modulo iii propiedades del concreto - teoria

7/31/2019 Modulo III Propiedades Del Concreto - Teoria

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Materiales de Construccin y Normas de Ensayos Dr. David Wong Daz

Mdulo III: Principios de Ensayos e Inspeccin de los Materiales Facultad de Ingeniera Civil

MODULO III. PROPIEDADES DEL CONCRETO

3.1. Composicin de las mezclas de concreto. El concreto puede ser considerado como una

masa de material inerte de relleno (Agregado) aglutinado por una matriz de pegamento (pasta decemento). Las propiedades del concreto, tanto recin mezclado como en su estado endurecido,

estn ntimamente asociadas con las caractersticas y las proporciones relativas de estos

componentes.

La parte s1ida del concreto endurecido se compone del agregado y un nuevo producto

que es el resultado de la combinacin qumica del cemento con el agua. La parte restante delespacio ocupado por un volumen dado de concreto se compone de agua libre y vacos de aire.

Los ltimos son comparativamente pequeos, por lo general, no ms del 1 al 2% en concreto

ordinario recin mezclado. Despus de cualquier periodo considerable, la cantidad de agua libre

depende del grado de combinacin que se haya verificado con el cemento y la prdida debida a la

evaporacin.

El material aglutinante, la pasta de cemento y agua, es el componente activo y tiene tres

funciones principales: (1) proveer lubricacin a la masa plstica, fresca, (2) llenar los huecos

entre las partculas de los agregados inertes y as producir impermeabilidad en el productoendurecido, y (3) conferir resistencia al concreto en su estado endurecido. Las propiedades de la

pasta dependen de las caractersticas del cemento, las proporciones relativas de cemento y agua, y

la completa combinacin qumica entre el cemento y el agua, cuya reaccin qumica que sedenomina hidratacin.

El grado de hidratacin del cemento requiere tiempo, temperaturas favorables y la

presencia de continua de humedad. El periodo durante el cual el concreto queda definidamentesometido a estas condiciones se conoce como "periodo de curado". En la construccin, este

periodo puede variar de 4 a 10 das, en el laboratorio, un periodo comn de curado es de 28 das.

Un buen curado es esencial para la produccin de concreto de calidad.

El agregado tiene tres funciones principales: (1) proveer unrelleno barato para el materialcimentante, (2) proveer una masa de partculas adecuadas para resistir la accin de las cargasaplicadas y la abrasin, y (3) reducir los cambios volumtricos resultantes del proceso de

fraguado y endurecimiento y del secado de la pasta de cemento y agua. Las propiedades de los

concretos resultantes del uso de agregados particulares dependen de (1) el carcter mineral de laspartculas del agregado, particularmente relacionado con la resistencia, la elasticidad, los cambios

volumtricos por humedad y la durabilidad; (2) las caractersticas superficiales, de las partculas,especialmente en relacin con la manejabilidad del concreto fresco y la adherencia entre la masaendurecida; (3) la graduacin de los agregados, sobre todo en relacin con la manejabilidad, la

densidad y la economa de la mezcla; y (4) la cantidad de agregado por volumen unitario de

concreto, particularmente en relacin con la resistencia y la Elasticidad, y los cambios

volumtricos debidos al secado y al costo.


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Mdulo II: Principios de Ensayos e Inspeccin de los Materiales Facultad de Ingeniera Civil

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MATERIALES PARA LA ELABORACION DEL CONCRETO

3.2. El cemento. El cemento Portland se produce quemando en un horno rotatorio, casi hasta elpunto de fusin, una mixtura debidamente proporcionada, cuyos componentes esenciales son la

cal y el barro. El producto horneado, conocido como "clinker", se pulveriza despus con unapequea cantidad de yeso, hasta un grado de finura deseado. La funcin del yeso es retardar el

tiempo de fraguado, ya que sin el yeso el cemento fraguara en forma instantnea. Para uncemento ordinario un anlisis del xido indica que el contenido de CaO es de aproximadamente

64%, el contenido de SiO2 de alrededor de 22% y el contenido de Al2O3 de ms o menos de un

5%. Durante el quemado de las materias primas stas reaccionan para formar cuatro compuestos

complejos. Estos compuestos con sus designaciones abreviadas comunes y sus porcentajesaproximados en un cemento normal (Tipo I) son el silicato triclcico (C3S), 45%; el silicato

biclcico (C2S), 27%; el aluminato triclcico (C3A), 11%, 1 aluminoferro-tetraclcico (C4 AF),

8%.

En total hay cinco tipos de cemento Portland; difieren principalmente en sus elementoscomponentes, pero tambin en su finura. Estos tipos y sus usos son los siguientes:

Tipo I. Para uso en construccin general de concreto cuando las propiedades especiales

especificadas para los otros cuatro tipos no son requeridas.Tipo II. Para uso en la construccin general de concreto expuesto a accin sulfatante, moderada,

cuando se requiere calor de hidratacin moderado.

Tipo III. Para uso cuando se requiere una alta resistencia inicial.

Tipo IV. Para uso cuando se requiere bajo calor de hidratacin.Tipo V. Para uso cuando se requiere una alta resistencia a la sulfatacin.

Usualmente se prescriben cuatro ensayos fsicos para la aceptacin de un cemento. Estosson (1) finura, (2) sanidad (3) tiempo de fraguado y (4) la resistencia de un mortero hecho con el

cemento. Las especificaciones pertinentes de la ASTM son C-109, C-115, C-151, C-190, C-191 y

C-126.

