno tales como características ambientales de humedad temperatura, viento, así como los grados de restricción a la deformación de las estructuras y las peculiaridades del diseño estructural y los procesos constructivos: Estos fenómenos se pueden sintetizar en los siguientes rubros: 3. Contracción o retracción 4. Flujo o. fluencia 5. Efectos térmicos 6. Agresividad química interna y externa 3.

CONTRACCION O RETRACCION (SHRINKAGE)

Llamada con frecuencia contracción ó retracción de fragua ó de fraguado, el fenómeno que tiene hasta tres manifestaciones: Contracción intrínseca o espontánea Contracción por secado Contracción por carbonatación 3.1.

Contracción intrínseca o espontánea (Antogenou Shrinkage)

Es la que constituye la verdadera contracción de fraguado, producto del proceso químico de hidratación del cemento y su propiedad inherente de disminuir de volumen en este estado; este proceso es físico-químico.

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La retracción espontánea depende exclusivamente del tipo y características particulares del cemento empleado por lo que cada cemento tiene un comportamiento singular frente a este fenómeno.

La contracción intrínseca oscila entre 0 y 150 x 10-6 dependiendo del cemento en particular aunque lo usual es que no sea mayor de 30 x10. 82


No produce fisuración pues las tracción que genera son bajas (2 a 8 Kg/cm2 salvo el caso de cementos particularmente excepcionales), y se desarrollan a lo largo del tiempo que demora en completarse el proceso de hidratación total del cemento, que como sabemos se completa en gran medida a los 28 días de edad, pero continúa luego casi de manera Indefinida. 3.2.

Contracción intrínseca o espontánea (Dzyhig Skrinkage)

Este fenómeno se produce por la pérdida de humedad de la pasta debido a la acción de agentes externos como son la temperatura, viento, humedad relativa, etc. que propician la evaporación del agua y el secado. El mecanismo es físico, la evaporación del agua de adsorción contenida en los poros del gel. La responsable del fenómeno de la contracción por secado, el efecto no es irreversible. Cuando el cemento está en estado fresco y la velocidad de exudación o sangrado. Es menor que la velocidad de evaporación del agua superficial se produce una contracción por secado muy rápida que es causante de fisuración al no tener aún el concreto características resistentes significativas y no poder soportar las tensiones superficiales que acarrea la contracción. A este efecto particular de la contracción secado se le denomina contracción o retracción plástica por ocurrir cuando la mezcla aún se encuentra fresca y en estado plástico. La contracción por secado puede oscilar entre 400 y 1100 x 10-6 dependiendo del caso en particular. En función de esto, las tensiones que se producen pueden variar entre 0 y 35 Kg/cm2.

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Factores que Afectan la Contracción por Secado en el Concreto

a. Características del Cemento El tipo de cemento, su finura y el contenido de yeso en la composición, influyen en marcar las diferencias e contracción por secado entre los diferentes cementos.

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b. Tipo de Agregado 86


Los agregados en el concreto restringen la retracción inherente de la pasta de cemento, por lo que la capacidad de deformación de los mismos y su adherencia con la pasta de cemento son las propiedades físicas que tienen importancia fundamental en la contracción del concreto. Los agregados más densos y con baja adsorción producen concretos con menor retracción, siendo el efecto inverso con agregados livianos y muy absorbentes.

Indirectamente, el tamaño máximo de las partículas de los agregados, afecta también la contracción ya que al depender de éste la cantidad de agua de mezcla (que como veremos en el siguiente punto es otro de los factores condicionantes de la

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contracción), a mayor tamaño máximo ó módulo de fineza total de los agregados, menor será la contracción y viceversa.

c. Trascendencia del Contenido de Agua en la Mezcla como Condicionante de la Contracción Podemos observar el efecto típico del contenido de agua en el concreto sobre la contracción, en base a un estudio desarrollado por el U.S. Bureau *Reclamation. donde se comprueba que la relación es directa y a mayor contenido de agua, aumenta la contracción. Otro factor que influye en los requerimientos de agua en la mezcla es la temperatura del concreto fresco

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d. Influencia de los Aditivos en la Contracción por Secado En general los aditivos que contribuyen a reducir el agua de amasado, tienden a colaborar en reducir la contracción. Las puzolanas contribuyen en general a aumentar los requerimientos de agua de la mezcla, pues le confieren una consistencia cohesiva por la que es necesario añadir mas agua de la usual para obtener la trabajabilidad deseada. Luego pues, tienden a incrementar la contracción, pero este efecto se refleja primordialmente en estructuras de pequeñas dimensiones, mas no en las estructuras masivas. e. Influencia de la Duración del Curado Húmedo El concepto básico reside en que la duración del curado húmedo del concreto no reduce la contracción por secado, pues sólo la detiene mientras dura, pero una vez que se inicia el secado, se verifica igual. La explicación está en que el curado entre 7 y 28 días propicia el desarrollo de las características resistentes del concreto y su capacidad de soportar esfuerzos generados por la contracción. 3.3.

Contracción, por. Carbonatación (Carbonation Shrinkage)

Es un fenómeno que se produce exclusivamente en el concreto endurecido, y es causado por la reacción de los cristales de Ca(OH)2 de los productos de hidratación del cemento comprimidos por la contracción de secado, con el C02 del ambiente formándose CaCO3 con una reducción del volumen inicial que causa una descompresión interna y contracción adicional.

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4.

FLUJO O FLUENCIA (CREEP)

Es el incremento de deformación unitaria en el concreto en función del tiempo, bajo una cara constante y permanente Es una característica inherente a la pasta de cemento endurecido y al igual que en el caso de la contracción. También se le denomina flujo plástico pues para una cierta condición constante de carga y un tiempo de aplicación determinado, se produce una deformación no recuperable ó plástica. Para concretos normales, la deformación plástica para un período de carga entre 1 a 4 años es del orden del 70% al 80% de la deformación producida por la carga aplicada descontando la deformación por contracción. 5.

