CURSO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO

Carrera de Laboratorio de Suelos, Concreto y Asfalto

Ronald Sotomayor S.

TECNOLOGIA DEL CONCRETO

Tecnologa del Concreto

Es el campo de la Ingeniera Civil que abarca el conjunto de conocimientos cientficos orientados hacia la aplicacin tcnica, prctica y eficiente del concreto en la construccin. En su desarrollo y utilizacin intervienen varias ciencias interrelacionadas, como son la Fsica, la Qumica, las Matemticas y la investigacin experimental. En la Tecnologa del Concreto cada elemento que interviene, bien sea el cemento, el agua , los agregados, los aditivos, y las tcnicas de produccin, colocacin, curado y mantenimiento, representan aspectos particulares a estudiar y controlar de modo que puedan trabajar eficientemente de manera conjunta en la aplicacin prctica que deseamos.

Limitaciones para modificar las

caractersticas de los factores que intervienen en el

diseo y produccin del concreto.

Cada caso supone una solucin particular,

siendo de importancia preponderante la

labor creativa de los profesionales que tienen a su cargo

definirla e implementarla en

campo.

Los conocimientos cientficos sobre el

concreto y sus componentes, nos

provee de las herramientas para

afrontar y solucionar la mayora de problemas

de la construccin moderna.

Tecnologa del Concreto

La buena calidad de las construcciones en concreto que garantice un buen comportamiento estructural, resistencia y durabilidad, depende en gran parte del conocimiento profundo de la naturaleza del material, las propiedades y caractersticas de sus componentes.

Tecnologa del Concreto

Antes de construir debemos contar con determinada informacin:

Contar con direccin y supervisin profesional.

Conocer los elementos o partes de una vivienda.

Conocer el proceso constructivo.

Planos de la obra o proyecto.

Especificaciones tcnicas del proyecto

Normas aplicables.

Elementos o partes de una vivienda

Techo

Piso Muros Dintel

Cimientos

Sobrecimientos

Columnas

Tarrajeo

Viga Solera Enlucido

Acabado del techo

TECHO

Piso: Superficie plana y horizontal; puede ser el terreno compactado o el terreno cubierto con otros materiales.

Muros: Paredes y divisiones de la casa que se construyen encima de los sobrecimientos y que soporta el techo.

Dintel: Refuerzo al nivel superior del vano de las puertas y ventanas, que transmite las cargas del techo yo del muro colocado sobre ellos.

Cimientos: Ensanche en la base de los muros para que el peso de stos y la carga que llevan sean soportados por el terreno, sin que este se hunda

Sobrecimientos:

Parte superior del cimiento, del mismo ancho de muro, que evita la transmisin de la humedad de terreno a los muros

Columnas: Elemento vertical de refuerzo de los muros.

Tarrajeo: Recubrimiento que se le puede dar a los muros para que presenten una superficie lisa y para protegerlos.

Viga Solera: Refuerzo horizontal en la parte superior de los muros.

Enlucido: Recubrimiento que se puede dar a los techos para que presente una superficie lisa.

Acabado del techo: Proteccin del techo para que no filtre el agua de la lluvia.

Proceso Constructivo

Elemento estructural

Tipo de Colocacin (directo)

Tipo de Colocacin (con bomba)

Vibrado de Concreto

Acabado del Concreto

Curado del Concreto

Planos de la obra o proyecto

Normas Aplicables

Cada material suele tener su propio cdigo (concreto, acero, madera, albailera, etc.). Existe un grupo de cdigos generales aplicables a todos los materiales, por ejemplo en el Per existen, entre otras, la Norma de Cargas E.020, la Norma de Diseo Sismorresistente E.030, la Norma de Suelos y Cimentaciones E.50. Estas se denominan Normas Tcnicas de Edificacin y forman parte del Reglamento Nacional de Construcciones.

Cdigos o Normas en Concreto Armado

El American Concrete Institute (ACI), es una organizacin cientfica y educacional sin fines de lucro. Comenz sus actividades en 1904, con la finalidad de servir como foro de discusin de todos los aspectos relacionados con el uso del concreto como material de construccin. En 1910 en los Estados Unidos la National Association of Cement Users, organizacin que luego en 1913 se convertira en el American Concrete Institute (ACI) public un conjunto de regulaciones para el uso del concreto armado en edificaciones titulado Standard Building Regulations for the Use of Reinforced Concrete. Este documento se considera el primer cdigo de edificaciones (Building Code) del ACI.