La finura se expresa en trminos de la "Superficie especfica", es decir, el rea superficial

de las Partculas, en centmetros cuadrados, contenidas en un gramo de cemento. Esta medida de

finura por lo comn se determina midiendo la permeabilidad area de una cama de cementoespecialmente compactada. Otros mtodos involucran (1) un procedimiento de sedimentacin que

emplea la ley de Stoke en relacin con el asentamiento de partculas finas, o (2) una

determinacin de la turbidez (usando una celda fotoelctrica) de una mixtura especificada decemento y querosina. Un cemento ordinario comercial actual posee una superficie especifica de

alrededor de 2 800 a 3 200 cm2/g medida por el mtodo de permeabilidad area. Como una

mayor finura induce una hidratacin ms rpida, muchos de los cementos comerciales de altaresistencia inicial se producen simplemente por pulverizacin muy fina.

La regularidad o constancia volumtrica de un cemento se determina midiendo laexpansin de una barra de cemento que ocurre mientras se le cura durante 5 hr. en una autoclave

a una mxima presin de vapor de 295 lb/plg2. Para ser aceptable esta expansin debe exceder

0.50%.


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Para garantizar tiempo suficiente para colar el concreto mientras permanece plstico, se

impone un lmite mnimo al periodo de fraguado "inicial", el cual puede tomarse como la

condicin de la masa cuando empieza a endurecerse de modo apreciable. Las especificaciones

ASTM requieren que no tenga lugar antes de una hora. Dependiendo del ensayo usado paradeterminarlo, el fraguado inicial usualmente ocurre entre de 2 y 4 horas. Para garantizar un

cemento que se endurezca para usarse, se impone un lmite mximo al periodo de fraguado"final". Las especificaciones ASTM requieren que el fraguado final ocurra dentro de 10 horas.

Con muchos cementos comerciales sucede el fraguado final en unas 5 a 8 horas. Esta condicin

de fraguado inicial y final es determinada por la penetracin de agujas o varillas normales en una

pasta "pura" (slo de cemento) de consistencia especificada.

Los ensayos de resistencia se hacen sobre briquetas de tensin (ocasionalmente sobre

cubos de compresin de 2 pulg.) hechos con arena estndar de Ottawa. El mortero es de 1 partede cemento por 3 partes de arena estndar por peso, y los ensayos se realizan a edades

especificadas. Para que un cemento de tipo I sea aceptable segn las especificaciones ASTM, lasbriquetas se fabrican y almacenan en condiciones "estndares" de curado, que, prescriben airehmedo durante un da seguido por almacenamiento de agua 1 posterior, todo a una temperatura

de 70F, deben poseer resistencias a la tensin mayores de 275 lb/plg 2 a los 7 das y 350 lb/plg2; a

los 28 das. Para cubos de compresin hechos de un mortero de arena graduada estndar de1:2.75 las resistencias a la compresin correspondientes son de 2,100 y 3,500 lb/plg2.

3.3. Aditivos. Pequeas cantidades de varios aditivos se agregan a algunas mezclas de concretopara modificar algunas de sus caractersticas en los estados fresco y endurecido. Algunos aditivosactan como agentes humectantes para aumentar la fluidez de la mezcla o permitir una reduccin

del contenido de humedad para una fluidez dada. Otros aditivos tienden a impregnar diminutos

glbulos de aire que sirven para (1) lubricar la masa de la misma manera que los agenteshumectantes y (2) aumentar marcadamente la resistencia del concreto a la congelacin y

descongelacin.

3.4. Agregados. Los agregados pueden clasificarse en cuanto a su origen, al modo depreparacin, y su composicin mineralgica.

Con referencia al origen, los agregados pueden ser naturales o artificiales. Los agregadosnaturales pueden ser el resultado de la intemperizacin y la accin del agua corriente,

produciendo arenas y gravas, o pueden haber sido preparados por trituracin, arrojando arenas

"ptreas" y piedras trituradas. Los agregados naturales resultan de la erosin o desintegracin decualquiera o todos los tipos de piedras: gneas, sedimentarias, o metamrficas. Los agregados

artificiales son usualmente materiales de peso ligero producidos al quemar barros o limos

especiales en un homo rotatorio.

El material que pasa por el tamiz se clasifica como arena o agregado fino, aunque algunos

agregados finos pueden ser de graduacin considerablemente ms fina. Usualmente sondisponibles para el trabajo de concreto dos o ms Gradaciones de agregado fino y varios tamaos

(grupos de tamaos) de agregados gruesos, por ejemplo, 1/4 a 1/2 pulg., 1/4 a 3/4 pulg., 3/4 a 1

1/2 pulg., 1 1/2 a 2 1/2 pulg., etc.


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Los requisitos principales para los agregados para concreto son, que sean limpios, duros,recios resistentes, durables de la gradacin apropiada y no reactivos con el cemento.

Afortunadamente, hay poca dificultad para conseguir materiales que satisfagan estos

requerimientos. La cuestin de obtener materiales satisfactorios es en gran parte un problema de

costos. Las especificaciones ASTM pertinentes son las C-33 y C-130.

Las propiedades de un agregado que es deseable conocer para poder proporcionar unamezcla, de concreto y agrupar las cantidades de las mezclas son el peso especifico, el contenido

de humedad, la gradacin y el peso por pie cbico.

