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UNIVERSIDAD MARIANO GÁLVEZ DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
“CONSIDERACIONES EN EL ANALISIS, DISEÑO, SUPERVISIÓN Y MANTENIMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO”
Hieme Antonio Gallardo López Guatemala, Octubre de dos mil once
UNIVERSIDAD MARIANO GÁLVEZ DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
“CONSIDERACIONES EN EL ANALISIS, DISEÑO, SUPERVISIÓN Y MANTENIMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO”
TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO
POR:
HIEME ANTONIO GALLARDO LÓPEZ
PREVIO A OPTAR AL GRADO ACADÉMICO DE
LICENCIADO EN INGENIERÍA CIVIL
Y EL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO CIVIL
Guatemala, Octubre de Dos Mil Once
AUTORIDADES DE LA FACULTDAD Y DEL TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN
DECANO DE LA FACULTAD: Ing. Rolando Estuardo Torres Salazar SECRETARIO ACADÉMICO: Ing. Mauricio García García
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL EXAMINADOR: Ing. Emilio Roberto Solís Hegel SECRETARIA: Ing. Mercedes Ofelia García Marroquín VOCAL: Ing. Luis Rodolfo Molina Bolaños
III
RESOLUCIÓN IV
REGLAMENTO DE TESIS
Artículo 8º RESPONSABILIDAD Solamente el autor es responsable de los conceptos expresados En el trabajo de tesis. Su aprobación en manera alguna implica Responsabilidad para la Universidad.
V
INDICE
“CONSIDERACIONES EN EL ANALISIS, DISEÑO, SUPERVISIÓN Y MANTENIMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO”
CAPÍTULO I Glosario 1 INTRODUCCIÓN 3
1.1 Importancia 4 1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general 4 1.2.2 Objetivo específico 4
CAPÍTULO II AGREGADOS PARA EL CONCRETO 5
2.1 Características de los agregados 5
2.2 Granulometría 8
2.3 Granulometría agregado fino 10
2.4 Modulo de finura 12
2.5 Granulometría agregado grueso 13
2.6 Granulometría combinada del agregado 15
2.7 Forma y textura superficial de las partículas 16
2.8 Ensayos más importantes realizados a los agregados 18
2.9 Propiedades mecánicas 22
CAPÍTULO III
AGUA PARA EL CONCRETO 23
3.1 Generalidades 23
3.2 Ensayos sobre el agua 25
3.3 Diferentes tipos de agua para el concreto 27
VI
CAPÍTULO IV ADITIVOS 30
4.1 Generalidades 30
4.2 Clasificación de los aditivos 30
4.2.1 Inclusores de aire 33
4.2.2 Reductores de agua 34
4.2.3 Reductores de agua de medio rango 36
4.2.4 Reductores de agua de alto rango 36
4.2.5 Superplastificantes para concretos fluidos 38
4.2.6 Aditivos retardadores 40
4.2.7 Aditivos de control de la hidratación 41
4.2.8 Aditivos aceleradores 41
CAPÍTULO V CEMENTO PORTLAND 43
5.1 Generalidades
5.2 Historia del cemento 44
5.3 Producción de cemento Portland 45
5.4 Tipos de cemento portland 48
5.4.1 Clasificación de los cementos 48
5.4.2 Propiedades físicas del cemento 52
5.4.3 Tamaño de las partículas y finura 52
5.4.4 Sanidad (constancia del volumen) 55
5.4.5 Consistencia 56
5.4.6 Tiempo de fraguado 57
5.4.7 Resistencia a la compresión 58
CAPÍTULO VI DISEÑO DE MEZCLAS 60
6.1 Selección de las características de la mezcla 60
6.2 Relación entre resistencia y relación agua-cemento 60
6.3 Resistencia 61
6.4 Relación agua-cemento 62
6.5 Agregados 63
6.6 Contenido de aire 65
6.7 Revenimiento (asentamiento) 68
6.8 Contenido de agua 69
6.9 Contenido y tipo de materiales 69
6.10 Aditivos 70
6.11 Proporcionamiento 71
6.12 Ejemplos de aplicación, diseño de mezclas de concreto para pavimento 72 VII
CAPÍTULO VII
PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO 78
7.1 Generalidades 78
7.2 Concreto en estado fresco 78
7.3 Control de calidad del concreto fresco 82
CAPÍTULO VIII CURADO DEL CONCRETO 90
8.1 Métodos y materiales de curado 92
8.2 Encharcamiento e inmersión 92
8.3 Rociado y aspersión 93
8.5 Coberturas húmedas 94
8.6 Papel impermeable 95
8.6 Hojas de plástico 96
8.7 Compuestos de curado formadores de película 97
8.8 Curado por humedad interna 98
8.9 Cimbas dejadas en su lugar 98
8.10 Curado a vapor 98
8.11 Tiempo y temperatura de curado 99
CAPÍTULO IX
ASPECTO A CONSIDERAR EN LA SUPERVICIÓN DEL CONCRETO 101
9.1 Cambios de volumen en edad temprana 101
9.1.1 Contracción química 101
9.1.2 Contracción autógena 103
9.1.3 Hundimiento 104
9.1.4 Contracción plástica 105
9.1.5 Expansión 105
9.1.6 Expansión térmica temprana 106
9.2 Cambios de humedad del concreto endurecido 106
9.3 Cambios de temperatura en el concreto endurecido 111
9.4 Alabeo 115
CAPÍTULO X
10.1 Conclusiones 116 10.2 Recomendaciones 116 Referencia Bibliográfica 117
VIII
1
CAPITULO I
GLOSARIO:
Clínker (clínquer) – producto final del horno de cemento portland, material cementante bruto antes
de la molienda.
Cloruros (ataque) – compuestos químicos que contienen iones cloruros, los cuales promueven la
corrosión del refuerzo de acero. Los des congelantes (agentes de deshielo) a base de cloruros son
su principal fuente.
Compactación – proceso de inducción de una disposición más cerca de las partículas sólidas en el
concreto, mortero o groute frescos, a través de la reducción de los vacíos, frecuentemente logrado
con la vibración, el varillado, los golpes o la combinación de estos métodos. También llamada de
consolidación.
Concreto – mezcla de material aglomerante (conglomerante) y agregados fino y grueso. En el
concreto normal, comúnmente se usan como medio aglomerante, el cemento portland y el agua, pero
también pueden contener puzolanas, escoria y/o aditivos químicos.
Concreto de alta resistencia – concreto con una resistencia de diseño de, por lo menos, 70 MPa
(10,000 lb/pulg2).
Concreto de peso normal – tipo de concreto producido con agregados de densidad normal,
frecuentemente piedra triturada o grava, y que tiene una densidad de aproximadamente 2400 kg/m3
(150 lb/pie3). (Consulte también concreto ligero y concreto de densidad elevada).
Concreto endurecido – concreto en el estado sólido que haya desarrollado una cierta resistencia.
Concreto fresco – concreto recién mezclado y aún plástico y trabajable.
Concreto premezclado – concreto producido para la entrega en la obra en el estado fresco.
Contenido de aire – volumen total de vacíos de aire, sea incluido, sea atrapado, en la pasta de
cemento, mortero o concreto. El aire incluido aumenta la durabilidad del mortero o concreto
endurecidos sometidos a
congelación-deshielo y aumenta la trabajabilidad de las mezclas frescas.
Contracción (retracción) – disminución de la longitud o del volumen del material, resultante de
cambios del contenido de humedad, de la temperatura y cambios químicos.
Control de calidad – acciones realizadas por el productor o el contratista, a fin de proveer un control
sobre lo que se está haciendo y sobre lo que se está suministrando, para que las normas de buenas
prácticas de obra se sigan.
Curado – proceso, a través del cual se mantienen el concreto, mortero, grout o revoque frescos, en
la condición húmeda y a una temperatura favorable, por el periodo de tiempo de sus primeras etapas,
a fin de que se desarrollen las propiedades deseadas del material. El curado garantiza la hidratación
y el endurecimiento satisfactorios de los materiales cementantes.
Dosificación – proceso de medición, por peso o por volumen, de los ingredientes y su introducción
en la mezcladora para una cantidad de concreto, mortero, grout o revoque.
2
Durabilidad – capacidad del concreto, mortero, grout o revoque de cemento portland de resistir a la
acción de las intemperies y otras condiciones de servicio, tales como ataque químico, congelación-
deshielo y abrasión.
Fraguado – grado en el cual el concreto fresco perdió su plasticidad y se endurece.
Granulometría (gradación) – distribución del tamaño de las partículas de agregado, que se
determina por la separación a través de tamices normalizados.
Hidratación – es la reacción entre el cemento hidráulico y el agua, a través de la cual se forman
nuevos compuestos que confieren resistencia al concreto, mortero, grout y revoque.
Inclusión de aire – introducción intencional de aire en la forma de minúsculas burbujas
desconectadas (normalmente menores de 1 mm) durante el mezclado del concreto, mortero, grout o
revoque de cemento portland para mejorar las características deseables, tales como cohesión,
trabajabilidad y durabilidad.
Masa específica – masa por unidad de volumen, peso por unidad de volumen al aire, expresados,
por ejemplo, en kg/m3 (lb/pie3).
Masa específica relativa (densidad relativa) – una proporción entre la masa y el volumen del
material con relación a la densidad del agua, también llamada gravedad específica.
Masa unitaria (masa volumétrica, densidad) – masa volumétrica del concreto fresco o del
agregado, que normalmente se determina pesándose un volumen conocido de concreto o agregado
(la densidad a granel o suelta de los agregados incluye los vacíos entre las partículas).
Módulo de finura (MF) – factor que se obtiene por la suma de los porcentajes acumulados de
material de una muestra de agregado en cada uno de los tamices de la serie especificada y dividido
por 100.
Puzolana – materiales silíceos o silíceos y aluminosos, tales como la ceniza volante o el humo de
sílice, que, por si mismos, poseen poco o ningún valor cementante, pero que cuando están finamente
molidos y en presencia de agua, reaccionan con el hidróxido de calcio a temperaturas normales, para
formar compuestos que poseen propiedades cementantes.
Reactividad álcali-agregado (árido-álcali) – producción de gel expansivo por la reacción entre los
agregados que contienen ciertas formas de sílice o carbonatos y el hidróxido de calcio en el concreto.
Reductor de agua – aditivo cuyas propiedades permiten una reducción del agua necesaria para
producir una mezcla de concreto con un cierto revenimiento, reducir la relación agua-cemento,
reducir el contenido de cemento o aumentar el revenimiento.
Relación agua-cemento (a/c) – relación entre la masa de agua y la masa de cemento en el
concreto.
Retardador (retardante) – aditivo que retarda el fraguado y el endurecimiento del concreto.
Revenimiento (asentamiento de cono de Abrams) medida de consistencia del concreto fresco,
igual al asentamiento inmediato de una probeta moldeada con un cono normalizado.
Superplastificante (supefluidificantes, superfluidizantes) los aditivos superplastificantes son aditivos
reductores de agua de alto rango que aumentan la fluidez del concreto fresco
3
INTRODUCCIÓN
El concreto es un material fundamental con los cuales los arquitectos, ingenieros, constructores y
trabajadores vinculados con el sector de la construcción, diseñan y elaboran las obras concebidas
para el desarrollo de nuestras ciudades y su infraestrcutura.
Constituidos por diferentes materiales, los cuales debidamente dosificados y mezclados se integran
para formar elementos monolíticos que porporcionenes resistencias y durabilidad a las estructuras,
dependen en su aplicación y en su evaluación, de un adecuado conocimiento de sus constituyentes y
de sus propiedades físicas y químicas, las cuales deben ser estudiadas y analizados conforme con
los patrones de control de calidad.
En los capitulos presentados del trabajo de graduación tratamos de cada uno de los componentes en
el que esta constituido una mezcla de concreto.
En el capitulo 2 se habla acerca de los tipos de agreagos y sus caracteristicas, la importancia que
tienen en el concreto la calidad de agreagos, las pruebas que se hacen para determinar una
granulometria y de ahí partir para el diseño de mezclas.
En el capitulo 3 se habla acerca de la importancia del agua en el concreto, y en las diferentes
situaciones o estados en las cuales se puede encontrar y los aspectos negativos que esta pudiera
tener al momento de presentar niveles de contaminacion fuera de los limites permisbles, y todo esto
afectando a la durabilidad del concreto mezclado y resistencia.
En el capitulo 4, se trata acerca de los aditivos, clases de aditivos y los benefecios que estos traen a
la muestra tanto economicamente como en propiedades adicinales que estos agregan al concreto,
como mayor tiempo de fraguado inicial, propiedades en fundiciones bajo el agua etc.
En el capitulo 5, se tocan temas relacionados al cemento, el cual es uno de los factores mas caros al
momento de la fabricacion del concreto mezclado, forma de producción y los diferentes tipos que
existen y los usos que se les pueda da,r conforme a la situación o necesidad que se necesite en
determinado proyecto. Asi mismo como las pruebas mas importantes a realizarse al cemento para
considerar en los diseños de mezclas.
El capitulo 6 es uno de los mas importantes ya que conocimiendo cada elemento que esta
adicionado en el concreto mezclado se procede a unificar todo la información y se elabora el diseño
dependiendo la necesidad, considicones del lugar, resistencia necesaria por el tipo de elemento y
asi como las caracteristicas que deseamos que tenga, ayudado con los tipos de aditivos.
En todo diseño se debe tener ciertas consideraciones de control, el capitulo 7 habla acerca de las
propiedades y pruebas necesarias a realizar al concreto en estado fresco, las cuales pueden
determinar si el concreto mezclado cumple con lo estipulado en el diseño y asi mismo se puede
determinar si el elemento fundido llegará a la resistencia esperada empleando los ensaños los cuales
estan normados por las normas ASTM.
El capitulo 8 habla acerca del curado del concreto, este es un paso muy necesario e importante ya
que aquí se determina la resistencia final asi como las posibles consecuencia de no hacer un curado
deseable, tambien se nombran diferentes tipos o formas de curar un elemento y esto es necesario ya
que en los primeros siete dias de fraguado se debe tener humeda la particula de cemento para que
genere la resistencia y acabo deseados.
En el capitulo 9 se habla acerca de las precauciones que debemos tener al momento de que el
elemento este fundido asi como las posibles grietas, fisuras o deformidades que pueda presentar,
dependiendo el lugar, condiciones climaticas, etc.
4
1.1 IMPORTANCIA
En estos días la tecnología y las edificaciones más completas y complejas hacen que el concreto
premezclado y sus controles hacen que día a día sea importante saber y conocer todo lo relacionado
al tema. Desde lo necesario que son los análisis de agregados hasta los tipos de cemento que se
pueden usar en los diseños, todo esto llegando a un punto en el cual tiene que ser económicamente
rentable tanto para el diseñador como para el ejecutor o constructor de la obra. Todos los días salen
productos nuevos tanto para la industria del concreto como en aditivos, siendo estos aliados
importantes, para la modificación de algunas características y mejoramiento incluso de las mezclas y
todo esto cae en uno de los rubros más importantes en todas las compañías a nivel mundial, reducir
costos para obtener ganancias en e infraestructura durable y funcional.
1.2 OBJETIVO
Establecer una secuencia de conocimientos necesarios al momento del diseño de mezclas de
concreto, los análisis que deben realizar a cada uno de los agregados y componentes, las diferentes
pruebas al concreto mezclado en estado fresco para determinar el grado de utilidad de la mezcla y
controles necesarios. Y así poder realizar un diseño que sea tanto funcional y optimizar los recursos
en las mezclas para tener un diseño económicamente rentable y funcional.
1.2.1 OBJETIVO GENERAL
Elaboración de un trabajo de conocimiento, para entender que afecta las mezclas de concreto, en
cada uno de sus elementos o agregados y el control que se debe tener, tanto en estado fresco como
endurecido, teniendo en cuenta que esto es lo que da la durabilidad a la estructura que se encuentre
en construcción o antes de poner en servicio.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
1. Dicho trabajo puede servir como guía al momento de estudiar el concreto mezclado en estado fresco y fraguado final.
2. Conocer que tipos de ensayos son los más importantes a realizar a cada uno de los componentes del concreto.
3. Conocer los beneficio de aplicar aditivos para la mejora de las características del concreto
4. Establecer un método de cómo verificar las propiedades de estado fresco del concreto recién mezclado.
5. La importancia de realizar un curado eficiente y los problemas que pueden causar al momento de realizarlo de una manera no adecuada.
5
CAPITULO II
AGREGADOS PARA EL CONCRETO
2.1. CARACTERISTICA DE LOS AGREGADOS
La importancia de los tipos y de la calidad correcta del agregado (árido) no se puede subestimar. Los
agregados fino y grueso ocupan cerca del 60% al 75% del volumen del concreto (70%a85% de la masa)
e influyen fuertemente en las propiedades tanto en estado fresco como endurecido, en las proporciones
de la mezcla y en la economía del concreto.
Los agregados finos generalmente consisten en arena natural o piedra triturada (partida, machacada,
pedrejón arena de trituración) con la mayoría de sus partículas menores que 5mm (0.2pulg.).
Los agregados gruesos consisten en una o en la combinación de gravas o piedras trituradas con
partículas predominantemente mayores que 5mm (0.2pulg.) y generalmente entre 9.5mm y 37.5mm (3⁄8
y11⁄2 pulg.)
Algunos depósitos naturales de agregado, llamados de gravas de mina consisten en grava y arena que
se pueden usar inmediatamente en el concreto después de un procesamiento mínimo.
La grava y la arena naturales normalmente se excavan o dragan de la mina, del río, del lago o del lecho
marino.
La piedra triturada se produce triturándola roca de cantera, roca redondeada, guijarros o gravas grandes.
La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se usa como agregados fino y grueso.
Figura 1 agregado fino
6
Figura 2 agregado grueso
Los agregados frecuentemente se lavan y se gradúan en lámina o en la planta. Se puede espera alguna variación en el tipo, calidad, limpieza, granulometría (gradación), contenido de humedad y otras propiedades.
Los agregados naturales para concretos o una mezcla de rocas y minerales. Mineral es una sustancia sólida natural con una estructura interna ordenada y una composición química que varía dentro de límites estrechos.
Las rocas, que se clasifican según su origen en ígneas, sedimentarias o metamórficas, generalmente se componen de varios minerales.
Los agregados deben cumplir con algunas normas para que su uso en ingeniería se optimice: deben ser partículas limpias, duras, resistentes ,durables y libres de productos químicos absorbidos, revestimiento de arcilla u otros materiales finos en cantidades que puedan afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento.
Adjunto se encuentra una tabla la cual describa la cantidad de ensayos y características que deben tener los agrados:
7
Tabla2.1.1 Características y Ensayos de los Agregados
8
Tabla2.1.1 Características y Ensayos de los Agregados (Continuación)
2.2 GRANULOMETRIAS
La granulometría es la distribución del tamaño de las partículas de un agregado, que se determina a través del análisis de los tamices (cedazos, cribas) (ASTM C 136, AASHTO T 27, COVENIN 0255, IRAM 1505, NCh165, NMX-C-077, NTC 77, NTE 0696, NTP 400.012 y UNIT 48). La variación del tamaño de partículas se muestra en la Figura 2.1.2.1. El tamaño de las partículas del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre con aberturas cuadradas. Los siete tamices normalizados para el agregado fino tienen aberturas que varían de 150 μm a 9.5 mm (Tamiz No.100 a 3⁄8 pulg.) (ASTM C 33, AASHTO M6/M80, IRAM 1512, IRAM 1531, IRAM 1627, NMX-C-
Figura2.1.2.1. Granulometría de agregados
9
Los números de tamaño (tamaño de granulometría) de los agregados gruesos se aplican a las cantidades de agregado (en masa), en porcentaje que pasa a través de un conjunto de tamices (Fig. 2.1.2.3). En la construcción de autopistas, la ASTM D 448 (AASHTO M 43) lista los mismos 13 números de tamaño de la ASTM C 33 (AASHTO M 6/M 80), más seis números adicionales de agregados gruesos.
Fig.2.1.2.3 distribuciones agregado grueso
Hay muchas razones para que se especifiquen los límites granulométricos y el tamaño máximo nominal de los agregados, pues afectan las proporciones relativas de los agregados, bien como la demanda de agua y de cemento, trabajabilidad, bombeabilidad, economía, porosidad, contracción (retracción) y durabilidad del concreto. Las variaciones en la granulometría pueden afectar seriamente la uniformidad del concreto de una mezcla a otra. Las arenas muy finas son normalmente antieconómicas, mientras que arenas y gravas gruesas pueden producir mezclas sin trabajabilidad. En general, los agregados que no tienen una gran deficiencia o exceso de cualquier tamaño y presentan una curva granulométrica suave, producirán los resultados más satisfactorios.
El efecto de la combinación de varios tamaños sobre el volumen total de vacíos entre los agregados se ilustra por un simple método enseñado en la Figura 2.1.2.4. La probeta de la izquierda se llena con partículas grandes de agregados con tamaño y forma uniformes. La probeta del medio se llena con el mismo volumen de partículas pequeñas de agregado con tamaño y forma uniformes y la probeta de la derecha se llena con partículas de ambos tamaños. Debajo de cada probeta con agregado se enseña una probeta graduada con la cantidad de agua necesaria para llenar los vacíos en la probeta con agregado. Nótese que cuando la probeta se llena con un solo tamaño de partículas, un mismo volumen de agregado contiene una cantidad de vacíos constante, independientemente del tamaño del agregado. Cuando se combinan dos tamaños de agregados, la cantidad de vacíos disminuye. Si se repitiera esta operación con la inclusión adicional de varios tamaños, ocurriría una reducción aún mayor en la cantidad de vacíos. La demanda de pasta de cemento para el concreto se relaciona con la cantidad de vacíos de la combinación de agregados.
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Fig. 2.1.2.4. El nivel del líquido en las probetas, que representan a los vacíos, es constante para volúmenes
absolutos iguales de agregados con tamaños uniformes, aunque diferentes. Cuando se combinan tamaños
diferentes, el contenido de vacíos disminuye. La ilustración no está en escala.
2.3 GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO
Los requisitos de las normas ASTM C 33 o AASHTO M6/M80, COVENIN 277, IRAM 1512, NCh163, NMX-C- 111, NTC 174, NTP 400.037, UNIT 84 permiten un rango relativamente amplio en la granulometría del agregado fino, pero las especificaciones de otras organizaciones, a veces, son más restrictivas. La granulometría más deseable para el agregado fino depende del tipo de obra, si la mezcla es rica y del tamaño máximo del agregado grueso.
En mezclas más pobres, o cuando se usan agregados gruesos de pequeñas dimensiones, es conveniente, para que se logre una buena trabajabilidad, que la granulometría se aproxime al porcentaje máximo recomendado que pasa por cada tamiz. En general, si se mantiene constante la relación agua-cemento y se elige correctamente la relación agregado fino-agregado grueso, se puede usar un amplio rango de granulometrías, sin efectos considerables sobre la resistencia. Sin embargo, algunas veces, se logrará la mayor economía con el ajuste de la mezcla de concreto para que se adapte a la granulometría de los agregados locales. La granulometría de los agregados finos de acuerdo con las normas ASTM C 33 (AASHTO M6), COVENIN 277, IRAM 1512, NCh163, NMX-C-111, NTC 174, NTP 400.037, UNIT 84, es generalmente satisfactoria para la mayoría de los concretos. Los límites de estas normas, con respecto a la granulometría se enseñan en la Tabla 2.1.3.1
11
Tabla 2.1.3.1. Límites granulométricos del Agregado Fino (ASTM C 33/AASHTO M6, COVENIN 277, IRAM 1512, Nch 163, NMX-C-111, NTC 174 y NTP 400.037)
Otros requisitos de la ASTM C 33 (AASHTO M6), COVENIN 277, IRAM 1501 (parte II), NMX-C-111 y NTC 174 son: 1. El agregado fino no debe contener más del 45% de material retenido entre cualquiera de dos tamices normalizados consecutivos. 2. El módulo de finura debe ser mayor que 2.3 y menor que 3.1, y no debe variar más que 0.2 del valor típico de la fuente del agregado. Si se excede este valor, el agregado se debe rechazar, a menos que se hagan ajustes adecuados en la proporción entre los agregados fino y grueso.
Las cantidades de agregado fino que pasan a través de los tamices de 300 μm (No. 50) y de 150 μm (No. 100) afectan la trabajabilidad, la textura superficial, el contenido de aire y el sangrado (exudación) del concreto. La mayoría de las especificaciones permite un porcentaje que pasa en el Tamiz 300 μm (No. 50) del 5% al 30%. El límite más bajo puede ser suficiente para condiciones fáciles de colocación o donde se acabe el concreto mecánicamente, como ocurre en los pavimentos. Sin embargo, en pisos acabados manualmente, o donde se desee una textura superficial lisa, se debe usar un agregado fino con, por lo menos, 15% de masa que pase en el tamiz 300 μm (No. 50) y 3% o más en el tamiz 150 μm (No. 100).
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2.4 MÓDULO DE FINURA El módulo de finura (MF) tanto del agregado fino como del grueso se calcula, se acuerdo con ASTM C 125, COVENIN 255, IRAM 1627, NCh 165, NMXC-111, NTC 385, NTE 0694:83, NTP 400.011 y UNIT-NM 2, sumándose los porcentajes acumulados de la masa retenida en cada uno de los tamices de la serie especificada y dividiéndose esta suma por 100. La serie especificada de tamices para la determinación del MF es: 150 μm (No. 100), 300 μm (No. 50), 600 μm (No. 30), 1.18 mm (No. 16), 2.36 mm (No. 8), 4.75 mm (No. 4), 9.5 mm (3⁄8 pulg.), 19.0 mm (3⁄4 pulg.), 37.5 mm (11⁄2 pulg.), 75 mm (3 pulg.) y 150 mm (6 pulg.). La serie especificada de tamices para la determinación del MF en la norma NMX-C-111 no incluye el tamiz de malla 150 mm (6 pulg.). El MF es un índice de finura del agregado cuanto mayor el MF, más grueso es el agregado. Agregados con granulometrías diferentes pueden tener el mismo MF. El MF de los agregados finos es útil para estimar las proporciones de agregados fino y grueso en el concreto. Un ejemplo de como se determina el MF del agregado fino (de un análisis granulométrico asumido) se presenta en la Tabla 2.1.4.1.
