Agregados para concreto:cada cual su nombre

Ingeniero Jesús Alatorre González Ingeniero Roberto Uribe Afif

¿No es un contrasentido que en la era de la globalización, cuando la comunicación se vuelve cada vez más universal, exista todavía una amplia diversidad terminológica para

referirse a los agregados?

Tal vez uno de los problemas más triviales –que no lo es tanto– y a la vez más difundidos en relación con los agregados para concreto, tiene que ver con la terminología que se utiliza para su identificación. La dificultad puede deberse a que, de manera indiscriminada, se generan diferentes definiciones y clasificaciones para referirse a ellos. El cuadro 1 da fe de la abundancia de tales términos.

También se debe destacar la influencia que ejerce la procedencia de los mismos, pues mientras los que provienen de asociaciones tipo ASTM o ACI tienen un alcance continental o mundial, las normas, reglamentos, leyes, etcétera rigen para un país, y por su parte las costumbres, la denominación de origen, la práctica local, etcétera, ejercen influencia en una ciudad o una región.

A esta diversidad de definiciones se deben agregar las diferentes formas de clasificar que son empleadas en el caso de estos materiales.

Distintos tipos de clasificaciónA continuación se mencionan las clasificaciones más comunes de los agregados para concreto.1. Clasificación de origenEsta clasificación toma como base la procedencia natural de las rocas y los procesos físico-químicos involucrados en su formación, y de conformidad con la misma, las divide en tres grandes grupos:

ígneas sedimentarias metamórficas

Ninguna de estas identificaciones considera las propiedades físicas y/o químicas que debe cumplir un agregado para concreto.

2. Clasificación por composición

Esta clasificación tiene como fundamento la composición químico-mineralógica de cada roca, además de llevar en forma implícita una denominación de origen. A continuación se mencionan algunos ejemplos de este tipo de clasificación:

caliza tezontle calicheandesita tepojal granitobasalto riolita mármol

Al ser las características químicas y mineralógicas las únicas que intervienen en esta forma de agrupamiento, se tiene el gran inconveniente que implica el no considerar las características físicas del material, tan importantes en la evaluación de los agregados para concreto.

Para puntualizar lo anterior se pueden mencionar dos ejemplos:

a] La caliza, el mármol y el caliche tienen la misma composición química, pero no la misma resistencia física; aun más, es muy común que entre las calizas se observen diferentes grados de calidad física.

b] El basalto y el tezontle tienen la misma composición química, pero el hecho de tener el tezontle una gran cantidad de espacio poroso lo hace un agregado ligero y de menor resistencia.

3. Clasificación por color

Tal vez sea la clasificación más común que existe y la más fácil de generar o utilizar, ya que sólo considera el color del material.

La utilización de una clasificación simplista es una actividad más frecuente de lo deseable, ya que si bien constituye una forma rápida de identificar un agregado, es la que proporciona la mínima información acerca del mismo.

4. Clasificación por tamaño de partícula

Esta identificación de los materiales se deriva de la condición mínima del concreto convencional de dividir los agregados en dos fracciones principales cuya frontera nominal es 4.75 mm (malla núm. 4 ASTM), dando por resultado lo siguiente:

Clasificación Intervalo nominal Mallas correspondientes(mm) NOM ASTM

Agregado fino 0.075-4.75 FO.075-G4.75 No. 200-No. 4Agregado grueso 4.75-variable (*) G4.75- (*) No. 4- (*)

(*) El límite superior en el intervalo nominal del agregado grueso, y la designación de la malla correspondiente, dependen del tamaño máximo de la grava que se utilice (Mena, 1994).

5. Clasificación por modo de fragmentación

Esta clasificación de agregados se basa en la forma en que ocurre el proceso de fragmentación de los materiales, los que desde este punto de vista pueden ser:

a] Naturales: fragmentados por procesos naturales (erosión)

b] Manufacturados (triturados): fragmentados por procesos artificiales (mecánicos)

c] Mixtos: son la combinación de materiales fragmentados tanto por procesos naturales como artificiales.