CAMBIOS TERMICOS

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Las variaciones de temperatura producen cambios volumétricos. Cuando estos esfuerzos superan la resistencia en tracción del concreto se produce la flsuración. Estos cambios térmicos pueden deberse al calor de hidratación del cemento y/o las condiciones ambientales. El coeficiente de expansión térmica del concreto es del orden de 7 a 11 x 10-6/oC con un promedio de 10 x 10-6/oC y es el que condiciona la capacidad de deformación por temperatura. Los cambios térmicos producidos por el calor de hidratación del cemento se verifican con mayor Intensidad en el denominado concreto masivo, que en términos generales incluye a la estructura con relación volumen/área superficial expuesta muy grande. Podemos comprobar el efecto de la relación Volumen/Área superficial con el tiempo que necesita el concreto para disipar o absorber según sea el caso el gradiente de temperatura entre la temperatura ambiente y la temperatura de colocación, concluyéndose en la importancia de tomar las precauciones necesarias para afrontar el intercambio de calor para estructuras masivas. Uno de los aspectos más Importantes de los cambios térmicos está constituido por los ciclos de hielo y deshielo.

6.

CONTROL DE LOS CAMBIOS VOLUMETRICOS

El control de los cambios volumétricos está ligado indefectiblemente a los fenómenos que los causan, y en este sentido desarrollaremos los procedimientos y recomendaciones aplicables a cada caso: 6.1.

Control de la Contracción y el Flujo

Dan las condiciones para que se reduzca a niveles que no causen fisuración: 6.1.1 En los Diseños de Mezclas a. Emplear relaciones Agua/Cemento bajas. b. Utilizar la menor cantidad de agua compatible con la trabajabilidad. c. Utilizar agregados densos y con poca absorción. d. Usar granulometrías continuas que se aproximen a las curvas de distribución teórica tipo Fuller o Bolomey. e. En lo posible emplear aditivos que facilitan la reducción de la relación Agua/Cemento y el contenido de agua en la mezcla. f.

Emplear el mayor tamaño de agregados y el mayor porcentaje de piedra compatible con las condiciones de colocación y trabajabilidad.

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6.1.2 En los Procesos Constructivos a. Evaluar en cada caso particular las condiciones ambientales y de colocación del concreto para prevenir el riesgo de fisuración por contracción, para lo cual es muy útil el gráfico de la Figura No. 1, que permite estimarla tasa de evaporación y el riesgo potencial de fisuración, que se considera peligroso cuando la velocidad de evaporación es mayor de 1.0 kg/m2/hr.

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b. Controlar que la temperatura de colocación del concreto no supere los valores referenciales de la tabla que se detalla a continuación establecida asumiendo velocidades dentro de 16 km/hora y un gradiente de temperatura de 5.6 oC, entre la temperatura ambiente y la de colocación del concreto, de manera que la tasa de evaporación no sea mayor de 10 kg/m2/ hora. TEMPERATURA DE COL0CACION DEL CONCRETO EN o C 40.6 93

HUMEDAD RELATIVA EN % 90


37.8 35.0 32.2 29.4 26.7 23.9

80 70 60 50 40 30

c. iniciar el curado de los elementos lo antes posible, usando preferentemente curadores de membrana a base de resma y/o curado húmedo. d. Controlar la temperatura del cemento, agregados y agua de manera que el diseño de mezcla no necesite añadírsele agua adicional para mejorar la trabajabiidad. e. Sombrear los agregados y no emplear cemento muy fresco en clima cálido pues esto redunda en Incremento de la temperatura del concreto y mayor requerimiento de agua. f.

Evitar en lo posible efectuar los vaciados de concreto en condiciones desfavorables de temperatura ambiente, temperatura del concreto y velocidad del viento.

g. Planificar con el mayor detalle posible las operaciones de vaciado de concreto para prevenir demoras en el suministro y en la colocación del mismo que ocasionen pérdida de agua en la mezcla. 6.1.3 En los Diseños Estructurales a.

No escatimar las juntas necesarias para reducir al mínimo posible las restricciones a las deformaciones, ya que este factor representa la causa principal de los problemas de fisuración.

b.

Para losas ó pisos, considerar juntas a no menos de 30 veces el espesor del elemento pues en caso contrario es casi seguro que habrá fisuración por contracción descontrolada.

c.

No subestimar el efecto de la contracción y el flujo en el diseño de elementos muy rígidos con poca libertad de deformación.

6.2.

Control de los Cambios Térmicos

a. Emplear en lo posible cementos de bajo calor de hidratación para el caso de estructuras masivas. b. Usar la menor cantidad de cemento compatible con la relación Agua/Cemento necesaria por requerimientos estructurales o de durabilidad. c. Diseñar las mezclas para el menor asentamiento compatible con los requisitos de colocación. d. Estimar previamente a los vaciados masivos las temperaturas a que llegará el concreto en función del tipo de cemento y la capacidad de eliminar calor, con objeto de preveer su influencia en el tiempo de endurecimiento y riesgo potencial de flsuraclón, así como la conveniencia de utilizar retardadores para que no existan discontinuidades en la colocación y curado.

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CAPITULO XI CONCRETOS ESPECIALES 1.- Definición

Los concretos especiales son aquellos cuyas características principales no son las del concreto convencional, ya sea por algún tipo especial de insumos, o por la tecnología e producción y/o aplicación. Se mencionará algunos e los tipos de concretos especiales que se utilizan comúnmente en los países desarrollados. Los nombres de muchos de ellos nos describen el uso, propiedades o condición del concreto: C. Liviano. C. Pesado. C. de alta resistencia temprana. C. Masivo. C. Sin Slump C. Rolado – compactado. Suelo- cemento. Shotcrete. C. de alto rendimiento, uso de la microsílica

2.- Concreto Liviano.

Este concreto es similar al concreto estándar, excepto que este tiene una baja densidad. Este concreto es preparado con agregados ligeros o una combinación de estos y los agregados estándar. La densidad del concreto liviano normalmente está entre 1365 y 1850 Kg/m3 y una resistencia a la compresión de 28 días de aproximadamente 175 Kg/cm2. Este concreto es usado para reducir el peso propio en elementos de concreto tales como lozas de entre pisos en edificios altos.

3.- Concreto Pesado.

Este concreto es producido con agregados pesados especiales, lográndose una densidad por encima de los 2400 Kg/m3. El concreto pesado es usado generalmente como una pantalla contra la radiación, pero es también empleado como contrapeso y otras aplicaciones donde la alta densidad es importante, el concreto pesado proporciona protección adecuada a los efectos de rayos X, rayos gamma y la radiación de neutrones: la selección del concreto pesado como pantalla radioactiva esta basada en los requerimientos de espacio y en la intensidad y tipo de radiación, el concreto pesado reduce notablemente el espesor de la pantalla sin sacrificar la eficiencia. Agregados de alta densidad como barita, ferrofosforo, geotita, hematita, ilmetita, limonita, magnetita y escoria de acero son usados para producir concreto pesado.