.
Tabla 2.1.4.1. Determinación del Módulo de Finura de Agregados Finos
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2.5 GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO Los requisitos de granulometría (gradación) del agregado grueso de las normas ASTM C 33 (AASHTO M 80), COVENIN 277, IRAM 1627, NCh163, NMX-C-111, NTC 174, NTP 400.037 y UNIT 102.permiten límites amplios en la granulometría y una gran variedad de tamaños granulométricos (Véanse Tablas 2.5.1). Tabla 2.5.1. Requisitos Granulométricos para Agregados Gruesos (ASTM C 33, AASHTO M 80, IRAM 1627,
Límites de los porcentajes en peso que pasan los tamices de aberturas cuadradas (COVENIN 277)
La granulometría del agregado grueso con un determinado tamaño máximo puede variar moderadamente dentro de un rango, sin que afecte apreciablemente las demandas de cemento y agua de la mezcla, si las proporciones del agregado fino, con relación a la cantidad total de agregados, producen un concreto con buena trabajabilidad. Las proporciones de la mezcla se deben cambiar para producir un concreto trabajable si ocurrieran grandes variaciones en la granulometría del agregado grueso. Como estas variaciones son difíciles de predecir, frecuentemente es más económico mantener la uniformidad de la producción y el manejo del agregado grueso, para que se reduzcan las variaciones de la granulometría.
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El tamaño máximo del agregado grueso influye en la economía del concreto. Normalmente, se requiere más agua y cemento en concretos con agregados gruesos de tamaño menor si es comparado con agregados de tamaño mayor, debido al aumento del área superficial total del agregado. El agua y cemento necesarios para que se obtenga un revenimiento (asentamiento) de 75 mm (3 pulg.), con el uso de una gran variedad de tamaños de agregados gruesos, se presentan en la Figura 1.
La Figura 1 enseña que, para una cierta relación agua-cemento, la demanda de cemento disminuye a medida que el tamaño máximo del agregado aumenta. El costo elevado para la obtención y manejo de agregados mayores que 50 mm (2 pulg.) puede compensar el ahorro por la utilización de menos cantidad de cemento. Además, agregados de tamaños diferentes pueden producir concretos con resistencias ligeramente diferentes, para una misma relación agua-cemento.
Fig. 1. Contenidos de cemento y agua con relación al tamaño máximo del agregado de concreto con y sin aire incluido. Se requiere menos cemento y agua en mezclas con agregados gruesos grandes (Bureau of Reclamation 1981).
El tamaño máximo de agregado que se puede utilizar depende del tamaño y de la forma del miembro de concreto y de la cantidad y distribución del acero de refuerzo (armadura). Normalmente, el tamaño máximo del agregado no puede exceder: 1. Un quinto de la dimensión más pequeña del miembro de concreto. 2. Tres cuartos del espacio libre entre las barras de acero del refuerzo y entre las varillas de refuerzo y las cimbras (encofrados). 3. Un tercio de la profundidad de las losas. Se puede renunciar a estos requisitos si, en la opinión del ingeniero, la mezcla poseyera una trabajabilidad suficiente para que el concreto se coloque adecuadamente sin la formación de agujeros y vacíos.
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2.6 GRANULOMETRÍA COMBINADA DEL AGREGADO Algunas veces, se analiza el agregado con el uso de la granulometría combinada de los agregados fino y grueso, de la misma manera como se presentarán en el concreto. Esto provee un análisis más minucioso de cómo los agregados actuarán en el concreto. Algunas veces, hay una carencia en el abastecimiento de agregados de tamaños medianos, aproximadamente 9.5 mm (3⁄8 pulg.), resultando en alta contracción, alta demanda de agua, baja trabajabilidad, baja bombeabilidad y dificultad de colocación. La resistencia y la durabilidad también se pueden afectar. La Figura 1 ilustra una granulometría ideal. Sin embargo, la granulometría ideal no existe en el campo pero podemos acercarnos de ella. Se debe considerar el uso de agregados alternativos, combinación de agregados o tamizados especiales de agregados existentes si se desarrollen problemas debido a la granulometría pobre.
Fig. 1. Granulometría óptima combinada de agregado para concreto.
La granulometría combinada se puede usar para controlar mejor la trabajabilidad, la bombeabilidad, la contracción (retracción), además de otras propiedades del concreto. Abrams (1918) y Shilstone (1990) demostraron los beneficios del análisis del agregado combinado: • Para un contenido constante de cemento y una consistencia constante, existe una combinación óptima de agregados que producirá la relación agua-cemento más eficiente y la mayor resistencia. • La mezcla óptima tiene la menor interferencia de las partículas y responde mejor a los vibradores de alta frecuencia y alta amplitud. Sin embargo, la mezcla óptima no se puede utilizar en todas las obras debido a la variación de las necesidades de colocación y acabado, bien como de su disponibilidad. Crouch (2000) encontró, en su estudio de concretos con aire incluido, que la relación agua-cemento podría reducirse más del 8% con el uso de la granulometría combinada. Shilstone (1990) también analiza la gradación del agregado, a través de factores de aspereza y trabajabilidad, para mejorar la granulometría del agregado.
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2.7 FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL DE LAS PARTÍCULAS
La forma y la textura superficial de las partículas de un agregado influyen en las propiedades del concreto fresco más que las del concreto endurecido. Las partículas con textura áspera, angulares o elongadas requieren más agua para producir un concreto trabajable que agregados lisos, redondeados y compactos. Además, las partículas de agregado angulares requieren más cemento para mantener la misma relación agua-cemento. Sin embargo, con la granulometría satisfactoria, tanto los agregados triturados como los no triturados (de un mismo tipo de roca), generalmente, producen concretos con la misma resistencia, si se Mantiene el contenido de cemento. Los agregados angulares o con granulometría pobre también pueden ser más difíciles de bombear. La adherencia entre la pasta de cemento y un determinado agregado generalmente aumenta con el cambio de partículas lisas y redondeadas por las ásperas y angulares. Cuando la resistencia a flexión es importante o cuando se necesite alta resistencia a compresión, se debe considerar este aumento de la adherencia al elegirse el agregado para el concreto. La cantidad de vacíos de los agregados fino y grueso compactados se puede usar como un índice de las diferencias en la forma y la textura de los agregados con la misma granulometría. La demanda de agua de mezcla y cemento normalmente aumentan con el aumento de la cantidad de vacíos. Los vacíos entre las partículas de agregados aumentan con la angularidad del agregado.
El agregado debe ser relativamente libre de partículas planas y elongadas. Una partícula se considera plana y elongadas cuando la relación entre longitud y espesor supera un valor especificado. Consulte la ASTM D 4791 para la determinación de las partículas planas y/o alongadas. La ASTM D 3398, COVENIN 0264. IRAM 1681, IRAM 1687, UNIT 1029 suministran un método indirecto para establecer un índice como una medida general de la textura y forma de las partículas, mientras que la ASTM C 295, IRAM 1649, NMX-C-265, NTC 3773 y UNIT-NM 54 presentan procedimientos para el examen petrográfico del agregado. Las partículas planas y elongadas se deben evitar o, por lo menos, limitar a cerca del 15% de la masa total del agregado. Este requisito es igualmente importante para el agregado grueso y para el agregado fino triturado, pues el agregado fino obtenido por la trituración de la roca frecuentemente contiene partículas planas y elongadas. Estas partículas de agregado requieren un aumento del agua de mezcla y, por lo tanto, pueden afectar la resistencia del concreto, principalmente a flexión, si no se ajusta la relación agua-cemento. Están disponibles varias máquinas de ensayo para la determinación rápida de la distribución del tamaño de las partículas del agregado. Diseñadas para dar una alternativa más rápida al ensayo normalizado de análisis granulométrico, estas máquinas captan y analizan imágenes digitales de las partículas de agregado para determinar la granulometría. La Figura 1 enseña un “videograder” que mide el tamaño y la forma de un agregado, usando cámaras para el escáner de línea, donde se construyen imágenes en dos dimensiones para una serie de imágenes en línea.
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Otras máquinas usan cámaras con escáner de matriz que captan fotos bidimensionales del agregado que cae. Maerz y Lusher (2001) desarrollaron un prototipo de un sistema de imágenes dinámicas que provee informaciones sobre el tamaño y la forma de las partículas con el uso de sistema de mini esteras transportadoras para hacer que los fragmentos individuales pasen delante de dos cámaras sincronizadas y orientadas ortogonalmente.
Fig. 1. Videograder para medir el tamaño y la forma de los agregados. (IMG12424)
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2.1.8 ENSAYO DE AGREGADOS
Antes de realizar la prueba de agregados se deben tomar las muestras de los bancos, dependiendo el
tipo de agregado así será la forma de tomar la muestra,
Para los agregados gruesos: se tomaran muestras separadas de la punta, la base y un punto intermedio de la pila, si se desea muestra promedio se combinara estas muestras. Se deberá tener presente que material en la base o cercano a ella estará más segregado y es más grueso que el término medio de material de la pila de agregados.
Para los agregados finos: se tomara en la forma señalada para el agregado grueso o podrá usarse un tubo muestreando de 3 cm. De diámetro y 160 Cms. De largo, el cual podrá introducirse en la pila de arena. De 5 a 6 inserciones suministraran alrededor de 4 kg de arena, se recomienda eliminar la capa externa de la pila, hasta llegar a la arena húmeda
Cuarteo:
Se mezcla y se amontona la muestra sobre una lona, lamina o tarima formando un cono
Se aplana el cono con la pala extendiendo el material hasta forma un círculo de espesor uniforme, se divide con la pala de círculo en cuatro partes.
Con la pala se toma el material de dos cuartos opuesto y se apartan. Si los otros dos restantes son suficientes para dar la cantidad de muestra necesaria se envasa el material y si no fuere se repite la operación tantas veces como sea necesario para producir la muestra del peso indicado.
Preparación de muestras:
Se separa la muestra tal como se recibe del campo y se registra el peso
Se tamiza por tamiz 4.76 mm, colocando el retenido aparte
Se pesa cada una de las porciones separados y luego se registra los pesos
De esta operación, se obtienen los % de grava y de arena % arena = B/A * 100 % grava = C/A * 100
o Dónde: A , es peso de muestra total B, es peso porción arena C, peso porción grava
Ya separados los materiales, se toma una muestra de 10 KG de cada material y se dejan saturar en
agua en las bandejas de lámina o en una cubeta.
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PREUBAS DE LABORATORIO REALIZADAS A LOS AGREGADOS:
Densidad absoluta:
Se denomina a la relación entre la masa de las partículas y su volumen
absoluto el cual incluye exclusivamente el volumen de masa solida, o sea se
excluyen todos los poros saturables y no saturables.
Densidad Absoluta = Ps / Vm-vp
Donde:
Ps = Masa seca de la masa m
Vm= volumen ocupado por la masa m
Vp= volumen de los poros (saturables y no Saturables)
Densidad Nominal:
Es la relación que existe entre la masa de las partículas y el volumen nominal,
que es el que ocupan las partículas de ese material incluyendo los poros no
saturables.
Densidad Nominal = Ps / Vm- Vps
Donde:
Ps = masa de m
Vm = volumen ocupado por la masa m
Vps = volumen de los poros saturables
Densidad Aparente:
Se denomina densidad aparente a la relación entre la masa de las partículas y
su volumen Parente, que incluye el volumen de los poros saturables y no
saturables que hay dentro de las partículas.
Densidad Aparente: = Ps / Vm
Donde:
Ps = masa seco de m
Volumen ocupado por la masa m
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Porosidad y absorción:
De las varias porosidades que se reconocen en un agregado, se suele medir la porosidad superficial o
saturable mediante el ensayo directo de la absorción de agua, cuanto mas poroso es, menos
resistencia mecánica tiene, por lo tanto cuanto menor es la absorción es mas compacto y de mejor
calidad, pero el dato resulta de extraordinaria importancia en la etapa de ajustes de las condiciones
reales de los materiales.
En la figura 1 representa estos cuatro estados de la saturación del agregado, de acuerdo al estado en
que se encuentra uno ya otro se hace la corrección y ajuste del diseño de mezcla. En el caso de que el
material a emplear se encuentre en condiciones húmedas, hay que rebajar la cantidad de agua de
amasado que incorpora a la mezcla y en los casos de estar absolutamente seco o parcialmente seco
se debe incrementar la cantidad de agua de amasado, en la media que sea necesaria.
Figura 1
Estados de saturación del agregado
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Según lo anterior la capacidad de absorción de las partículas de agregado se puede determinar
fácilmente por la diferencia de pesos, entre el saturado y superficialmente seco, expresado como un
porcentaje de la masa seca.
% Absorción = ( Pss – Ps) / Ps * 100
Dónde:
Psss = masa de la muestra saturada y superficialmente seca
Ps = masa seca de la muestra
Masa unitaria:
La conexión entre la masa del material que cabe en un determinado recipiente y el volumen de ese, da
una cifra llamada masa unitaria, si la colocación del agregado dentro del recipiente se ha hecho por
simple efecto de la gravedad , desde una cierta altura de caída, se denomina masa unitaria suelta.
Cuando la colocación se ha hecho en capas, posteriormente compactadas por golpes de una barra
metálica, se le nombra masa unitaria compacta.
La masa unitaria compacta es otro buen índice para conocer la calidad del agregado, puesto que
cuanto mejor sea la granulometría mayor es su valor numérico, en general las partículas cuya forma se
aproxima a la cubica o a la esférica producen mayor masa unitaria.
Se utiliza un recipiente que tenga entre 5 y 10 litros de capacidad. Este recipiente se llena con tres
capas de agregado y cada una de ellas se compacta para que el material quede bien acomodado,
finalmente se nivela con la parte superior del recipiente y se mide la masa dividiéndola por el volumen
logrado la masa unitaria apisonada.
Las masas unitaria sueltas pueden servir para relacionarlos con la densidad y dar una idea del volumen
natural de vacios que produce el agrado en su acomodo y al mismo tiempo es relacionado con
aspectos de la forma y textura.
Determinación de la materia orgánica:
La materia orgánica es una de la sustancia perjudicial en la arena y debe conocerse su contenido ya
que afecta la hidratación del cemento y si esta presente en alto grado, puede bajar la resistencia del
concreto.
22
Los agregados expuesto al peligro de arrastrar este tipo nocivo de sustancia pueden provenir de áreas
ganaderas o de cierta clase de cultivos, o bien donde se produzca concentración de ácidos tánico o
húmico, derivado de la abundancia de follaje.
Cuando debido al tamaño y al color de las particular de arena no es posible detecta la presencia de
materia orgánica, a simple vista, se acostumbra emplear un ensayo muy fácil, se toma un frasco de
unos 400 centímetros cúbicos de capacidad y se llena hasta la mitad con arena y luego se agrega una
solución al 3% de soda caustica en 97 centímetros cúbicos de agua se disuelve 3 gramos de arena, se
tapa el frasco y se agita bien. Luego se deja en reposo y al día siguiente se observa el color de la
solución, si es incolora, amarilla o ámbar no hay peligro con la materia orgánica. Si la coloración es
ámbar intenso o francamente oscuro, lo más probable es que la arena contenga materia orgánica.
2.1.9 PROPIEDADES MECÁNICAS
a. Resistencia
La resistencia del concreto no puede ser mayor que la de los agregados; la textura la estructura y
composición de las partículas del agregado influyen sobre la resistencia.
Si los granos de los agregados no están bien cementados unos a otros consecuentemente serán
débiles. La resistencia al chancado o compresión del agregado deberá ser tal que permita la
resistencia total de la matriz cementante.
b. Tenacidad
Esta característica esta asociada con la resistencia al impacto del material. Esta directamente
relacionada con la flexión, angularidad y textura del material.
c. Dureza
Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la erosión abrasión o en general al
desgaste. La dureza de las partículas depende de sus constituyentes.
Entre las rocas a emplear en concretos éstas deben ser resistentes a procesos de abrasión o erosión
y pueden ser el cuarzo, la cuarcita, las rocas densas de origen volcánico y las rocas silicosas.
d. Módulo de elasticidad
Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la deformación elástica, considerándosele
como una medida de la resistencia del material a las deformaciones.
El módulo elástico se determina en muy inusual su determinación en los agregados sin embargo el
concreto experimentara deformaciones por lo que es razonable intuir que los agregados también
deben tener elasticidades acordes al tipo de concreto. El valor del modulo de elasticidad además
influye en el escurrimiento plástico y las contracciones que puedan presentarse.
23
CAPÍTULO III
AGUA PARA EL CONCRETO
3.1 GENERALIDADES
Prácticamente cualquier agua natural que sea potable y no presente fuerte sabor u olor se la puede
usar como agua de mezcla (de mezclado, de amasado) para la preparación del concreto. Sin
embargo, también se pueden emplear en concreto algunas aguas que no se consideran potables. La
Tabla 3.1 muestra seis análisis típicos de abastecimiento (suministro) de agua de algunas ciudades y
agua de mar. Estas aguas poseen composición similar al agua de abastecimiento doméstico para la
mayoría de las ciudades con más de 20,000 personas en los EE.UU. y Canadá. El agua de
cualquiera de estas fuentes es adecuada para la preparación de concreto. Una fuente de agua con
análisis equivalente a cualquiera de las aguas en la tabla es probablemente satisfactoria para el uso
en concreto (Fig. 3.1). La Tabla 3-2 presenta las normas que tratan específicamente de la calidad del
agua para empleo en morteros concretos.
Tabla 3.1. Análisis Típicos del Agua de Abastecimiento de Las Ciudades y Agua de Mar, Partes
Por Millón
3.2 Ensayos sobre el agua
3.3 Diferentes tipos de agua para el concreto
Tabla 3-2. Normas de la Calidad del Agua para Empleo en Morteros y Concretos
24
Se puede emplear agua dudosa en el concreto, pero se debe verificar su desempeño. Por ejemplo,
se aconseja que los cubos de mortero (ASTM C 109 o AASHTO T 106) preparados con el agua
dudosa tengan la resistencia a los 7 días igual a por lo menos 90% de la resistencia de los
especímenes de referencia preparados con agua potable o agua destilada. Además, se debe
garantizar a través de ensayos del tiempo de fraguado que las impurezas en el agua de amasado no
van a disminuir o aumentar adversamente el tiempo de fraguado del cemento.
ASTM C 94 (AASHTO M 157) y AASHTO T 26 presentan criterios de aceptación para el agua que
será usada en el Concreto (Tablas N del concreto, sino también puede causar eflorescencias,
manchado, corrosión del refuerzo, inestabilidad del volumen y reducción de la durabilidad. Por lo
tanto, se pueden establecer ciertos límites opcionales para cloruros, sulfatos, álcalis y sólidos en el
agua de mezcla o se pueden realizar ensayos adecuados para la determinación del efecto de las
impurezas sobre varias propiedades. Algunas impurezas pueden tener un pequeño efecto sobre la
resistencia y el tiempo de fraguado y aun afectar la durabilidad y otras propiedades.
Tabla 3-3. Criterios de Aceptación para Abastecimiento de Aguas Dudosas (ASTM C 94 o
AASHTO M 157)
Tabla 3-4. Límites Químicos para Aguas de Lavado Usadas con Agua de Mezcla (ASTM C 94 o
AASHTO M 157)
25
3.2 ENSAYOS SOBRE EL AGUA
Con el objeto de evaluar la calidad del agua para la producción de concreto, se deben efectuar
ensayos que permitan verificar que no se modifica ni el tiempo de fraguado ni la resistencia.
Si los valores obtenidos con el agua en prueba están por fuera de los límites es posible que se cause
perjuicio al concreto y por lo tanto se debe buscar otra fuente de suministro, si la resistencia es
menor al 90% pero superior al 80% de la resistencia se debe contemplar la modificación de las
proporciones de la mezcla.
A continuación se detalla en la tabla los efectos negativos sobre el concreto si se superan los valores límites permisibles de sustancia en las aguas.
Impurezas Fraguado Endurecimiento Eforescencias Corrosión Adherencia Expansión Aire incluido Hidratación
P.H. X X O O O O O O
Sustancias Solubles X X X X X O O O
Sulfatos X X X X X X O O
Cloruros X X X X O O O O
Hidratos de Carbono X X O O O O O O
Sustancias Organicas
Solubles en Eter
X Causa efecto negativo O no causa efecto negativo
X XX X O O O O
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También para los controles y ensayos del agua se deben respetar ciertos parámetros en los análisis, a
continuación se detalla una tabla en la cual están los valores permisibles para la utilización, dichos
calores van a depender de la procedencia del agua, ya que si proviene de la industria habría que
realizar un tratamiento de aguas para utilizarlos en las mezclas de concreto:
TIPO DE IMPUREZA VALOR MÁXIMO RECOMENDADO
Acidos Inorganicos (acido sulfurico) 10000 ppm
Aceite Mineral (por masa de cemento) 2%
Aguas con Algas NO RECOMENDABLE
Agua de Mar:
*Para concreto no reforzado 35000 ppm
*Para concreto pretensado o reforzado NO RECOMENDABLE
Aguas Sanitarias 20 ppm
Azucar 500 ppm³
Carbonato de Calcio y Magnesio 400 ppm
Carbonatos y Bicarbonatos de sodio y potasio 1000 ppm³
Cloruro de Calcio 30000 ppm
Cloruro de Magnesio 40000 ppm
Cloruros:
*Estructura con bajo potencial de corrosion y
condiciones secas 20000 ppm
*Concreto Pretensado 500 ppm
*Estructuras con elementos galvanizados y de
aluminio 1000 ppm
Hidroxido de Potasio (por masa de cemento) 1.2%
Hidroxido de Sodio (por masa de cemento) 0.50%
Particulas en Suspension 2000 ppm
pH6-8
Sales de Hierro 40000 ppm
Sales de Magnesio, estaño,zinc,cobre y plomo 500 ppm
Sulfato de Magnesio 25000 ppm
Sulfato de Sodio 10000 ppm
Sulfito de Sodio 100 ppm
NOTA: El contenido maximo de iones combinados de calcio, magnesio,sodio,potasio,
bicarbonato, sulfato,cloruro,nitrato y carbonato es de 20000 ppm.
27
3.3 DIFERENTES TIPOS DE AGUA PARA EL CONCRETO
3.3.1 CARBONATO ALCALINO Y BICARBONATO
Los carbonatos y los bicarbonatos de sodio y potasio tienen diferentes efectos sobre el tiempo de
fraguado de diferentes cementos. El carbonato de sodio puede causar fraguado rápido, el
bicarbonato puede tanto acelerar como retardar el fraguado. Estas sales, cuando se encuentran en
grandes concentraciones, pueden reducir la resistencia del concreto. Cuando la suma de las sales
disueltas excede a 1000 ppm, se hacen necesarios ensayos para el estudio de su influencia sobre la
resistencia y el tiempo de fraguado. También se debe considerar la posibilidad de la ocurrencia de
reacciones álcali-agregado fuerte.
3.3.2 CLORURO
El efecto adverso de los iones cloruro sobre la corrosión de la armadura (refuerzo) es la principal
razón de preocupación a respecto del contenido de cloruros en el agua usada para la preparación del
concreto. Los iones cloruro atacan el filme (capa) de óxido protector que se forma sobre el acero
resultante de la alta alcalinidad (pH mayor que 12.5) presente en el concreto. El nivel de iones
cloruros solubles en ácido, en el cual la corrosión empieza en el concreto, es de aproximadamente
del 0.2% al 0.4% en peso de cemento (0.15% al 0.3% soluble en agua). Del total del contenido de
iones cloruro en el concreto, sólo aproximadamente del 50% al 85% es soluble en agua. El resto
combina químicamente en las reacciones del cemento.
Los cloruros se introducen en el concreto con los ingredientes de la mezcla (aditivos, agregados,
materiales Cementantes y agua de mezcla) o a través de la exposición a las sales anticongelantes,
agua de mar o aire cargado de sales en ambientes marinos. Es difícil el establecimiento de límites
aceptables del contenido de cloruros para cualquiera de los ingredientes, tal como el agua, pues hay
muchas fuentes de iones de cloruro en el concreto. Un límite aceptable depende principalmente del
tipo de estructura y del medio al cual esté expuesta durante su vida útil (Vida de servicio). Una alta
concentración de sólidos disueltos en el agua natural se debe al alto contenido de cloruro de sodio o
sulfato de calcio. Ambos se pueden tolerar en grandes cantidades. La concentración de 20,000 ppm
de cloruro de sodio es tolerable en el concreto que se mantendrá seco durante su vida y tiene bajo
potencial de corrosión. El agua empleada en el concreto pretensado (pres fuerzo, pres forzado,
pretensado, pre comprimido) o en el concreto que vaya a tener elementos de aluminio embebidos, no
debe contener cantidades nocivas de iones cloruro. La contribución de los cloruros de los otros
ingredientes también se debe considerar. Debe evitarse el uso de aditivos a base de cloruro de calcio
en el concreto armado (reforzado). El código de construcción ACI 318 limita el contenido de iones
solubles en agua en el concreto armado en los siguientes porcentajes en peso de cemento:
Concreto pretensado 0.06%.
Concreto reforzado expuesto a cloruros durante su vida 0.15%.
Concreto reforzado que va a ser mantenido seco y protegido de la humedad durante su vida 1.00%.
Otras construcciones en concreto reforzado 0.30%.
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3.3.3 SULFATO
La preocupación a respecto del alto contenido de sulfato en el agua usada para la preparación del
concreto se debe a las reacciones expansivas potenciales y al deterioro por el ataque de sulfatos,
principalmente en áreas donde el concreto será expuesto a suelos o aguas con alto contenido de
sulfatos. No obstante, se han usado satisfactoriamente aguas de mezcla conteniendo 10,000 ppm de
sulfato de calcio.
3.3.4 SALES DE HIERRO
Las aguas subterráneas naturales raramente contienen más de 20 a 30 ppm de hierro, sin embargo
las aguas ácidas de mina pueden contener grandes cantidades de hierro. Las sales de hierro en
concentraciones de hasta 40,000 ppm normalmente no afectan las resistencias del concreto.