El peso especifico, se determina por mtodos de desplazamiento y se basa en el volumenbruto de la partcula de agregado, incluyendo los huecos. El peso especfico sobre esta base se

denomina peso especifico "volumtrico". Los pesos especficos de muchas gravas de uso

corriente promedian aproximadamente 2.65. E1 peso especfico multiplicado por 62.4, el pesounitario del agua da el peso de un pie cbico de material slido; ste en ocasiones se llama peso

unitario slido".

El contenido de humedad de un agregado se basa en su peso al ser horneado hasta secar,

aunque es la humedad libre o superficial excedente a la absorcin causante de la condicin de

saturacin, con superficie seca la cual usualmente constituye el valor importante. Las diversascondiciones de humedad son (1) secado por horneado, en la cual toda la humedad, externa e

interna, es eliminada por calentamiento a 212F; (2) secado a la intemperie cuando no existe

humedad superficial en las partculas, alguna humedad interna, mas no saturacin; (3) saturacin

con superficie seca, cuando no hay humedad libre o superficial en las partculas, pero todos loshuecos dentro de las partculas estn llenos de agua; (4) hmeda, o mojada, saturada y con

humedad libre o superficial en las partculas. E1 exceso de (3) sobre (1) es la capacidad de

absorcin, o humedad interna total posible del agregado.

En una mezcla de concreto, la humedad libre o superficial forma parte del agua para

mezclado y debe tomarse en consideracin al determinar la cantidad de agua a agregar a unamezcla. Asimismo, un agregado seco absorbe un poco del agua para mezclado. De ah que, al

proporcionar y cuantificar las mezclas de concreto, todos los clculos toman como referencia la

condicin de saturacin con superficie seca. El exceso de la deficiencia de humedad para

producto esta condicin puede determinarse de una de dos maneras: (l) mediante el secadocompleto y la aplicacin de la capacidad de absorcin como factor de correccin o (2) por

mtodos de desplazamiento que emplean el peso especfico del agregado con base en la

condicin de saturacin con superficie seca. En el segundo mtodo se emplea especialmenteconstruido o un picnmetro. Las capacidades de absorcin y los contenidos de humedad

superficial aproximados de los agregados comunes se dan en las Tablas 3.1 y 3.2. Mientras ms

fino es el agregado, ms agua libre puede llevar, y lleva usualmente.

La pelcula de humedad superficial de las partculas de un agregado fino se mantiene

separadas de modo que el volumen bruto aumenta. Este fenmeno es llamado "abundamiento" yal proporcionar las cantidades para una mezcla de concreto, debe tomarse en cuenta si har de

obtenerse las proporciones apropiadas de los ingredientes. En las arenas para concreto ordinario,

el abundamiento mximo ocurre cuando el contenido de humedad es de aproximadamente 4 a 7%


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por peso, y el aumento volumtrico puede ser hasta de 25 a 40%. Los porcentajes mayores deagua tienden a reducir el abundamiento hasta que, cuando la humedad es de 12 a 20% por peso,

la arena queda completamente sumergida o "inundada" y ocupa aproximadamente el mismo

espacio que en su condicin seca y suelta. El abundamiento de los agregados gruesos es

negligible.

TABLA 3.1. CAPACIDADES DE ABSORCION APROXIMADASDE VARIOS AGREGADOS

AgregadoCapacidad de

Absorcin% por peso

Arena ordinaria para concreto 0 - 2

Rocas de tipo grantico 0 - 1/2Grava ordinaria y piedra triturada 1/2 - 1

Piedra arenisca 2 - 7Materiales porosos de peso ligero hasta 25

La gradacin de partculas se determina por medio de un "anlisis granulomtrico". Una

gradacin adecuada de agregado combinado de una mezcla de concreto es necesaria para obtenermanejabilidad y densidad apropiadas. Las gradaciones bruscas o deficientes por otros conceptos

resultan, en concreto, de calidad inferior o economa pobre. Para muchos tipos de obras, si hay

materiales comerciales debidamente calibrados disponibles, los agregados pueden ser

combinados en proporciones arbitrarias, con base en la experiencia. Sin embargo, en obrasimportantes, se ha encontrado ventajoso analizar los materiales en cuanto a la distribucin del

tamao de las partculas (por medio de una serie de tamices) y proporcionar los diversos tamaos

para lograr una gradacin satisfactoria de los materiales desde arena hasta grava.

TABLA 3.2. HUMEDAD SUPERFICIAL APROXIMADA DEAGREGADOS ORDINARIOS

Humedad SuperficialaproximadaAgregado

% por peso Galones por pie3

Grava hmeda y piedra triturada 1/2- 2 1/16-1/4

Arena hmeda 1 - 3 1/8 - 1/3

Arena moderadamente mojada 3 - 5 1/3 - 1/2Arena muy mojada 5 - 10 1/2 - 1

Por fortuna, siempre y cuando se hagan los ajustes apropiados en la mezcla, puedetolerarse una gran latitud de gradacin sin afectar seriamente las propiedades del concreto

resultante. Para los concretos utilizados en la construccin de edificios las proporciones

aproximadas entre los agregados fino y grueso se dan en la Tabla 3.3.

El peso por pie cbico de agregados se usa para computar las cantidades al mezclar por

volumen y estimar las cantidades de los materiales. Se le determina pasando el agregado,


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requerido para llenar un recipiente de volumen conocido bajo condiciones especificadas decompactacin o contenido de humedad: (1) suelta o compacta, y (2) seca o hmeda.