Cdigo del American Concrete Institute (ACI)

En el Per la norma que rige el diseo de las estructuras de concreto armado es la Norma E.060 - Concreto Armado, que forma parte del Reglamento Nacional de Construcciones. Fue publicada en mayo del 2009 por SENCICO (Servicio Nacional de Capacitacin para la Industria de la Construccin). La Norma Peruana E.060 del ao 1989 estuvo basada fundamentalmente en el cdigo del ACI-318 del ao 1983 y en el suplemento del mismo del ao 1986. La nueva norma E.060 del 2009 est basada en el ACI-318 del ao 2005 y parcialmente en el borrador (Draft) que sali a discusin pblica del ACI-318 del 2008.

Cdigo o Norma Peruana

Obras importantes en nuestro pas

Torre Wiese - Lima Edificio Interbank - Lima

Hotel Marriott - Lima

Via Expresa Javier Prado - Lima

Puente Billinghurst Madre de Dios

Metropolitano Lima

Hotel Westin Libertador - Lima

Obras de envergadura en el mundo

El Centro Financiero de Taipei, llamado tambin Torre Taipei 101. Con 508 metros de altura, tiene 101 plantas y cinco stanos. (Taiwn)

Puente ms alto del mundo es el Viaducto de Millau en Francia (2005) Alto 343 m, 2460 m de largo y 32 m de ancho

Construccin de la torre ms alta del mundo, Burj Dubai, con 818 metros (el doble que las torres gemelas).

HISTORIA DE LA TECNOLOGIA DEL CONCRETO

Resea Histrica

Egipto Antiguo (2650 A.C.) Los egipcios usaron el yeso calcinado para dar al ladrillo o a las

estructuras de piedra una capa lisa. Grecia Antigua (500 A.C.) Una aplicacin similar de piedra caliza calcinada fue utilizada por los

Griegos antiguos. Antigua Roma (300 A.C.) Los Romanos utilizaron con frecuencia el agregado quebrado del

ladrillo embutido en una mezcla de la masilla de la cal con polvo del ladrillo o la ceniza volcnica. Construyeron una variedad amplia de estructuras que incorporaron la piedra y concreto, incluyendo los caminos, los acueductos, los templos y los palacios.

Resea Histrica del Concreto y del Concreto Armado

Mortero

Concreto

Cemento Portland

Concreto Armado

Concreto Preesforzado

Concreto de Alta Resistencia

Mortero

Los morteros de cal empezaron a utilizarse unos 2000 aos AC. An hoy en da se emplean en algunas partes del mundo. Este tipo de mortero tiene la desventaja de disolverse gradualmente ante la accin del agua.

Alrededor del ao 300 AC los Romanos descubrieron que ciertos materiales volcnicos (hoy en da conocidos con el nombre de Puzolanas) molidos finamente y mezclados con cal y arena daban origen a morteros con propiedades cementantes y resistentes al agua. El uso de este tipo de mortero permiti la construccin de numerosas obras, entre ellas acueductos, que perduran hasta nuestros das.

Tal vez el ejemplo ms importante del uso del concreto simple (sin armaduras de refuerzo) es el Pantheon en Roma. Construido alrededor del ao 30 AC, reconstruido y modificado por Adriano alrededor del ao 120 DC.

El Pantheon es un edificio de planta circular de albailera y concreto con acabado de ladrillo en las paredes exteriores. La cimentacin es un anillo de concreto de 4.5 m de altura bajo todo el muro perimetral. Destaca la cpula de 43 m de dimetro, con un lucernario en la parte alta de 9 m dimetro.

Concreto

Coliseo Romano

En 1824 Joseph Apsdin, patent un proceso de calentamiento en horno de piedra caliza y arcilla que produca un cemento artificial que al hidratarse y endurecerse adquira la misma resistencia que la piedra de la isla de Portland.

En 1871 se produjo Cemento Portland en Pennsylvania, sin embargo fue solo hasta principios de los 1880 que se produjo en los Estados Unidos una cantidad significativa de cemento.

Cemento Portland

Se considera a Joseph Monier (Francs) el creador del concreto armado. En 1850 comenz a experimentar con macetas de concreto, reforzadas con malla de alambre. Patent su idea en 1867 y entre 1868 y 1875 patent numerosos sistemas de concreto armado para su uso en tanques, tuberas, losas de piso, puentes y escaleras.