3.3.5 DIVERSAS SALES INORGÁNICAS
Las sales de manganeso, estaño, cinc, cobre y plomo en el agua de mezclado pueden causar una
significante reducción de la resistencia y grandes variaciones del tiempo de fraguado. De éstas, las
sales de cinc, cobre y plomo son las más activas. Las sales yodato de sodio, fosfato de sodio,
arseniato de sodio y borato de sodio son especialmente activas como retardadores (retardantes).
Todas ellas pueden retardar muchísimo tanto el tiempo de fraguado como también el desarrollo de la
resistencia, siempre que estén en concentraciones de pocas décimas de porcentuales del peso del
cemento. Normalmente, se pueden tolerar concentraciones de hasta 500 ppm de estas sales en el
agua usada para la preparación del concreto. El sulfuro de sodio es otra sal que puede ser perjudicial
al concreto, incluso requiere análisis en una concentración de sólo 100 ppm.
3.3.6 AGUA DEL MAR
El agua del mar, con una concentración de sales disueltas de hasta 35,000 ppm, normalmente es
adecuada para el uso como agua de mezclado del concreto que no contenga acero.
Aproximadamente 78% de la sal es cloruro de sodio y 15% es cloruro y sulfato de magnesio. Aunque
la resistencia temprana del concreto preparado con agua de mar pueda ser más elevada que la
resistencia del concreto normal, la resistencia a edades mayores (después de 28Días) puede ser
menor. Esta reducción de la resistencia se puede compensar con la reducción de la relación agua-
cemento. El agua de mar no es apropiada para la preparación de concreto reforzado con acero y no
se debe usar en concreto pretensado, debido al riesgo de la corrosión de la armadura, principalmente
en ambientes cálidos y húmedos. Si se usa agua de mar para la preparación de concreto sin refuerzo
(sin acero) en aplicaciones marítimas, se deben emplear cementos de moderada resistencia a los
sulfatos y baja relación agua-cemento. El sodio y el potasio de las sales presentes en el agua de
mar, usada en la preparación del concreto, pueden agravar la reactividad álcali-agregado. Por lo
tanto, no se debe usar agua de mar en la mezcla del concreto donde estén presentes agregados
potencialmente reactivos.
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3.3.7 AGUAS ÁCIDAS
La aceptación de aguas ácidas en la mezcla del concreto se debe basar en la concentración de los
ácidos en el agua.
Ocasionalmente, la aceptación se basa en el pH, que es una medida de la concentración de los iones
hidrógenos en una escala logarítmica. El valor de pH es un índice de intensidad y no es la mejor
medida de la reactividad potencial de un ácido o de una base. El pH del agua neutra es 7.0; valores
inferiores a 7.0 indican acidez y valores superiores a 7.0 indican alcalinidad (una base). Normalmente
el agua de mezclado que contiene ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y otros ácidos inorgánicos
comunes en concentraciones de hasta 10,000 ppm no tiene efecto perjudicial sobre la resistencia.
Las aguas ácidas con pH menor que 3.0 pueden crear problemas de manejo y, si posible, se deben
evitar. Los ácidos orgánicos, tal como el ácido tánico, en altas concentraciones pueden tener un
Fuerte efecto sobre la resistencia (Fig. 3.3.7.1).
Fig. 3.3.7.1 Efecto del ácido tánico sobre la resistencia
30
CAPITULO IV
ADITIVOS
4.1 GENERALIDADES
Los aditivos son aquellos ingredientes del concreto que, además del cemento portland, del agua y de los
agregados, se adicionan a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado (Fig. 4-1).
4.2 CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS
Los aditivos se pueden clasificar según sus funciones, como sigue:
1. Aditivos incorporadores de aire (inclusores de aire).
2. Aditivos reductores de agua.
3. Plastificantes (fluidificantes).
4. Aditivos aceleradores (acelerantes).
5. Aditivos retardadores (retardantes).
6. Aditivos de control de la hidratación.
7. Inhibidores de corrosión.
8. Reductores de retracción.
9. Inhibidores de reacción álcali-agregado.
10. Aditivos colorantes.
11. Aditivos diversos, tales como aditivos para mejorar la trabajabilidad (manejabilidad),para
mejorar la adherencia, a prueba de humedad, impermeabilizantes, para lechadas, formadores de
gas, anti-deslave, espumante y auxiliares de bombeo.
Aditivos líquidos, de la izquierda hacia la derecha: aditivo anti- deslave, reductor de retracción, reductor de
agua, agente espumante, inhibidor de corrosión e incorporador de agua
31
La Tabla 1 muestra una clasificación mucho más amplia de los aditivos:
TABLA 1 CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS
32
El concreto debe ser trabajable, de fácil acabado, fuerte, durable, estanco y resistente al desgaste.
Estas calidades se las puede obtener fácil y económicamente con la selección de los materiales
adecuados, preferiblemente al uso de aditivos (a excepción de los inclusores de aire cuando son
necesarios).
Las razones principales para el uso de aditivos son:
1. Reducción del costo de la construcción de concreto;
2. Obtención de ciertas propiedades en el concreto de manera más efectiva que otras;
3. Manutención de la calidad del concreto durante las etapas de mezclado, transporte, colado
(colocación) y curado en condiciones de clima adversas;
4. Superación de ciertas emergencias durante las operaciones de mezclado, transporte, colocación y
curado.
A pesar de estas consideraciones, se debe observar que ningún aditivo de cualquier tipo o en cualquier
cantidad se lo puede considerar como un sustituto de las buenas prácticas de construcción.
La eficiencia de un aditivo depende de factores tales como: tipo, marca y cantidad del material
cementante; contenido de agua; forma, granulometría y proporción de los agregados; tiempo de
mezclado y temperatura del concreto.
Los aditivos para uso en concreto deben cumplir con las especificaciones, como se presenta en la Tabla
1. Las mezclas que se van a ensayar, se las deben producir con los aditivos y materiales usados en las
obras en la temperatura y humedad previstas para la obra. De esta manera, se puede observar la
compatibilidad de los aditivos y de los materiales de la obra, bien como los efectos de los aditivos sobre las
propiedades del concreto endurecido.
33
4.2.1 ADITIVOS INCLUSORES DE AIRE
Los aditivos inclusores de aire (incorporadores de aire) se usan para introducir y estabilizar, de propósito,
burbujas microscópicas de aire en el concreto. El incluso de aire mejora considerablemente la
durabilidad de concretos expuestos a ciclos de congelación-deshielo (hielo-deshielo) (Fig. 2). El aire
incorporado mejora la resistencia del concreto al descascaramiento de la superficie causado por el uso
de productos descongelantes (anticongelantes) (Fig.3). Además, también se mejora la trabajabilidad
del concreto fresco y se reducen o eliminan tanto la segregación como el sangrado (exudación).
El concreto con aire incluido contiene diminutas burbujas de aire distribuidas uniformemente por
toda la pasta de cemento. Se puede producir el aire incorporado en el concreto a través del uso de
cemento con incluso de aire, de aditivos inclusores de aire o de la combinación de ambos métodos.
Un cemento con incluso de aire es un cemento portland con adiciones de incluso de aire, las
cuales se muelen conjuntamente con el clínker durante la fabricación del cemento. Por otro lado, el
aditivo incorporador de aire se lo adiciona directamente a los materiales del concreto antes o durante el
mezclado.
Los ingredientes básicos usados en los aditivos incorporadores de aire se listan en la Tabla 1, bien
como sus especificaciones y los métodos de ensayo. Además de aquellas normas hay también la
ASTM C 233 (AASHTO M 154 y T 157) y la COVENIN 0355. Los inclusores de aire usados en la
producción del cemento con incluso de aire deben cumplir con la ASTM C 226. Los requisitos de los
cementos con incluso de aire se presentan en la ASTM C 150 y AASHTO M 85.
Fig. 2. Daños causados por la congelación (fragmentación) en la juntas de un pavimento
(superior), fisuración por congelación inducida cerca de las juntas (inferior) y ampliación de la vista de
las fisuras
34
Fig. 3
4.2.2 ADITIVOS REDUCTORES DE AGUA
Los aditivos reductores de agua se usan para disminuir la cantidad de agua de mezcla necesaria para
la producción de un concreto con un revenimiento (asentamiento) específico, para reducir la relación
agua-cemento, para disminuir el contenido de cemento y para aumentar el revenimiento. Los reductores
de agua típicos disminuyen el contenido de agua aproximadamente del 5% al 10%.
La adición al concreto del aditivo reductor de agua sin la reducción del contenido de agua puede
producir una mezcla con mayor revenimiento. Sin embargo la tasa de perdida de revenimiento no se
disminuye y en algunos casos se aumenta (figura 4.4) la perdida rápida de revenimiento resulta en
reducción de la trabajabilidad y en menos tiempo para la colocación del concreto.
Con los aditivos reductores de agua normalmente se obtiene un aumento de la resistencia porque se
disminuye relación agua-cemento.
En concretos con los mismos obtenidos de cemento y de aire y revenimiento (asentamiento), la
resistencia a los 28 días de un concreto conteniendo un reductor de agua (y reducción de la cantidad de
agua) puede ser del 10% al 25% mayor que la resistencia de un concreto sin aditivo.
A pesar de la reducción del contenido de agua, los aditivos reductores de agua pueden aumentar la
retracción por secado (contracción por desecación).
35
(Figura 4.4)
Normalmente el efecto del aditivo reductor de agua sobre la contracción (retracción) por secado
es pequeño si lo comparamos a otros factores más significativos que causan la fisuración
(agrietamiento) por contracción en concreto. El uso de reductores de agua para la disminución del
contenido de cemento y de agua, manteniéndose la misma relación agua-cemento, puede
resultar en una resistencia a compresión igual o menor y puede aumentar la pérdida de
revenimiento (asentamiento) en dos o más veces.
Los reductores de agua disminuyen, aumentan o no tienen ningún efecto sobre el sangrado (exudación),
dependiendo de su composición química. La disminución del sangrado (exudación) puede dificultar
las operaciones de acabado de superficies planas cuando las condiciones de secado son rápidas. Los
aditivos reductores de agua se pueden modificar para ofrecer varios grados de retraso, mientras
que otros no afectan considerablemente el tiempo de fraguado. Por ejemplo, el aditivo tipo A de la ASTM
C 494 (AASHTO M 194) puede tener un pequeño efecto sobre el tiempo de fraguado, el tipo E lo
acelera y el tipo D normalmente lo retarda de 1 a 3 horas (Fig. 5). Algunos aditivos reductores de
agua también pueden incorporar aire. Los aditivos a base de lignina pueden aumentar el contenido
de aire en 1% a 2%. Los concretos con reductores de agua habitualmente tienen buena retención de
aire (Tabla 2).
La eficiencia de los reductores de agua es función de su composición química, de la temperatura del
concreto, de la finura y composición del cemento, del contenido de cemento y de la presencia de
otros aditivos. La clasificación y los componentes de los reductores de agua se presentan en la Tabla 6-
1.
Fig. 5. Retraso del fraguado en mezclas con aditivo reductor de agua con relación a la mezcla de control. Los concretos L y H contienen reductores de agua convencionales y los concretos N, M, B y X contienen reductores de agua de alto rango (Whiting y Dziedzic 1992).
36
Tabla 2. Pérdida de Aire en Mezclas de Concreto con Reducido Contenido de Cemento
4.2.3 REDUCTORES DE AGUA DE MEDIO RANGO
Los reductores de agua de medio rango se emplearon por primera vez en 1984. Estos aditivos
proporcionan una reducción significativa de la cantidad de agua (entre 6 y 12%) para concretos con
revenimiento (asentamiento) de 125 a 200 mm (5 a 8 pulg.), sin el retraso asociado a altas
Dosificaciones de reductores de agua convencionales (normales). Los reductores de agua
normales se indican para concretos con revenimiento (asentamiento) de 100 a 125 mm (4 a 5 pulg.). Se
puede usar el reductor de agua de medio rango para reducir la viscosidad y facilitar el acabado,
mejorar la bombeabilidad y facilitar la colocación de concretos conteniendo humo de sílice y otros
materiales cementantes suplementarios. Algunos de estos aditivos pueden incorporar aire y se los
puede usar en concretos con bajo revenimiento.
4.2.4 REDUCTORES DE AGUA DE ALTO RANGO
Los aditivos reductores de agua de alto rango (aditivos de alta actividad, aditivos de alto efecto) se pueden usar para conferir al concreto las mismas propiedades obtenidas por los aditivos reductores de agua normales, pero con mayor eficiencia. En la ASTM C 494 (AASHTO M 194), corresponden a los tipos F (reductor de agua) y G (reductor de agua y retardador de fraguado).
Generalmente la demanda de agua y el contenido de cemento y pueden producir concretos con
baja relación agua-cemento, alta resistencia y trabajabilidad normal o alta. Esta reducción de la
demanda de agua está entre 12% y 30%, lo que permite producir concretos con: (1) resistencia a
compresión última mayor que 715 kg/cm2 o 70 MPa (10,000 lb/pulg2), (2) desarrollo mayor de las
resistencias tempranas, (3) menor penetración de los iones cloruro y (4) otras propiedades benéficas
asociadas a baja relación agua- cemento del concreto (Fig. 6). Los aditivos reductores de agua de alto
rango normalmente son más eficientes en la mejora de la trabajabilidad del concreto que los aditivos
reductores de agua regulares. La gran reducción del contenido de agua puede disminuir
considerablemente el sangrado (exudación).
Resultando en dificultades de acabado en superficies planas cuando hay secado rápido. Algunos de
estos aditivos pueden causar una gran pérdida de revenimiento (asentamiento) (Fig. 7) y también un
gran retraso del tiempo de fraguado, lo que puede agravar la fisuración por contracción (retracción)
plástica si no hay protección y curado correctos. (Fig. 6).
37
Otras propiedades de los concretos con reductores de agua de alto rango, tales como contracción por
secado, permeabilidad a cloruros, retención de aire (Tabla 3) y desarrollo de resistencia, son
comparables con aquéllas de los concretos sin los aditivos plastificantes de alto rango, pero con la
misma relación agua-cemento (reducción del contenido de cemento y de agua) (Fig. 8).
(Fig. 6)
Fig. 7. Pérdida del revenimiento a 23°C (73°F) de mezclas conteniendo reductores de agua de alto
rango (N, M, B y X) comparadas con la mezcla de control (C)
Fig. 8. Desarrollo de resistencia a compresión de: mezcla de control (C) y
concretos con reductores de agua de alto rango (N, M y X)
38
4.2.5 SUPERPLASTIFICANTES PARA CONCRETOS
FLUIDOS
Estos aditivos se adicionan al concreto de revenimiento y relación agua-cemento de bajo a normal para producir un concreto fluido, con alto revenimiento (asentamiento) (Fig. 9). El concreto fluido o plástico es un concreto con consistencia bien fluida, pero trabajable, y que se puede colocar con poca o ninguna vibración o compactación mientras que se lo mantiene prácticamente libre de sangrado (exudación) o segregación excesivas. Algunas aplicaciones para el concreto fluido son: (1) colado de concreto en secciones muy delgadas (Fig. 10), (2) áreas con poco espaciamiento del acero (refuerzo) de refuerzo, (3) colado bajo el agua, (4) concreto bombeado, para reducir la presión de bombeo, (5) áreas donde no se pueden usar los métodos convencionales de consolidación y (6) para la reducción de los costos de manejo. La adición de los superplastificantes en concretos con revenimiento de 75 mm (3 pulg.) Permite que se produzca un concreto con revenimiento de 230 mm (9 pulg.). El concreto fluido se define por la ASTM C 1017 como un concreto
que tiene un revenimiento mayor que 190 mm (71⁄2 pulg.), pero todavía mantiene sus propiedades cohesivas.
Fig. 9. El concreto fluido con alto revenimiento (superior) se coloca fácilmente (medio),
incluso en áreas con alta congestión de armadura (inferior).
39
Fig. 10. El concreto fluido con plastificantes se coloca fácilmente en secciones delgadas, tales
como este revestimiento unido que no es más espeso que 11⁄2 diámetro de una moneda de cuarto de
dólar (aproximadamente 4 cm)
Las normas ASTM C 1017, IRAM 1663, Nch2182of1995, NMX C 255 y NTP 334.088, entre otras,
proporcionan dos tipos de aditivos superplastificantes, (1) superplastificante y (2) superplastificantes y
retardadores. Los aditivos súper plastificantes normalmente son más eficientes para producir
concretos fluidos que los aditivos reductores de agua regulares y de medio rango. El efecto de ciertos
súper plastificantes en el aumento de la trabajabilidad o en la producción de concretos fluidos es
corto, de 30 a 60 minutos, siendo que a este periodo se sigue una pérdida rápida de trabajabilidad o
pérdida de revenimiento (asentamiento) (Fig. 11). Las altas temperaturas también pueden
agravar la pérdida de revenimiento. Debido a su tendencia de pérdida de revenimiento, estos aditivos
algunas veces se los añade al concreto en la mezcladora (hormigonera) en la obra. Estos
aditivos están disponibles en la forma de líquido y de polvo. Los aditivos para la extensión de la vida
de los superplastificantes, adicionados en las plantas mezcladoras, ayudan a reducir los problemas de
pérdida de revenimiento.
Fig. 11. Pérdida del revenimiento a 32°C (90°F) en concretos fluidos (TN, TM,
TB y TX) comparados con mezclas de control
40
4.2.6 ADITIVOS RETARDADORES
Los aditivos retardadores (retardantes) se usan para retrasar la tasa de fraguado del concreto.
Pero hay otras maneras de hacerlo. Uno de los métodos más prácticos es la reducción de la
temperatura del concreto a través del enfriamiento del agua de la mezcla y/o de los agregados. Esto
porque las temperaturas elevadas del concreto fresco (30°C [86°F]) normalmente son la causa del
aumento de la tasa de endurecimiento, que torna la colocación y el acabado del concreto más
difíciles. Los retardadores no disminuyen la temperatura inicial del concreto, en cambio aumentan la
tasa de sangrado (exudación) y la capacidad de sangrado del concreto.
Los aditivos retardadores son muy útiles para extender el tiempo de fraguado del concreto, pero
también se usan para disminuir la pérdida de revenimiento y extender la trabajabilidad,
especialmente antes de la colocación del concreto en ambientes con altas temperaturas. El error de
este enfoque se enseña en la Figura 12, donde la adición del retardador resultó en un aumento de la
tasa de pérdida de revenimiento comparativamente con los concretos de control.
Los retardadores algunas veces se usan para: (1) compensar el efecto acelerador de la temperatura
sobre el fraguado del concreto; (2) retardar el fraguado inicial del concreto o de la lechada cuando
ocurren condiciones de colocación difíciles o poco usuales, tales como el colado del concreto en
pilares o cimentaciones de gran tamaño, la cementación de pozos de petróleo o el bombeo de
concreto o lechadas a grandes distancias o, (3) retrasar el fraguado para la ejecución de técnicas de
acabado especiales, tales como superficies con agregados expuestos.
Fig. 12. Pérdida del revenimiento, en varias temperaturas, de concretos convencionales preparados con y sin aditivos retardadores de fraguado (Whiting y Dziezic 1992).
41
La reducción del agua obtenida con el aditivo retardador tipo B ASTM C 494 (AASHTO M 194) es
normalmente menor que aquélla obtenida con el reductor de agua tipo A. Los aditivos tipo D se crearon para dar ambos, reducción y retraso.
En general, alguna reducción en la resistencia a edades tempranas (de uno a tres días) puede acompañar el uso de los retardadores. Los efectos de estos materiales sobre otras propiedades del concreto, tales como contracción (retracción), pueden ser impredecibles. Por lo tanto, se deben hacer ensayos de aceptación de los retardadores con los materiales de la obra bajo las condiciones de la obra.
4.2.7 ADITIVOS DE CONTROL DE LA HIDRATACIÓN
Los aditivos de control de la hidratación se tornaron disponibles al final de los años 80. Consisten en un sistema químico de dos partes: (1) un estabilizador o retardador que básicamente detiene la
hidratación de los materiales cementantes y (2) un activador que, cuando es adicionado al concreto estabilizado, restablece la hidratación y el fraguado normales. El estabilizador puede suspender la
hidratación por 72 horas y el activador se adiciona al concreto poco antes de que se lo use. Estos aditivos pueden suspender el fraguado por toda la noche, posibilitando la reutilización de concretos
retornados al camión de concreto premezclado. Este aditivo también es útil en la manutención del concreto estabilizado, sin endurecer, durante el transporte por largos periodos. En este caso, se
reactiva el concreto cuando llega a la obra. Este aditivo actualmente no tiene una norma de especificación.
4.2.8 ADITIVOS ACELERADORES
Los aditivos aceleradores (acelerantes) se usan para acelerar la tasa de hidratación (fraguado) y el
desarrollo de la resistencia del concreto en edades tempranas. El desarrollo de la resistencia del concreto también se puede acelerar por otros métodos: (1) usando el cemento de alta resistencia inicial, (2)
bajando la relación agua-cemento, a través de la adición de 60 a 120 kg/m3 (100 a 200 lb/yd3) de cemento, (3) usando un reductor de agua o (4) curando el concreto a altas temperaturas.
El cloruro de calcio (CaCl2) es el compuesto químico más comúnmente empleado en aditivos
aceleradores, especialmente en concretos sin armadura (refuerzo) y debe cumplir con los requisitos de la ASTM D 98 (AASHTO M144) y NMX C 356.
El uso difundido de los aceleradores a base de cloruro de calcio ha proporcionado muchos datos y
experiencia sobre su efecto sobre las propiedades del concreto. Además de acelerar el desarrollo de resistencia, el cloruro de calcio promueve un aumento de la contracción por secado, corrosión
potencial de la armadura, decoloración (oscurecimiento del concreto) y un aumento del potencial de descascaramiento.
El cloruro de calcio no es un agente anticongelante. Si es usado en las cantidades permitidas, el
cloruro de calcio no va a reducir el punto de congelación del concreto más que unos pocos grados. Los
intentos de proteger el concreto de la congelación por este método son imprudentes. En vez de esto, se
deben tomar precauciones comprobadamente fiables durante el clima frío,
Cuando es usado, el cloruro de calcio se debe añadir al concreto en la forma de solución, como parte del
agua de mezcla. Si es adicionado en la forma de hojuelas secas, ni todas las partículas secas se
van a disolver durante el mezclado. Los terrones no disueltos pueden causar reventones,
descascarillamiento o manchas oscuras en el concreto endurecido.
La cantidad de cloruro de calcio adicionada al concreto no debe ser mayor que la necesaria para la
producción de los efectos deseados y nunca mayor que 2% de la masa del material cementante. Al
calcularse el contenido de cloruro de los cloruros de calcio comercialmente disponibles, se puede
asumir que:
1. Una hojuela regular contiene un mínimo de 77% de CaCl2
42
2. La hojuelas concentradas, en la forma de esferas o en la forma granular, contienen un mínimo de 94% de CaCl2 Una sobredosis puede resultar en problemas en el colado (colocación), en endurecimiento rápido, en un gran aumento de la contracción (retracción) por secado, en corrosión del refuerzo y en pérdida de resistencia a lo largo del tiempo y, por lo tanto, puede ser perjudicial al concreto.
Se recomienda prudencia en el uso de cloruro de calcio en las siguientes condiciones:
1. Concretos sujetos al curado a vapor.
2. Concretos que tengan metales distintos inmersos, principalmente si estuvieren conectados a la
armadura de refuerzo.
3. Losas de concreto soportadas por cimbras (encofrados) permanentes de acero galvanizado.
4. Concretos coloridos.
No se deben usar cloruros de calcio o aditivos conteniendo cloruros solubles en los siguientes casos:
1. Construcción de estacionamientos.
2. En concreto pretensado debido al riesgo de la corrosión del acero.
3. En concreto con aluminio inmerso (por ejemplo tubo- conductos), pues puede ocurrir corrosión
severa del aluminio, especialmente si el aluminio está en contacto con la armadura inmersa de acero
y el concreto está en un ambiente húmedo.
4. En concreto que contenga agregados que, bajo las condiciones de ensayos normalizados,
se han mostrado potencialmente reactivos.
5. En concreto expuesto a suelos o agua que contengan sulfatos.
6. En losas de pisos que se van a acabar en seco con llanas (fratas, flotas) metálicas.
7. Durante el clima caluroso en general.
8. En la colocación de concretos masivos
La Tabla 4 presenta las recomendaciones del ACI 318 código de construcción para el contenido máximo
de iones cloruro para la protección contra la corrosión de la armadura pretensada y de la de refuerzo.
Tabla 4 Contenido Máximo de Iones Cloruro para la Protección de la Armadura contra la Corrosión*
43
CAPITULO V
CEMENTO PORTLAND
5.1 GENERALIDADES
Los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos hidráulicos
de calcio (Fig. 5.1). Los cementos hidráulicos fraguan y endurecen por la reacción química con el
agua. Durante la reacción, llamada hidratación, el cemento se combina con el agua para formar una
masa similar a una piedra, llamada pasta. Cuando se adiciona la pasta (cemento y agua) a los
agregados (arena y grava, piedra triturada piedra machacada, pedrejón u otro material granular), la
pasta actúa como un adhesivo y une los agregados para formar el concreto, el material de construcción
más versátil y más usado en el mundo.
La hidratación empieza cuando el cemento entra en contacto con el agua (figura 5.2). En la superficie
de cada partícula de cemento se forma una capa fibrosa que gradualmente se propaga hasta que se
enlace con la capa fibrosa de otra partícula de cemento o se adhiera a las substancias adyacentes. El
crecimiento de las fibras resulta en rigidización, endurecimiento y desarrollo progresivo de resistencia.
La rigidización del concreto puede reconocerse por la pérdida de trabajabilidad, la cual normalmente ocurre
después de 3
Fig. 5.1. El cemento portland es un polvo fino que cuando se mezcla con el agua se convierte
en un pegamento que mantiene los agregados unidos en el concreto.