Los agregados reactivos son aquellos que contienen ciertas formas de slice que se

combinan con el lcali del cemento para causar las expansiones diferenciales del concreto. Estoconduce al desportillamiento y agrietamiento y otras formas de desintegracin del concreto.

Exmenes petrogrficos y ensayos de expansin de larga duracin pueden efectuarse para evaluaruna nueva fuente de agregados. Si est presente cualquier cantidad de slice reactivo, debe usarse

solamente un cemento con bajo contenido alcalino. Sin embargo, ningunos agregados

apreciablemente reactivos, deben usarse en ninguna circunstancia.

TABLA 3.3. PORCENTAJE DE ARENA EN EL AGREGADO TOTALPARA DIVERSOS TAMAOS MAXIMOS DE AGREGADO

Porcentaje de arena en el agregado total por peso *+Tamao mximo

del agregado, plg Variacin paradistintos

materiales de trabajo

Mximorecomendado

3/8 55-75 60 40-60 55

1 40-55 50

1 35-50 45

2 --- 40

* Para agregados con peso especfico volumtrico con variacin aproximada de 2.5 a 2.8.

+ Mientras ms fina, sea la arena o ms rica la mezcla, menor ser el porcentaje requerido.

LA ELABORACION DEL CONCRETO

En comn, con la produccin de otros materiales, el problema de la elaboracin del

concreto, consiste en obtener el mejor producto al mnimo costo, usando los materiales que estn

disponibles. El trmino "mejor" concreto implica aqu uno que posea las propiedades necesarias ydeseadas, tales como la manejabilidad y homogeneidad del material fresco y la resistencia,

impermeabilidad, durabilidad y constancia volumtrica del producto endurecido. El logro de las

propiedades deseadas, as como la economa de trabajo involucra la seleccin de una adecuadacombinacin de materiales y control del proceso de elaboracin hasta que el concreto alcance la

edad apropiada. Las especificaciones ASTM pertinentes son C-31, C-39, C-124, C-143.

3.5. Diseo de la mezcla de concreto. El primer paso en la elaboracin del concreto, despus dehaber seleccionado los materiales, es el diseo de la mezcla. Esto usualmente se resuelve en el

proporcionamiento de los ingredientes (incluyendo el agua) para obtener una resistencia dada,dentro de los limites generales impuestos por el contenido de cemento y la manejabilidad, los

cuales a su vez son dictados por las experiencias generales relacionadas con respecto a los

requerimientos de diseo y a la intemperizacin. Se ha descubierto que la resistencia constituye


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un buen ndice de las ms deseables propiedades de concreto; la impermeabilidad o hermeticidades el criterio siguiente ms importante pues, existiendo identidad en los factores, cuanto mayor es

la impermeabilidad de un concreto tanto mayor es su durabilidad.

Los principales mtodos de proporcionamiento en uso actualmente son:1. Por medio de proporciones arbitrarias de cemento, arena y agregado grueso, sin ensayos

preliminares. Las proporciones de una mezcla de concreto se estipulan por peso o por volumen,por ejemplo, una mezcla de 1:2:3 1/2 significa 1 parte de cemento, 2 partes de arena y 3 1/2

partes de agregado grueso. Este mtodo se usa ahora slo en obras relativamente pequeas o

cuando el carcter y la gradacin de los materiales varan dentro de limites muy estrechos.

2. Usando un contenido fijo de cemento por yarda cbica de concreto, una gradacin esespecificada de los agregados combinados, y una consistencia tambin especificada del concreto

fresco. Las especificaciones son el resultado de la experiencia con el concreto para una clase

particular de trabajo.3. Por tanteos con ciertas mezclas, usando una resistencia especificada (o relacin entre agua

y cemento) y una consistencia tambin especificada.Este mtodo es el ms flexible, y puede derivarse una economa mxima por medio de suuso, aunque requiere instalaciones, para ensayo y alguna experiencia con los mtodos de

elaboracin. Brevemente, el mtodo de proporcionamiento a base de mezclas de tanteo involucra

la realizacin de una serie de mezclas y ensayos experimentales por media de los cuales seestablecen una relacin entre agua y cemento contra resistencia, y la relacin entre las

proporciones y la consistencia, para los materiales dados. Con estos datos, las cantidades para la

mezcla deseada pueden computarse. Los diagramas de relacin entre agua y cemento y

resistencia tanto para el concreto de cemento Portland como para el de alta resistencia inicial sedan en la Fig. 3.1, y la consistencia, el contenido de cemento y el tamao de agregado

recomendados para varias clases de trabajos se dan en la Tabla 3.5.

4. Mediante el mtodo de proporcionamiento por clculo de ACI basado en los datostabulados de la observacin de un gran nmero de mezclas de tanteo.

El clculo de las cantidades para mezclas, los factores de rendimiento, y, cantidadessimilares al utilizar los mtodos 2, 3 o 4, se realiza mejor mediante una consideracin de los

volmenes slidos. El volumen slido de un agregado, por ejemplo, es la suma de los espacios

ocupados por todas las partculas individuales de una cantidad dada.

La diferencia entre el volumen bruto de un peso de agregado dado y el volumen slido es

el espacio hueco. El volumen slido puede computarse por medio de la siguiente ecuacin:

Volumen slido = peso lb./peso especfico x 62.4

En el siguiente ejemplo ilustrativo, se computan el concreto producido por una mezcla deun saco y el requerimiento de cemento por yarda cbica de concreto.