Este tipo de división no valida ninguna característica físico-química del agregado.

6. Clasificación por peso específico

Esta identificación de agregados se genera a partir de una característica básica del concreto que es su peso unitario, el cual a su vez depende del peso específico de los agregados que se utilizan en su fabricación. La división básica que existe es:

ligeronormalpesado

Esta clasificación valora la correspondiente aptitud de los agregados para producir concreto con diferentes pesos unitarios, pero no considera sus características físico-químicas en forma detallada.

De acuerdo con lo anterior, se puede detectar o provocar un problema de comunicación al existir tan variadas clasificaciones que, en algunos casos, toman como base información inútil en la calificación de un agregado para concreto, y en otros, proporcionan información incompleta. La situación que se genera por esta información parcial comprende:

Identificaciones imprecisas.Establecimiento de juicios erróneos por desconocimiento de las bases de cada clasificación.Aplicación de criterios equivocados en la evaluación de agregados.Usos indiscriminados de las clasificaciones.Un resumen de las ventajas y limitantes de cada una de las clasificaciones se encuentra en al cuadro 2.

Terminología ASTM

Puesto que en el medio del concreto existe una terminología muy amplia que se emplea en forma indiscriminada, es conveniente revisar la propuesta de un organismo internacional que se dedica a especificar en relación con este tipo de producto.

Terminología relativa a los agregados para concreto (ASTM-C-125 - 92a)1

Agregado: Material granular, el cual puede ser arena, grava, piedra triturada o escoria, empleado con un medio cementante para formar concreto o mortero hidráulico.

Agregado grueso: a] Agregado predominantemente retenido en la malla núm. 4 (4.75 mm); o b] es la porción de un agregado retenido en la malla núm. 4 (4.75 mm).

Agregado fino: a] Agregado que pasa la malla de 3/8’’ (9.5 mm) y casi totalmente, la malla núm. 4 (4.75 mm), y es predominantemente retenido en la malla núm. 200 (0.075 mm); o b] es la porción de un agregado que pasa la malla núm. 4 (4.75 mm) y es retenido en la malla núm. 200 (0.075 mm). (ver si la corrección está bien)

Agregado pesado: Agregado de alta densidad, que puede ser barita, magnetita, limonita, ilmenita, hierro o acero.

Agregado ligero: Agregado de baja densidad utilizado para producir concreto ligero. Incluye: pómez, escoria volcánica, tobas, diatomita, arcilla sintética o expandida, lutita, pizarra, lutitas diatomaceas, perlita, vermiculita y productos de combustión de carbón.

Grava triturada: Es el producto resultado de la trituración artificial de gravas, en la que la mayoría de los fragmentos tienen como mínimo una cara resultado de la fractura.

Piedra triturada: Es el producto de la trituración artificial de rocas, peñascos o fragmentos de rocas grandes, en el cual todas las caras resultantes se derivan de las operaciones de trituración.

Grava: Agregado grueso resultante de la desintegración natural y abrasión de rocas o transformación de un conglomerado débilmente cementado.

Arena manufacturada: Agregado fino producido por trituración de grava, roca, escoria o concreto hidráulico.

Arena: Agregado fino resultado de la desintegración y abrasión de roca o de la transformación de una arenisca completamente friable.

Es notable que para este organismo las clasificaciones de origen, color y composición no se emplean en la definición de agregados para concreto, y sí se toman en cuenta las clasificaciones que definen el tamaño, el modo de fragmentación y el peso específico.

Conclusiones y recomendaciones

1. Eliminar el empleo de clasificaciones ambiguas, imprecisas y/o incompletas (origen, color y composición), en las que se busca correlacionar el nombre dado por la clasificación con las características físicas y químicas del agregado.