Fig. 5.2. Micrografías electrónicas de (izquierda) silicato dicálcico hidratado, (medio) silicato
tricálcico hidratado y (derecha) cemento portland normal hidratado. Observe la
naturaleza fibrosa de los productos hidratos de silicato de calcio. Fragmentos rotos de
cristalitas de hidróxido de calcio angular también están presentes (derecha). La unión de las
fibras y la adhesión de las partículas de hidratación son responsables por el desarrollo de
la resistencia de las pasta de cemento portland.
44
5.2 HISTORIA DEL CEMENTO PORTLAND
Hasta el siglo XVIII puede decirse que los únicos conglomerantes empleados en la construcción fueron los yesos y las
cales hidráulicas, sin embargo, es durante este siglo cuando se despierta un interés notable por el conocimiento de los
cementos. John Smeaton, ingeniero de Yorkshire (Inglaterra), al reconstruir en 1758 el faro de Eddystone en la costa
de Cornish, se encuentra con que los morteros formados por la adición de una puzolana a una caliza con alta
proporción de arcilla eran los que mejores resultados daban frente a la acción de las aguas marinas y que la presencia
de arcilla en las cales, no sólo las perjudicaba sino que por el contrario, las mejoraba, haciendo que estas cales
fraguasen bajo el agua y que una vez endurecidas fuesen insolubles en ella.
Puede decirse con acierto que el primer padre del cemento fue Vicat a él se debe el sistema de fabricación que se
sigue empleando en la actualidad y que propuso en 1817. Vicat fue un gran investigador y divulgador de sus trabajos;
en 1818 publicó su "Recherches experimentales" y en 1928 "Mortiers et ciments calcaires". En estos trabajos marca la
pauta a seguir en la fabricación del cemento por medio de mezclas calizas y arcillas dosificadas en las proporciones
convenientes y molidas conjuntamente. El sistema de fabricación que empleó Vicat fue el de vía húmeda y con él
marcó el inicio del actual proceso de fabricación. Este gran científico en 1853 empieza a estudiar la acción destructiva
del agua de mar sobre el mortero y hormigón. En 1824, Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el
nombre de cemento portland y patentaba un material pulverulento que amasado con agua y con arena se endurecía
formando un conglomerado de aspecto parecido a las calizas de la isla de Portland. Probablemente, el material
patentado por Aspdin era una caliza hidráulica debido, entre otras cosas, a las bajas temperaturas empleadas en la
cocción.
En 1838 Brunel emplea por primera vez un cemento procedente de la fábrica de Aspdin en el que se había logrado una
parcial sinterización por elección de una temperatura adecuada de cocción. Este cemento se aplicó en la construcción
de un túnel bajo el río Támesis en Londres. Puede decirse que el prototipo del cemento moderno fue producido a
escala industrial por Isaac Johnson quien en 1845 logra conseguir temperaturas suficientemente altas para clinkerizar a
la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia prima. El intenso desarrollo de la construcción de ferrocarriles,
puentes, puertos, diques, etc., en la segunda mitad del siglo XIX, da una importancia enorme al cemento y las fábricas
de éste, especialmente las de cemento natural, empiezan a extenderse por doquier. Es a partir de 1900 cuando los
cementos portland se imponen en las obras de ingeniería y cuando empieza un descenso veloz del consumo de
cementos naturales. Actualmente, el cemento portland ha llegado a una gran perfección y es el material industrializado
de construcción de mayor consumo Se puede decir que el cemento es el alma del hormigón, yendo destinada,
prácticamente, toda su producción a en lazar piedras sueltas para crear el material pétreo que conocemos como
hormigón. Hasta el siglo XVIII puede decirse que los únicos conglomerantes empleados en la construcción fueron los
yesos y las cales hidráulicas, sin embargo, es durante este siglo cuando se despierta un interés notable por el
conocimiento de los cementos. John Smeaton, ingeniero de Yorkshire (Inglaterra), al reconstruir en 1758 el faro de
Eddystone en la costa de Cornish, se encuentra con que los morteros formados por
la adición de una puzolana a una caliza con alta proporción de arcilla eran los que mejores resultados daban frente a la
acción de las aguas marinas y que la presencia de arcilla en las cales, no sólo las perjudicaba sino que por el contrario,
las mejoraba, haciendo que estas cales fraguasen bajo el agua y que una vez endurecidas fuesen insolubles en ella.
Puede decirse con acierto que el primer padre del cemento fue Vicat a él se debe el sistema de fabricación que se
sigue empleando en la actualiad y que propuso en 1817. Vicat fue un gran investigador y divulgador de sus trabajos; en
1818 publicó su "Recherches experimentales" y en 1928 "Mortiers et ciments calcaires". En estos trabajos marca la}
pauta a seguir en la fabricación del cemento por medio de mezclas calizas y arcillas dosificadas en las proporciones
convenientes y molidas conjuntamente. El sistema de fabricación que empleó Vicat fue el de vía húmeda y con él
marcó el inicio del actual proceso de fabricación. Este gran científico en 1853 empieza a estudiar la acción destructiva
del agua de mar sobre el mortero y hormigón. En 1824, Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el
nombre de cemento portland y patentaba un material pulverulento que amasado con agua y con arena se endurecía
formando un conglomerado de aspecto parecido a las calizas de la isla de Portland. Probablemente, el material
patentado por Aspdin era una caliza hidráulica debido, entre otras cosas, a las bajas temperaturas empleadas en la
cocción. En 1838 Brunel emplea por primera vez un cemento procedente de la fábrica de Aspdin en el que se había
logrado una parcial sinterización por elección de una temperatura adecuada de cocción. Este cemento se aplicó en la
construcción de un túnel bajo el río
Támesis en Londres. Puede decirse que el prototipo del cemento moderno fue producido a escala industrial por Isaac Johnson quien en 1845 logra conseguir temperaturas suficientemente altas para clinkerizar a la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia prima. El intenso desarrollo de la construcción de ferrocarriles, puentes, puertos, diques, etc., en la segunda mitad del siglo XIX, da una importancia enorme al cemento y las fábricas de éste, especialmente
las de cemento natural, empiezan a extenderse por doquier. Es a partir de 1900 cuando los
45
cementos portland se imponen en las obras de ingeniería y cuando empieza un descenso veloz del consumo de cementos naturales.
Actualmente, el cemento portland ha llegado a una gran perfección y es el material industrializado de construcción de mayor consumo Se puede decir que el cemento es el alma del hormigón, yendo destinada, prácticamente, toda su producción a en lazar piedras sueltas para crear el material pétreo que conocemos como hormigón.
5.3 PRODUCCIÓN DEL CEMENTO PORTLAND
El cemento portland se produce por la pulverización del clínker, el cual consiste principalmente en
silicatos de calcio hidráulicos. El clínker también contiene algunos aluminatos de calcio y ferro
aluminatos de calcio y una o más formas de sulfato de calcio (yeso) que se muele conjuntamente con el
clínker para la fabricación del producto final.
Los materiales usados para la producción del cemento portland deben contener cantidades
apropiadas de los compuestos de calcio, sílice, alúmina e hierro. Durante la fabricación, se hace
análisis químico frecuente de todos los materiales para garantizarse una calidad alta y uniforme del
cemento.
TABLA 5.2.1 Fuentes de las Materias Primas Usadas y la Fabricación del Cemento
Portland
Las materias primas seleccionadas (Tabla 5.2.1) se transportan de la cantera se trituran se muelen y se dosifican de tal manera que la harina resultante tenga la composición deseada. La harina cruda es generalmente una mezcla de material calcáreo (carbonato de molienda y mezcla se efectúan con los materiales secos, ya en el proceso vía húmeda los materiales se mezclan con agua en la forma de lechada. En otros aspectos, el proceso seco y el proceso húmedo son muy similares. Ilustra desarrollos tecnológicos importantes, los cuales pueden mejorar considerablemente la productividad y la eficiencia energética de las plantas con proceso seco.
Después del mezclado, se alimenta la materia prima molida en la parte superior del horno. La harina cruda pasa a lo largo del horno en una tasa controlada por la inclinación y la velocidad de rotación del
horno. El combustible (carbón, aceite nuevo o reciclado, fuel-oil, gas natural, llantas de goma y
subproductos) se fuerza hacia la parte inferior del horno donde las temperaturas de 1400°C a 1550°C
cambian químicamente el material crudo en clínker, pelotitas grises con tamaño predominante de
canicas. Después de esto, el clínker se enfría y se pulveriza. Durante esta operación, se adiciona una
pequeña cantidad de yeso para controlar el tiempo de fraguado
46
Etapas en la producción tradicional del cemento portland.
47
Proceso de producción del clínker de la materia prima al producto final.
48
5.4 TIPOS DE CEMENTO PORTLAND
El tipo de materias primas y sus proporciones se diseñan en base al tipo de cemento deseado.
La norma ASTM C 150 establece ocho diferentes tipos de cemento, de acuerdo a los usos y necesidades del
mercado de la construcción:
5.4.1 CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS
Tipo, nombre y aplicación
I : Normal. Para uso general, donde no son requeridos otros tipos de cemento.
IA : Normal. Uso general, con inclusor de aire.
II : Moderado. Para uso general y además en construcciones donde existe un moderado ataque de sulfatos o se
requiera un moderado calor de hidratación.
IIA : Moderado. Igual que el tipo II, pero con inclusor de aire.
III : Altas resistencias. Para uso donde se requieren altas resistencias a edades tempranas.
IIIA : Altas resistencias. Mismo uso que el tipo III, con aire incluido.
IV : Bajo calor de hidratación. Para uso donde se requiere un bajo calor de hidratación.
V : Resistente a la acción de los sulfatos. Para uso general y además en construcciones donde existe un alto
ataque de sulfatos.
Tipo I
Este tipo de cemento es de uso general, y se emplea cuando no se requiere de propiedades y características
especiales que lo protejan del ataque de factores agresivos como sulfatos, cloruros y temperaturas originadas
por calor de hidratación.
Entre los usos donde se emplea este tipo de cemento están: pisos, pavimentos, edificios, estructuras, elementos
prefabricados.
Tipo II
El cemento Pórtland tipo II se utiliza cuando es necesario la protección contra el ataque moderado de sulfatos,
como por ejemplo en las tuberías de drenaje, siempre y cuando las concentraciones de sulfatos sean
ligeramente superiores a lo normal, pero sin llegar a ser severas (En caso de presentarse concentraciones
mayores se recomienda el uso de cemento Tipo V, el cual es altamente resistente al ataque de los sulfatos).
Genera normalmente menos calor que el cemento tipo I, y este requisito de moderado calor de hidratación
puede especificarse a opción del comprador. En casos donde se especifican límites máximos para el calor de
hidratación, puede emplearse en obras de gran volumen y particularmente en climas cálidos, en aplicaciones
como muros de contención, pilas, presas, etc.
La Norma ASTM C 150 establece como requisito opcional un máximo de 70 cal/g a siete días para este tipo de
cemento.
Tipo III
Este tipo de cemento desarrolla altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días. Esta propiedad se obtiene
al molerse el cemento más finamente durante el proceso de molienda. Su utilización se debe a necesidades
específicas de la construcción, cuando es necesario retirar cimbras lo más pronto posible o cuando por
requerimientos particulares, una obra tiene que ponerse en servicio muy rápidamente, como en el caso de
carreteras y autopistas.
Tipo IV
El cemento Pórtland tipo IV se utiliza cuando por necesidades de la obra, se requiere que el calor generado por
la hidratación sea mantenido a un mínimo. El desarrollo de resistencias de este tipo de cemento es muy lento en
comparación con los otros tipos de cemento. Los usos y aplicaciones del cemento tipo IV están dirigidos a obras
con estructuras de tipo masivo, como por ejemplo grandes presas.
La hidratación inicia en el momento en que el cemento entra en contacto con el agua; el endurecimiento de la mezcla
da principio generalmente a las tres horas, y el desarrollo de la resistencia se logra a lo largo de los primeros 30 días,
aunque éste continúa aumentando muy lentamente por un período mayor de tiempo
En la fabricación del cemento se utilizan normalmente calizas de diferentes tipos, arcillas, aditivos como el mineral de
49
fierro cuando es necesario- y en ocasiones materiales silicosos y aluminosos. Estos materiales son triturados y molidos
finamente, para luego ser alimentados a un horno rotatorio a una temperatura de 1,400 grados centígrados y producir
un material nodular de color verde oscuro denominado CLINKER.
CEMENTOS HIDRÁULICOS MEZCLADOS
Estos cementos han sido desarrollados debido al interés de la industria por la conservación de la energía y la
economía en su producción.
La norma ASTM C 595 reconoce la existencia de cinco tipos de cementos mezclados:
Cemento Pórtland de escoria de alto horno - Tipo IS.
Cemento Pórtland puzolana - Tipo IP y Tipo P.
Cemento de escoria - Tipo S.
Cemento Pórtland modificado con puzolana - Tipo I (PM).
Cemento Pórtland modificado con escoria - Tipo I (SM).
Tipo IS
El cemento Pórtland de escoria de alto horno se puede emplear en las construcciones de concreto en general. Para
producir este tipo de cemento, la escoria del alto horno se muele junto con el clinker de cemento Pórtland, o puede
también molerse en forma separada y luego mezclarse con el cemento. El contenido de escoria varía entre el 25 y el
70% en peso.
Tipo IP y Tipo P
El cemento Pórtland IP puede ser empleado en construcciones en general y el tipo P se utiliza en construcciones
donde no sean necesarias resistencias altas a edades tempranas. El tipo P se utiliza normalmente en estructuras
masivas, como estribos, presas y pilas de cimentación. El contenido de puzolana
de estos cementos se sitúa entre el 15 y el 40 % en peso.
Tipo S
El cemento tipo S, de escoria, se usa comúnmente en donde se requieren resistencias inferiores. Este cemento se
fabrica mediante cualquiera de los siguientes métodos:
1) Mezclando escoria molida de alto horno y cemento Pórtland.
2) Mezclando escoria molida y cal hidratada.
3) Mezclando escoria molida, cemento Pórtland y cal hidratada.
El contenido mínimo de escoria es del 70% en peso del cemento de escoria
Tipo I (PM)
El cemento Pórtland tipo I (PM), modificado con puzolana, se emplea en todo tipo de construcciones de concreto. El
cemento se fabrica combinando cemento Pórtland o cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana fina. Esto
se puede lograr:
1) Mezclando el cemento Pórtland con la puzolana
2) Mezclando el cemento Pórtland de escoria de alto horno con puzolana
3) Moliendo conjuntamente el clinker de cemento con la puzolana
4) Por medio de una combinación de molienda conjunta y de mezclado.
El contenido de puzolana es menor del 15% en peso del cemento terminado.
Tipo I (SM)
El cemento Pórtland modificado con escoria, TIPO I (SM), se puede emplear en todo tipo de construcciones de
concreto. Se fabrica mediante cualquiera de los siguientes procesos:
1) Moliendo conjuntamente el clinker con alguna escoria granular de alto horno
2) Mezclando escoria molida y cal hidratada
3) Mezclando escoria, cemento Pórtland y cal hidratada
50
El contenido máximo de escoria es del 25% del peso del cemento de escoria.
A todos los cementos mezclados arriba mencionados, se les puede designar la inclusión de aire agregando el sufijo A,
por ejemplo, cemento TIPO S-A.
Además, en este tipo de cementos, la norma establece como requisito opcional para los cementos tipo I (SM), I (PM),
IS, IP y los denominados con sub-fijo MS o MH lo siguiente: moderada resistencia a los sulfatos y/o moderado calor de
hidratación y en caso del tipo P y PA, moderada resistencia a los sulfatos y/o bajo calor de hidratación.
La Norma ASTM C 1157 establece los requisitos de durabilidad para los cementos hidráulicos cuando se utilicen en
aplicaciones especiales o para uso general. Por ejemplo, donde se requieran altas resistencias tempranas, moderada a
alta resistencia a los sulfatos, moderado o bajo calor de hidratación y opcionalmente baja reactividad con los
agregados reactivos a los álcalis.
Aplicaciones de los Cementos Especiales
51
Normas y Tipos de Cementos Portland Disponibles en Latinoamérica
52
Normas y Tipos de Cementos Modificados Disponibles en Latinoamérica
5.4.2 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CEMENTO
Las especificaciones de cemento presentan límites para las propiedades físicas y para la composición
química.
La comprensión de la importancia de las propiedades físicas es útil para la interpretación de los
resultados de los ensayos (pruebas) de los cementos. Los ensayos de las propiedades físicas de
los cementos se deben utilizar para la evaluación de las propiedades del cemento y no del concreto.
Las especificaciones del cemento limitan las propiedades de acuerdo con el tipo de cemento.
Durante la fabricación, se monitorean continuamente la química y las siguientes propiedades del
cemento:
5. 4. 3 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Y FINURA:
El cemento portland consiste en partículas angulares individuales, con una variedad de tamaños
resultantes de la pulverización del clínker en el molino Aproximadamente 95% de las partículas del
cemento son menores que 45 micrómetros, con un promedio de partículas de 15 micrómetros. La
distribución total del tamaño de las partículas del cemento se llama “finura”. La finura del cemento afecta el
calor liberado y la velocidad de hidratación.
La mayor finura del cemento (partículas menores) aumenta la velocidad o tasa de hidratación del cemento
y, por lo tanto, acelera el desarrollo de la resistencia. Los efectos de la mayor finura sobre la resistencia
de las pastas se manifiestan, principalmente, durante los primeros siete días.
A principio del siglo XX, la finura del cemento se expresaba como masa del cemento por fracción de
tamaño (porcentaje de la masa retenida en tamaños de tamices específicos). Hoy en día, la finura
normalmente se mide por el ensayo (prueba) de permeabilidad al aire Blaine.
53
Que mide indirectamente el área superficial de las partículas de cemento por unidad de masa. Cementos
con partículas más finas tienen mayor área superficial en metros cuadrados por kilogramo de
cemento. Se han empleado, en el pasado, centímetros cuadrados por gramo, pero, actualmente, se
consideran estas medidas arcaicas.
A excepción de la AASHTO M 85, la mayoría de las normas de cemento no tienen un límite máximo para
la finura, sólo mínimo. Se puede utilizar en los ensayos de finura, el ensayo del turbidímetro de
Wagner (, Tabla 5.4.3.1), el tamiz de 45 micrómetros (No. 325) o los tamices de 150 µm (No. 100) y
75 µm (No. 200) y el analizador electrónico de tamaño de partículas (Rayos X o láser) Los datos de la
finura Blaine para los cementos Norteamericanos se presentan en la Tabla 5.5.1.2
Tabla 5.4.3.1 Composición Química, de los Compuestos y Finura de los Cementos
54
(Tabla 5.4.3.2) Normas de Ensayos para la Determinación de la Finura del Cemento
55
5.4.4 SANIDAD (CONSTANCIA DE VOLUMEN)
La sanidad se refiere a la habilidad de la pasta de cemento en mantener su volumen. La falta de
sanidad o la expansión destructiva retardada se puede causar por la cantidad excesiva de cal libre o
magnesia supercalcinadas. La mayoría de las especificaciones para cemento portland limitan el
contenido de magnesia (periclasa) y la expansión máxima que se mide por el ensayo de expansión
en autoclave. Desde la adopción del ensayo de expansión en autoclave en 1943 en los EE.UU.
(Tabla 5.4.4.1), pocos casos de expansiones se han atribuido a la falta de sanidad.
Tabla 5.4.4.1 Ensayos de Expansión en Autoclave del Cemento
En el ensayo de sanidad, las barras con sección cuadrada de 25 mm son expuestas a altas temperaturas y a
la presión en autoclave para determinarse la estabilidad de volumen de la pasta de cemento
56
5.4.5 CONSISTENCIA
La consistencia se refiere a la movilidad relativa de la mezcla fresca de pasta o mortero de cemento
o su habilidad de fluir. Durante los ensayos (pruebas) de cemento, se mezclan pastas de consistencia
normal, definidas como la penetración de 10 ± 1 mm de la aguja de Vicat (ASTM C 187, AASHTO T
129, COVENIN 494, IRAM 1612, Nch151, N M X – C –0 5 7 – 1 9 9 7 – ONNCCE, NTC 110, NTE 0157,
NTP 334.074, UNIT-NM 43) (Fig. 5.4.5.1). Se mezclan los morteros para obtenerse una relación
agua- cemento fija o proporcionar una fluidez dentro de un rango prescrito. La fluidez de
los morteros se determina en una mesa de fluidez (mesa de caídas, mesa sacudidas) como se
describe en las normas ASTM C 230, ASTM C 1437, AASHTO M 152, COVENIN 0485, Nch 2257/1,
NMX-C- 144, NTC 111, NTP 334.057 (Fig. 5.4.5.2). Ambos métodos, el de consistencia normal
y de fluidez, se regula la cantidad de agua en las pastas y morteros, respectivamente, para
que se los utilice en ensayos subsecuentes. Ambos permiten la comparación de ingredientes distintos
con la misma penetrabilidad o fluidez.
(Fig. 5.4.5.1). (Fig. 5.4.5.2).
Ensayo de consistencia normal para pastas usando Ensayo de consistencia l a a g u j a d e v i c a t para morteros usando la mesa de fluidez
57
5.4.6 TIEMPO DE FRAGUADO
El objetivo del ensayo (pruebas) del tiempo de fraguado es la determinación (1) del tiempo que pasa desde
el momento de la adición del agua hasta cuando la pasta deja de tener fluidez y de ser plástica
(llamado fraguado inicial) y (2) del tiempo requerido para que la pasta adquiera un cierto grado
de endurecimiento (llamado fraguado final).
Para determinar si un cemento se fragua de acuerdo con los límites especificados en las
especificaciones de cemento, los ensayos se realizan con el uso del aparato de Vicat (Tabla5.1)
(Fig. 5.4.6.1 ) o la aguja de Gillmore (Tabla5.2) (Fig. 5.4.6..2).El ensayo de Vicat gobierna si no se
especifica ningún ensayo por parte del comprador. El inicio del fraguado de la pasta de cemento no
debe ocurrir demasiado temprano y el final del fraguado no debe ocurrir muy tarde. Los tiempos de
fraguado indican si la pasta esta o no sufriendo reacciones normales de hidratación.
(Tabla5.1)
(Tabla5.2)
58
Fig. 5.4.6.1 Fig. 5.4.6.2.
5.4.7 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
La resistencia a compresión es aquélla obtenida por la prueba (ensayo), por ejemplo, de cubos o
cilindros de mortero de acuerdo con las normas nacionales de la Tabla 5.4.7.1 La Figura 5.1 enseña el
ensayo según la norma ASTM C109. Se debe preparar y curar los especímenes de acuerdo con la
prescripción de la norma y con el uso de arena estándar.
El tipo de cemento, o más precisamente, la composición de los compuestos y la finura del cemento
influyen fuertemente la resistencia a compresión. Algunas normas como, por ejemplo, la ASTM C
1157, la IRAM 50000, la MNX-C-414-ONNCCE y la NTP 334.082, traen los requisitos de ambas
resistencias, la mínima y la máxima, mientras que la ASTM C 150 y la ASTM C 595 (AASHTO M 85 y M
240), bien como la mayoría de las normas de los países Latinoamericanos, presentan solamente los
requisitos de resistencia mínima. Los requisitos de resistencia mínima de las especificaciones de cemento
se cumplen por la mayoría de los fabricantes de cemento. Pero, no se debe asumir que dos tipos de
cemento que tengan los mismos requisitos de resistencia van a producir morteros o concretos con la
misma resistencia, sin que se hagan modificaciones de las proporciones de la mezcla.
Fig. 5.1. Se hacen cubos de 50 mm (2 pulg.) (izquierda) y se Prensan para la determinación de las características de Resistencia del cemento.
59
Tabla 5.5.7.1 Normas para la Determinación de la Resistencia del Cemento
60
CAPITULO VI
DISEÑO DE MEZCLAS
El proceso de determinación de las características requeridas del concreto y que se pueden
especificar se llama diseño de mezcla. Las características pueden incluir: (1) propiedades del concreto
fresco, (2) propiedades mecánicas del concreto endurecido y (3) la inclusión, exclusión o límites de
ingredientes específicos. El diseño de la mezcla lleva al desarrollo de la especificación del concreto.
El proporcionamiento (dosificación) de la mezcla se refiere al proceso de determinación de las
cantidades de los ingredientes del concreto, usando materiales locales, para que se logren las
características especificadas. Un concreto adecuadamente proporcionado debe presentar las
siguientes cualidades:
• Trabajabilidad aceptable del concreto fresco. • Durabilidad, resistencia y apariencia uniforme del concreto endurecido. • Economía.
Es importante el entendimiento de los principios básicos del diseño de mezclas, tales como los
cálculos usados para establecer las proporciones de la mezcla.
6.1 SELECCIÓN DE LAS CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA
Antes que se pueda determinar las proporciones de la mezcla, se seleccionan sus características
considerando el uso que se propone dar al concreto, las condiciones de exposición, tamaño y
forma de los elementos y las propiedades físicas del concreto (tales como resistencia a la
congelación y resistencia mecánica) requeridas para la estructura. Las características deben reflejar
las necesidades de la estructura, por ejemplo, se debe verificar la resistencia a los iones cloruros y
se deben especificar los métodos de ensayos apropiados.
Después que se hayan elegido las características, se puede proporcionar (dosificar) la mezcla a partir
de datos de campo o de laboratorio. Como la mayoría de las propiedades deseadas en el
concreto endurecido dependen principalmente de la calidad de la pasta cementante, la primera etapa
para el proporcionamiento del concreto es la elección de la relación agua-material cementante (li-
gante) apropiada para la resistencia y durabilidad necesarias. Las mezclas de concreto se deben
mantener lo más sencillas posible, pues un número excesivo de ingredientes normalmente dificulta el
control del concreto. Sin embargo, el tecnólogo de concreto no debe descuidar la moderna
tecnología del concreto.
6.2 RELACIÓN ENTRE RESISTENCIA Y RELACIÓN AGUA-CEMENTO
La resistencia (compresión o flexión) es el indicador de la calidad del concreto más universalmente
utilizado. A pesar de ser una característica importante, otras propiedades, tales como
durabilidad, permeabilidad y resistencia al desgaste se reconocen hoy en día como de igual
importancia o, en algunos casos, de mayor importancia, especialmente cuando se considera la vida
útil de la estructura.