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Ejemplo de clculos para mezclas de concreto:

Se dan: proporciones, 1:2.5:3.5 Gal. por peso A/C = 6 Gal. por saco.

Encontrar: Los pesos de los materiales para una mezcla de un saco, el rendimiento y el factor decemento.

Solucin: Como 1 pie cbico = 7.48 Gal., 1 Gal. de agua = 8.33 lb. y 1 saco De cemento = 94 lb.

Entonces:

A/C de 6.00 Gal. por saco = 6.00/7.48 o 0.80 por volumen.

= 6.00 x 8.33/94 o 0.053 por peso

Fig. 3.1. Relacin agua-cemento contra resistencia a la compresin a varias edades para cementos

Portland normal (tipo I) y de alta resistencia Inicial (tipo III)%. (De la Portland Cement Assn.)

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Agua Cemento Arena Grava

Proporciones por peso 0.53 1.00 2.50 3.50

Pesos para una mezcla de 1

saco, lb

0.53 x 94 = 50 94 2.50 x 94 = 235 3.50 x 94 = 329

Peso especfico (supuesto) 1.00 3.10 2.65 2.65

Volumen slido para unamezcla de 1 saco, pie3

(volumen slido =

peso/62.4 x peso esp.)

0.80 0.49 1.42 1.99

Volumen slido total = 4.70 pie3

Rendimiento, asumiendo 1% de huecos = 4.70 x 1.01 = 4.75 pie3

Factor de cemento = 27.00/4.75 = 5.68 sacos/yd3

En la actualidad, en casi cualquier obra de alguno importancia, los agregados y elcemento vienen en bruto y se distribuyen por peso. En las obras pequeas el cemento se surte ensacos de 94 lb. y las mezclas son tales como para utilizar mltiples integrales de un saco. La

cantidad de agua debe ser, cuidadosamente controlada y usualmente lo es. La correccin se hace

en la revolvedora para la cantidad de agua libre contenida en los agregados mojados o absorbidapor los agregados secos. En la obra pequea, si el mezclado se hace por volumen, el

abundamiento de los agregados, debido a la humedad, debe tornarse en cuenta.

3.6. Mezclado, colado y curado. El mezclado a mquina siempre se hace en revolvedoras demezclas, usualmente del tipo de tambor revolvente. Con frecuencia, el concreto se proporciona en

una planta central y se mezcla en trnsito durante el recorrido a la obra en camiones mezcladores.

Aunque ahora se han perfeccionado revolvedoras para el manejo satisfactorio de mezclaspequeas, a menudo se recurre al mezclado normal en el laboratorio.

Los mtodos para transportar el concreto de la revolvedora alas formas varan de acuerdocon la obra. Se usan carretillas, carretones, cubetas y bombas. La precaucin a observar es

impedir la segregacin de los materiales componentes de la mezcla.

La compactacin del concreto colado comnmente se logra mediante el uso de vibradoresmecnicos. Se pueden obtener resultados superiores con compactacin vibratoria que con la

compactacin manual si la mezcla ha sido diseada para este propsito y se observa la tcnica

adecuada en el uso del equipo vibratorio.

El ltimo paso, y uno sumamente importante en la elaboracin del concreto, es el curado.

Se ha sealado que la hidratacin del cemento se verificara slo en presencia de la humedad y atemperaturas favorables. Dependiendo del tipo de construccin, las condiciones hmedas pueden

mantenerse mediante la retencin de las formas, el rociado, la inundacin, las cubiertas de papel,

los cubrimientos hmedos como la estopa o la paja mojadas, o el uso de un compuesto sellantecomo el asfalto o una capa de cera. Estos mtodos de curado retienen en la masa de concreto el

agua libre, un exceso de la cual, adems de la requerida para una hidratacin justamente

completa, es requerido para la plasticidad del concreto fresco. El efecto de las condiciones de


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curado sobre la resistencia a la compresin del concreto se muestra en la Fig. 3.2.

El ptimo rango de las temperaturas para el curado de los concretos ordinarios parece

estar entre los 70 y 100F. El concreto, por lo general, resulta seriamente daado por las

temperaturas inferiores a la de congelacin, el endurecimiento es retardado en el gradoconsiderable por las temperaturas inferiores a los 50F, y las temperaturas muy excedentes a

120F, en ocasiones se han traducido en concretos cuya resistencia ha regresado en las etapasposteriores de aejamiento.

PROPIEDADES DEL CONCRETO

3.7. Consistencia. La consistencia, una propiedad del concreto fresco, es una consideracinimportante para lograr un concreto manejable que pueda ser debidamente compactado en lasformas. La manejabilidad o trabajabilidad es un trmino relativo relacionado con la comparativa

facilidad con que el concreto puede colocarse en un tipo de obra dado, por ejemplo, el concretoconsiderado manejable para la construccin de pavimento puede resultar enteramente inadecuadopara un muro delgado o una viga angosta. El trmino consistencia se relaciona con el estado de

fluidez de la mezcla y abarca el rango de fluidez desde las mezclas ms secas hasta las ms

mojadas. Tres ensayos comunes para determinar la consistencia son el ensayo de "revenimiento",el ensayo de "penetracin con baln" y el ensayo de "flujo". Estos ensayos dan slo medidas

aproximadas de esta propiedad, particularmente las primeras dos, pero si ofrecen medidas

satisfactorias de la consistencia para la mayor parte del trabajo prctico con este material.