2. Impulsar la utilización de una terminología precisa y adecuada para la definición de los agregados para concreto.

3. Se propone la aplicación de la siguiente metodología para la identificación de agregados:

a] Según la aplicación que se pretenda dar al agregado, en la identificación se pueden utilizar uno o más tipos de clasificaciones. Esto con la finalidad de detallar lo más posible las características que debe cumplir el agregado.

b] En la definición se han de incluir las siguientes clasificaciones y conceptos:

. Tamaño del agregado, especificando el tamaño máximo del agregado grueso. En casos de requerimientos especiales en la granulometría, se proporcionará la curva granulométrica.

. Modo de fragmentación (opcional).

. Peso específico, especificando el peso unitario del concreto que se va a fabricar.

4. Hay que tener presente que lo importante no es el nombre con el que se identifican los agregados, sino sus características físicas y químicas, pero en tanto exista tal diversidad de nombres para llamarlos, mayor será la dificultad para su empleo y adecuado manejo.

Referencias

1 ASTM C 125. "Standard terminology relating to concrete and concrete aggregates", Filadelfia (1997).

Cuadro 1. Compilación de términos empleados para la identificación de los agregados en forma común

Criterio Terminología

Tamaño y granulometría Arena Balasto Sello

Grava Hormigón Base

Granzón Grava controlada Sub-base

Gravilla Grava cementada Piedra

Greña Confitillo Polvo

Número de granulometría: Arena cero fino

Grava 3-4

Grava 5-7

Composición con implicación Basalto Tezontle (basalto vesicular) de origen Andesita Tepojal (material púmitico)

Caliza Granito

Caliche (variedad

de caliza)

Forma de la partícula Boleo

(esfericidad y redondez) Arena de río y modo de frgamentación

Grava de bola

Grava triturada

Tamaño y composición Creen (asociada a caliza)

Tepetate (asociada a andesita)

Color Azul

Rosa

Negra, etc.

Cuadro 2. Ventajas y desventajas de las diferentes clasificaciones empleadas en le identificación de los agregados para concreto.

Clasificación

Ventajas

Desventajas

Origen

a] Establece las condiciones de

a] Clasificación imprecisa y formación y la forma de ambigua asociación de los productos

b] Se requiere experiencia en que contienen los diferentes el área para su tipos de agregados interpretación

Composición

a] Permite anticipar la posible

a] Clasificación imprecisa y presencia de especies ambigua mineralógicas

b] Genera confusión al existir potencialmente reactivas con rocas con igual los álcalis composición y nombre, pero con características físicas totalmente diferentes

Color

a] Ninguna

a] Clasificación imprecisa y ambigua

b] El color sólo representa una característica física del agregado y por tanto califica todas las características físicas del material

Tamaño de partícula

a] Define claramente las frontera a] Ninguna

que identifican a los agregados gruesos y finos

b] Mediante el establecimiento del tamaño máximo se pueden crear las composiciones granulométricas más adecuadas para la función que debe cumplir el elemento

Modo de fragmentación

a] Permite inferir características a] No representa una de forma y superficie tectural valoración real de las del agregado características físicas y químicas del agregado

Peso específico

a] Representa claramente para a] Es una clasificación muy que necesidades de peso específica y su empleo unitario de concreto se pueden es por tanto limitado satisfacer con el empleo de material

El ingeniero Jesús Alatorre González es Director Técnico y Agregados de la Unidad Concreto de Cemex.

El ingeniero Roberto Uribe Afif es Gerente de Agregados y Petrografía del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Concreto (CIDETEC) de Cemex.

ANTECEDENTES HISTORICOS DEL CONCRETO.

La historia del cemento es la historia misma del hombre en la busqueda de un espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible. Desde que el ser humano supero la epoca de las cabernas, a aplicado sus mayores esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus necesidades de vivienda y después levantando construcciones con requerimientos específicos.

Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las bases para el progreso de la humanidad.

El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero – mezcla de arena con materia cementoza – para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus asombrosas construcciones.

Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producian un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada.

Un material volcánico muy apropiado para estar aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo conocemos como pozoluona.

Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a principios del año pasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de caliza dura, molida y calcinada con arcilla, al agregarsele agua, producia una pasta que de nuevo se calcinaba se molia y batia hasta producir un polvo fino que es el antescedente directo de nuestro tiempo.

El nombre del cemento Portland le fue dado por la similitud que este tenia con la piedra de la isla de Portland del canal ingles.

La aparición de este cemento y de su producto resultante el concreto a sido un factor determinante para que el mundo adquiere una fisionomía diferente.

Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales, fabricas, talleres y casas, dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos dan un mundo nuevo de comodidad, de protección y belleza

donde realizar nuestros mas anciados anhelos, un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para progresar, para vivir.

1824: - James Parker, Joseph Aspdin patentan al Cemento Portland, materia que obtuvieron de la calcinación de alta temperatura de una Caliza Arcillosa.

1845: - Isaac Johnson obtiene el prototipo del cemento moderno quemado, alta temperatura, una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del "clinker".

1868: - Se realiza el primer embarque de cemento Portland de Inglaterra a los Estados Unidos.

1871: - La compañía Coplay Cement produce el primer cemento Portland en lo Estados Unidos.

1904: -La American Standard For Testing Materials (ASTM), publica por primera ves sus estandares de calidad para el cemento Portland.

1906: - En C.D. Hidalgo Nuevo Leon se instala la primera fabrica para la producción de cemento en Mexico, con una capacidad de 20,000 toneladas por año.

1992: - CEMEX se considera como el cuarto productor de cemento a nivel MUNDIAL con una producción de 30.3 millones de toneladas por año.  

FUNDAMENTOS SOBRE EL CONCRETO.El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes:

    Agregado y pasta. La pasta, compuesta de Cemento Portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el Cemento y el agua.

    Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.

    La pasta esta compuesta de Cemento Portland, agua y aire atrapado o aire incluido intencionalmente. Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del concreto. La figura " A " muestra que el volumen absoluto del Cemento esta comprendido

usualmente entre el 7 y el 15 % y el agua entre el 14 y el 21 %. El contenido de aire y concretos con aire incluido puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto, dependiendo del tamaño máximo del agregado grueso.  

    Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, su saleccion es importante. Los agregados deben consistir en partículas con resistencia adecuada asi como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. Para tener un uso eficiente de la pasta de cemento y agua, es deseable contar con una granulometria continua de tamaños de partículas.

    La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado esta completamente cubierta con pasta y también todos los espacios entre partículas de agregado.    

Figura 1 – 1 Variacion de las proporciones en volumen absoluto de los materiales usados en el concreto. Las barras 1 y 3 representan mezclas ricas con agregados pequeños. Las barras 2 y 4 representan mezclas pobres con agregados grandes. 

Para cualquier conjunto especifico de materiales y de condiciones de curado, la cantidad de concreto endurecido esta determinada por la cantidad de agua utilizada en la relación con la cantidad de Cemento.

A continuacion se presentan algunas ventajas que se obtienen al reducir el contenido de agua :

Se incrementa la resistencia a la compresión y a la flexion. Se tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad

y menor absorción. Se incrementa la resistencia al intemperismo. Se logra una mejor unión entre capas sucesivas y entre el

concreto y el esfuerzo. Se reducen las tendencias de agregamientos por contracción.

Entre menos agua se utilice, se tendrá una mejor calidad de concreto – a condición que se pueda consolidar adecuadamente. Menores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas mas rígidas; pero con vibración, a un las mezclas mas rígidas pueden ser empleadas. Para una calidad dada de concreto, las mezclas mas rígidas son las mas economicas. Por lo tanto, la consolidación del concreto por vibración permite una mejora en la calidad del concreto y en la economía.

Las propiedades del concreto en estado fresco ( plástico) y endurecido, se puede modificar agregando aditivos al concreto, usualmente en forma liquida, durante su dosificación. Los aditivos se usan comúnmente para (1) ajustar el tiempo de fraguado o endurecimiento, (2) reducir la demanda de agua, (3) aumentar la trabajabilidad, (4) incluir intencionalmente aire, y (5) ajustar otras propiedades del concreto.

