ENRIQUE PASQUEL CARBAJAL
TOPICOS DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO EN EL PERU
Segunda Edición Noviembre 1998 Enrique Pasquel Carbajal Calle 4, Mz E-5 No 163 Los Alamos de Monterrico Lima 33 - Perú Teléfono : 0051-1-3451937 Fax : 0051-1-3450036 Colegio de Ingenieros del Perú Consejo Nacional Av. Arequipa 4947 Lima 18 - Perú Teléfono : 0051-1-4456540 Fax : 0051-1-4477143 Derechos Reservados Prohibida la reproducción parcial o total de esta obra sin permiso expreso del autor. Impreso en Lima, PERU
PROLOGO A LA SEGUNDA EDICION
ii
Noviembre 1998
iii
iv
PREFACIO DEL AUTOR A LA SEGUNDA EDICION El apoyo brindado por el Colegio de Ingenieros del Perú en Noviembre de 1993, posibilitó la primera edición de este trabajo, que se constituyó en el Libro 17 de la “Colección del Ingeniero Civil“ ideada y promovida tan exitosamente por Antonio Blanco durante su gestión al frente del Capítulo de Ingeniería Civil. Nuevamente la iniciativa de Antonio Blanco como actual Decano Nacional del CIP ha hecho factible la presente edición al haberse agotado la anterior, por lo cual le expresamos nuestro mayor agradecimiento. Hemos hecho una revisión completa del libro en la búsqueda de mejorarlo y complementarlo en aspectos que han tenido la gentileza de hacernos notar colegas, estudiantes y amigos, durante los cursos, conferencias y seminarios que hemos dictado en varias ciudades del país, y por el convencimiento que un trabajo de este tipo siempre puede y debe perfeccionarse , ameritando cada nueva edición incorporar un esfuerzo en ese sentido. Es así que en el Apéndice se ha añadido a la información suministrada por los fabricantes locales de cemento en 1993, la remitida posteriormente por aquellos que accedieron a actualizarla; hemos ampliado el capítulo 8 referido a la evaluación estadística de resultados de resistencia en concreto, se han complementado los Capítulos 11 y 12 incorporando los últimos avances científicos relativos al diagnóstico de la reactividad alcalina en agregados y concreto endurecido, y se ha replanteado el capítulo 13 enfocándolo desde la perspectiva de la Calidad Total, que es un tema de gran vigencia a nivel internacional, que merece ser difundido por la trascendencia que tendrá en un futuro no muy lejano en la industria de la construcción , como ya la tiene en otras áreas de la actividad productiva. Finalmente, se han introducido algunas correcciones gramaticales y de sintaxis para una mejor comprensión del texto, se han mejorado las tablas y gran parte de los gráficos, añadiéndose un índice alfabético para la ubicación fácil de los diversos temas.
ENRIQUE PASQUEL CARBAJAL Noviembre 1998
v
vi
DEDICATORIA A mi padre el Ing. Francisco Pasquel Ormaza y a la memoria de mi abuelo el Ing. Francisco Pasquel y Cáceres.