Entre 1875 y 1900 el desarrollo del concreto armado se produjo a travs de numerosas patentes en Europa y Estados Unidos. En 1904 existan 43 patentes registradas en el mundo.

En 1903 en la ciudad de Cincinnati, Ohio, se construy el Ingalls Building, el primer edificio alto (rascacielos) ntegramente en concreto armado. Este edificio de 16 pisos y 64 m de altura fue construido con prticos y losas monolticas.

Concreto Armado

Edificio Ingalls 1903. 16 pisos. Edificio Ingalls en la actualidad.

Se considera a Eugene Freyssinet el pionero del desarrollo del concreto preesforzado. Realiz numerosas investigaciones, diseos y construcciones de notables puentes y estructuras. Patent diversos sistemas de preesfuerzo y de anclajes para los tendones.

En 1928, luego de numerosas pruebas e investigaciones iniciadas en 1911, concluy que era indispensable el uso de aceros de alta resistencia para que el preesfuerzo funcionara adecuadamente en el concreto. El uso hasta entonces de aceros normales (de baja resistencia) condujo a que debido a los fenmenos de flujo plstico y retraccin del concreto, gran parte del preesfuerzo inicial aplicado se perda, con lo cual todas las ventajas del preesfuerzo desparecen y se pone en serio riesgo la seguridad de la estructura.

Concreto Preesforzado

Concreto de Alta Resistencia

Concreto de Alta Resistencia

Historia del Cemento

Desarrollo de la Ingeniera Civil

Historia de la Tecnologa del Concreto

El Imperio Incaico

La Colonia

Los Gremios

La Repblica Siglo XIX

Siglo XX

1915 llega al Per la compaa

Constructora Norteamericana Foundation Co.

1916 la Compaa Peruana de Cemento Portland compra los

hornos a Foundation e instala la primera

fbrica de cemento.

A partir de 1930 se construyen edificios en concreto armado como el Palacio de Justicia, el

Hotel Bolvar, el Club Nacional, el Country Club, la imprenta de "EL Comercio, entre

otros.

1950 se establece la primera

empresa de concreto

premezclado.

1820 se conservan las caractersticas arquitectnicas y

prcticas de la Colonia.

1824 Joseph Apsdin patenta un proceso de

calcinacin de caliza arcillosa.

1840 "Pacific Steam Navegation Company", permite el intercambio

comercialente entre Europa y Amrica del

Sur y en 1850 empieza a llegar cemento en barriles de madera

desde Europa.

1840 se establecido en Francia la primera

fbrica de cemento Portland del mundo, en Inglaterra en 1845, en Alemania en 1855 y en

E.E.U.U. en 1871.

Se originan en la Colonia emulando

organizaciones similares en Europa y

subsistiendo hasta bien avanzada la Repblica como agrupaciones de personas dedicadas a la

prctica de un arte u oficio.

Desde la poca de los egipcios, griegos y romanos

se empleaban cementos naturales rudimentarios, sin

embargo los primeros antecedentes del empleo de materiales aglomerantes

cementantes en el Per datan del siglo XVI en la

Colonia, en que los espaoles implantan los

conocimientos tcnicos de la poca con marcada

influencia rabe consecuencia de nueve

siglos de ocupacin de la Pennsula Ibrica.

Los antiguos peruanos tuvieron slidos

conocimientos sobre astronoma, trazado y

construccin de canales de irrigacin,

edificaciones de piedra y adobe, no existen

evidencias del empleo de ningn material cementante en este

perodo que se caracteriz por un

desarrollo notable del empleo de la piedra sin elementos ligantes de

unin entre piezas.

El puente de piedra sobre el Ro Rimac iniciado en el

ao 1,608 se edific agregando al mortero de

cal y arena huevos frescos en gran cantidad para

mejorar sus propiedades resistentes.

La importancia histrica del gremio de

albailes en el Per reside en que permiti conservar, transmitir y

profundizar los conocimientos tcnicos de aquel entonces para

el trnsito hacia la evolucin tecnolgica

acelerada que se origin en el Siglo XIX y

que contina en la actualidad.

Cul es el material ms empleado en la construccin?

CONCRETO

El concreto es el material constituido por la mezcla de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente tiene caractersticas de plasticidad y moldeabilidad, para posteriormente endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes, lo que lo hace un material ideal para la construccin.