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3.- Concreto de Alta-Resistencia-Temprana (Fast Track)

Este concreto adquiere a edad temprana una resistencia especificada mayor que la que se obtendría a la misma edad con un concreto estándar. El periodo de tiempo en el que se desea que el concreto adquiera una determinada resistencia muestra un rango muy amplio; va desde unas pocas horas hasta algunos días. Para lograr un concreto con estas características se puede usar los materiales y las mismas prácticas de diseño. Una alta resistencia temprana puede se obtenida usando una o una combinación de los siguientes materiales dependiendo de la edad necesaria y de las condiciones de trabajo que las especificaciones lo requieran. - Cemento Tipo III (Alta-Resistencia-Temprana). - Alto contenido de Cemento (360 a 600 Kg/m3) - Baja relación Agua/Cemento (0.2 a 0.45) - Aditivos Químicos - Microsílica

El concreto de Alta-Resistencia-Temprana es usado para concreto pretensado, concreto premezclado para una rápida producción de elementos, construcciones rápidas, construcciones en climas fríos, pavimentación para uso inmediato y otros usos. En pavimentos el uso de mezclas de Alta-Resistencia-Temprana permiten abrir el tráfico a las 24 horas después del vaciado. En una autopista en U.S.A. se usó este concreto, el diseño consistía de 290 kg de cemento tipo III, 32 kg de Fly Ash clase C, 6% de aire, y una relación agua/(cemento+fly ash) de 0.4. Los resultados de resistencia para un slump de 1 1/2 pulg. son:

Edad (días) 4 hr 6 hr 8 hr. 12 hr. 18 hr. 24 hr. 7 d. 14 d. 28 d.

Resistencia a compresión (kg/cm²) 17.6 71.4 131.8 178.2 204.4 242.7 347.2 370.7 413.0

Resistencia a flexión (kg/cm²) 8.8 20.1 27.5 34.6 40.2 42.3 50.5 57.8 58.1

4.-Concreto Masivo Concreto Masivo es definido por ACI 116 como “cualquier volumen de concreto

situado en un área específica con dimensiones suficientemente extensas que requiere control de la generación del calor de hidratación y el cambio de volumen con la mínima fisuración”.

El concreto masivo incluye no sólo el bajo contenido de cemento como en el concreto que se usa en presas, diques, y otras estructuras macizas, sino también el uso 97


moderado de concreto que incluye un alto contenido de cemento en algunos miembros estructurales que requieren considerar el manejo del calor de hidratación y el aumento de temperatura. En el concreto masivo el aumento de la temperatura es causado como ya se dijo: por el calor de hidratación que trae como consecuencia una diferencia de temperatura entre la parte inferior y la superficie, gradiente que ocasiona esfuerzos de tensión y rajaduras en la superficie del concreto: el ancho y la profundidad de las fracturas depende precisamente del gradiente de temperatura.

5.- Concreto Sin Slump

Este concreto es definido también por ACI 116 como: concreto con una consistencia correspondiente a un slump de 1/4 pulg. o menos. Este concreto en estado normal (seco), debe ser lo suficientemente trabajable para ser colocado y consolidado con el equipo que va a ser usado en el trabajo. Muchas de las reglas básicas que gobiernan las propiedades del concreto estándar son aplicables a éste concreto: sin embargo, la medida de la consistencia del concreto estándar difiere de la utilizada en estos, pues la prueba del cono de Abrams no es práctico para da un parámetro de esta característica. ACI 211.3, Prácticas Estándar para Concretos sin Slump, describe tres métodos para medir la consistencia.

6.- Concreto Rolado-Compactado

Este es un concreto sin slump, y seco que es compactado mediante un rodillo vibratorio o un equipo en forma de una platea de compactación. Este concreto es una mezcla de agregado, cemento y agua; ocasionalmente materiales cementantes tales como Fly Ash también pueden ser usados. El contenido de cemento varía desde 60 a 360 kg./m³. La mezcla puede ser hecha con una mezcladora tradicional, o en algunas ocasiones con camiones mezcladores o mixer. Este concreto-rolado-compactado está considerado como el más rápido y económico método de construcción en presas de gravedad, pavimentos, aeropuertos, caminos rurales, y como sub-bases para caminos y avenidas que luego serán pavimentadas. Una resistencia a la compresión de 70 a 315 kg./m² pueden ser obtenidas para concreto-rolado-compactado en proyecto de presas. Los proyectos de pavimentos sin embargo requieren de un diseño a la compresión de aproximadamente 350 kg/cm². El concreto-rolado-compactado debe reunir algunas condiciones para su colocación; por ejemplo; tener suficiente espesor para que la compactación sea uniforme y completa con los equipos usados. Una medida óptima del espesor puede ser de 8 a 12 pulg. cuando va a ser colocado y consolidado con equipo convencional de movimiento de tierra o equipos de pavimentos.

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El comité ACI 207.5 discute la proporción en la mezcla, propiedades físicas, proceso de mezclado y los procedimiento de construcción para el concreto-roladocompactado.

7.- Suelo-Cemento

El suelo-cemento es una mezcla de suelo pulverizado o material granular, cemento y agua. la mezcla es compactada para lograr alta densidad y ocurre la reacción de hidratación del cemento que liga los agregados proporcionando la fragua y la durabilidad. El suelo-cemento es primordialmente usado como una base para caminos, calles, aeropuertos y áreas de parqueo. Elementos bituminosos o concreto de cemento portland son usados luego sobre la base. El suelo-cemento, es también usado como una sub-base para pavimentos de concreto, como protección para presas de tierra y embarcaderos, reservorios y la estabilización de funciones.