Dentro del rango normal de resistencias usadas en la construcción de concreto, la resistencia es inversamente proporcional a la relación agua-cemento o agua-material cementante (ligante). Para concretos totalmente compactados, producidos con agregados limpios y sanos, la resistencia y otras propiedades requeridas del concreto, bajo las condiciones de obra, se gobiernan por la cantidad del agua de mezcla usada por unidad de cemento o material cementante
61
La resistencia de la pasta cementante en el concreto depende de la calidad y de la cantidad de componentes reactivos en la pasta y de su grado de hidratación. El concreto se vuelve más resistente con el tiempo, siempre que la temperatura y la humedad disponibles sean adecuadas. Por lo tanto, la resistencia en cualquier edad es función tanto de la relación agua-material cementante original y del grado de hidratación del material cementante. La importancia del curado temprano y minucioso se reconoce fácilmente. La diferencia en la resistencia del concreto para una dada relación agua-cemento puede resultar de: (1) cambios del tamaño, granulometría, textura superficial, forma, resistencia y rigidez del agregado, (2) diferencias en los tipos y fuentes de material cementante, (3) contenido de aire incluido (incorporado), (4) la presencia de aditivos y (5) duración del curado.
6.3 RESISTENCIA La resistencia a compresión especificada (característica), a los 28 días, es la resistencia que el
promedio de cualquier conjunto de tres ensayos consecutivos de resistencia debe lograr o
superar. El ACI 318 requiere que el sea, por lo menos, 180 kg/cm2 o 17.5 MPa (2500lb/pulg2).
Ninguna prueba individual (promedio de dos cilindros) puede tener resistencia de 36 kg/cm2 o 3.5
MPa (500 lb/pulg2) inferior a la resistencia especificada. Los especímenes (probetas) se deben
curar bajo las condiciones de laboratorio para una determinada clase de concreto (ACI 318). Algunas
especificaciones permiten rangos alternativos.
El promedio de resistencia (resistencia media) debe ser igual a la resistencia especificada más una
tolerancia que lleva en consideración las variaciones de los mate- riales, de los métodos de
mezclado, del transporte y colocación del concreto y variaciones en la producción, curado y ensayo de
probetas cilíndricas de concreto. La resistencia media, que es mayor que se llama  , y es la resistencia
requerida en el diseño de la mezcla. Las Tablas 6.3.1 y 6.3.2 muestran los requisitos de resistencia
para varias condiciones de exposición.
Tabla 6.3.1. Relación Agua-Material Cementante Máxima y Resistencia de Diseño Mínima para Varias Condiciones de Exposición
Tabla 6.3.2. Requisitos para el Concreto Expuesto a los Sulfatos del Suelo y del Agua*
6.4 RELACIÓN AGUA-MATERIAL CEMENTO
62
La relación agua-material cementante (ligante) es simplemente la masa del agua dividida por la masa
del material cementante (cemento portland, cemento adicionado, ceniza volante, escoria, humo
de sílice y puzolanas naturales). La relación agua-material cementante elegida para un diseño de
mezcla debe ser el menor valor necesario para resistir a las condiciones de exposición anticipadas.
Las Tablas 6.3.1 y 6.3.2 muestran los requisitos para varias condiciones de exposición.
Cuando la durabilidad no es el factor que gobierne, la elección de la relación agua-material cementante
se debe basar en los requisitos de resistencia a compresión. En estos casos, la relación agua-
material cementante y las proporciones de la mezcla para la resistencia requerida se deben basar en
datos de campo adecuados o en mezclas de prueba que empleen los materiales de la obra, a fin de
que se determine la relación entre la resistencia y la relación agua-material cementante (ligante).
Cuando no se disponga de más datos, se pueden utilizar la Figura 6.1 y la Tabla 6.4.1 para elegir la
relación agua-material cementante, con base en el promedio requerido de la resistencia, Â, para
mezclas de pruebas.
En el diseño de mezclas, la relación agua-material cementante, a/mc, se usa frecuentemente como
sinónimo de la relación agua-cemento (a/c). Sin embargo, algunas especificaciones diferencian las
dos relaciones. Tradicionalmente, la relación agua-cemento se refiere a la relación agua-cemento
portland o agua-cemento adicionada.
Fig. 6.1. Relación aproximada entre resistencia a compresión y relación agua-material cementante para el concreto con agregado grueso de tamaño máximo nominal de 19 mm a 25 mm (3⁄4 a 1 pulg.). La resistencia se basa en cilindros curados durante 28 días en ambiente húmedo, de acuerdo con la ASTM C 33
63
Tabla 6.4.1 (Métrica) Dependencia entre la Relación Agua-Material Cementante y la Resistencia a Compresión del Concreto
Tabla 6.4.1 (Unidades en Pulgadas-Libras) Dependencia entre la Relación Agua-Material Cementante y la Resistencia a Compresión del Concreto
6.5 AGREGADOS Dos características de los agregados tienen una influencia importante en el proporcionamiento
(dosificación) de las mezclas de concreto porque afectan la trabajabilidad del concreto fresco:
• Granulometría (tamaño y distribución de las partículas).
• Naturaleza de las partículas (forma, porosidad, textura superficial).
La granulometría es importante para que se logre una mezcla económica, pues afecta la cantidad de concreto que se puede producir para una dada cantidad de material cementante y agua. Los agregados gruesos deben tener el mayor tamaño máximo posible para las condiciones de la obra. El tamaño máximo que se puede usar depende de factores tales como la forma del elemento de concreto que se va a fundir, la cantidad y la distribución del acero de refuerzo (armadura) en el elemento y el espesor de la losa. La granulometría también influye en la trabajabilidad y la facilidad de colocación del concreto. Algunas veces, hay carencia del agregado de tamaño mediano, cerca de 9.5 mm (3⁄8
pulg.), en el suministro de agregado. Esto puede resultar en un concreto con alta contracción, demanda elevada de agua y baja trabajabilidad. Su durabilidad también se puede afectar. Hay muchas opciones para obtener una granulometría ideal del agregado.
64
El tamaño máximo del agregado grueso no debe exceder un quinto de la menor dimensión entre los
lados de las cimbras (encofrados, formaleta), ni tampoco, tres cuartos la distancia libre entre las varillas o
cables de refuerzo individual, paquetes de varillas o tendones o ductos de pres fuerzo (pretensado,
presforzado, precomprimido). También es una buena práctica limitar el tamaño del agregado para que
no supere tres cuartos del espacio libre entre el refuerzo y la cimbra. En losas sobre el terreno sin
refuerzo, el tamaño máximo del agregado no debería exceder un tercio del espesor de la losa. Se
pueden usar tamaños menores cuando la disponibilidad o alguna consideración económica lo
requieran. La cantidad de agua de mezcla necesaria para producir un volumen unitario de concreto,
para un dado revenimiento (asentamiento), depende de la forma, del tamaño máximo y de la
cantidad de agregado grueso. Los tamaños mayores minimizan los requisitos de agua y, por lo tanto,
permiten la disminución del contenido de cemento. Un agregado redondeado requiere menos agua de
mezcla que un agregado triturado, en concretos con el mismo revendimiento (asentamiento).
El tamaño máximo del agregado grueso que producirá el concreto con la mayor resistencia, para
un dado contenido de cemento, depende de la fuente del agregado, bien como de su forma y
granulometría. En el concreto de alta resistencia (mayor que 700 kg/cm2 o 70 MPa [10,000lb/pulg2), el
tamaño máximo es cerca de 19 mm (3⁄4 pulg.). Las resistencias más elevadas también se pueden lograr con el empleo de piedra triturada en vez de grava redondeada.
La granulometría más deseada para el agregado fino dependerá del tipo de obra, del contenido de
pasta de la mezcla y del tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas más pobres, se desea
una granulometría fina (módulo de finura más bajo) para lograr una buena trabajabilidad. En mezclas
más ricas, se usa una granulometría más gruesa (mayor módulo de finura) para aumentar la economía.
En algunas áreas, los cloruros químicamente adheridos al agregado pueden dificultar que el
concreto cumpla con los límites del ACI 318 u otras especificaciones. Sin embargo, parte o hasta
incluso todos los cloruros en los agregados pueden no estar disponibles para la corrosión del
acero de refuerzo y, por lo tanto, aquellos cloruros se deben ignorar. La ASTM PS 118 (será redesignada como ASTM C 1500), ensayo Soxhlet de cloruro extraído, se puede usar para la
evaluación de los cloruros disponibles en el agregado. El ACI 222.1 también presenta una orientación. El volumen de agregado grueso se puede determinar a través de la Figura 6.2 o de la Tabla 6.4.2. Estos
volúmenes se basan en agregados en la condición varillados (compactados) en seco, conforme se
describe en ASTM C 29 (AASHTO T 19),
Tabla 6.4.2 Volumen de Agregado Grueso por Volumen Unitario de Concreto
65
Fig. 6.2. Volumen del agregado grueso por unidad de volumen de concreto. Los volúmenes se basan en
agregados en la condición varillados en seco, como se describe en ASTM C 29 (AASHTO T 19). Para concretos más trabajables, como los concretos bombeables, este volumen se puede reducir hasta 10%. Adaptado de la tabla 9-4, ACI
211-1
6.6 CONTENIDO DE AIRE
El aire incluido (incorporado) se debe usar en todo el concreto que será expuesto a congelación-deshielo y a productos químicos descongelantes y se lo puede utilizar para mejorar la durabilidad, incluso donde no se lo requiera. La inclusión de aire se logra con el uso de cemento portland con inclusor de aire o con la adición de aditivo inclusor (incorporador) de aire en la mezcladora. La cantidad de aditivo se debe ajustar para compensar las variaciones de los ingredientes en el concreto y de las condiciones de la obra. La cantidad recomendada por el fabricante del aditivo producirá, en la mayoría de los casos, el contenido deseado. Los contenidos de aire recomendado para el concreto con aire incluido se presentan en la Figura 6.2.1 y en la Tabla 6.6.1. Nótese que la cantidad de aire necesaria para proveer una resistencia adecuada contra congelación-deshielo depende del tamaño máximo del agregado y del grado de exposición. En mezclas proporcionadas (dosificadas) adecuadamente, el aumento del tamaño máximo del agregado lleva a la disminución del contenido de mortero y, por consecuencia, a la disminución del contenido de aire requerido en el concreto, como se puede observar en la Figura 6.2.1. El ACI 211.1 define los niveles de exposición, como sigue:
Exposición Leve o Suave. Esta exposición incluye las condiciones de servicio en interiores y
exteriores, en un clima donde el concreto no se expondrá a congelación ni a descongelantes. Cuando
se desee la inclusión de aire por sus efectos benéficos distintos de la durabilidad, tales como
trabajabilidad, cohesión o aumento de la resistencia en mezclas con bajo contenido de cemento, se
pueden usar contenidos de aire inferiores a aquéllos necesarios para la durabilidad.
66
Exposición Moderada. Servicio en clima donde se espera la ocurrencia de congelación, pero el
concreto no se expondrá continuadamente a la humedad o al agua libre por largos periodos antes de
la congelación, ni tampoco se expondrá a descongelantes o a otros productos químicos agresivos.
Son ejemplos de esta exposición las vigas, columnas, muros, trabes (tabiques) o losas exteriores
que no estén en contacto con el suelo húmedo y que no reciban aplicación directa de des congelantes.
Exposición Severa. Concreto que se expondrá a des congelantes o a otros productos químicos agresivos
o el concreto que se pueda volver altamente saturado por el contacto continuo con humedad o agua libre
antes de la congelación.
Son ejemplos de esta exposición los pavimentos, tableros de puentes, bordillo (cordones), cunetas, aceras,
revestimiento de canales o tanques de agua y pozos exteriores.
Fig. 6.2.1. Los requisitos de contenido total de aire para concretos con diferentes tamaños de agregados. Las
especificaciones de obra para el contenido de aire deben requerir que se entregue el concreto en la obra con -1 hasta
+2 puntos porcentuales de los valores para exposición moderada y severa. Adaptado de la tabla 9-5, ACI 211.1
67
Tabla 6.6.1 (Métrica). Requisitos Aproximados de Agua de Mezcla y Contenido de Aire para Diferentes Revenimientos y Tamaños Máximos Nominales del Agregado
Tabla 6.6.1 (Unidades Pulgadas-Libras). Requisitos Aproximados de Agua de Mezcla y Contenido de Aire para Diferentes Revenimientos y Tamaños Máximos Nominales del Agregado
Cuando se mantiene constante el agua de mezcla, el aire incluido (incorporado) aumenta el
revenimiento (asentamiento). Cuando se mantienen constantes el contenido de cemento y el
revenimiento, la inclusión de aire resulta en la disminución de la demanda de agua de mezcla,
principalmente en mezclas pobres. Al realizarse el ajuste de la mezcla, a fin de que se mantenga
constante el revenimiento mientras se cambia el contenido de aire, el contenido de agua se debe
disminuir cerca de 3 kg/m3 (5 lb/yd3) para cada punto porcentual de incremento en el contenido de
aire o se lo debe aumentar cerca de 3 kg/m3 (5 lb/yd3) para cada punto porcentual de disminución en el
contenido de aire.
Un contenido específico de aire puede no ser posible que se logre fácilmente o repetidamente debido a
muchas variables que afectan la inclusión de aire y, por lo tanto, se debe proveer un rango permisible
de contenido de aire alrededor de un cierto valor. A pesar que frecuentemente se usa el rango de ±1%
de la Figura 9-4 y de la Tabla 9-5 en las especificaciones de proyecto, a veces este es un límite muy
68
estrecho e impracticable. La solución es el uso de un rango más amplio, tal como -1 a + 2 puntos
porcentuales de los valores fijados. Por ejemplo, para un valor de 6% de aire, el rango especificado para
el concreto entregado en la obra podría ser de 5% a 8%.
6.7 REVENIMIENTO (ASENTAMIENTO)
Siempre se debe producir el concreto para que tenga trabajabilidad, consistencia y plasticidad
adecuadas con las condiciones de la obra. La trabajabilidad es la medida de la facilidad o de la
dificultad de colocación, consolidación y acabado (terminación, superficial) del concreto. La consistencia
es la capacidad del concreto de fluir. Plasticidad es la facilidad de moldeo del concreto. Si se usa más
agregado en el concreto o si se adiciona menos agua, la mezcla se vuelve más rígida (menos plástica y
menos trabajable) y difícil de moldearse. Ni las mezclas muy secas y desmoronables, ni las muy
aguadas y fluidas se pueden considerar plásticas.
El ensayo de revenimiento (asentamiento) se usa para medir la consistencia del concreto. Para una
dada proporción de cemento y agregado, sin aditivos, cuanto mayor el revenimiento, más húmeda es
la mezcla. El revenimiento es un indicador de trabajabilidad cuando se evalúan mezclas similares. Sin
embargo, no se lo debe utilizar para comparar mezclas de proporciones totalmente diferentes. Si se
lo usa en diferentes revolturas (bachadas, amasadas, pastones) del mismo diseño de mezcla, un
cambio en el revenimiento indica un cambio en la consistencia y en las características de los
materiales, de las proporciones de la mezcla, del contenido de agua, del mezclado, del tiempo del
ensayo o de la propia prueba.
Son necesarios diferentes valores de revenimientos (asentamiento) para los varios tipos de construcción. Generalmente, se indica el revenimiento en la especificación de la obra como un rango, como de 50 a 100 mm (2 a 4 pulg.) o como un valor máximo que no se debe exceder. La ASTM C 94 e IRAM 1666 presentan en detalles las tolerancias para el revenimiento. Cuando no se especifica el revenimiento, un valor aproximado se puede elegir de la Tabla 6.1.1. Para la consolidación mecánica del concreto.
Tabla 6.1.1 Revenimientos Recomendados para
Varios Tipos de Construcción
69
6.8 CONTENIDO DE AGUA El contenido de agua se influencia por un gran número de factores: tamaño, forma y textura del
agregado, revenimiento (asentamiento), relación agua-material cementante (ligante), contenido de
agua, tipo y contenido de material cementante, aditivos y condiciones ambientales. Un aumento
del contenido de aire y del tamaño del agregado, una reducción de la relación agua-material
cementante y del revenimiento o el uso de agregados redondeados, de aditivos reductores de agua o
de ceniza volante reducirá la demanda de agua. Por otro lado, el aumento de la temperatura, del
contenido de cemento, del revenimiento (asentamiento), de la relación agua-cemento, de la
angularidad del agregado y la disminución de la proporción entre el agregado grueso y el agregado
fino aumentaran la demanda de agua.
Demanda de agua aproximada para varios revenimientos y tamaños de agregados triturados para (izquierda) concreto sin aire incluido y (derecha) concreto con aire incluido. Adaptado de la tabla 9-5, ACI 211.1
6.9 CONTENIDO Y TIPOS DE MATERIALES CEMENTANTES El contenido de materiales cementantes (ligantes) frecuentemente se determina a través de la relación
agua-material cementante elegida y del contenido de cemento, a pesar que habitualmente se incluye
un contenido de cemento mínimo en las especificaciones en conjunto con una relación agua-
material cementante máxima. Los requisitos de contenido mínimo de cemento tienen como objetivo
asegurar durabilidad y acabado (terminación superficial) satisfactorios, mejorar la resistencia al
desgaste de losas y garantizar una apariencia adecuada para las superficies verticales. Esto es
importante aún cuando los requisitos de resistencia se cumplan con contenidos de materiales
cementantes más bajos. Sin embargo, se deben evitar cantidades de materiales cementantes
excesivamente elevadas, para que se mantenga la economía en la mezcla y no afecte
adversamente la trabajabilidad y otras propiedades.
Para la colocación del concreto bajo el agua, normalmente no se debe usar menos que 390 kg de
material cementante por metro cúbico (650 lb de material cementante por yarda cúbica) de concreto y
relación agua- material cementante que no supere 0.45. Para trabajabilidad, facilidad de acabado,
resistencia a abrasión y durabilidad de superficies planas, no se debe utilizar una cantidad de
material cementante menor que aquélla presentada en la Tabla 6.9.1
70
Tabla 6.9.1. Requisitos Mínimos de Material Cementante para Concreto Usado en Superficies Planas
Para economizar, la cantidad de cemento requerida se debe minimizar sin sacrificarse la calidad del
concreto. Como la calidad depende principalmente de la relación agua-cemento, el contenido de
agua se debe mantener mínimo, a fin de reducir los requisitos de cemento. Algunas medidas
para disminuir los requisitos de agua y cemento incluyen el uso de: (1) la mezcla más áspera que se
pueda utilizar, (2) el uso del mayor tamaño máximo de agregado posible y (3) la relación óptima
agregado fino agregado grueso.
El agua del mar contiene cantidades significativas de sulfatos y cloruros. A pesar que los sulfatos en el
agua del mar son capaces de atacar el concreto, la presencia de cloruros inhibe la reacción
expansiva que es una de las características del ataque de sulfatos. Esta es la principal explicación
para que varias fuentes hayan considerado el desempeño del concreto en agua del mar con
durabilidad satisfactoria, a pesar de que estos concretos se produjeron con cementos portland con
contenidos de aluminato tricálcico (C3A) tan altos como 10% o hasta mayores. Sin embargo, la
permeabilidad de estos concretos era muy baja y el acero de refuerzo (armadura) tenía recubrimiento
adecuado. Son aceptables los cementos portland que cum- plan con los requisitos de C3A no superior a
10%, ni inferior a 4% (para garantizar la durabilidad del refuerzo) (ACI 357R). Los materiales
cementantes suplementarios tienen varios efectos sobre la demanda de agua y el contenido de aire.
La adición de ceniza volante generalmente reduce la demanda de agua y el contenido de aire si no se
ajusta el contenido de aditivo inclusor (incorporador) de aire. El humo de sílice aumenta la demanda de
agua y disminuye el contenido de aire. Escoria y metacaolinita tienen poco efecto cuando son
usados en dosis normales.
6.10 ADITIVOS
Los aditivos reductores de agua se adicionan al concreto para reducir la relación agua-material
cementante, la cantidad de material cementante, el contenido de agua, el contenido de pasta o
para mejorar la trabajabilidad del concreto sin cambiar la relación agua-material cementante. Los
reductores de agua generalmente reducen los contenidos de cemento en 5% a 10% y algunos
también aumentan el contenido de aire en 1⁄2 % a 1%. Los retar- dadores (retardantes) también
pueden aumentar el contenido de aire.
Los reductores de agua de alto rango reducen el contenido de agua entre 12% y 30% y algunos
pueden aumentar simultáneamente el contenido de aire en 1%, mientras que otros pueden reducir
o no tener ningún efecto en el contenido de aire.
Los aditivos con base de cloruro de calcio reducen el contenido de agua en cerca del 3% y
aumentan el contenido de aire cerca de 1⁄2%. Al utilizarse un aditivo con base de cloruros, se debe
considerar el riesgo de corrosión del refuerzo (armadura). La Tabla 6.10.1 provee los límites
recomendados del contenido de iones cloruro solubles en agua para el concreto reforzado (armado)
y el concreto pretensado (presfuerzo, presforzado, precomprimido) en varias condiciones.
Cuando se utiliza más de un aditivo en el concreto, el fabricante debe asegurar la compatibilidad del entre mezclado de los aditivos, o la combinación de los aditivos se debe ensayar en mezclas de pruebas.
71
Tabla 6.10.1 Contenidos Máximos de Iones Cloruros para la Protección contra la Corrosión
6.11 PROPORCIONAMIENTO El diseño de las mezclas de concreto involucra: (1) en el establecimiento de características específicas y (2) en la elección de proporciones de materiales disponibles para la producción del concreto con las propiedades requeridas y la mayor economía. Los métodos de proporcionamiento evolucionaron desde el método volumétrico arbitrario (1: 2: 3 cemento: arena: agregado grueso) a principios del siglo XX (Abrams 1918) hasta los métodos actuales de masa y volumen absoluto, descritos en el ACI comité 211, Práctica Estándar de Elección de las Proporciones para el Concreto Normal, de Densidad Elevada y Masivo (ACI 211.1). Los métodos de proporcionamiento a través de masa son bastante sencillos y rápidos para estimar las proporciones de la mezcla, usando una masa supuesta o conocida de concreto por unidad de volumen. El método del volumen absoluto es más preciso y envuelve el uso de las masas específicas relativas de todos los ingredientes para calcular el volumen absoluto que cada uno de ellos ocupará en una unidad de volumen de concreto.
Cuando no hay registro de ensayos de campo disponibles o son insuficientes para el
proporcionamiento a través de métodos de experiencia de campo, las proporciones de la mezcla
elegidas se deben basar en mezclas de pruebas. Las mezclas de prueba deben utilizar los mismos
materiales de la obra. Se deben elaborar tres mezclas con tres relaciones agua-material cementante
distintas o tres contenidos de cemento diferentes, a fin de producir un rango de resistencias que
contengan Â.
Las mezclas de prueba deben tener un revenimiento (asentamiento) y un con- tenido de aire
dentro ±20 mm (± 0.75 pulg.) y ±0.5%, respectivamente, del máximo permitido. Se deben
producir y curar tres cilindros para cada relación agua-material cementante, de acuerdo con ASTM C
192 (AASHTO T126), COVENIN 0340, COVENIN 0338, IRAM 1534, NMX- C-159, NTC 1377, NTP
339.045 o UNIT-NM 79. A los 28 días, o a una edad especificada, se debe determinar la
resistencia a compresión a través de los ensayos a compresión de los cilindros.
Los resultados de las pruebas se deben diseñar para producir una curva de resistencia versus
relación agua-material cementante que se usa para proporcionar la mezcla.
72
Varios métodos diferentes se han utilizado para proporcionar los ingredientes del concreto,
incluyéndose:
Asignación arbitraria (1:2:3), volumétrica.
Relación de vacíos.
Módulo de finura.
Área superficial de los agregados.
Contenido de cemento.
Cualquiera de estos métodos puede producir aproximadamente la misma mezcla final después de los
ajustes en el campo. Sin embargo, el mejor enfoque es la elección de las proporciones basándose en
la experiencia del pasado y en datos de ensayo confiables con la relación entre resistencia y
relación agua-material cementante (ligante) establecida para los materiales que se utilizaran en la obra.
Las mezclas de prueba pueden ser revolturas (amasadas) relativamente pequeñas, con precisión
de laboratorio, o revolturas (pastones) de gran volumen, producidas durante la producción normal
del concreto. Normalmente, se hace necesario el uso de ambas para que se logre una mezcla
satisfactoria para la obra.
En primer lugar, se deben elegir los siguientes parámetros: (1) resistencia requerida, (2) contenido
mínimo de material cementante o relación agua-material cementante máxima, (3) tamaño máximo
nominal del agregado, (4) contenido de aire y (5) revenimiento deseado. Entonces, se producen las
mezclas de prueba, variándose las cantidades relativas de agregado fino y grueso, bien como los
otros ingredientes. Se elige la proporción de la mezcla, basándose en consideraciones de trabajabilidad
y economía.
Cuando la calidad del concreto se especifica por la relación agua-material cementante, los
procedimientos de mezcla de prueba consisten esencialmente en la combinación de la pasta (agua,
material cementante y, generalmente, los aditivos químicos) de las proporciones correctas con
la cantidad necesaria de agregados finos y gruesos para producir el revenimiento y la trabajabilidad
requeridas. Se deben utilizar muestras representativas de los materiales cementantes, del agua, de los
agregados y de los aditivos.
6.12 EJEMPLOS DE APLICACIÓN, DISEÑO DE MEZCLA DE
CONCRETO PARA PAVIMENTO
Condiciones y Especificaciones. Se requiere el concreto para un pavimento que se expondrá a la
humedad en un ambiente severo de congelación-deshielo. Resistencia a compresión especificada,
˘, de 350 kg/cm2 a los 28 días. Se requiere aire incluido. El revenimiento (asentamiento) debe ser
entre 25 mm y 75 mm. Se necesita un agregado de tamaño máximo nominal de 25 mm. No hay datos
estadísticos anteriores disponibles. Los materiales disponibles son los siguientes:
Cemento: ASTM tipo GU (uso general) con masa específica relativa de 3.0.