Fig. 3.2. Efecto de las condiciones de curado sobre la resistencia a la compresin del concreto.Las probetas fueron ms pequeas que la mayora de los miembros, de concreto, de modo

que la resaturacin result posible. (De Portland Cement Assn.)

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El ensayo de revenimiento se hace midiendo, en pulgadas, la contraccin de un piln deconcreto de 12 pulg. de altura, formado en un molde que tiene la forma de un cono truncado

(ASTM C-143).

El ensayo de penetracin se hace midiendo el asentamiento de un baln de acero de 6pulg. (que pesa 30 lb. con el mango) en la superficie del concreto (ASTM C-360). Los ensayos

han demostrado que aproximadamente dos veces este asentamiento equivale al revenimiento parael mismo concreto.

El ensayo de flujo se hace zarandeando un pil6n de concreto especificado formado en un

cono truncado sobre una mesa metlica, la cual se sube y deja caer 1/2 pulg. 15 veces enaproximadamente 15 seg., anotando el desparramamiento del piln como un porcentaje de

dimetro original formado de 10 pulg. (ASTM C-124).

Por conveniencia los varios grados de humedad de una mezcla pueden clasificarse de

manera aproximada como seca, rgida, mediana, hmeda y delgada. Se dice que un concreto es deconsistencia mediana o plstica cuando est justamente hmedo para fluir con lealtad no tan secoque se desmorone o tan mojado que el agua o la pasta escurran de la masa. El rango de valores de

revenimiento y flujo correspondientes a estos arbitrarias grados de consistencia est indicado en

la Tabla 3.4. Los valores para cada clase no deben tomarse como absolutos. Los rangos de flujocorrespondientes a los rangos de revenimiento son slo aproximados, correspondiendo mas o

menos a lo que puede obtenerse con agregados de arena y grava moderadamente bien graduados

y contenidos de cemento moderados; la relacin entre el revenimiento y el flujo vara con la

movilidad de la mezcla. Las consistencias empleadas en varios tipos de construccin de concretose muestran en la Tabla 3.5.

Los principales factores que afectan la consistencia son:

1. Las proporciones relativas entre el cemento y agregado para pastas de cemento y agua

dadas, mientras ms agregado se apretuja en la pasta, ms rgido es el concreto resultante.2. E1 contenido de agua de la mezcla. Para proporciones fijas de cemento y agregado,

mientras ms agua contenga, ms fluido tiende a ser mezcla resultante. Existe un limite para la

cantidad de agua que una mezcla spera retendr sin una seria segregacin del agregado del

cemento.3. La graduacin del agregado. Para una relacin fija agua-cemento, y una relacin fija

agregado-cemento, cuanto ms fina sea la graduacin ms rgida ser la mezcla. En un volumen

de agregado dado, cuanto ms finamente divididas estn las partculas, tanto mayor ser el reasuperficial de las partculas; de ah que sea ms la pasta requerida para revestirlas y producir una

consistencia dada.

4. La forma y las caractersticas superficiales de las partculas del agregado. Las partculasangulares o aquellas con superficies speras requieren una mayor cantidad de pasta para la misma

movilidad de masa que la necesaria para partculas lisas y bien redondeadas.

5. La finura y el tipo del cemento y la clase y cantidad del aditivo. Estos factores puedenafectar la fluidez de la pasta y por ello la consistencia del concreto.


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3.8. Sudado. La tendencia del agua a subir a la superficie del concreto recin colado se conocecomo "ganancia del agua" o "sudado". Resulta de la incapacidad de los materiales constitutivos

para conservar toda el agua para mezclado. Como resultado de la ganancia de agua la parte

superior de un elevador se sobre hidrata, y pelculas de agua se acumulan debajo de las partculas

de agregado grueso y de las varillas de refuerzo. El concreto sujeto a ganancia de agua lo es tanresistente, durable, o impermeable como el cemento debidamente diseado. La ganancia de agua

puede controlarse, cuando menos parcialmente, haciendo una mezcla trabajable con una mnimacantidad de agua, un mayor contenido de cemento y arenas naturales que tengan un adecuado

porcentaje de finos.

3.9. Resistencia. La resistencia de un concreto se toma como un ndice importante de su caridadgeneral. Los ensayos de resistencia son relativamente fciles de realizar, y como la resistencia es

un requisito fundamental para el disecador de estructuras, esta propiedad es la que con mayor

frecuencia se determina. Los ensayos, por lo comn se hacen en compresin y flexin y, enocasiones, en tensin. El ensayo de compresin de un cilindro de 6 x 12 pulg. a una edad de 28

das, despus de un almacenaje hmedo a una temperatura de 73F, es un ensayo "estndar"(ASTM C-31, C-39).

La resistencia a la compresin del concreto, elaborado y ensayado en condiciones

estndar, puede ordinariamente variar de 1,500 a 5,000 lb/plg2. No debe encontrarse ninguna

dificultad en las condiciones actuales, para lograr resistencias de ms de 2,500 lb/plg2 a los 28

das.

TABLA 3.4. RANGO APROXIMADO DE REVENIMIENTO Y FLUJODEL CONCRETO PARA VARIOS GRADOS DE CONSISTENCIA

ConsistenciaRevenimiento

(plg) *Flujo

% ObservacionesSeca 0-1 0-20 Se desmorona y separa bajo manejo ordinario;

puede compactarse hasta convertirse en una

masa rgida mediante picado vigoroso, altapresin, o vibracin, pero a menos que se

tenga cuidado exhibir huecos y

apanalamiento.