8.- Shotcrete

Shotcrete es un mortero de concreto que es lanzado neumáticamente sobre una superficie de alta velocidad. La relativamente seca mezcla es consolidada por la fuerza de impacto y puede ser colocada sobre superficies verticales u horizontal sin ocurrir disgregación. El shotcrete es usado tanto para una nueva construcción como para reparaciones. Su aplicación es particularmente importante en estructuras abovedadas o en la construcción de túneles para la estabilización de fragmentos de roca suelta y expuesta. Las propiedades del shotcrete endurecido son muy dependientes del operador. Shotcrete tiene u peso específico y una resistencia a la compresión similar a un concreto estandar y uno de alta resistencia respectivamente. Agregados con tamaño máximo de ¾ pulg. pueden ser usados. En nuestro país se produce shotcrete o concreto lanzado hace más de 2 décadas. Inicialmente se le conocía como gunitado, que era la denominación que se le daba al aplicar mortero con equipo neumático. Su uso se ha restringido mayormente al trabajo en túneles donde se necesita un revestimiento protectivo resistente con mucha rapidez durante la perforación, y posteriormente como recubrimiento permanente. El principio del Shotcrete consiste en lanzar o disparar neumáticamente por un tubo una mezcla de concreto a la que se añade un aditivo acelerante que produce un endurecimiento muy veloz, mientras esta mezcla va impactando sobre la superficie a recubrir. Inicialmente rebota el material grueso y sólo se adhiere a la superficie el mortero, creando una capa de base sobre la que posteriormente se incrustan las partículas gruesas, creando la estructura convencional del concreto. La compactación por impacto mencionada, produce que se obtengan densidades ligeramente superiores a las de las mezclas normales, sin embargo con una gran dispersión. 99


El Shotcrete pueden ser producidos mediante un sistema de proceso seco o húmedo.

En el sistema proceso seco , se hace un pre-mezclado del cemento, los agregados y el aditivo cuando es en polvo; luego esta mezcla, supuesta homogénea es impulsada por una compresora de aire hacia la boquilla. El agua es adicionada a la mezcla en la boquilla a la salida mezclándose íntimamente; para que inmediatamente sea lanzada, proyectada sobre la superficie. Cuando el acelerante es líquido, se suministra diluido en el agua. En el sistema proceso húmedo , todos los ingredientes son pre-mezclados y luego lanzados sobre la superficie. El aditivo líquido mediante una válvula en el extremo de la manguera de descarga se ingresa. Si se adiciona al final de la boquilla una compresora de aire, se incrementa la velocidad del lanzamiento de la mezcla sobre la superficie. En el primer sistema, el agua la aplica el lanzador u operador a voluntad en función de cómo se va adhiriendo la mezcla, por lo que no se puede hablar de una relación Agua/Cemento indefinida ya que es bastante dispersa. En el segundo sistema la mezcla ya sale dosificada y el operador no tiene injerencia en la cantidad de agua. En nuestro medio se usa principalmente el sistema de la mezcla seca pues los equipos son relativamente pequeños y transportables siendo más práctico en los túneles por el espacio disponible y porque la distancia de desplazamiento de la mezcla y el tiempo que insume este transporte ocasionaría complicaciones con el fraguado si ya entrara húmeda. Para ambos sistemas el método de diseño de mezclas es similar, debiendo cumplir los agregados con los requisitos de ASTM-C-33 (Ref.10.18). Se puede usar cualquier tipo de cemento, pero es corriente que se especifique cemento tipo V por su resistencia a los sulfatos, ya que en los túneles las filtraciones de agua hacen entrar en solución los sulfatos contenidos frecuentemente en el material. El problema de base a resolver antes de hacer un diseño de Shotcrete consiste en establecer la compatibilidad entre el cemento y el acelerante elegidos. Existen un gran cantidad de acelerantes disponibles en el mercado, siendo la tendencia moderna el usar los líquidos pues al emplearse diluidos con el agua y aplicados en el último instante no ocasionan problemas con la mezcla seca y se puede controlar la uniformidad de su uso. Los acelerantes en polvo obligan a tener agregados muy secos pues con algo de humedad ya provocan la reacción del aditivo y el inicio de hidratación antes del lanzado. El endurecimiento al momento del lanzado debe producirse en un tiempo muy rápido pues de otro lado la mezcla se desprende de la superficie de aplicación en la medida que aumenta el espesor colocado. 100


En el año 1994, la ASTM emitió las normas C-1102 (Ref.10.13) y C 1141 (Ref.10.14) que definen los requisitos para los diferentes aditivos a usarse en shotcrete, y estandariza el método para establecer la compatibilidad entre cemento y acelerante, con las agujas Gillmore que son utilizadas para medir el fraguado inicial y final en cementos. El método consiste en probar el tiempo de endurecimiento con las Agujas Gillmore (Ref.10.15) de diferentes combinaciones cemento-acelerante mezclando 100 g. de de cemento y 24 a 30 ml de agua en que ya esta diluido el acelerante en la concentración que se desee probar (sea líquido o en polvo). La mezcla se debe realizar manualmente en un tiempo máximo de 15 segundos, moldeando sobre un vidrio cuadrado de 10 cm aproximadamente, una muestra de alrededor de 75 mm de diámetro y 12.5 mm de espesor, la cual se nivela con una espátula para tener una superficie plana. El moldeado debe ejecutarse en no más de un mínimo luego de haber añadido el agua de mezcla. Para que el acelerante del tipo rápido cumpla los requisitos para emplearse en Shotcrete, el fraguado inicial debe producirse en un tiempo mínimo de 1 a 3 minutos y el fraguado final en un tiempo máximo de 12 minutos en 2 de 3 ensayos. Las mediciones con las agujas deben realizarse cada 10 segundos o en tiempos menores luego de obtenerse el fraguado inicial. Los acelerantes rápidos que no entran en estos rangos traen problemas de desprendimiento de las mezclas y desarrollo interrumpido de la resistencia. En el Shotcrete hay que tener muy presente que los acelerantes causan inicialmente un desarrollo rápido de resistencia, pero la resistencia final disminuye normalmente hasta en un 30% con relación a un concreto sin aditivo. Otro aspecto que deben considerar los diseñadores es que la alta dispersión que tiene este concreto pese a establecerse un buen control de calidad en la producción y colocación, hace que no sea fácil el lograr resistencias altas de manera uniforme, por lo que recomendaríamos que no se especifiquen en nuestro medio resistencias superiores a 250 kg/cm²., porque en la práctica no se va a poder obtener un valor promedio constante que satisfaga requisitos mayores. Si se toma en cuenta que las desviaciones estándar en Shotcrete son por lo menos el doble de las que obtienen en concretos normales, el f CR que se necesita es sumamente alto para garantizar un fc especificado, y además está demostrado que la adición de cemento tiene un límite a partir del cual no se producen incrementos en la resistencia, luego no puede especificarse valores que en la práctica no se puede obtener. En condiciones en que se cuenta con agregados de óptimas características, control de calidad muy estricto y operadores con gran experiencia, es posible obtener resistencias promedio superiores a los 300 kg/cm², pero estas condiciones no son las normales en nuestro entorno. El diseño de mezclas para shotcrete, parte de la selección de la granulometría total de los agregados, para lo cual el comité ACI 506.2-91 (Ref.10.12) recomienda los husos granulométricos de la Tabla 10.1,