Agregado grueso: Bien graduado. Grava redondeada con tamaño máximo nominal de
25 mm (ASTM C 33 o AASHTO M 80, NCh163, IRAM 1512, IRAM 1531, IRAM 1627, NMX-C-111, NTC 174, NTP 400.037, UNIT 82, UNIT 84) con masa específica relativa seca en el horno de 2.68, absorción de 0.5% (contenido de humedad en la condición SSS) y masa volumétrica seca en el horno varillada (compactada) de 1600 kg/m3. La muestra de laboratorio para las mezclas de prueba tenía una humedad de 2%.
73
Agregado fino: Arena natural (ASTM C 33 o AASHTO M 80, NCh163, IRAM 1512,
IRAM 1531, IRAM 1627, NMX-C-111, NTC 174, NTP 400.037, UNIT 82, UNIT 84) masa
específica relativa seca en el horno de 2.64, absorción de 0.7%. La muestra de laboratorio
para las mezclas de prueba tenía una humedad de 6%. El módulo de finura es 2.80.
Aditivo inclusor de aire: Del tipo resina de madera (ASTM C260 o AASHTO M 154).
Reductor de agua: ASTM C 494 (AASHTO M 194). Este aditivo se conoce por reducir la
demanda de agua en 10%, cuando se usa una dosis de 3 g (o 3 ML.) por kg de cemento. Se
asume que los aditivos químicos tienen una masa específica similar al agua, lo que significa
que 1 ML. de aditivo tiene una masa de 1g.
A partir de esta información, la tarea es proporcionar una mezcla de prueba que cumplirá con las
condiciones y especificaciones anteriormente citadas.
SOLUCIÓN:
Resistencia. La resistencia de diseño de 350 kg/cm2 es mayor que la resistencia requerida en la Tabla1 descrita abajo, para la exposición a condiciones severas. Como no hay datos estadísticos disponibles, Â (resistencia a compresión requerida para el Proporcionamiento) de la Tabla 2 es igual a ˘ + 84 (kg/cm2), por lo tanto, Â= 350 + 84 = 434 kg/cm2.
Tabla1
Tabla2
74
Relación Agua-Cemento. Para un ambiente con congelación- deshielo, la relación agua-cemento máxima debería ser 0.45. La relación agua-cemento recomendada para la resistencia de 434 kg/cm2
es 0.32, a través de la Figura 1 o interpolada de la Tabla 3 ([(450-434)(0.34-0.31)/(450-400)]+ 0.31 = 0.32). Como la relación agua-cemento más baja gobierna, la mezcla se debe diseñar para 0.32. Si hubiera existido una curva con datos de mezclas de prueba, la relación agua-cemento se podría obtener de estos datos.
Figura 1
Tabla 3
Contenido de Aire. Para la exposición severa a congelación- deshielo, la Tabla 1 recomienda un contenido de aire de 6.0% para el agregado de 25 mm. Por lo tanto, se debe diseñar la mezcla para 5% a 8% de aire y se debe usar 8% (máximo permitido) para las proporciones de la revoltura (bachada, pastón). El contenido de aire de la mezcla de prueba debe estar entre ±0.5% del contenido máximo permitido.
75
Tabla 1
Revenimiento (Asentamiento). El revenimiento especificado está entre 25 mm y 75 mm. Use 75 mm ± 20mm para el proporcionamiento. Contenido de Agua. La Tabla 9-5 y la Figura 9-5 recomiendan que un concreto de 75 mm de revenimiento, con agregado de 25 mm y aire incluido debiera tener un contenido de agua de 175 kg/m3. Sin embargo, la grava redondeada puede reducir el contenido de agua de la Tabla en cerca de 25 kg/m3. Por lo tanto, el contenido de agua se puede estimar en 150 kg/m3 (175 kg/m3 menos 25 kg/m3). Además, el reductor de agua reducirá la demanda de agua en cerca de 10%, resultando en una demanda de agua estimada de 135 kg/m3.
76
Contenido de Cemento. El contenido de cemento se basa en la relación agua-cemento máxima y en el contenido de agua. Por lo tanto, 135 kg/m3 de agua dividido por la relación agua-cemento de 0.32 resulta en un contenido de cemento de 422 kg/m3, que es mayor que 335 kg/m3, necesario para la resistencia a congelación. Contenido de Agregado Grueso. La cantidad de agregado grueso de tamaño máximo nominal de 25 mm se puede estimar a través de la Tabla1. El volumen del agregado grueso recomendado, cuando se usa una arena con módulo de finura de 2.80, es 0.67. Como el agregado pesa 1600 kg/m3, la masa seca en el horno del agregado grueso por metro cúbico de concreto es: 1600 x 0.67 = 1072 kg
Tabla1
Contenido de Aditivo. Para 8% de contenido de aire, el fabricante del aditivo inclusor (incorporador) de aire recomienda una dosis de 0.5g por kg de cemento. De esta información, la cantidad de aditivo inclusor de aire por metro cúbico de concreto es: 0.5 x 422 = 211 g o 0.211 kg La dosis del reductor de agua es 3g por kg de cemento, que resulta en: 3 x 422 = 1266 g o 1.266 kg de reductor de agua por metro cúbico de concreto. Contenido de Agregado Fino. En este punto, las cantidades de los ingredientes, a excepción del agregado fino, se conocen. En el método del volumen absoluto, el volumen del agregado fino se determina sustrayendo, de un metro cúbico, los volúmenes absolutos de los ingredientes conocidos. El volumen absoluto del agua, cemento, aditivos y agregado grueso se calcula dividiéndose la masa conocida de cada uno de ellos por el producto de su masa específica relativa y la densidad del agua. Los cálculos del volumen son como sigue:
77
La mezcla entonces tiene las siguientes proporciones, antes de la mezcla de prueba con un metro cúbico de concreto:
Humedad. Son necesarias correcciones para la humedad en y sobre los agregados. En la práctica, los agregados contienen una cantidad mensurable de humedad. Las masas secas de los agregados, por lo tanto, se deben aumentar para compensar la humedad que se absorbe y que se retiene en la superficie de cada partícula y entre las partículas. El agua de mezcla que se adiciona se debe reducir por la cantidad de humedad libre de los agregados. Los ensayos indican que, para este ejemplo, el contenido de humedad del agregado grueso es 2% y del agregado fino es 6%. Con los contenidos de humedad (CH) indicados, las proporciones de agregados de la mezcla de prueba se vuelven:
Agregado grueso (2% CH) = 1072 x 1.02 = 1093 kg
Agregado fino (6% CH) = 644 x 1.06 = 683 kg El agua absorbida por los agregados no se torna parte del agua de la mezcla y se la debe excluir del ajuste de agua. La humedad superficial aportada por el agregado grueso es 2% - 0.5% = 1.5%. La humedad aportada por el agregado fino es 6% - 0.7% = 5.3%. El requisito estimado para el agua se vuelve:
135 – (1072 x 0.015) – (644 x 0.053) = 85 kg La masa de la mezcla estimada para un metro cúbico se revisa para incluir la humedad de los agregados:
Agua (a ser adicionada) 85 kg
Cemento 422 kg
Agregado grueso (2% de CH, húmedo) 1093 kg
Agregado fino (6% de CH, húmedo) 683 kg
Total 2283 kg
Aditivo inclusor de aire 0.211 kg
Reductor de agua 1.266 kg
78
CAPITULO VII
PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO
7.1 GENERALIDADES
El concreto se puede encontrar en estado fresco, en proceso de fraguado o en estado endurecido y
en estos tres estados presenta características típicas, las cuales determinan su desempeño.
La propiedad que con mayor frecuencia se hace referencia es la resistencia a la compresión, debido
a que es muy fácil de evaluar y en la mayoría de los casos es suficiente para garantizar un buen
comportamiento estructural.
Sin embargo no hay que olvidar que existen otras propiedades que debe ser controlada para mejorar
la eficiencia de los procesos constructivos y aumentar su vida útil.
El concreto se elabora con diversos grados de manejabilidad, velocidad de fraguado, durabilidad,
masa unitaria, estabilidad del volumen, apariencia y las propiedades adecuadas en estado
endurecido como la resistencia.
La clasificación en diferentes tipos, usualmente se hace considerando la variación en las propiedades
y características del concreto en los diferentes estados, razón por la cual es importante conocer
cada una de ellas, así como también las medidas de control que se deben efectuar para garantizar
su calidad.
7.2 CONCRETO EN ESTADO FRESCO
Las propiedades en estado fresco del concreto deben de permitir que se llenen adecuadamente las
formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo, así como también obtener una masa
homogénea sin grandes burbujas de aire o agua atrapada.
Es claro que las propiedades del concreto en el sitio no pueden ser obtenidas directamente en su
estado fresco, puesto que las características de los elementos estructurales se ven afectados por las
prácticas en obra. Sin embargo el control de calidad en este momento es la única herramienta para
tomar decisiones rápidas durante su colocación.
Las propiedades del concreto en estado fresco que pueden ser determinadas mediante métodos de
ensayos son:
Trabajabilidad o manejabilidad
Segregación
Exudación o sangrado
Masa unitaria
Contenido de aire
Contenido de agua
79
A continuación se explica cada una de estas propiedades:
Trabajabilidad o manejabilidad:
Es aquella que determina cual es el trabajo utilizado en vencer la fricción entre los componentes del
concreto, y entre este y el encofrado o refuerzo, para lograr una compactación adecuada. En otras
palabras es la capacidad que el tiene para ser colocado y compactado apropiadamente sin que se
produzca segregación alguna.
La trabajabilidad esta representada por el grado de compacidad, cohesividad, plasticidad y la
consistencia o movilidad.
La compacidad: es la facilidad con la que el concreto o mortero fresco es compactado o consolidado
para reducir el volumen de vacios y por lo tanto el aire atrapado.
La cohesividad: es la aptitud que tiene el concreto o mortero fresco para mantenerse como una
masa estable y sin segregación.
La plasticidad: es la condición del concreto fresco o mortero que le permite deformarse
continuamente sin romperse.
La consistencia o movilidad: es la habilidad del mortero y concreto fresco para fluir es decir la
capacidad de adquirir la forma de los encofrados que lo contienen y de llenar espacios vacios
alrededor de los elementos que absorbe.
La trabajabilidad se selecciona según el tamaño y características de la sección a construir; las
condiciones de colocación de la mezcla y el sistema de compactación utilizado.
Factores que afectan la manejabilidad
Esta influenciada principalmente por el contenido de agua de mezclado, contenido de aire,
propiedades de los agregados, relación pasta/agregados y las condiciones climáticas
Contenido de agua de mezclado.
El agua de mezclado se hace parte aproximadamente del 15% del volumen total del concreto, del
cual únicamente el 5% es para hidratarlo y el 10% restante es el agua evaporable. Esta última es el
principal factor que afecta la manejabilidad que en la medida que se incrementa su contenido
aumenta la fluidez y le permite una mayor lubricación de los agregados.
Contenido de aire
El contenido de aire naturalmente atrapado e incorporado intencionalmente, produce disminución en
los requerimientos de agua del concreto para una misma manejabilidad al igual que un aumento de
las condiciones de cohesión.
80
Propiedades de los agregados
Las propiedades físicas de los agregados que afectan las características del concreto en estado
fresco son: el tamaño máximo, forma y textura de las partículas, densidad, absorción, contenido de
finos y materia orgánica.
La cantidad de material de tamaño mayor al tamiz 50micromm (NO. 50) La angularidad u gradación
de los agregados y proporciones delos componentes del concreto son los factores que mas influyen
en la facilidad de terminado. Los acabados incluyen el uso adicional de finos en la arena, mas
cemento, mas puzolanas, y el uso de aditivos convencionales e inclusores de aire.
La gradación y forma de las partículas de los agregados influyen en buena proporción para obtener
concreto fresco trabajable y al mismo tiempo en la obtención de concreto endurecido económico de
buenas propiedades.
La cantidad de agua necesaria para unas condiciones especificas de trabajabilidad, dependiendo del
tamaño máximo del agregado grueso y la forma, textura y distribución granulométrica de las
partículas del agregado fino.
Un aumento en la rugosidad y angularidad del agregado grueso puede levar los requerimientos de
agua de la mezcla y por lo tanto el contenido de cemento para un nivel dado de trabajabilidad, pero
este efecto generalmente no es más grande que el que tiene la forma y textura del agregado fino.
Además el agregado grueso con alto contenido de partículas alargadas o planas puede producir
concretos ásperos para algunos métodos de colocación resultando en vacios, hormigueros o bloqueo
de bombas.
Cualquier cambio en la gradación o angularidad de las partículas puede aumentar los vacios
interparticulas del agregado grueso que requerirán un aumento del mortero dentro del concreto.
Relación pasta/agregado
La cantidad de pasta esta relacionada con el área superficial de los agregados, ya que su función en
estado fresco es actuar como lubricante y producir concretos trabajables.
En términos generales a mayor relación de pasta/agregado se incrementa la cohesividad del
concreto, sin embargo no debe ser tan alta porque se puede presentar segregación.
Condiciones Climáticas
El viento, sol, temperatura y humedad ambiente, afectan la manejabilidad del concreto debido a que
pueden producir:
1. Perdida de agua por evaporación.
2. Cambios en temperatura interna del concreto por intercambio de color.
3. Cambios volumétricos.
4. Modificación en los tiempos de fraguado.
81
Efectos del tiempo y la temperatura sobre la trabajabilidad
El concreto recién mezclado se vuelve rígido con el tiempo, fenómeno que no debe de ser
confundido con el fraguado de cemento, en este momento lo que ocurre es que el agua de mezclado
es eliminada por las reacciones químicas iniciales, es absorbida por los agregados y en parte se
evapora, especialmente si el concreto esta expuesto al sol y al viento.
La magnitud de la perdida de trabajabilidad depende de la riqueza de la mezcla, el tipo de cemento,
la temperatura del concreto y la manejabilidad inicial. La variación de la trabajabilidad en relación al
tiempo también es afectada por las condiciones de humedad del agregado, debido a que se presenta
absorción del agua de mezcla en los poros de este, cuando se mezcla seco o con menor contenido
de humedad a la absorción.
Por esta razón antes de mezclar se debe hacer la corrección por humedad, que consiste en
considerar el agua que esta por exceso o defecto de la condición saturada y superficialmente seco,
de tal forma que se adicione la cantidad exacta del diseño de mezcla.
Cuando el concreto se hace bajo condiciones controladas de laboratorio es preferible trabajar con el
agregado en estado saturado y superficialmente seco (sss) rociándolo con agua un día antes y
protegiéndolo de la deshidratación.
Más importante que la temperatura ambiente es la del concreto ya que esta es la que controla las
relaciones químicas que se producen en la mezcla y por tanto modifica las propiedades del concreto
en estado fresco y endurecido.
La norma NTC 3357 fija los limites de temperatura del concreto fresco, la medición de la temperatura
se hace cuando el concreto es recibido en la obra con termómetros de vidrio o con corazas, las
cuales deben tener una precisión de 1ºC y deben ser introducidos por mínimo de dos minutos o
hasta que la lectura se estabilice. También es posible determinar la temperatura mediante medidores
electrónicos de temperatura con pantallas digitales de precisión.
82
7.3 CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO FRESCO
C 172-04
PRACTICA ESTANDAR PARA EL MUESTREO DEL CONCRETO
RECIEN MEZCLADO
MUESTREO
El lapso para la obtención de la muestra compuesta, entre la primera toma hasta la ultima no
debe de exceder de 15 minutos.
Transporte las mezclas individuales al lugar donde le concreto fresco ha de ser ensayado o
donde los especímenes de ensayos han de ser moldeados, las muestras deben combinarse
y remezclarse con una pala la menor cantidad necesaria para asegurar la uniformidad de la
muestra compuesta y el cumplimiento del limite del tiempo especificado.
Comience los ensayos de revenimiento, temperatura y contenido del aire, dentro de los 5
minutos siguientes a la obtención de la ultima porción de la mezcla compuesta realice estos
ensayos rápidamente. El molde o de los especímenes para las pruebas de resistencia debe
realizarse dentro de los 15 minutos siguientes a la integración de la muestra compuesta;
rápidamente obtenga y utilice la muestra y protéjala del sol , del viento y de otras fuentes
que provoquen una rápida evaporación, así como de la contaminación.
PROCEDIMIENTO
TAMAÑO DE LA MUESTRA: Para ensayos de resistencia se requiere un volumen mínimo de 1 pie ³ (28 litros).
MUESTREO DE MEZCLADORAS ESTACIONARIAS EXCEPTO MEZCLADORAS
PAVIMENTADORAS: Muestre el concreto tomando dos o mas porciones a intervalos regulares a la mitad de la descarga. Para la muestra compuesta no obtenga porciones de la primera (antes del 10%) ni de la última parte (ni después del 90%) de la descarga, realice el muestreo pasando un recipiente completamente a través de la descarga o bien desviando totalmente la dirección de esta hacia el recipiente de la muestra.
MUESTREO EN MEZCLADORAS PAVIMENTADORAS: tome la muestra después de que el
contenido de la mezcladora pavimentadora haya sido descargado; obtenga muestra por lo
menos cinco puntos diferentes de la mezcla e intégrelas después en una sola mezcla para
propósitos de ensayos.
MUESTREO DE CAMIONES REVOLVEDORA CON TAMBORES MEZCLADORES O
AGITADORES: muestree el concreto tomando dos o más porciones a intervalos
regularmente espaciados durante la descarga de la parte media de la mezcla de concreto.
Nunca obtenga muestras hasta que se haya añadido toda el agua a la mezcladora; tampoco
tome muestras de la primera y última porción de la descarga. Regulé la velocidad de la
descarga mediante el control del numero de revoluciones del tambor y no por medio de la
disminución del tamaño de la abertura dela compuerta.
83
ASTM: C 143/C143M-05a
METODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA LA DETERMINACIÓN DEL
REVENIMIENTO EN EL CONCRETO A BASE DE CEMENTO
HIDRÁULICO
SIGNIFICADO Y EMPLEO
Este método de ensayo tiene como finalidad proporcionar al usuario un procedimiento para
determinar el revenimiento de concretos plásticos hechos a base de cemento hidráulico.
Este método proporciona una técnica de monitoreo de la consistencia del concreto fresco; se considera aplicable al concreto plástico preparado con agregado grueso de hasta 1 ½” (37.5mm) De tamaño.
No se considera aplicable a los concretos no plásticos y no cohesivos; (los concretos que tienen
revenimientos menores de ½” (13mm) pueden no ser lo suficientemente plásticos y los concretos que
tienen revenimientos mayores de 9” (230mm) pueden no ser suficientemente cohesivos).
EQUIPO
MOLDE: el espécimen de prueba debe hacerse en un molde metálico que no reaccione fácilmente con la pasta de cemento la lamina no debe de tener un espesor menor de 0.060 de pulgada (1.5mm); en ningún punto del molde el espesor será menor de 0.045 de pulgada(1.15mm) el molde debe tener la forma de la superficie lateral de un cono truncado con la base de 8” (200mm)de diámetro ,la parte superior de 4” (100mm)de diámetro y la altura de de 12” (300mm) los diámetros y alturas individuales deben tener una tolerancia de ± ⅛”(3mm). El interior del molde debe estar relativamente liso y libre de imperfecciones, también debe de estar libre de abolladuras, deformaciones o mortero adherido. Hay que revisarlo cuando se pone por primera vez y después cada año para ver que mantenga los estándares requeridos.
MOLDE FABRICADO CON MATERIALES ALTERNATIVOS: Debe ser lo suficientemente rígido para mantener durante su uso las dimensiones y tolerancias especificadas, debe ser resistente para soportar impactos y además de material no absorbente. (no deben variar los resultados obtenidos por estos moldes mas de 0.25 de pulgada (6mm) respecto al promedio de los resultados obtenidos con el de metal).
VARILLA DE APISONAMIENTO: Debe ser de acero sección circular de ⅝” (16mm) de diámetro y aproximadamente 24” (600mm) de longitud, teniendo uno o ambos extremos redondeados con punta hemisférica para apisonar cuyo diámetro es ⅝” (16mm).
84
PROCEDIMIENTO
Humedezca el molde y colóquelo en una superficie plana rígida no absorbente y húmeda;
llene inmediatamente el molde en tres capas cada una de aproximadamente ⅓ del
volumen del molde.
Compacte cada capa con 25 golpes de la varilla de apisonamiento; distribuya uniformemente los golpes en toda la sección transversal de cada capa. para la capa del fondo es necesario inclinar la varilla ligeramente y dar aproximadamente la mitad de los golpes cerca del perímetro.
Si durante el varillado la superficie del concreto queda abajo del borde superior del molde agregue mas concreto para mantener en todo momento un exceso de concreto sobre la superficie del molde; después de haber varillado la capa superior empareje la superficie del concreto mediante el enrase y rodamiento de la varilla de apisonamiento.
Levante el molde a una altura de 12” (300mm) en 5±2 segundos, con un movimiento ascendente uniforme sin movimientos laterales o de torsión, la prueba se debe realizar sin interrupción desde el inicio del llenado hasta la remoción del molde en un periodo de 2 ½ minutos.
85
ASTM: C138/C138M-01a
MÉTODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA LA DETERMINAR POR
MEDIO DEL METODO GRAVIMETRICO EL PESO UNITARIO,
VOLUMEN PRODUCIDO Y CONTENIDO DE AIRE DEL CONCRETO
EQUIPO
BALANZA: Una balanza con precisión de 0.1lb (45g) o 0.3% de la carga de prueba lo que
sea más grande para cualquier peso dentro del rango de uso.
VARILLA DE APISONAMIENTO: Una varilla de acero redonda con un diámetro de ⅝ de pulgada (16mm) recta de aproximadamente 24 pulgadas (600mm) de longitud.
VIBRADOR INTERNO: pueden ser de flecha rígida o flexible, de preferencia eléctricos; la frecuencia de vibración debe de ser de 7,000 vibraciones por minuto o mayor. El diámetro externo o la dimensión lateral del elemento que vibra debe de ser de al menos 0.75 de pulgada (19mm) y no mayor a 1.50 de pulgada (38mm); la longitud de la flecha debe ser como mínimo de 24 pulgadas (600mm).
RECIPIENTE PARA MEDIR: Un recipiente cilíndrico de acero u otro metal adecuado; su borde superior debe de ser liso y plano a 0.01 de pulgada (0.3mm).
86
PLACA PARA REMOVER EXCESO DE CONCRETO: Una placa de acero recta y plana de
al menos ¼ De pulgada (6mm) de espesor; o una placa de vidrio acrílico de al menos ½
pulgada (12mm) de espesor y con un ancho y largo de al menos 2 pulgadas (50mm) mayor que el diámetro del recipiente con el cual se use. Los extremos de la placa deben ser rectos y lisos, con una tolerancia de 1/16 de pulgada (2mm).
MAZO: con cabeza de hule o de cuero que pese aproximadamente 1.25 ± 0.50 lb (600±200g) para usarse con recipientes de 0.5 pie ³ (14L) o menores. Para recipientes más grandes de 0.5 de pie ³ se usara un mazo que pese aproximadamente 2.25 ± 0.50 lb (1000±200g).
PROCEDIMIENTO
Apisone concretos con revenimientos mayores de 3” (75mm), Apisone o vibre concretos con
revenimiento de 1 a 3” (25 a 75mm) consolide con vibración concretos con revenimientos de menos
de 1” (25mm).
APISONAMIENTO: Coloque el concreto en un recipiente en tres capas de aproximadamente el mismo volumen cada una. Apisone cada capa con 25 golpes de varilla en recipientes de 0.5 pie ³ (14L) o menores y con 50 golpes en recipientes de 1 pie ³ (28L) y un golpe por cada 3” ² (20cm²) de superficie de recipientes más grandes. Para las dos capas superiores penetre aproximadamente 1” (25mm) en la capa inferior. Después de apisonar cada capa golpee suavemente los lados del recipiente de 10 a 15 veces con el mazo adecuado.
VIBRACION INTERNA: Llene y vibre el recipiente en dos capas aproximadamente iguales. Inserte el vibrador en tres puntos distintos de cada capa; al compactar la capa superior, el vibrador debe penetrar en la capa inferior aproximadamente 1” (25mm). Mantenga una vibración constante para cada tipo particular de concreto vibrador y recipientes usados. La sobre vibración puede causar segregación. Un exceso de concreto aproximadamente de ⅛” (3mm) por encima del tope del recipiente es lo óptimo, se puede agregar una cantidad pequeña de concreto si es necesario corregir si hay diferencias.
REMOCION DEL EXCESO DE CONCRETO: La remoción y el aplanado se logran mejor presionando la placa de perfilado sobre la superficie superior del recipiente cubriendo aproximadamente dos terceras partes de esta y retirando la placa con un movimiento a manera de serrucho sobre el área cubierta.
LIMPIEZA Y PESAJE: Después de aplanar, limpie todo el concreto del exterior del recipiente y determine la masa del concreto en el mismo con la precisión requerida.
87
CALCULO MATEMATICO:
DENSIDAD (PESO UNITARIO): la masa neta del concreto en libras o kilogramos restando la masa del recipiente de medición, Mm de la masa del recipiente de medición lleno de concreto, Mc calcule la densidad, D, pie ³ o yd ³, dividiendo la masa neta del concreto entre el volumen del recipiente de medición, Vm como sigue: D= (Mc-Mm)/Vm RENDIMIENTO: Calcule el volumen producido como sigue: Y (yd ³) = M / (DX27 O Y (m ³) = M / D
CONTENIDO DEL AIRE: Calcule el contenido del aire como sigue: A = [(T-D)/T] X100
88
ASTM: C231-04
METODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA LA DETERMINAR POR EL
METODO DE PRESION, EL CONTENIDO DE AIRE DEL CONCRETO
RECIEN MEZCLADO
Este método de ensayo ha sido destinado para concretos y mortero s elaborados con agregados
relativamente densos.
No es aplicable para concretos hechos con agregados ligeros, escoria de alto homo enfriada por aire
o agregados con alta porosidad; en estos casos debe emplearse el método de ensayo C-173/C173.