Rgida 1/2-21/2 15-60 Tiende a mantenerse como piln; se mantieneunida bastante bien, pero se desmorona en el

tobogn. Con cuidado y esfuerzo puede

compactarse en una masa slida y densa;satisfactoria para compactacin vibratoria.

Mediana 2-51/2 50-100 Trminos alternos: plstica, atoluda, vibrtil.

Fcilmente moldeable, aunque requiere algncuidado, lograr la completa compactacin.

Hmeda 5-8 90-120 El piln se aplasta fcilmente al vaciarlo;

puede colarse en el lugar definitivo.Delgada 7-10 110-150 La lechada o el mortero tiende a salirse del

piln, abandonando al material ms grueso.

* La penetracin del baln es aproximadamente la mitad del revenimiento


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TABLA 3.5. CONSISTENCIA, CONTENIDO DE CEMENTO Y TAMAODE AGREGADO, EMPLEADOS EN VARIOS TIPOS

DE CONSTRUCCION DE CONCRETO

Tipo deConstruccin Estructuras Tpicas Consis-tencia Factor deCementoSacos por

yd3

Mximotamao deagregado,

plg

Masiva Presas, muelles o pilares

pesados, cimientos abiertosgrandes

Rgida 2 - 5 3 - 6

Semimasiva Pilares, muros pesados,

cimentaciones, arcos pesados ycelosas.

Medio

rgida

4 - 6 2 - 4

Pavimento Carpetas de caminos, losaspesadas, zapatas moderadamentepesadas

Mediorgida 4 - 6 1 - 2

Construccin

pesada

Grandes miembros estructurales,

pilares pequeos, zapatasmedianas. Espaciamiento de

refuerzo amplio y

moderadamente amplio

Medio

hmedo

5 - 7 1 - 2

Liviana Pequeos miembrosestructurales, losas delgadas,

columnas pequeas, secciones

muy reforzadas, refuerzoestrechamente espaciado.

Hmeda 5 - 7 3/8 - 1

La resistencia de la tensin del concreto es de aproximadamente el 10% de la resistencia ala compresin, y la resistencia a la flexin del concreto ordinario, al medrsele segn el mdulo

de ruptura, est mas o menos entre el 15 y el 20% de la resistencia a la compresin.

Los principales factores que afectan la resistencia son:

1. La relacin entre agua y cemento. Los resultados de varias investigaciones han demostrado

que la relacin entre agua y cemento puede considerarse el factor ms importante para controlarla resistencia. El efecto de la relacin agua-cemento en la resistencia de las mezclas trabajables

para condiciones de curado estndares, se muestra en la Fig. 3.1., en la cual la relacin entre agua

y cemento se expresa en galones de agua por saco de cemento. En la prctica, la calidad delconcreto por 1o general se cataloga segn su resistencia a la compresin a la edad de 28 das,

establecindosela relacin entre agua-cemento ordinariamente por ensayo para cada grupo

particular de condiciones de desempeo.2. La edad. La resistencia del concreto hmedo generalmente aumenta con la edad. Para

cementos normales, almacenados en condiciones tambin normales, una relacin emprica que ha

sido usada es:


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7728S30SS +=

donde:S28 = resistencia a los 28 das

S7 = resistencia a los 7 das, en libras por pulgada cuadrada.

Una ilustracin de la resistencia a la compresin a, varias edades se muestra en la Fig. 3.1.

3. El carcter del cemento. Tanto la finura del molido como la composicin qumica del

cemento afectan la resistencia del concreto, particularmente en sus etapas primeras. El cemento

fino y las altas proporciones de silicato triclcico y aluminato triclcico promueven una altaresistencia en las primeras etapas. Los dos grupos de curvas de la Fig. 3.1. muestran la influencia

del carcter del cemento sobre la resistencia.

4. Las condiciones de curado la humedad y las temperaturas. Mientras ms largo sea elperiodo de almacenamiento hmedo (segn se indica en la Fig. 3.2), y ms alta la temperatura,

para un rango de temperaturas entre 40 y 100F, mayor ser la resistencia a cualquier edad.

5. El contenido de humedad del concreto en el momento del ensayo. A mayor contenido dehumedad, menor resistencia.

6. La riqueza de la mezcla y el carcter del agregado. Estos factores afectan grandemente la

resistencia a travs de su influencia sobre la relacin agua-cemento requerido para producir la

consistencia deseada.

3.10. Mdulo de elasticidad. El diagrama de esfuerzo-deformacin para el concreto, aldeterminarse del ensayo de compresin ordinaria, es una lnea curva. Mientras ms lenta es lavelocidad de carga, ms brusca es la curva debida a la deformacin plstica que se verifica con el

tiempo. E1 mdulo de elasticidad puede, por lo tanto, esperarse que exhiba una variabilidad

considerable. Y an ms, el concreto, estrictamente hablando, no es en realidad elstico, de modo

que las cargas sucesivas puede esperarse que arrojen diferentes valores del mdulo observado.

El mdulo de elasticidad "secante", se determina por la pendiente de una lnea rectatrazada de origen de la curva de esfuerzo-deformacin a algn punto sobre la curva, digamos, a

800 lb/plg2 o algn porcentaje de la resistencia. Este mdulo secante es uno de los ms

comnmente usados cuando no hay estipulacin alguna. La pendiente de una lnea tangente al

diagrama de esfuerzo-deformacin en el origen se usa en forma ocasional; ste se llama mdulo"tangente inicial". El mdulo secante para concreto ordinario vara desde aproximadamente

2,000,000 a 5,000,000 lb/plg2, aunque valores tan bajos como 1,000,000 y tan alto como

6,000,000 lb/plg2

no son infrecuentes.