vii
viii
AGRADECIMIENTO La idea de escribir este libro data de hace varios años, pero no hubiera sido posible hacerla realidad sin el estímulo y apoyo desinteresado de mis amigos y colegas Juan Bariola, Gianfranco Ottazzi y Antonio Blanco, para concretar su redacción y publicación . Un reconocimiento especial a mi padre por su gran aporte en el desarrollo del Capítulo 1. Finalmente, el agradecimiento más profundo a mi esposa Adela y a mis hijos Enrique y Christian, por toda su ayuda y comprensión durante el tiempo dedicado a la culminación de este trabajo. E.P.C. Nov. 1993
ix
x
INTRODUCCION " La práctica sin ciencia es como un barco sin timón " Leonardo DaVinci, 1452-1519 La premisa que antecede a este párrafo, establecida por uno de los mayores genios de la humanidad en una época en que paradójicamente el empirismo era el derrotero en la búsqueda de las respuestas a los fenómenos naturales, resulta hoy en día de una vigencia notable, si reflexionamos en que lo concluido hace cuatro siglos constituye en el presente con todos los avances científicos logrados, el camino lógico y obligatorio en el desarrollo y aplicación de cualquier tecnología. En el caso particular de la Tecnología del Concreto, hace ya algunos años que se viene relegando en nuestro país la importancia de este campo, dándole la connotación equivocada de una especialidad con base científica limitada, que se aprende con la práctica . Es una realidad, que en nuestras universidades, se dicta por lo general durante la formación del ingeniero civil sólo un curso de Tecnología del Concreto, y algunas veces dentro de un curso general de "Materiales de Construcción", pese a que es el concreto el material que debe dominar casi a diario el profesional de la construcción. Sin embargo, se instruye al futuro ingeniero con métodos de cálculo y diseño estructural cada vez mas complejos y refinados, que si bien son fundamentales, en muchos casos pierden su eficacia y trascendencia, cuando en las obras se suman los errores y deficiencias por desconocimiento de los conceptos que gobiernan el producto final, por falta de actualización y profundidad en estos temas. Nuestro país cuenta con toda la gama de climas y condiciones ambientales posibles, y que en algunos casos son singulares, por lo que problemas tan antiguos como son el producir técnicamente concreto durable en la sierra y el altiplano, trabajar en forma científica y eficiente con agregados marginales como es el caso de nuestra selva, o superar profesionalmente las dificultades de hacer concreto en climas cálidos como sucede en la mayor parte de la costa, están a la espera de soluciones creativas de uso corriente que contribuyan al avance de la Tecnología del Concreto local. El objetivo de este libro es el de proveer las herramientas científicas básicas para conocer, emplear y evaluar profesionalmente el comportamiento de un xi
material como el concreto que tiene un potencial inagotable tanto en su uso como en la investigación de los fenómenos que lo afectan. Pese a tocarse los temas clásicos de cualquier libro sobre Tecnología del Concreto, se ha pretendido enfocarlos dentro de la óptica de las realidades de nuestro país, con apreciaciones personales que quizás resulten en algunos casos polémicas, pero elaboradas con el ánimo de reflexionar con el lector en la búsqueda de soluciones para el progreso de esta especialidad en nuestra patria. Se ha tratado de incorporar la información técnica mas actualizada con las limitaciones del avance continuo que existe en este campo, complementada con recomendaciones prácticas emanadas de la experiencia científica comprobada en diversas obras por el autor. No creemos haber cubierto todos los temas y no dudamos que se encontrarán aspectos que quizás merecieron otro tratamiento o estén incompletos , pero si este trabajo con sus limitaciones contribuye en aportar a los lectores algunas respuestas y soluciones, a sus problemas cotidianos en el empleo del concreto, nos sentiremos satisfechos ya que este libro habrá cumplido su cometido. El Autor
xii
INDICE Página CAPITULO 1.RESEÑA HISTORICA DE LA TECNOLOGIA DEL CONCRETO EN EL PERU............................................................1 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Introducción. El Imperio Incaico. La Colonia. Los Gremios. La República del Siglo XIX. El Siglo XX.
CAPITULO.2.CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETO Y LOS MATERIALES PARA SU ELABORACION..............11 2.0 2.1 2.2
Introducción. La Tecnología del Concreto. Conceptos fundamentales. Los componentes del Concreto.
CAPITULO 3.EL CEMENTO PORTLAND ......................................................17 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8
Introducción. Fabricación del Cemento Portland. Composición del Cemento Portland. Las fórmulas de Bogue para el cálculo de la composición potencial de los cementos. Mecanismo de hidratación del cemento. Estructura de la pasta del cemento hidratado. Tipos de cemento y sus aplicaciones principales. Los Cementos Peruanos y sus características. Condiciones de control y almacenaje en obra y sus consecuencias.
CAPITULO 4.EL AGUA EN EL CONCRETO..................................................59 4.0 4.1 4.2
Introducción. El agua de mezcla. El agua para curado. xiii
CAPITULO 5.LOS AGREGADOS PARA CONCRETO.................................69 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12
Introducción. Clasificación de los Agregados para Concreto. Características Físicas. Características Resistentes. Propiedades Térmicas. Características Químicas. Características Geométricas y morfológicas. El análisis Granulométrico. El Módulo de Fineza. La Superficie Específica. Mezcla de Agregados. Evaluación de la calidad y la gradación de agregados. Exploración y explotación de Canteras.