101


Tabla 10.1 Malla 3/4" 1/2" 3/8”

#4 #8 # 16 # 30 # 50 # 100

Porcentaje retenido pasante enpeso Gradación Gradación Gradación 1 2 3 --------100 ----100 80 – 95 100 90 – 100 70 – 90 95 – 100 70 – 85 50-70 80 – 100 50 – 70 35 – 55 50 – 85 35 – 55 20 – 40 25 – 60 20 – 35 10 – 30 10 – 30 8 – 20 5 – 17 2 - 10 2 - 10 2 – 10

La recomendación práctica consiste en elegir una proporción de mezcla de piedra y arena que suministre una granulometría total hacia el centro del huso o ligeramente hacia el lado grueso, ya que el rebote de la piedra ocasiona que la granulometría realmente colocada sea mas fina que la evaluada teóricamente. A continuación, hay que estimar una relación Agua/Cemento que nos permita obtener el f CR que necesitamos, para lo cual se puede usar la Tabla del ACI recomendada, asumiendo luego una cantidad de agua por m³ que correspondería a un slump del orden de 2” a 3”. Se prosigue luego aplicando los pasos usuales de los

diseños convencionales, aplicando la combinación de agregados elegida. El diseño obtenido hay que probarlo y corregirlo varias veces hasta lograr la resistencia necesaria, que el peso unitario del diseño no difiera con el real en mas del 2%, y que el rebote se reduzca al mínimo (un rebote normal debe estar en el rango del 15% al 25%. Los diseños se puede probar lanzando el concreto sobre cajones de madera de dimensiones mínimas 0.75 m. x 0.75 m. y profundidad similar al espesor de shotcrete a colocar, pero nunca menos de 3”. Durante las pruebas, los cajones deben colocarse en

las posiciones que representen las dificultades de obra, debiendo curarse en las mismas condiciones que la estructura. A la edad de prueba especificada, que usualmente es 28 días, se obtienen testigos de concreto cortando cubos de concreto o perforando cilindros con broca diamantina. Los testigos se ensayan en compresión evaluándose las resistencias para efectuar las correcciones correspondientes. Otro modo de hacer las pruebas consiste en lanzar el concreto en el sitio de obra sobre la superficie de trabajo real, extrayéndose posteriormente testigos cilíndricos con broca diamantina, lo cual constituye una forma de control y verificación más cercana a las condiciones de servicios de la estructura.

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Estos mismos sistemas se utilizan para el control de calidad rutinario del shotcrete, dependiendo del proyecto y especificaciones técnicas particulares cual de ellos se aplica. En nuestra opinión el segundo método refleja con mayor veracidad los resultados de obra, aunque ofrece algunas dificultades de tipo práctico por la necesidad de movilizar el equipo de extracción hasta el frente de trabajo, mientras que en el primero, los cajones de concreto se movilizan al lugar donde se realiza el corte o extracción según sea el caso. En el Proyecto Ampliación Embalse Corani en Cochabamba-Bolivia, para la ejecución de 4,000 m³ de shotcrete con Tamaños máximos de 3/4" y 1/2" durante el revestimiento de 13 Km de túneles, con resistencia en compresión especificada de 315 Kg/cm², donde se aplicaron ambos métodos tanto en el diseño como en el control de calidad, concluyéndose que el segundo ofrece más confiabilidad. En este tipo de concreto es fundamental el seguimiento estadístico no sólo de los resultados de resistencia en compresión, sino de todos los parámetros involucrados por mínimos que sean, tales como presiones de aire durante el lanzado, condiciones de humedad de los agregados, dificultades particulares en el sitio, como mala iluminación, la posición de lanzado, falta de espacio para el lanzado, interrupciones en el suministro del material, problemas con el equipo, temperaturas del agua, cemento y agregados, identificación del lanzador, etc. Sólo conociendo estos parámetros es posible evaluar las causas de variaciones en uniformidad de resistencias en algún caso en particular pues de otro modo es tantear a ciegas la optimización. La recomendación final es concerniente a que el equipo siempre debe estar en buenas condiciones de operatividad, debiendo emplearse operadores con experiencia, tratando de no rotarlos para mantener la uniformidad.

9.- Concreto Blanco, Concreto Coloreado 9.1. Concreto Blanco El cemento blanco portland es usado para producir concretos blancos. Es un material usado ampliamente como material arquitectónico. El cemento blanco es fabricado de acuerdo a ASTM C150. Este concreto es producido con agregados y agua que no contengan materiales que puedan modificar la coloración del concreto. 9.2. Concreto Coloreado Este concreto, puede ser producido usando agregados coloreados, añadiendo pigmentos de colores o ambos. (ASTM C979). Cuando son usados los agregados de colores ellos deberán ser expuestos en la superficie del concreto.

10.- Concretos de Alto Rendimiento uso de la Microsilica

10.1. Introducción Históricamente, el rendimiento (performance) del concreto fue especificado y evaluado en términos de resistencia, a mayor resistencia, mejor expectativa de rendimiento. La experiencia sin embargo, muestra que aquellas estructuras diseñadas para servicios de larga vida: Puentes, Pistas, Estructuras Marinas, Plantas de tratamiento, están fallando en medio ambientes hostiles debido a problemas de 103


durabilidad y no a deficiencias de resistencia. Para ser durable, el concreto tiene que resistir intemperismo, ataques químicos, abrasión y otros proceso de deterioro. La resistencia a estos procesos está relacionada a estabilidad dimensional y permeabilidad. El término concreto de alto rendimien r endimiento to (High (H igh Performance Concrete – HPC) HPC) fue acuñado para describir un material no solo con alta resistencia, sino también con un significativamente alto módulo de elasticidad, mínimo cambio volumétrico y baja permeabilidad. Mehta y Altein definieron Concreto de Alto Rendimiento al que cumple los siguientes siguientes requerimientos: 

Permeabilidad: Como un indicador de su durabilidad no deberá exceder de 500 coulombs en un test de permeabilidad del ión cloro AASHTO 227. Este requerimiento lo haría prácticamente prácticamente impermeable.