RECIPIENTE DE MEDICIÓN: Debe ser esencialmente de forma cilíndrica fabricado en hacer,
metal duro, u otro material duro que no sea fácilmente atacable por la pasta de cemento, con
un diámetro mínimo de 0.75 a 1.25 veces la altura y una capacidad de por lo menos 0.20
pies ³ (5.7L).
VARILLA DE APISONAMIENTO: Una varilla de acero redonda y lisa con un diámetro de ⅝ de pulgada (16mm) y no menos de 16” (400mm) de longitud con el extremo de compactación redondeado , como una punta hemisférica de ⅝ de pulgada (16mm).
MAZO: con cabeza de hule o de cuero que pese aproximadamente 1.25 ± 0.50 lb
(0.57±0.23kg) para usarse con recipientes de 0.5 pie ³ (14L) o menores. Para recipientes más grandes de 0.5 de pie ³ se usara un mazo que pese aproximadamente 2.25 ± 0.50 lb (1.02±0.23kg).
89
REGLA DE ENRASE: Una barra recta plana de acero u otro metal conveniente de por lo menos de ⅛” (3mm) de espesor ¾” (20mm) de ancho y 12” (300mm) de longitud.
PLACA DE ENRASE: Una placa metálica rectangular y plana de por lo menos ¼ de pulgada
(6mm) de espesor o un vidrio o placa acrílica de por lo menos ½ pulgada (12mm) de espesor con una longitud y ancho de por lo menos 2” (50mm) mayor que el diámetro del recipiente sobre el que será usada. Los bordes de la placa deben de ser rectos y planos dentro de una tolerancia de 1/16” (1.5mm).
Cribas de 1½ pulgada (37.5mm) con una área de cribado no menor de 2 pies ² (0.19m²).
90
CAPITULO VIII
CURADO DEL CONCRETO
Cuando el cemento portland se mezcla con el agua, empieza una reacción química, llamada de hidratación. El grado de hidratación (extensión hasta la cual la reacción se completó) tiene influencia sobre la resistencia y la durabilidad del concreto. El concreto recién mezclado normalmente contiene más agua que la requerida para la hidratación del cemento, sin embargo la pérdida excesiva de agua por evaporación puede disminuir o prevenir la hidratación adecuada. La superficie es particularmente susceptible a la hidratación insuficiente porque se seca primero. Si la temperatura es favorable, la hidratación es relativamente rápida en los primeros días después de la colocación del concreto. Por lo tanto, es importante que se retenga agua en el concreto durante este período, o sea, se debe evitar la evaporación o reducirla considerablemente.
Con el curado adecuado, el concreto se vuelve más impermeable y más resistente a esfuerzos, a
abrasión y a congelación-deshielo. El desarrollo de las propiedades es muy rápido en los primeros
días, pero después continúa más lentamente por un periodo de tiempo indefinido. Las Figuras 8-2 y 8-3
muestran el desarrollo de la Resistencia
Fig. 8-2. Efecto del tiempo de curado húmedo sobre el desarrollo de la resistencia del concreto (Gonnerman y Shuman 1928).
91
Fig. 8-3. Efecto de la temperatura de curado sobre el desarrollo de la resistencia (superior) en relación a la
resistencia a los 28 días y (inferior) relativa a la resistencia del concreto a 23°C (73°F) (Burg 1996).
92
8.1 MÉTODOS Y MATERIALES DE CURADO
Se puede mantener el concreto húmedo (y en algunos casos a una temperatura favorable) a
través de tres métodos de curado:
1. Métodos que mantienen el agua de la mezcla (agua de mezclado) presente durante los períodos
iniciales de endurecimiento. Entre éstos se incluyen encharcamiento o inmersión, rociado,
aspersión o niebla y coberturas saturadas de agua. Estos métodos permiten un cierto
enfriamiento a través de la evaporación, que es benéfico en clima caluroso.
2. Métodos que reducen la pérdida del agua de la mezcla de la superficie del concreto.
Esto se puede hacer cubriéndose el concreto con papel impermeable o plástico o a través de la
aplicación de compuestos formadores de membrana.
3. Métodos que aceleran el desarrollo de la resistencia a través del suministro de calor y humedad
adicional al concreto. Esto se realiza normalmente con vapor directo, espirales (serpientes) de
calentamiento o cimbras (encofrados) o almohadilla calentados eléctricamente.
El método o la combinación de métodos elegido depende de factores como la disponibilidad de los
materiales de curado, el tamaño, forma y edad del concreto, las instalaciones de producción (en
obra o en central), apariencia estética y economía.
Como resultado, el curado normalmente envuelve una serie de procedimientos usados en
momentos específicos a medida que el concreto se envejece. Por ejemplo, aspersión de niebla o
yute húmeda cubierta con plástico pueden preceder la aplicación del compuesto de curado. El
momento de cada procedimiento depende del grado necesario de endurecimiento para que el
procedimiento no dañe la superficie del concreto (ACI 308, 1997)
8.2 ENCHARCAMIENTO E INMERSIÓN
En superficies planas, tales como pavimentos y losas, se puede curar por encharcamiento. Los
diques (bordos) de arena o suelo alrededor del perímetro de la superficie del concreto pueden
retener el agua del encharcamiento, método ideal para prevenir la pérdida de humedad y es
eficiente para mantener la temperatura del concreto.
El agua de curado no debe estar 11°C (20°C) más fría que el concreto para evitar las tensiones
térmicas que pueden generar fisuras. Como el encharcamiento requiere mucho trabajo y supervisión,
este método sólo se lo emplea en pequeñas obras.
El método de curado con agua, más minucioso, consiste en la inmersión total del elemento de
concreto. Este método se usa normalmente en laboratorio para el curado de especímenes (probetas)
de ensayo.
Cuando la apariencia del concreto es importante, el agua utilizada en el curado por encharcamiento
o inmersión debe estar libre de substancias que manchen o decoloren el concreto. El material usado
para los diques también puede decolorar el concreto.
93
8.3 ROCIADO Y ASPERSIÓN
El rociado (Fig. 8-4) y la aspersión con agua son excelentes métodos cuando la temperatura
ambiente está bien arriba de la temperatura de congelación y la humedad es baja. Frecuentemente,
se aplica una niebla o llovizna fina a través de un sistema de boquillas o rociadores para
aumentar la humedad relativa del aire, disminuyendo la evaporación de la superficie.
El rociado se aplica para minimizar la fisuración por contracción (retracción) plástica hasta que las
operaciones de acabado se concluyan. Una vez que el concreto se haya endurecido
suficientemente para prevenir la erosión por el agua, se pueden usar, de manera eficiente,
rociadores ordinarios para césped.
Esto si se proporciona una buena cobertura y el escurrimiento del agua es adecuado. Las
mangueras para regar son útiles para superficies verticales o casi verticales.
El costo de la aspersión puede ser una desventaja. El método requiere un gran abastecimiento de
agua y una supervisión cuidadosa. Si la aspersión se hace en intervalos, se debe prevenir que el
concreto se seque entre las aplicaciones del agua, a través del uso de yute o material similar, pues
los ciclos alternados de saturación y secado pueden causar la fisuración de la superficie.
Fig. 8-4. La niebla minimiza la pérdida de humedad durante y después de la colocación y el acabado del concreto. (IMG12362)
94
8.4 COBERTURAS HÚMEDAS
Normalmente para el curado, se usan las cubiertas de telas saturadas con agua, como los yutes, esteras de algodón, mantas u otras telas que retengan humedad (Fig. 8-5). El yute tratada que refleja la luz y es resistente a la putrefacción y al fuego ya está disponible. Los requisitos para los yutes se describen en Especificaciones para Telas de Arpillera Producidas de Yute o Kenaf (Specification for Burlap Cloths made from Jute or Kenaf – AASHTO M 182) y aquéllos para las mantas de yute blanco de polietileno se describen en la ASTM C 171 (AASHTO M 171).
Fig. 8-5. Los aspersores de césped saturan el yute con agua y mantienen el concreto continuadamente saturado. La aspersión intermitente es aceptable si no ocurre secado de la superficie del concreto. (IMG12263)
El yute debe estar libre de cualquier sustancia que sea perjudicial al concreto o pueda causar
decoloración (descoloramiento). Se debe enjuagar el yute nuevo para remover sustancias
solubles y para volverlo más absorbente.
Las coberturas de tela saturada, capaces de retener el agua, deberán colocarse tan pronto el concreto
se haya endurecido suficientemente para evitar daños a su superficie. Durante el período de espera, se
pueden usar otros métodos de curado, tales como el rociado o el uso de auxiliares de acabado
formadores de membrana. Se debe tener cuidado para que toda la superficie se cubra por la tela
mojada, incluyéndose los bordes de las losas. Se debe mantener la cubierta constantemente húmeda
para que una película de agua se mantenga sobre la superficie del concreto durante el período de
curado. El uso de películas de polietileno sobre el yute húmedo es una buena práctica que elimina la
necesidad de riego continuo de la cubierta. El riego periódico de la tela debajo del plástico, antes que se
seque, debe ser suficiente. Ciclos alternados de saturación y secado durante las edades tempranas
pueden causar fisuración.
Cubiertas húmedas de tierra, arena o aserrín son eficientes para el curado y frecuentemente
usadas en pequeñas obras. El aserrín de la mayoría de las maderas es aceptable, pero el roble y
otras maderas que contienen ácido tánico no se deben usar, pues puede ocurrir deterioro del
concreto. Una capa de 50 mm (2 pulg.) de espesor se debe distribuir regularmente sobre la superficie
del concreto previamente humedecida y se la debe mantener constantemente mojada.
Se puede utilizar el heno (forraje) o paja húmedos para el curado de superficies planas. Si son
empleados, se debe colocar una capa de, por lo menos, 150 mm (6 pulg.) de espesor y deberán
quedar fijos con una malla de alambre, yute o lona para evitar que el viento se los lleve.
La mayor desventaja de la tierra, arena, aserrín, heno o paja húmedos es la posibilidad de
decoloración del concreto.
95
8.5 PAPEL IMPERMEABLE
El papel impermeable para el curado del concreto consiste en dos hojas de papel kraft (o de pulpa
sulfítica), cemen8tadas entre si por un adhesivo bituminoso con refuerzo de fibras.
Este papel, según la ASTM C 171 (AASHTO M 171), es un método eficiente de curado de superficies
horizon8tales y concreto estructural de formas relativamente sencillas. Una ventaja importante de
este método es que no requiere el riego periódico.
El curado con papel impermeable auxilia la hidratación del cemento, pues previene la pérdida de
agua del concreto (Fig. 8-6).
Cuando el concreto se haya endurecido suficiente- mente para prevenir el daño de la superficie, se
lo debe mojar y colocar el papel con el mayor ancho disponible. Los bordes de hojas adyacentes se
deben traslapar cerca de 150 mm (6 pulg.) y estar sellados con arena, tablón de madera, cinta
adhesiva sensitiva a presión, mastique o pegamento (cola). Las hojas se deben anclar con pesos
para que se mantengan en contacto con la superficie del concreto durante todo el período de curado.
El papel impermeable se puede reutilizar si efectiva- mente retiene la humedad. Las rasgaduras y los
agujeros se pueden reparar fácilmente con parches de papel de curado. Cuando la condición del
papel es dudosa, se lo puede seguir utilizando con doble espesor.
Además del curado, el papel impermeable ofrece alguna protección al concreto contra daños
causados por construcción posterior, bien como protección contra el sol directo. Su color debe ser claro
y no debe manchar el concreto. El papel con la superficie superior blanca es preferible para el
curado de concreto exterior durante el clima caluroso.
Fig. 8-6. Papel impermeable para curado es una medida eficiente de curado horizontal de superficies. (IMG15128)
96
8.6 HOJAS DE PLÁSTICO
Los materiales de láminas (hojas) de plásticos, tales como la película de polietileno, se pueden usar en el
curado del concreto (Fig. 8-7). La película de polietileno, además de tener un peso ligero, retiene la
humedad de manera eficiente y se la puede aplicar fácilmente tanto en elementos de formas sencillas
como complejas. Su aplicación es semejante a la aplicación descrita para el papel impermeable.
El curado con película de polietileno (o papel impermeable) puede causar decoloración en ciertas áreas,
especialmente si el concreto contiene cloruro de calcio y fue acabado con llana metálica. Esta
decoloración es más pronunciada cuando la película se arruga, pero, en proyectos grandes, es muy
difícil y toma mucho tiempo, colocar los materiales en hojas sin arrugas.
La decoloración se puede prevenir inundando la superficie bajo la cubierta, mas otros métodos de
curado se deben usar, cuando un color uniforme sea importante.
La película de polietileno debe cumplir con la ASTM C 171 (AASHTO M 171), que especifica un
espesor de 0.10 mm (4 mpulg.) para el curado del concreto, pero lista sólo películas opacas blancas
y transparentes.
Sin embargo, la película negra está disponible y es satisfactoria bajo ciertas condiciones. La película
blanca se la debe usar en el curado del concreto exterior, durante el clima caluroso, para reflejar los
rayos de sol. La película negra se la puede usar en el clima frío en áreas internas
Las películas transparentes tienen poco efecto sobre la absorción del calor.
La ASTM C 171 (AASHTO M 171) también incluye un material en lámina, tal como yute impregnado, en
uno de los lados, con película de polietileno opaco en el otro. Las combinaciones de película de
polietileno unida a una tela absorbente, tal como el yute, ayuda a retener la humedad sobre la
superficie del concreto.
La película de polietileno también se puede colocar sobre arpillera húmeda u otro material húmedo de
cobertura, para retener el agua en el material de la cubierta. Este procedimiento elimina el trabajo
intenso de regar continuadamente el material de la cubierta
Fig. 8-7. La película de polietileno es una barrera de humedad efectiva para el curado del concreto y se la puede aplicar fácilmente tanto en formas complejas como en sencillas. Para minimizar la decoloración, la película se debe mantener lo más llano posible sobre la superficie de concreto. (IMG12360)
97
8.7 COMPUESTOS DE CURADO FORMADORES DE PELÍCULA
Los compuestos líquidos formadores de membranas a base de parafinas, resinas, hules (gomas)
coloreadas y otros materiales se pueden usar para impedir o reducir la evaporación de la humedad del
concreto.
En países desarrollados, es el método más práctico y más ampliamente utilizado para el curado no
sólo de concretos recién colocados, sino también para prolongar el curado hasta después de
la remoción de la cimbra (encofrado) o después del curado húmedo inicial.
Sin embargo, los métodos más eficientes de curado son las cubiertas húmedas o el rociado
de agua, los cuales mantienen el concreto continuadamente mojado. Los compuestos de curado
deben ser capaces de conservar la humedad relativa de la superficie del concreto superior al 80% por
siete días, para sostener la hidratación del cemento.
Los compuestos formadores de película son, en general, de dos tipos: transparentes o translúcidos y
pigmentados de blanco. Los compuestos transparentes o translúcidos pueden contener un
tinte inestable que facilita la verificación visual del área cubierta por la película. El tinte se
destiñe enseguida a la aplicación. En días calientes y soleados, se recomienda el empleo de
compuestos blancos, pues reducen el aumento del calor provocado por el sol, reduciendo la
temperatura del concreto. Se deben agitar los recipientes de los compuestos pigmentados, para que
no se asienten en el fondo.
Los compuestos de curado se deben aplicar inmediatamente después del acabado final del
concreto, a través de equipos rociadores operados manualmente o por propulsión mecánica (Fig. 8-
8). La superficie del concreto debe estar húmeda, cuando se aplica la capa.
En días secos y ventosos o durante períodos de condiciones climáticas adversas, que podrían
resultar en fisuración por contracción (retracción) plástica, la aplicación del compuesto de curado,
inmediatamente después del acabado final y antes de la evaporación de toda el agua libre de la
superficie, va a ayudar a prevenir la formación de agrietamiento. Los equipos rociadores de
propulsión mecánica se recomiendan para una aplicación uniforme de compuestos de curado en
áreas grandes. Estos equipos deben disponer de boquillas de rociado y parabrisas para prevenir la
pérdida del compuesto, provocada por el viento.
Normalmente se aplica sólo una capa lisa y uniforme en una tasa típica de 3 a 4 m2 por litro (150 a 200
pies2 por galón), pero como los productos varían, se deben seguir las tasas recomendadas por el
fabricante. Si se necesitan dos capas para garantizar una cobertura completa y una protección
efectiva, la segunda capa se debe aplicar en ángulo recto con respecto a la primera. Se debe lograr
la cobertura completa de la superficie, porque aún los agujeros muy pequeños en la membrana,
pueden aumentar la evaporación de la humedad del concreto.
Fig. 8-8. Los compuestos líquidos formadores de películas se deben aplicar con cobertura uniforme y adecuada sobre toda la superficie y bordes para obtener un curado prolongado y efectivo.
98
8.8 CURADO POR HUMEDAD INTERNA
El curado por humedad interna se refiere a métodos que dan humedad desde el interior del concreto y
no desde su exterior. Esta agua no debe afectar el agua inicial de la relación agua-cemento del
concreto fresco. Los agregados finos ligeros (livianos de baja densidad) o partículas de polímeros
absorbentes, con capacidad de retener una cantidad significativa de agua, pueden suministrar humedad
adicional a los concretos propensos a auto-desecación.
Cuando se hace necesaria una hidratación más completa en concretos con baja relación agua-cemento
(alrededor de0.30 o menos), 60 kg/m3 a 180 kg/m3 (100 lb/yarda3 a 300 lb/yarda3) de agregado fino
ligero saturado pueden suministrar humedad adicional para la continuación de la hidratación,
resultando en un aumento de la resistencia y de la durabilidad.
Todo el agregado fino de la mezcla se puede reemplazar por agregado fino ligero saturado, para
maximizar la humedad interna de curado. El curado por humedad interna se debe acompañar por
métodos de curado externos.
8.9 CIMBRAS DEJADAS EN SU LUGAR
Las cimbras (encofrados) ofrecen una protección satisfactoria contra la pérdida de humedad si
se mantiene húmeda la superficie superior expuesta.
La manguera de regar es excelente para esta finalidad. Se deben dejar las cimbras en el concreto el
mayor tiempo posible.
Se deben mojar las cimbras de madera dejadas en el concreto a través de rociado, especialmente
durante el clima caluroso o seco. Si no se puede hacer esto, se deben retirar estas cimbras lo más
pronto posible y se debe empezar otro método de curado sin retraso. Pueden ocurrir
variaciones de color en las paredes, resultantes de las cimbras y del curado desigual.
8.10 CURADO A VAPOR
El curado a vapor es ventajoso donde sea importante el desarrollo de resistencia temprana o donde sea necesario calor adicional para que se logre la hidratación, como en el caso del clima frío. Se usan dos métodos de curado a vapor: vapor directo (vivo) a presión atmosférica (para estructuras encerradas, Coladas en obra y unidades grandes de concreto prefabricado) y vapor a alta presión en autoclaves (para unidades prefabricadas pequeñas). Sólo el método de vapor directo a presión atmosférica se va a presentar aquí. Un ciclo típico de curado a vapor consiste en:
1. Retraso inicial antes de la aplicación del vapor, 2. Período de aumento de la temperatura, 3. Período en que se mantiene constante la temperatura máxima y 4. Periodo de disminución de la temperatura. La Figura 8-9 enseña un ciclo típico de curado a
vapor atmosférico.
El curado a vapor a presión atmosférica, generalmente, se hace en ambientes cerrados para minimizar la humedad y la pérdida de calor. Normalmente se usan lonas para crear un ambiente encerrado. La aplicación del vapor en ambientes encerrados se debe retrasar hasta el fraguado inicial o por lo menos 3 horas después de la colocación del concreto para permitir algún endurecimiento del concreto. Con un período de retraso de 3 a 5 horas antes de la aplicación del vapor, el concreto va a lograr la resistencia temprana máxima, como se puede observar en la Figura 8-10.
99
Fig. 8-10. Relación entre resistencia a 18 horas y el
periodo de retraso antes de la vaporización. En cada caso, el periodo de retraso más el periodo de vaporización
totalizaron 18 horas (Hanson 1963).
8.11 TIEMPO Y TEMPERATURA DE CURADO
El período de tiempo que se debe proteger el concreto de la congelación, temperaturas elevadas
anormales y contra la pérdida de humedad depende de diversos factores: el tipo del material
cementante usado, las proporciones de la mezcla, resistencia requerida, tamaño y forma del
miembro de concreto, clima ambiente y condiciones de exposición futura.
El periodo de curado puede ser de 3 semanas o más para concretos magros usados en estructuras
masivas, tales como presas. Por otro lado, puede ser de sólo unos pocos días en mezclas ricas,
especialmente si se emplean cementos de alta resistencia inicial, tales como el ARI, el tipo III (ASTM) y
el HE (ASTM). Los periodos de curado a vapor normalmente son mucho más cortos, variando de
algunas horas hasta 3 días, pero generalmente se usan ciclos de 24 horas. Como todas las propiedades
del concreto se mejoran con el curado, el tiempo de curado debe ser lo más largo posible.
En losas de concreto sobre el terreno (pisos, pavimentos, revestimiento de canal, parques y
paseos (calzadas, caminos, paseos, andenes, veredas)) y en concreto estructural (paredes
colocadas en obra, columnas, losas, vigas, zapatas pequeñas, estribos, muros de contención y
tableros de puentes), el período de curado con temperaturas ambientes inferiores a 5°C (40°F) debe
ser de por lo menos 7 días, pero un tiempo adicional se puede requerir para que se logre 70% de
las resistencias a compresión o a flexión especificadas. Se debe seguir el ACI Comité 306,
recomendaciones para el curado, cuando el promedio de la temperatura ambiente es 5°C (40°F) o
inferior, para prevenir daños por congelación.
Una temperatura de curado más elevada proporciona un desarrollo más temprano de la resistencia que
una temperatura más baja, pero puede disminuir la resistencia a los 28 días, como se enseña en la
Figura 8-11. Si se hacen pruebas de resistencia para establecer el tiempo de curado adecuado o
cuando se pueden remover las cimbras, se deben producir, en la obra, cilindros o vigas de
concreto representativos, manteniéndolos cerca de la estructura o pavimento que representan y
curándolos con los mismos métodos. Están disponibles equipos que pueden controlar las temperaturas
internas del concreto y coincidir con la temperatura de la caja de curado del cilindro de concreto. Ésta
es la medida más precisa para representar las resistencias del concreto en la obra.
100
También se puede hacer uso de corazones (testigos), cilindros removibles colados en la obra y
métodos de ensayos no-destructivos para determinar la resistencia de los elementos de
concreto.
Fig. 8-11. La resistencia a un día aumenta con el aumento de la temperatura de curado, pero la resistencia a los 28
días disminuye con el aumento de esta temperatura (Verbeck y Helmuth 1968).
101
CAPITULO IX
ASPECTOS A CONSIDERAR EN LA SUPERVISIÓN DEL CONCRETO
El concreto cambia ligeramente de volumen por varias razones y la comprensión de la naturaleza de
estos cambios es útil para el planeamiento o el análisis de las obras en concreto. Si el concreto fuera
libre de cualquier restricción para deformarse, los cambios normales de volumen tendrían pocas
consecuencias, pero, como el concreto en servicio normalmente se restringe por los cimientos
(cimentación, fundación), sub rasantes, refuerzo o elementos conectados, se pueden desarrollar
esfuerzos considerables. Esto es principalmente verdad para los esfuerzos de tensión (tracción).
Las grietas (fisuras) se desarrollan porque el concreto es relativamente débil en tensión, pero bastante
resistente a compresión. El control de las variables que afectan los cambios de volumen puede
minimizar las tensiones elevadas y el agrietamiento. El ancho admisible de las fisuras se debe considerar
en el diseño estructural.
El cambio de volumen se define meramente como un incremento o una disminución del volumen. Más
comúnmente, el tema del cambio del volumen del concreto trata de la expansión lineal y la
contracción ocasionada por ciclos de temperatura y humedad. Sin embargo, los efectos químicos
como la contracción (retracción) por carbonatación, el ataque de sulfatos y la expansión perjudicial
resultante de la reacción álcali-agregado también pueden causar cambios de volumen.
También la fluencia es un cambio de volumen o una deformación causada por esfuerzos o cargas
sostenidos. Igualmente importantes son los cambios elástico e inelástico en las dimensiones o formas,
que ocurren instantáneamente bajo la aplicación del esfuerzo.
9.1 CAMBIOS DE VOLUMEN EN EDAD TEMPRANA El cambio del volumen del concreto empieza justo después del colado (colocación). Los cambios
tempranos de volumen, durante las primeras 24 horas, pueden influenciar los cambios de volumen y la
formación de fisuras en el concreto endurecido, especialmente en concretos con baja relación agua-
cemento.
9.1.1CONTRACCIÓN QUÍMICA
La contracción química se refiere a la reducción en el volumen absoluto de sólidos y líquidos de la
pasta, resultante de la hidratación del concreto. El volumen absoluto de los productos hidratados del
cemento es menor que el del cemento y del agua antes de la hidratación.
Este cambio del volumen de las pastas de cemento en el estado plástico se representa por las dos
primeras barras de la Figura 9-1 No están incluidas las burbujas de aire del mezclado. La contracción
(retracción) química es continua a una escala microscópica, mientras que el cemento se
hidrata. Después del fraguado inicial, la pasta no se puede deformar tanto cuanto en el estado
plástico.
Por lo tanto, se compensan la hidratación y la contracción química adicionales con la formación de
vacíos en la micro estructura (Fig.9-1). La mayor parte de este cambio de volumen es interno y no
cambia considerablemente las dimensiones externas visibles del elemento de concreto.
102
Fig. 9-1. Cambios de volumen por contracción química y Contracción autógena de pasta fresca y endurecida. Sin
escala.
La magnitud del cambio de volumen ocasionado por la contracción química se puede estimar a través
de las fases hidratadas del cemento y de las densidades de sus cristales o se la puede determinar
por pruebas físicas, como se muestra en la Figura 9-2. El Instituto de Concreto Japonés tiene un
método de ensayo para la contracción química de la pasta de cemento.
Fig. 9-2. Prueba de contracción química de pasta de cemento, enseñando el frasco para la pasta de cemento y
la pipeta para la medición del agua absorbida.