PRODUCTO HIBRIDO

Propiedades finales dependen de las propiedades de los componentes

CONCRETO =

Cemento + agua + arena + piedra + aditivos + aire

Aire = 1 % a 3 %

Cemento = 7 % a 15 %

Agua = 15 % a 22 %

Agregados 60 % a 75 %

Aditivos = 0.1 % a 0.2 %

Proporciones tpicas en volumen absoluto de los componentes del Concreto

Cemento

Agua

Agregado fino

Agregado grueso

Pasta

(Cemento +

Agua)+ Aditivos)

Mortero

(Pasta + Agregado

fino)

Concreto

(Mortero + Agregado grueso)

Cemento Pasta Mortero - Concreto

De que est hecho el concreto?

Leyes Fsicas y Qumicas

Cuando incrementa la temperatura se dilata.

Cuando disminuye la temperatura se contrae.

Cuando hay agresividad qumica se desintegra.

Si supera la resistencia en traccin se fisura.

El medio ambiente y las condiciones de servicio afectan de manera sustancial el comportamiento del concreto.

Las caractersticas climticas donde se construye tiene un efecto preponderante sobre el comportamiento del concreto en estado fresco y endurecido.

La hidratacin es un fenmeno qumico que depende de la humedad, temperatura y tiempo.

Qu es un concreto de buena calidad?

Es aquel que satisface eficientemente los requisitos de trabajabilidad, colocacin,

durabilidad, resistencia y economa que nos exige cada obra o proyecto en particular.

Qu es el Cemento?

El cemento es un producto en polvo hidrulicamente activo, es decir, que genera resistencias mecnicas al hidratarse.

Se fabrica a partir de una mezcla de clinker y yeso que acta como controlador de fraguado.

TIPOS DE CEMENTO

Tipo de Cemento

Portland I

Portland II

Portland V

Portland IPM

Portland IP

Portland MS

Empresas

Cemento Portland

C. Portland Adicionados

I II V IP I(PM) MS I Co

Cemento Andino (1)

(1)

(1)

Cementos Lima

(1)

Cementos Pacasmayo

Cementos Selva (1)

(1)(2) (1)(2)

Cementos Sur

(2)

(2)

Yura

(2)

(2)

TIPOS DE CEMENTO

Tipos de Cementos

Tipo I Uso General Tipo II Moderada resistencia a sulfatos

Moderado calor de hidratacin Tipo III Alta resistencia inicial Tipo IV Bajo calor de hidratacin Tipo V Alta resistencia a sulfatos Tipo IP- Alta resistencia a sulfatos Tipo MS- Con adiciones minerales

Hidratacin del Cemento

La partcula de cemento en contacto con el agua tiene la capacidad de hidratarse y formar silicatos de calcio hidratados (SCH) o gel de cemento.

Estos productos de hidratacin crecen de tal forma que la partcula de cemento hidratado ocupa aproximadamente el doble del volumen que ocupaba antes de

hidratarse.

Proceso de hidratacin del Cemento

Agregado para concreto:

Es un conjunto de partculas, de origen natural o artificial, que pueden ser tratadas o elaboradas y cuyas dimensiones estn comprendidas entre los lmites fijados por las normas correspondientes.

Qu son los agregados?

Agregado Fino: Es el agregado proveniente de la desagregacin natural o artificial, que pasa el tamiz normalizado 9,5 mm (3/8) y que cumple con los lmites establecidos en la presente norma. Arena: Es el agregado fino proveniente de la desagregacin natural de las rocas.

Agregado Grueso: Es el agregado retenido en el tamiz normalizado 4,75 mm (No. 4) proveniente de la disgregacin natural o artificial de la roca, y que cumple con los 1mites establecidos en la presente norma. Grava: Es el agregado grueso, proveniente de la disgregacin natural de materiales ptreos, encontrndosele corrientemente depositado en forma natural en canteras y lechos de ros. Piedra triturada o chancada: Se denomina as, al agregado grueso obtenido por trituracin artificial de rocas o gravas.

Homogeneidad de agregados: Una mezcla de agregados es homognea cuando cumple con los lmites granulomtricos establecidos en cada porcin de la misma. Agregado global: Mezcla de agregado fino y agregado grueso, normalizado por una granulometra.

Agregados en el Concreto

Grueso / Fino Arenas y Gravas Piedra triturada

Requisitos Granulometra Limpieza, dureza, resistencia

Peso

Normal, pesado, ligero

Agregados ligeros Porosos Producir concretos con peso de

16001920 kg/m3 (100 120 libras por pie cbico ).

Frecuentemente usados en losas elevadas

Agregados de peso pesado Densos Producir concreto con peso de

2890 - 6100 kg/m3 (180 380 libras por pie cbico).