Los factores que influyen en la resistencia del concreto tambin lo hacen con el mdulode elasticidad. Las siguientes observaciones indican la influencia general de ciertas variables

sobre el mdulo de elasticidad: (1) Mientras ms resistente es el concreto, mayor es el mdulo.

(2) El mdulo aumenta con la edad, ocasionalmente hasta un grado muy marcado. (3) Mientrasms seco est el concreto en el momento del ensayo, ms bajo ser el mdulo. El concreto

hmedo es ms rgido, aunque con frecuencia menos resistente. (4) Con consistencia y factor de

cemento iguales, mientras mayor es el tamao mximo del agregado, ms tosca es la graduaciny ms alto el mdulo.

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Para usarse en el diseo de concreto armado, el Cdigo de Construccin de la ACI, asumeque el mdulo de elasticidad del concreto es dado con una aproximacin suficiente por la relacin

'fc33Ec5.1

=

Donde:

Ec = mdulo de elasticidad, lb/plg2

fc' = resistencia a la compresin del concreto, lb/plg2

= peso del concreto, lb/pie3para rango de 90 a 155 lb/pie

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3.11. Durabilidad e impermeabilidad. Un factor que ha sido muy poco considerado en el diseode mezclas de concreto es la durabilidad. La accin de la intemperie en el deterioro de lasestructuras de concreto se debe en parte a la expansin y contraccin cclicas en condiciones de

humedad y temperatura cambiantes, en parte a la fuerza expansivo de los cristales de hielo al

formarse en los poros del concreto, y en parte a la extraccin de compuestos solubles de la masa

por el agua. Resulta obvio, por tanto, que un concreto relativamente impermeable es tambinresistente a la intemperie.

Aunque los principales factores que afectan la resistencia tambin afectan laimpermeabilidad, son variables importantes de la riqueza de la mezcla, la graduacin de los

agregados (particularmente en las partculas finas), la compactacin del concreto colado, y el

curado.

Los ensayos de impermeabilidad y durabilidad no arrojan resultados tan definidos como

los ensayos de resistencia, pero sirven para comparar concretos diferentes sobre la misma base.

El ensayo de permeabilidad se efecta sometiendo una superficie de una losa o un bloque de

concreto a una columna de agua y midiendo la cantidad que penetre o atraviese el concreto. Unensayo de durabilidad acelerada se realiza sometiendo probetas de concreto a ciclos de

congelacin, descongelacin, secado, y humedecimiento notando luego el grado de deterioro (1)ensayando la probeta en compresin, y comparando los resultados con aquellos correspondientes

a probetas iguales que hayan sido almacenados en condiciones estndares, (2) midiendo la

progresiva expansin del concreto resultante de su desintegracin, o (3) notando las reduccionesdel mdulo snico del concreto.

Muchos ensayos han demostrado el mejoramiento marcado de la resistencia del concretoa la congelacin y la descongelacin cuando contiene aproximadamente 4% de aire impregnado

en forma de diminutos glbulos. Estas clulas de aire sirven para aliviar las presiones internas

ejercidas por el hielo, el cual tiende a formarse en los poros del concreto y, por lo tanto, a impedirsu deterioro. Como la reduccin de la resistencia a la compresin puede tornarse apreciablecuando el contenido de aire excede aproximadamente 4%, el xito en el uso de aire impregnado

requiere una cuidadosa medicin de los ingredientes y control del proceso de elaboracin del

concreto para regular la cantidad de aire impregnado.

Varios mtodos de medicin del volumen de aire impregnado han sido desarrollados, y

tres han sido estandarizados por la ASTM. Dos de los ltimos mtodos involucran una

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comparacin del volumen de una muestra de concreto aire impregnado con el volumen slido dela misma muestra segn se computa por la suma de los volmenes slidos de los diversos

componentes de la mezcla (ASTM 138) o por el desplazamiento de la mezcla bajo agua (ASTM

173). Ambos mtodos son susceptibles a errores apreciables a menos que se les controle muy

cuidadosamente.

Un tercer mtodo (ASTM C-231) ha sido desarrollado, en el cual la reduccinvolumtrica de los huecos de aire de una muestra de concreto fresco (y por tanto una reduccin

volumtrica del concreto) se efecta mediante la aplicacin de presin hidrulica a la mezcla

determinndose la cantidad de aire mediante una consideracin de la ley de Boyle. En general,

este mtodo piezomtrico arroja porcentajes de aire 1% mayores que los otros y es el mscomnmente usado.

3.12. Otras propiedades. Otras propiedades que no han sido consideradas, pero pueden serimportantes en condiciones especiales, son los cambios volumtricos debidos a la variacin del

contenido de humedad, el creep bajo esfuerzo sostenido, el, desgaste, la densidad, laextensibilidad, la fatiga y las propiedades trmicas. Estas han sido tratadas extensamente en laliteratura tcnica, aunque los resultados de los ensayos no han sido correlacionados en forma

adecuada. La investigacin activa est constantemente contribuyendo al conocimiento y a la

comprensin de las propiedades del concreto.

modulo iii propiedades del concreto - teoria

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