Estabilidad Dimensional: Medio en un alto módulo de elasticidad, baja contracción y deformación, y bajo valor de hidratación. Estas características son indispensables para evitar cualquier cualquier efecto de esfuerzos esfuerzos indeseable indeseable en las estructuras. estructuras.



Otras características de resistencia y trabajabilidad pueden ser añadidas dependiendo del uso final.

Los diseñadores deben darse darse cuenta que el HPC no es es una extensión simple del concreto estándar, por lo que los códigos de diseño existentes solo pueden aplicarse en determinados casos. Los concretos convencionales de alta resistencia pueden ser incompatibles con los diseños componentes: cementos, agua, agregados, y aditivos, requieren de una cuidadosa selección selección en función a su propia durabilidad y también a la interacción entre ellos. El solo hecho de bajar la relación Agua/Cemento no produce HPC. El uso de aditivos especializados y la cuidadosa selección de agregados puede influir en forma significativa en las propiedades, por ello la secuencia de mezclado, eficiencia de la mezcladora, el manejo y el curado del concreto que son importantes en concreto normal, son aun más importantes en el HPC. Las pruebas muestran muestran el efecto de factores tales como el orden en que los materiales son añadidos, la energía de la mezcladora, y lo más importante, el adecuado curado del concreto. El manejo de este tipo de concreto en obra es también determinante. Los altos requerimientos de calidad convierte en mandatario un estricto control de calidad. En control para HPC puede exceder la capacidad de la mayoría de las máquinas de prueba usadas por laboratorios y algunas de sus características innovadoras tales como baja permeabilidad y estabilidad dimensional requieren de aparatos de medición sumamente sensibles difícilmente disponibles en los Laboratorios La boratorios estándar. En los últimos tiempos, debido al rápido desarrollo de nuevas tecnologías, implementación de nuevos materiales y mejoramiento del uso de otros que ya se venían utilizando, ha sido posible la obtención de concretos en los que las características de 104


resistencia, durabilidad, trabajabilidad y peso propio ofrecen altos estándares de comportamiento. El concepto de durabilidad esta íntimamente ligado a la permeabilidad del concreto, puesto que ésta característica es la que permite que agentes externos penetren en su masa y lo afecten en forma mecánica (como los ciclos de congelación y descongelación de agua, o químicamente en la masa del concreto o su armadura de acero de construcción. Para lograr durabilidad, debemos por consiguiente, lograr un concreto más impermeable. La permeabilidad está asociada a la fisuración, microfisuración y densidad o porosidad del concreto. Todos estos parámetros se pueden controlar mediante: a. La optimización del uso del cemento, el cual intrínsecamente tiene ciertos comportamientos comportamientos negativos para la masa del concreto, por lo cual debe limitarse li mitarse su uso al mínimo necesario para cumplir los requerimientos de resistencia. En otras palabras un diseño de concreto con mayor con contenido tenido de cemento puede no ser un Concreto de Alto Rendimiento, justamente justament e por que el exceso de cemento cemento afecta la durabilidad del mismo; los efectos térmicos, químicos y de variabilidad del concreto. En algunos casos las silices de los agregados reacciona con los álcalis de los cementos provocando la destrucción de los mismos. b.

Uso del agua de diseño en las cantidades mínimas mas posibles. Para producir la fragua del cemento, solo se requiere entre 15% y 20% de su peso en agua, todo exceso sirve para dar trabajabilidad al concreto y para la absorción de los agregados en caso de que físicamente lo requieran. Un diseño estándar, en consecuencia tiene entre 2 y 3 veces mas agua que la requerida para la fragua del cemento y este exceso una vez colocado el concreto, tiende a salir a la superficie, abriéndose paso a a través de conductos que atraviesan atraviesan la masa del concreto y constituyen los futuros caminos de ingreso para todos los agentes externos. Parte de esta agua queda atrapada bajo los agregados y armadura de acero haciendo perder la adherencia de estos elementos. La pérdida de un volumen apreciable de agua causa variaciones volumétricas en la masa del concreto, en consecuencia un concreto con mayores cantidades de agua tiene mayor posibilidad de sufrir variaciones volumétricas, presentándose la fisuración que es el principio del fin del concreto.

c.

Los agregados deben tener una textura y graduación óptima de acuerdo al tamaño máximo y al uso del concreto. Al momento, se están revisando todos los parámetros de evaluación de agregados puesto que para los Concretos Concretos de Alto Rendimiento, Rendimiento, son también también determinantes. La Granulometría y textura de los agregados nos determinan en primera pr imera instancia el volumen de vacíos que deberán ser rellenada con ola lechada de agua-cemento y algún aditivo. Por lo tanto, como un concreto mal graduado tiene una mayor

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cantidad de vacíos, requerirá de mayores cantidades de agua y cemento con las consecuencias que ya se han explicado . Un agregado con mala forma y textura afecta la trabajabilidad del concreto y también por su mayor área superficial de agregados, demanda de mayor consumo de agua y cemento. d.

El uso de tecnologías, agentes y/o materiales que nos permitan evitar hasta donde sea posible excesos de consumo de cemento y agua: Esto incluye cementos adicionados; en los que la adición es un elemento capaz de reaccionar con los subproductos nocivos de la fragua del cemento. Esta reacción produce a su vez un nuevo elemento cementante que contribuye a incrementar incrementar la resistencia y impermeabilidad del mismo.

Obviamente mientras más cerca se llegue a los granos de cemento, el rendimiento de la adición será mejor, de hecho, mientras más pequeños sean los granos gra nos de la adición con respecto al tamaño de los granos del cemento, mayor posibilidad tendrán de acercarse a éstos y lograr los efectos benéficos. Las adiciones normales que se han utilizado en primera instancia, tiene una Granulometría similar a la del cemento, en consecuencia, se pierde mucho del efecto benéfico por lo expuesto líneas arriba. Actualmente, con la microsílica, es posible obtener el efecto que por mucho tiempo se estaba buscando; en promedio un grano de comento puede contener entre 50,000 y 1000,000 granos de Microsílica. Además, le da continuidad a la Granulometría Global de la mezcla, mezcla, permitiendo concretos concr etos mas densos e impermeables. impermeab les. Todo esto esto también se refleja en un incremento notable, de las características mecánicas del concreto.