Usados como lastre de navos o para blindaje contra la radiacin en centrales elctricas y hospitales

Tamao mximo: Es el que corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso. Tamao mximo nominal: Es el que corresponde al menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido. Material que pasa y material retenido: Se considera que un agregado pasa por un tamiz siempre que este no retenga mas de un 5% en peso del material tamizado. Se dice que un material es retenido por un tamiz cuando este no deje pasar mas de un 5% en peso del material tamizado

Representacin numrica de la distribucin volumtrica de partculas por tamaos.

Anlisis Granulomtrico

Tabla 5.3.- Tamices standard ASTM.

DENOMINACION ABERTURA EN ABERTURA EN

DEL TAMIZ PULGADAS MILIMETROS

3 3 75

1 1/2 1.5 37.5

3/4 0.75 19

3/8 0.375 9.5

No 4 0.187 4.75

No 8 0.0937 2.36

No 16 0.0469 1.18

No 30 0.0234 0.59

No 50 0.0117 0.295

No 100 0.0059 0.1475

No 200 0.0029 0.0737

Es importante trabajar con agregados que estn dentro de los parmetros de control.

Agua para Concreto

Reaccionar con el cemento para hidratarlo.

Actuar como lubricante para contribuir a la trabajabilidad del conjunto.

Procurar la estructura de vacos necesaria en la pasta para que los productos de hidratacin tengan espacio para desarrollarse.

El agua que no sea potable deber cumplir requisitos de la norma y se realizar una comparacin con probetas realizadas con agua potable o destilada, la cul se denominar mezcla control.

Los aditivos para el Concreto

Los aditivos son productos qumicos que nos permiten optimizar las caractersticas del concreto en estado fresco.

Norma Clase de Aditivos

ASTM C260 Aditivos Incorporadores de Aire

ASTM C494Aditivos Qumicos Reductores de agua y

Controladores de Fragua

ASTM D 98 Cloruro de Calcio

ASTM C 869 Agente Espumoso

ASTM C 1141 Aditivos para Shotcrete

ASTM C 1017 Concreto fluido

ASTM C 937 Grout fluidificante

ASTM C 979 Pigmentos

Materiales cementantes

Normalmente llamados Adiciones

Reaccionan qumicamente Aumento de resistencia a

largo plazo y durabilidad El concreto con adiciones

es ms resistente a la reaccin lcali-agregado

Ceniza volante (fly ash)

Sub producto de la produccin del carbn en plantas de energa elctrica

Reemplaza entre 15 y 30 % del cemento

Forma redondeada que hace el concreto ms manejable

Beneficios de la Ceniza volante

Fcil de bombear, colocar, compactar y acabar

Reduce la cantidad de agua de mezclado

Menos exudacin Fraguado ms lento y menor calor de

hidratacin Menor costo por metro cbico

Escoria de alto horno

Subproducto de la produccin de hierro en un alto horno

Cuando se muele finamente tiene propiedades cementantes

Se utiliza entre 30 y 50 % del cemento Reduce el asentamiento Fragua lentamente Mayor resistencia en altas98edades

Humo de slice

Subproducto de los hornos elctricos de produccin de silicio

Forma esfrica y fina Es 100 veces ms fina que una partcula

de cemento Se utiliza en la produccin de concretos

de alto desempeo Usualmente substituye 10% del cemento

en peso Requiere ms agua para producir el

mismo asentamiento Reduce la exudacin Es ms difcil de colocar y acabar

Fundamentos del Concreto

Relacin Agua/cemento Agua/cementante

Adicin de agua Incrementa

asentamiento Reduce resistencia

Resistencia Compresin Flexin

Durabilidad Congelamiento/Deshielo Permeabilidad

Cambios de Volumen Secado Temperatura

Propiedades del concreto endurecido

Resistencia del concreto Resistencia de diseo a 28 das

de edad. PSI = (libras por pulgada

cuadrada) Mpa = Mega pascales 1MPa = 10 kg/cm2 145 psi Kg/cm2

Agua Asentamiento Tiempo de

fraguado Resistencia Durabilidad

Limpia/potable

Agua de lavado del mixer

156 207 l/m3

Aire incluido en el concreto Aditivo inclusor de aire Accin de mezclado

Beneficios del aire incluido Se requiere menos agua Exudacin reducida Se reduce la segregacin Baja resistencia Resistencia al

congelamiento y deshielo

Preguntas?