CAPITULO 6.ADITIVOS PARA CONCRETO...............................................113 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9
Introducción. Clasificación de los Aditivos para Concreto. Aditivos acelerantes. Aditivos Incorporadores de aire. Aditivos reductores de agua - Plastificantes. Aditivos Superplastificantes. Aditivos Impermeabilizantes. Aditivos Retardadores. Curadores Químicos. Aditivos Naturales y de procedencia corriente.
CAPITULO 7.PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO...........129 7.0 7.1 7.2
Estructura Interna del Concreto. Propiedades Principales del Concreto fresco. Propiedades Principales del Concreto Endurecido.
CAPITULO 8.EVALUACION ESTADISTICA DE LOS RESULTADOS DE ENSAYOS DE RESISTENCIA EN CONCRETO..........145 xiv
8.0 8.1 8.2 8.3 8.4
Introducción. Fundamentos Estadísticos. Criterios Generales. Criterios del Reglamento ACI-318. Criterios del Reglamento Nacional de Construcciones.
CAPITULO 9.DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMALES...171 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7
Introducción. Parámetros básicos de los métodos de diseño de mezclas de Concreto. Pasos generales en los métodos de diseño de mezclas. El Método Tradicional del ACI y sus alcances. Métodos basados en curvas teóricas. Métodos basados en curvas empíricas. El Método del Módulo de fineza Total. Optimización de Diseños de Mezcla en Obra.
CAPITULO 10.CONCRETOS ESPECIALES...................................................213 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 10.10 10.11 10.12 10.13 10.14 10.15
Introducción. Concreto Masivo. Concreto Compactado con Rodillo. Concreto Ligero. Concreto Anti-contracción. Concreto Fibroso. Concreto Refractario. Concreto Sulfuroso. Concreto Impregnado con polímeros. Concreto cementado con polímeros. Concreto de cemento portland polimerizado. Concreto con cenizas volátiles. Concreto con microsílice. Concreto con agregado precolocado. Concreto lanzado o shotcrete. Concreto Pesado.
CAPITULO 11.CAMBIOS VOLUMETRICOS EN EL CONCRETO FISURACION, CAUSAS Y CONTROL..................................237 11.0 11.1
Introducción. Fenómenos causantes de los cambios Volumétricos. xv
11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 11.10 11.11 11.12 11.13
Contracción o Retracción. Contracción intrínseca o espontánea. Contracción por secado. Factores que afectan la contracción por secado. Contracción por carbonatación. Flujo o Fluencia. Cambios Térmicos. Agresión Química Interna y Externa. Control de los cambios volumétricos. Control de la contracción y el flujo. Control de los cambios térmicos. Control de la agresión química.
CAPITULO 12.LA DURABILIDAD DEL CONCRETO, COMO ESTABLECERLA Y CONTROLARLA.......................................273 12.0 Introducción. 12.1 Factores que afectan la durabilidad del concreto. 12.2 Congelamiento y deshielo y su mecanismo. 12.3 Control de la durabilidad frente al hielo y deshielo. 12.4 Ambiente químicamente agresivo. 12.5 Efecto de compuestos químicos corrientes sobre el concreto. 12.6 Cloruros. 12.7 Sulfatos. 12.8 Control de la agresión química. 12.9 Abrasión. 12.10 Factores que afectan la resistencia a la abrasión del concreto. 12.11 Recomendaciones para el control de la abrasión. 12.12 Corrosión de metales en el concreto. 12.13 Mecanismo de la corrosión. 12.14 Como combatir la corrosión. 12.15 Reacciones químicas en los agregados. 12.16 Reacción Sílice-Alcalis. 12.17 Reacción Carbonatos-Alcalis. 12.18 Recomendaciones sobre reacciones químicas en los agregados. CAPITULO 13.LA CALIDAD EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION Y LA CONSTRUCCION CON CONCRETO..............................317 13.0 Introducción. 13.1 Conceptos Básicos de calidad xvi
13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7
La calidad en la industria de la construcción y la construcción con concreto. Control de calidad del concreto Conceptos estadísticos básicos para evaluar resultados de pruebas standard de control de calidad del concreto. Control de calidad de los materiales para la fabricación del concreto. Control de calidad del concreto fresco. Control de calidad del concreto endurecido.
APENDICE Información suministrada por fabricantes de cemento.......................351 INDICE ALFABETICO..................................................................373
-----OO-----
xvii
xviii