10.2. Aditivos

Los Aditivos de alto rango nos permiten evitar el uso de un porcentaje significativo del agua de los diseños normales de concreto, en consecuencia nos permiten obtener obtener a relaciones relaciones agua/cemento adecuadas adecuadas a las exigencias de concretos de alto rendimiento y adicionalmente, el efecto plastificante, permite que la mayor homogeneización de la mezcla se traduzca adicionalmente en un mejor comportamiento mecánico, por ejemplo: es ya conocido que entre dos concretos de igual relación agua/cemento, tiene notoriamente mejores resultados químicos y mecánicos, mecánicos, el concreto plastificado.

10.3. Uso de Microsilica para obtener Concretos de Alto Rendimiento

Esta Tecnología es un sub-producto de los esfuerzos de las Naciones industrializadas por evitar la contaminación ambiental, para lo cual se desarrollaron sofisticados sistemas de filtración de gases provenientes de los hornos de función de metales sílicos y ferrosílicos que permiten la recolección de pequeñísimas partículas que antes contaminaban de manera importante la atmósfera, y hoy, son materia prima de gran aplicación en las industrias del concreto, polímeros, refractarios y otras. Este artículo hacer referencia específicamente a los usos en el concreto. La microsílica, por su alto contenido de SiO2 y la gran capacidad de reacción que le aporta su gran área superficial, reacciona con el hidróxido de Calcio y el agua de la mezcla produciendo mayor cantidad del gel de silicato de calcio y obviamente disminuyendo el contenido del indeseable hidróxido de Calcio. 106


El efecto neto resultante será un concreto mayormente aglutinado, es decir, con un importante aumento en todas las resistencias, y un concreto de mayor durabilidad. En este sentido, la microsílica es realmente una superpuzolana pues contiene mayor cantidad de SiO2 que las cenizas volátiles (Fly Ash), que solo tienen entre un 30% y 60% de SiO2, y un diámetro de partícula mucho menor que le permite reaccionar más completa y rápidamente con el hidróxido de Calcio libre. El segundo efecto de la microsílica sobre el concreto es el que llamaremos microrelleno. Como ya informamos, el diámetro de la microsílica es tan pequeño que en una mezcla pueden presentarse entre 50,000 y 100,000 partículas de microsílica por cada grano de cemento. Esto permite que la microsílica llene los espacios microscópicos que existen entre las partículas de cemento reduciendo notablemente la permeabilidad y mejorando, por compactación, adherencia entre la pasta de cemento y el agregado.

10.4. ¿Cómo mejora la Microsílica el Concreto?

Todas las partículas características del concreto se ven notoriamente mejoradas con el uso de la microsílica. Veamos como:

10.4.1. Resistencia

Aunque en el laboratorio se ha llegado a obtener concretos de más de 30,000 PSI (2,100 kg/m²), a compresión, esto no sería posible en una planta de concreto normal. Sin embargo, en una concretera promedio, la adición de la microsílica representará notables incrementos de resistencias a compresión y flexión. En un concreto tratado se puede apreciar como una mezcla que normalmente sería de 5,500 PSI (385 kg/cm²) a 28 días, pasa a 9,500 PSI (665 kg/cm²), a la misma edad, con la adición de la microsílica en una dosis de 7.5% del peso del cemento, manteniendo la misma relación de agua/cemento y con adición de reductores de agua de alto rango (superplastificantes). La misma mezcla, con una adición de microsílica de 15% del peso del cemento dará a 28 días, 10,300 PSI(720kg/cm²). Con esta nueva tecnología los productores de concreto podrían ofrecer al mercado resistencias a compresión y flexión que antes no sería posible. Llegar a 10,000 PSI (700 kg/cm²) y más será relativamente sencillo y se estima, en los países desarrollados, resistencia a compresión cercana a 20,000 PSI (1,400 kg/cm²).

10.4.2. Permeabilidad Por el doble efecto de mayor “producción” de silicato de calcio en la reacción

de hidrólisis, y el micro-relleno de concreto, es obvio que esta característica se vea drásticamente mejorada con el uso de microsílica. Esto se puede confirmar mediante la norma AASHTO T 277-831 que es el método más rápido de medición de esta propiedad que mide la permeabilidad del concreto a cloruros. En un concreto tradicional esta medición será de 3,500 a 4,500 107


Coulombs; en el mismo concreto pero con adición de microsílica de 7.5% del peso de cemento, la misma prueba dará entre 250 y 1000 Coulombs (Entre más bajo sea este índice, menos permeable será el concreto). De esta misma propiedad de impermeabilidad, se deduce que el concreto con microsílica permitirá concretos más resistentes de ataques químicos en zonas marinas y en general en ambientes corrosivos. Ensayos de laboratorios muestran que el concreto con microsílica presentan mejores comportamientos a ataques ácidos tales como clorhídricos, láctico y sulfúrico, que los concretos modificados con acrílicos. Otras propiedades del concreto tales como abrasión, porosidad y resistencia a ciclos de hielo-deshielo se ven también notablemente mejorados con el uso de la microsílica.

10.5. Consideraciones importantes en el uso de la Microsílica

Las dosis comercialmente sugeridas son entre 7,5% y 15% del peso del cemento. Algunas especificaciones son muy claras en insistir que no debe usarse microsílicas en cantidades menores de 7.5% y hay evidencias de que el uso de dosis muy altas puede perjudicar propiedades tales como la resistencia a ciclos de hielo-deshielo. Por la gran finura de la microsílica y su gran área superficial, su capacidad de absorción de agua es mucho mayor que la del cemento y los otros componentes de la mezcla. Por lo anterior, la demanda de agua, en la mezcla usando microsílica en polvo, es mayor y este se constituye en el principal ajuste entre una mezcla con o sin microsílica. La simple adición de mayor cantidad de agua anulará los beneficios del uso de la microsílica. Por ello, la mayoría de los usuarios de la microsílica la ofrecen con el superplastificante incorporado pero la mayoría de los usuarios la prefieren sola y dosifican el aditivo reductor de agua independientemente y según los ajustes requeridos. El concreto con

microsílica disminuye notoriamente el “sangrado”, esto

significa un especial cuidado en la operación de curado por hacerse el concreto muy propenso a un prematuro secado que ocasionaría fisuras y grietas propias del fraguado. Por lo anterior se sugiere una muy cuidadosa operación de curado ya sea por continuo humedecimiento o por el uso de productos especializados. El color del concreto ser verá notoriamente variado por el uso de la microsílica. Normalmente este tenderá a ser muy oscuro y su intensidad variará según la procedencia de la microsílica. Este cambio de color definitivamente no tiene ninguna influencia sobre las características del concreto. El uso de la microsílica no requiere de diseños especiales de mezcla. En muchas aplicaciones puede iniciarse del diseño de mezcla normal, y con algunos sencillos cálculos, obtenerse el nuevo diseño que incorpore toda la tecnología de la microsílica . 108