La Figura 9-3 enseña un ejemplo de la contracción química de una pasta de cemento portland, a lo
largo del tiempo. En el pasado, investigadores se referían a la contracción química como la absorción
del agua durante la hidratación (Powers 1935). Le Chatelier (1900) fue el primero en estudiar la
contracción química de las pastas de cemento.
103
Fig. 9-3. Contracción química de la pasta de cemento (Tazawa 1999).
9.1.2 CONTRACCIÓN AUTÓGENA
La contracción autógena es la reducción macroscópica del volumen (cambio dimensional visible) de
la pasta de cemento, mortero o concreto, causada por la hidratación del cemento. La reducción
macroscópica del volumen de la contracción autógena es mucho menor que la reducción del volumen
absoluto de la contracción química, debido a la rigidez de la estructura de la pasta endurecida. La con-
tracción química es la fuerza que conduce a la contracción autógena. La relación entre contracción
autógena y con- tracción química se presenta en las Figuras 9-1,9-4,9-5. Algunos investigadores y
organizaciones consideran que la contracción autógena empieza con el inicio del fraguado y
otros la evalúan desde el momento de la colocación (colado) del concreto.
Fig. 9-4. Relación entre contracción autógena y contracción química de la pasta de cemento en edades tempranas
(Hammer 1999).
104
Fig. 9-5. Relación volumétrica entre hundimiento (asentamiento),
agua de sangrado, contracción química y contracción autógena. Sólo se enseña la contracción autógena después del inicio del fraguado. Sin escala.
Cuando hay agua externa disponible, la contracción autógena no puede ocurrir. Cuando el agua
externa no está disponible, la hidratación del cemento consume el agua de los poros, resultando en
auto desecación de la pasta y en una reducción uniforme del volumen (Copeland y Braga
1955). La contracción (retracción) autógena aumenta con la disminución de la relación agua-
cemento y con el aumento de la cantidad de pasta de cemento.
El concreto normal tiene una contracción autógena insignificante, sin embargo, es muy prominente en
concretos con relación agua-cemento menor que 0.42 (Holt 2001). El concreto de alta resistencia y baja
relación agua- cemento (0.30) puede experimentar una contracción autógena de 200 a 400
millonésimos. La contracción autógena puede ser la mitad de la contracción por secado en concretos
con relación agua-cemento de 0.30.
El uso reciente de concretos de alto desempeño y baja relación agua-cemento, en puentes y otras
estructuras, ha reanudado el interés en la contracción autógena, a fin de controlar el desarrollo de
fisuras. Los concretos altamente susceptibles a contracción autógena se deben curar con agua
externa, por un periodo de, por lo menos, 7 días a fin de ayudar a controlar el desarrollo de grietas. Se
deben proporcionar el rociado y la niebla, tan pronto se coloca el concreto. La hidratación de los
materiales cementantes suplementarios también contribuye para la contracción autógena, pero en
un nivel diferente del cemento portland
9.1.3 HUNDIMIENTO . El hundimiento (asentamiento) se refiere a la contracción vertical de los materiales cementantes frescos, antes del inicio de fraguado, y es resultado del sangrado o la exudación (asentamiento de los sólidos con relación a los líquidos), de la subida de los vacíos de aire hacia la superficie y de la contracción química. El hundimiento también se llama contracción por asentamiento. El hundimiento del concreto bien consolidado, con un sangrado mínimo, es insignificante. La relación entre hundimiento y otros mecanismos de contracción se muestra en la Figura 9-5.
105
El hundimiento excesivo arriba de elementos insertados, tales como acero de refuerzo (armadura), puede resultar en agrietamiento (fisuración) sobre estos elementos. Los concretos producidos con aire incluido (incorporado), la cantidad suficiente de materiales finos y la relación agua cemento baja tienden a minimizar el agrietamiento por hundimiento. De la misma manera, las fibras plásticas pueden reducir la fisuración por hundimiento
9.1.4 CONTRACCIÓN PLÁSTICA
Contracción plástica se refiere a los cambios que ocurren mientras el concreto aún está en estado
fresco, antes de endurecerse. Normalmente, se presenta en la forma de fisuras por contracción
plástica, que ocurren antes o durante el acabado (Fig. 9-6). Las grietas frecuentemente parecen
rasgaduras en la superficie. La contracción plástica resulta de la combinación de la contracción
(retracción) química y autógena y la rápida evaporación de la humedad de la superficie, superando
la tasa de sangrado (exudación).
La contracción plástica se puede controlar con la disminución de la evaporación de la superficie a
través del uso de rociado, rompevientos, sombreado, cubiertas de láminas de plástico, yute
(arpillera, estopa) húmedo, auxiliares de acabado aerosol (retardadores de evaporación) y fibras
plásticas
Fig. 9-6. Las fisuras por contracción plástica se parecen con rasgaduras en el concreto fresco. (IMG12283)
9.1.5 EXPANSIÓN
El concreto, el mortero y la pasta de cemento se expanden con la presencia de agua externa. El
volumen de la masa del concreto aumenta cuando el agua externa reemplaza el agua drenada de los
capilares por la contracción química. Como no hay auto desecación, no hay contracción autógena. El
agua externa puede venir del curado húmedo o sumersión. La expansión (hinchazón) ocurre debido a
la combinación del crecimiento de los cristales, absorción de agua y presión osmótica. La magnitud de
la expansión no es muy grande, sólo cerca de 50 millonésimos en las edades tempranas (Fig.
9-7). Cuando se remueve la fuente de agua externa, las contracciones autógenas y de secado
revierten el cambio de volumen.
106
Fig. 9-7. Expansión en edad temprana de especimenes de concreto de 100 x 100 x 375 mm (4 x 4 x 15 pulg.) curados
bajo agua (Aïtcin 1999).
9.1.6 EXPANSIÓN TÉRMICA TEMPRANA
A medida que el cemento se hidrata, la reacción exotérmica proporciona una cantidad significativa de
calor. En elementos de grandes volúmenes, el calor se retiene y no se disipa como en los elementos
menores. Este aumento de temperatura, que ocurre durante las primeras horas y días, puede inducir a
una pequeña expansión que compensa las contracciones autógena y de secado.
9.2 CAMBIOS DE HUMEDAD DEL CONCRETO ENDURECIDO
El concreto endurecido se expande ligeramente con el aumento de la humedad y se contrae con la
pérdida de la misma. Los efectos de estos ciclos de humedad se ilustran esquemáticamente en la
Figura 9-8. La probeta A representa el concreto almacenado constantemente en agua desde su
colocación. La probeta B representa el mismo concreto expuesto primeramente al secado al
aire y después a ciclos alternados de humedecimiento y secado. Se debe observar que la expansión
que ocurre durante el almacenamiento húmedo continuo durante un periodo de varios años es
normalmente menor que 150 millonésimos.
Esto es cerca de un cuarto de la contracción del concreto secado al aire durante el mismo periodo.
La Figura 9-9 muestra que hay una expansión de los concretos sujetos a curado húmedo por siete
días, seguida de contracción, cuando se los sella o se los expone al secado al aire.
107
Fig. 9-8. Ilustración esquemática de los movimientos de la
humedad en el concreto. Si se conserva el concreto constantemente húmedo, ocurre una pequeña expansión. Sin
embargo, normalmente también ocurre el secado, causando contracción. Humedecimiento y secado adicionales
causan ciclos alternados de expansión y contracción (Roper 1960).
Fig. 9-9. Cambio de longitud de especimenes de concreto expuestos a diferentes regímenes de curado (Aïtcin 1999).
La contracción (retracción) autógena reduce el volumen de los concretos sellados a un nivel aproximadamente igual a la magnitud de la expansión a siete días. Observe que los concretos curados con humedad por siete días tuvieron menos contracción autógena y por secado que el concreto sin curado húmedo. Esto muestra la importancia del curado húmedo temprano para minimizar la contracción.
108
Los ensayos indican que la contracción por secado de probetas pequeñas de concreto simple (sin
refuerzo) varía de cerca de 400 a 800 millonésimos, cuando son expuestas al aire a una humedad de
50% El concreto con una contracción unitaria de 550 millonésimos acorta cerca de la misma cantidad
de la contracción térmica causada por una disminución de la temperatura de 55°C (100°F).
El concreto con agregado pre colocado tiene una contracción por secado de 200 a 400 millonésimos,
que se considera menos que el concreto normal, debido al contacto punta-a-punta de las partículas de
agregado.
La contracción por secado del concreto ligero (liviano) estructural tiene una variación de casi 30 %
más que el concreto de densidad normal, dependiendo del tipo de agregado empleado.
La contracción por secado del concreto reforzado es menor que aquélla del concreto simple y la diferencia depende de la cantidad de refuerzo. El acero de refuerzo restringe, pero no previene, la contracción por secado. En estructuras de concreto reforzado con cantidades normales de refuerzo, la contracción por secado es cerca de 200 a 300 millonésimos. Valores similares se encontraron en losas sobre el terreno restringidas por la subrasante. En muchas aplicaciones externas, el concreto alcanza su contenido máximo de humedad en el invierno. Por lo tanto, en esta época, el cambio de volumen debido al incremento de humedad tiende a compensarse con el cambio resultante de la disminución del promedio de temperatura.
La cantidad de humedad en el concreto se afecta por la humedad relativa del aire ambiente. El obtenido de humedad libre de los elementos de concreto, después de secados al aire a una humedad relativa del 50% al 90% por varios meses, es cerca del 1% al 2% de la masa del concreto. La cantidad real depende de los constituyentes del concreto, contenido original de humedad, condiciones de secado, tamaño y forma del elemento de concreto. Después que el concreto se haya secado hasta una humedad constante bajo una cierta condición de humedad, una disminución de la humedad relativa hace con que pierda humedad y un incremento hace que gane humedad. El concreto se contrae o se expande con cada cambio de contenido de humedad debido principalmente a las respuestas de la pasta de cemento a los cambios de humedad. La mayoría de los agregados presenta poca respuesta a los cambios de contenido de humedad, aunque hay pocos agregados que se expanden o contraen en repuesta a estos cambios.
Durante su secado, el concreto se contrae. Donde no haya restricción, el movimiento ocurre libremente y no desarrolla esfuerzos y fisuras (Figura 9-10 superior). Si os esfuerzos de tensión (tracción) que resultan de la contracción por secado restringida superan la resistencia a tensión (tracción) del concreto, se desarrollan grietas (Figura 9-10a inferior). Fisuras aleatorias se pueden desarrollar si las juntas no se espacian adecuadamente y el concreto está restringido en cuanto a su acortamiento (Figura 9-10b). Las juntas de contracción en losas sobre el terreno deben espaciarse con distancias de 24 a 36 veces el espesor de la losa para que puedan controlar las fisuras aleatorias (Figura 9-10c).Las juntas en muros son igualmente importantes para el control del agrietamiento (Figura 9-10d).
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Fig. 9-10. (a) Ilustración que muestra que no hay desarrollo de agrietamiento en el concreto que esté libre para contraerse (losa sobre rodillos). Sin embargo, una losa sobre el terreno está restringida por la subbase (u otro elemento), creando tensiones y grietas. (b) Grietas típicas de contracción de una losa sobre el terreno. (c) Una junta de contracción que funciona adecuadamente controla la localización de las fisuras de contracción. (d) Juntas de contracción en las losas y muro presentados aquí, minimizarán la formación de fisuras. (IMG12279, IMG12281, IMG12282) La Figura 9-11 muestra la relación entre la tasa de secado en diferentes profundidades, contracción por secado y pérdida de masa del concreto de densidad normal (Hanson 1968).
Fig. 15-11. Distribución de la humedad relativa en varias profundidades, contracción por secado y pérdida de masa de cilindros de 150 x 300 mm (6 x 12 pulg.) sometidos a curado húmedo por 7 días y posteriormente secados en ambiente de laboratorio a 23° C (73° F) y 50% HR (Hanson 1968).
110
La contracción puede continuar por muchos años, dependiendo del tamaño y de la forma del concreto. La tasa y la cantidad final de contracción son normalmente menores en grandes masas de concreto que en pequeñas masas, por otro lado, la contracción continúa por un periodo más largo, en grandes masas. Relaciones volumen-área superficial mayores (elementos grandes) experimentan menos retracción, como se enseña en la Figura 9-12. La tasa y la cantidad de contracción por secado en pequeños especímenes producidos con varios tipos de cemento se presentan en la Figura 9-13. Los especímenes tuvieron inicialmente un curado húmedo por 14 días a 21°C (70°F), después se almacenaron al aire por 38 meses a la misma temperatura y con humedad relativa de 50%. La contracción registrada en la edad de 38 meses varió de 600 a 790 millonésimos. El promedio de 34% de esta contracción ocurrió en el primer mes y, al final de 11 meses, se registró un promedio de 90% con relación a la contracción a los 38 meses.
Fig. 9-12. Contracción por secado de cilindros de varios tamaños producidos con Elgin, concreto de grava de
Illinois (Hansen y Mattock 1966).
Fig. 9-13. Resultados de larga duración de ensayos de contracción por secado del Departamento de Recursos
Hídricos Norteamericano (U.S. Bureau of Reclamation). La contracción varió de 600 a 790 millonésimos después de 38
meses de secado. En este estudio, la contracción de los concretos producidos con cementos con aire incluido fue similar a la contracción de los concretos sin aire incluido
(Bureau of Reclamation 1947 y Jackson 1955).
111
9.3 CAMBIOS DE TEMPERATURA EN EL CONCRETO ENDURECIDO
El concreto se expande ligeramente con el aumento de la temperatura y se contrae a medida que
ésta disminuye, aunque se puede expandir levemente cuando el agua libre en el concreto se congela.
Los cambios de temperatura se pueden causar por condiciones ambientales o por la hidratación
del cemento. Un valor promedio del coeficiente de expansión térmica del concreto es cerca de 10
millonésimos por grado Celsius (5.5 millonésimos por grado Fahrenheit), a pesar que se
observaron valores variando de 6 a 13 millonésimos por grado Celsius (3.2 a 7.0 millonésimos por
grado Fahrenheit). Esto resulta en cambios de longitud de 5 mm por 10 metros de concreto (2⁄3
pulg. por 100 pies de concreto), sometidos a aumento o disminución de temperatura de 50°C
(100°F). El coeficiente de expansión térmica para el concreto estructural de baja densidad (ligero)
varía de 7 a 11 millonésimos por grado Celsius (3.6 a 6.1 millonésimos por grado
Fahrenheit). El coeficiente de expansión térmica del concreto se puede determinar a través de la
AASHTO TP 60.
La expansión y la contracción térmica del concreto varían con factores tales como el tipo de agregado,
el con- tenido de cemento, la relación agua-cemento, la variación de la temperatura, la edad del concreto
y la humedad relativa. De éstos, el tipo de agregado tiene la mayor influencia. La Tabla 9-1 muestra
algunos valores experimentales del coeficiente de expansión térmica de concretos producidos con
varios tipos de agregados. Estos datos se obtuvieron a través de pruebas en especímenes pequeños,
en los cuales todos los factores fueron los mismos, con excepción del tipo de agregado. En cada
caso, el agregado fino era del mismo material que el agregado grueso.
El coeficiente de expansión térmica del acero es cerca de 12 millonésimos por grado Celsius (6.5
millonésimos por grado Fahrenheit), el cual se compara al del concreto. El coeficiente del concreto
reforzado se puede asumir como el promedio del concreto y del acero, o sea, 11 millonésimos por
grado Celsius (6 millonésimos por grado Fahrenheit).
Los cambios de temperatura que resultan en contracciones pueden fisurar los elementos de concreto
que son altamente restringidos por otra parte de la estructura o por fricción (rozamiento) con el
terreno. Considere un elemento de concreto largo, restringido, colado (colocado) sin juntas, que,
después del curado húmedo, tuvo una disminución de temperatura.
A medida que su temperatura baja, el concreto tiende a acortarse, pero no lo consigue pues está
restringido longitudinalmente.
Los esfuerzos de tensión (tracción) resultantes pueden agrietar el concreto. Tanto la resistencia a
tensión (tracción) del concreto como el módulo de elasticidad del concreto se pueden asumir como
proporcionales a la raíz cuadrada de la resistencia a compresión del concreto, y los cálculos enseñan
que una caída muy acentuada de la temperatura va a agrietar el concreto, a pesar de su edad o
resistencia, siempre que el coeficiente de expansión no cambie con la variación de temperatura y
el concreto esté totalmente restringido.
Los paneles prefabricados (pre moldeado, pre colado) para muros, losas y pavimentos sobre el
terreno son susceptibles a la flexión y al alabeo, causados por gradientes de temperatura que se
desarrollan cuando el concreto está frío en uno de los lados y caliente en el otro. La cantidad calculada
de alabeo en un panel de muro se ilustra en la Figura 9-14.
112
Fig.9-14. Alabeo de un muro de concreto simple ocasionado
por la variación uniforme de la temperatura desde el interior al exterior.
TEMPERATURAS BAJAS
El concreto continúa a contraerse a medida que la temperatura disminuye por debajo de la congelación. La magnitud del cambio de volumen a temperatura bajo cero Celsius (32°F) es altamente influenciada por el contenido de humedad, el comportamiento del agua (estado físico hielo o líquido) y el tipo del agregado en el concreto. En un estudio, el coeficiente de expansión térmica para el rango de temperatura de 24°C a -157°C (75°F a -250°F) varió de 6 x 10-6 por °C (3.3 x 10-6 por °F) en un concreto con agregado de baja densidad (ligero) a 8.2 x 10-6 por °C (4.5 x 10-6 por °F) en mezclas con arena y grava. Temperaturas bajo cero Celsius (32°F) pueden aumentar considerablemente las resistencias a compresión y a tensión (tracción) y el módulo de elasticidad del concreto húmedo. Las propiedades del concreto seco no se afectan por las bajas temperaturas. En el mismo estudio, el concreto húmedo, con una resistencia a compresión originalmente de 360 kg/cm2 o 35 MPa a 24°C (5000 lb/pulg2 a 75°F), alcanzó mas de 1200 kg/cm2 o 117 MPa (17,000 lb/pulg2) a -100°C (-150°F). El mismo concreto ensayado, que se ha secado al horno o a 50% de humedad relativa interna, tuvo un incremento de resistencia de sólo cerca de 20%. El módulo de elasticidad para el concreto con arena y grava y 50% de humedad relativa fue sólo 8% mayor a -157°C (-250°F) que a 24°C (75°F), mientras que el concreto húmedo tuvo un aumento del módulo de elasticidad de 50%. Al cambiarse de 24°C (75°F) para -157°C (-250°F), la conductividad térmica del concreto de peso normal también aumenta, especialmente en el concreto húmedo. La conductividad térmica del concreto con agregado ligero es poco afectada.
113
TEMPERATURAS ELEVADAS Temperaturas más altas que 95°C (200°F), cuando se sostienen por varios meses o solamente por algunas horas, pueden afectar considerablemente el concreto. La cantidad total de cambio de volumen del concreto es la suma de los cambios de volúmenes de la pasta de cemento y de los agregados. A temperaturas elevadas, la pasta se retrae debido a la deshidratación, mientras que los agregados se expanden. Para el concreto con agregados normales, la expansión del agregado excede la contracción de la pasta, resultando en una expansión del concreto. Algunos agregados, tales como el esquisto (pizarra) expandido, la andesita o la piedra pómez, con coeficientes de expansión bajos, pueden producir un concreto con gran estabilidad de volumen en ambientes de temperaturas altas (Fig. 9-15).
Fig. 9-15. Expansión térmica del concreto conteniendo varios tipos de agregados (Abrams 1977).
Por otro lado, algunos agregados presentan cambios de volúmenes grandes y repentinos en ciertas temperaturas, causando la falla del concreto. Por ejemplo, en un estudio, un agregado de caliza dolomítica conteniendo impurezas de sulfuro de hierro causó expansión, agrietamiento y desintegración severos en el concreto expuesto a una temperatura de 150°C (302°F) por cuatro horas. A temperaturas mayores y menores que 150°C (302°F) no hubo expansión perjudicial (Carette, Painter y Malhotra 1982). El coeficiente de expansión térmica tiende a aumentar con el incremento de la temperatura. Además del cambio de volumen, las altas temperaturas sostenidas pueden también tener otros efectos irreversibles, tales como reducción de la resistencia, del módulo de elasticidad, de la conductividad térmica y aumento de la fluencia. A temperaturas más altas que 100°C (212°F), la pasta empieza a deshidratarse (pérdida del agua químicamente combinada de la hidratación), resultando en pérdidas considerables de resistencia. La resistencia disminuye con el aumento de la temperatura hasta que el concreto pierde prácticamente toda su resistencia. El efecto de la exposición a temperaturas elevadas sobre la resistencia de concretos producidos con Varios tipos de agregados se enseñan en la figura 9-16. Muchos factores, incluyendo el contenido de humedad en el concreto, tipo y estabilidad del agregado, contenido de cemento, tiempo de exposición, tasa de aumento de la temperatura, edad del concreto, restricción y esfuerzo existente influencian el comportamiento del concreto a temperaturas altas.
114
Fig. 9-16. Efecto de las temperaturas elevadas sobre la resistencia
a compresión residual de concretos conteniendo varios tipos de agregados (Abrams 1973).
Si se usan agregados estables y si, en el diseño de la mezcla, se llevan en consideración la reducción de la resistencia y los efectos sobre otras propiedades, el concreto de alta calidad se puede exponer a temperaturas de 90°C a 200°C (200°F a 400°F) por periodos prolongados. Algunos elementos de concreto fueron expuestos a temperaturas de hasta 250°C (500°F) por largos periodos de tiempo. Sin embargo, se deben adoptar medidas especiales o se deben usar materiales especiales (tales como cemento de aluminato de calcio resistente a temperaturas altas) en exposiciones a temperaturas mayores que 200°C (400°F). Antes que se exponga cualquier concreto a temperaturas elevadas (mayores que 90°C o 200°F), se deben hacer pruebas para determinar las propiedades térmicas del concreto. Esto evitará cualquier esfuerzo inesperado.
115
9.4 ALABEO (COMBADURA) Además de los movimientos horizontales causados por los cambios en la humedad y en la temperatura, el alabeo de las losas sobre el terreno puede ser un problema. Esto se ocasiona por las diferencias del contenido de humedad y temperatura entre las partes superior e inferior de las losas (Fig. 9-17).
Fig. 9-17. Ilustración del alabeo de una losa de concreto sobre el terreno. El borde de la losa en la junta o en la
extremidad libre de la subbase crea una sección en voladizo que se puede romper bajo las cargas pesadas de
las ruedas. Los bordes de las juntas de las losas tienden a alabearse hacia arriba cuando la superficie de la losa está más seca o más fría que su parte inferior. La losa va a asumir una combadura inversa cuando la superficie está más húmeda o más caliente que el fondo. Sin embargo, losas de interiores, tales como pisos sobre el terreno, sólo se alabean hacia arriba. Cuando los bordes de un piso industrial se comban hacia arriba, pierden soporte de la sub base y se transforman en una losa en voladizo (ménsula). El tránsito de montacargas sobre las juntas causa deflexiones verticales repetidas, creando un mayor potencial para el agrietamiento por fatiga en la losa. La cantidad de alabeo vertical es menor en losas pequeñas y gruesas. Se puede reducir o eliminar el alabeo con el uso de diseño y técnicas de construcción que minimicen los gradientes de contracción, y con el empleo de las técnicas descritas anteriormente para la reducción de los cambios de volumen relacionados con la de temperatura y de humedad. Los bordes gruesos, las juntas poco espaciadas, selladores permanentes impermeables al vapor y grandes cantidades de acero de refuerzo colocado a 50 mm (2 pulg.) debajo de la superficie ayudan a reducir el alabeo.
116
CAPITULO X
10.1 CONCLUSIONES
1. El siguiente trabajo servirá de ayuda a las personas y estudiantes que inicien el diseño de mezclas de concreto fresco, para entender el comportamiento del concreto mezclado con diferentes tipos de agregados, cemento, agua y aditivos.
2. Es importante el constante muestreo y ensayos de los agregados y concretos para llevar un control de calidad eficiente para garantizar la resistencia deseada a los 28 días y lograr una estructura durable por el tiempo de diseño planificado.
3. El uso de aditivos (acelerantes, plastificantes, retardantes) es de gran utilidad en el concreto mezclado ya que nos ayuda en la reducción de cemento y en la mejora de las propiedades, ya que esto nos ayuda en la economía del proyecto optimizando los recursos.
4. Para todo elemento fundido, es necesario llevar un control de pruebas de laboratorio constantes para evaluar sus propiedades en estado fresco y así determinar antes del fraguado final que se llegará a la resistencia y el diseño realizado cumple con las expectativas al que fue elaborado.
5. Para no tener problemas posteriores se llegó a la conclusión que se debe realizar el curado de los elementos de la forma correcta, ya que con esto garantizamos la resistencia, la durabilidad y la minimización de fisuras y grietas y una estructura óptima para la utilización deseada.
10.2 RECOMENDACIONES
1. Al inicio de cualquier diseño de mezclas de concreto es necesario evaluar realmente que es
lo que se quiere fundir, las condiciones del lugar, tipos de agregados, calidad del agua, temperatura, humedad relativa, y la resistencia final, a la cual se quiere llegar según el diseño deseado.
2. Para cualquier tipo de agregado no importando su procedencia es necesario hacer los análisis necesarios completos y específicos del proyecto para tener la certeza de que son los que realmente queremos para no afectar las resistencias y no subir los costos en la relación agua/cemento
3. Se recomienda al momento de cada fundición realizar pruebas al concreto en su estado fresco ya que de ahí se puede determinar si la mezcla diseñada cumple con los requisitos del diseñado y también se puede prever las resistencias a las edades de los especímenes realizados en el proyecto.
4. También se recomienda seguir el procedimiento de fraguado, ya que es importante que la partícula de cemento se esté humedeciendo en el tiempo de fraguado inicial, ya que con esto se logra llegar a la resistencia deseada y así evitar posibles grietas o fisuras en las superficies de los elementos. Y con esto se logra controlar el calor de hidratación.
117
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