La incorporación de la microsílica, en obra o en concretera, no requiere de equipos o tecnología distinta a las ya conocidas para concretos convencionales. No obstante, para el uso en polvo, se debe prever algunos cuidados de salud ambiental por la extrema finura del producto. Es por lo anterior que el uso más corriente de la microsílica es en su presentación de lechada acuosa. Aunque no se tiene experiencia en el mercado local, las consideraciones económicas son bien importantes por que las altas resistencias obtenidas permitirán columnas y vigas más delgadas, luces mayores entre elementos, menor requerimiento de acero de refuerzo y otros importantes ahorros que perfectamente conjugados en un buen diseño, deben resultar en menores costos totales pese a que en si mismo el concreto sea más costoso. Si bien es cierto, añadir microsílica al concreto mejorará su resistencia, impermeabilidad, y durabilidad, no se puede considerar como un producto milagroso. Aquí, como en todos los aditivos, es absolutamente válido que éstos últimos son una valiosa herramienta para optimizar concreto pero no arreglarán un mal diseño de mezcla o unos malos materiales. Es claro que por las anteriores precisiones de la microsílica, esta se presenta como una tecnología de avanzada que debe permitir un rápido desarrollo del uso del concreto como elemento básico de la construcción. Gracias a ella se ha conseguido, en pocos años, lo que no había sido posible en décadas de investigación y desarrollo. Los ingenieros calculistas y los constructores de países desarrollados están cambiando muchos de sus criterios de trabajo tales como dimensiones de elementos estructurales, luces entre columnas, uso del espacio, cantidades de refuerzos y otros items que permiten optimizar el uso y el costo del concreto. Este artículo no tiene otra pretensión adicional a la de ser un primer acercamiento a la tecnología del concreto con microsílica. Se hace necesario que la Ingeniería Peruana tenga mayor conocimiento de estas nuevas tendencias de mercado mundial del concreto, para aligerar el día en que estas sean una realidad en nuestro medio.

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APENDICE N° 1 ADITIVOS.1.- Definición: Son sustancias de origen químico o mineral que adicionan a la pasta cementicia del concreto, con la finalidad de modificar y mejorar sus propiedades. 2.- Clasificación: Los aditivos su origen se clasifican en: a.- Aditivos químicos que actúan sobre los componentes del cemento en proceso de hidratación. b.- Aditivos Minerales, no reactivos que están conformados por las cenizas volantes y la microsílice CLASIFICACIÓN (Norma ASTM C 618): Clase N: Puzolanas naturales crudas o calcinadas, tal como las diatomitas; tufos y cenizas volcánicas, calcinadas o sin calcinar; y materiales que requieren de calcinación para inducir propiedades satisfactorias. Clase F: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón antracítico o bituminoso. Cenizas que poseen propiedades puzolánicas. Clase C: Ceniza volante producida por la calcinación de carbón sub-bituminoso o lignito. Esta clase de ceniza, además de tener propiedades puzolánicas, también tiene propiedades cementicias. 3.- Aditivos Químicos: Son los aditivos de mayor uso y mayor mercado, existen muchas marcas en su industria y de variables funciones, como son: a.- Aditivo Plastificante y reductor de agua; mejora la consistencia y trabajabilidad, reduce la cantidad de agua de mezclado. b.- Aditivos superplastificantes: dan alta fluidez y trabajabilidad, en concretos de muy baja relación agua: cemento, con pequeño asentamiento, evita también la segregación y exudación, obteniéndose concretos de alta y muy alta resistencia. c.- Aditivos retardador de fragua: Alarga el tiempo de fraguado, su uso es generalizado en concretos premezclados de transporte largo. d.- Aditivos acelerador de fragua: Acorta el tiempo de fraguado y mejora las resistencias iniciales. e.- Aditivos incorporadores de aire: adicionan burbujas de aire muy pequeñas en el concreto, en reducida cantidad, lo recomendable es el 5%. Mejora la trabajabilidad, durabilidad y evitan el congelamiento del agua. f.- Aditivos Reguladores de deformación: reducen al mínimo los efectos de la contracción del concreto. g.- Aditivos adhesivos: mejoran la adherencia con la armadura de refuerzo. h.- Aditivos anticongelantes: no permiten el congelamiento del agua del amasado y mejoran su durabilidad. i.- Aditivos Fungicidas: evitan la formación de bacterias y hongos. j.- Aditivos Impermeabilizantes: mejoran la impermeabilidad en el concreto. 4.- Aditivos Minerales: 110


Son aditivos de origen mineral y que tienen un grado de fineza alto, están conformados por los siguientes: a.- Cenizas Volantes o Fly ash: que están constituidas por materiales de comportamiento puzolánico y residuos de la combustión de carbón pulverizado en centrales térmicas, se utilizan concretos de baja relación agua/cemento y que tiene altas resistencias

b.- Microsílice o humo de Sílice: está constituídos como un sub-producto de la industria del ferrosilicio, de grado de fineza mayor que las cenizas volantes; se utlizan en concretos de muy baja relación agua/cemento y que tienen muy alta resistencia. 5.- Normas: Las normas que se consideran en sus uso dentro del concreto son los siguientes: INTINTEC N° 339.086 ASTM: C-494, C-1240-93, C-1017 6.- Requisitos de Comercialización: a.- Marca Registrada b.- Tipo c.- Contenido Neto d.- Densidad e.- Dosificación f.- Fecha de fabricación y vencimiento

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Tecnologia Concreto Tc-II (1) ALTA RESISTENCIA

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