Despues de un proporcionamiento adecuado, así como, dosificación, mezclado, colocación, consolidación, acabado, y curado, el concreto endurecido se transforma en un material de construccion resistente, no combustible, durable, resistencia al desgaste y practicamente impermeable que requiere poco o nulo mantenimiento. El concreto tambien es un excelente material de construcción porque puede moldearse en una gran variedad de formas, colores y texturizados para ser usado en un numero ilimitado de aplicaciones.  

CONCRETO RECIEN MEZCLADO

El concreto recién mezclado debe ser plástico o semifluido y capaz de ser moldeado a mano. Una mezcla muy húmeda de concreto se puede moldear en el sentido de que puede colocarse en una cimbra, pero esto no entra en la definición de " plástico " aquel material que es plegable y capaz de ser moldeado o formado como un terrón de arcilla para moldar.

En una mezcla de concreto plástico todos los granos de arena y las piezas de grava o de piedra que eran encajonados y sostenidos en suspensión. Los ingredientes no están predispuestos a segregarse

durante el transporte; y cuando el concreto endurece, se transforma en una mezcla homogénea de todos los componentes. El concreto de consistencia plástica no se desmorona si no que fluye como liquido viscoso sin segregarse.

El revenimiento se utiliza como una medida de la consistencia del concreto. Un concreto de bajo revenimiento tiene una consistencia dura. En la practica de la construcción, los elementos delgados de concreto y los elementos del concreto fuertemente reforzados requieren de mezclas trabajables, pero jamás de mezclas similares a una sopa, para tener facilidad en su colocación. Se necesita una mezcla plástica para tener resistencia y para mantener su homogeneidad durante el manejo y la colocación. Mientras que una mezcla plástica es adecuada para la mayoría con trabajos con concreto, se puede utilizar aditivos superfluidificantes para adicionar fluidez al concreto en miembros de concretos delgados o fuertemente reforzados.    

MEZCLADO

Los 5 componentes básicos del concreto se muestran separadamente en la figura " A " para asegurarse que estén combinados en una mezcla homogénea se requiere de esfuerzo y cuidado. La secuencia de carga de los ingredientes en la mezcladora representa un papel importante en la uniformidad del producto terminado. Sin embargo, se puede variar esa secuencia y aun así producir concreto de calidad. Las diferentes secuencias requieren ajustes en el tiempo de adicionamiento de agua, en el numero total de revoluciones del tambor de la mezcladora, y en la velocidad de revolución.

Otros factores importantes en el mezclado son el tamaño de la revoltura en la relación al tamaño del tambor de la mezcladora, el tiempo transcurrido entre la dosificación y el mezclado, el diseño, la configuración y el estado del tambor mezclador y las paletas. Las mezcladoras aprobadas, con operación y mantenimiento correcto, aseguran un intercambio de materiales de extremo a extremo por medio de una acción de rolado, plegado y amasado de la revoltura sobre si misma a medida que se mezcla el concreto.

TRABAJABILIDAD

La facilidad de colocar, consolidar y acabar al concreto recién mezclado. se denomina trabajabilidad.

El concreto debe ser trabajable pero no se debe segregar excesivamente. El sangrado es la migración de el agua hacia la superficie superior del concreto recién mezclado provocada por el

asentamiento de los materiales Sólidos – Cemento, arena y piedra dentro de la masa. El asentamiento es consecuencia del efecto combinado del la vibración y de la gravedad.

Un sangrado excesivo aumenta la relación Agua - Cemento cerca de la superficie superior, pudiendo dar como resultado una capa superior débil de baja durabilidad, particularmente si se lleva acabo las operaciones de acabado mientras esta presente el agua de sangrado. Debido a la tendencia del concreto recién mezclado a segregarse y sangrar, es importante transportar y colocar cada carga lo mas cerca posible de su posición final. El aire incluido mejor a la trabajabilidad y reduce la tendencia del concreto fresco de segregarse y sangrar.    

CONSOLIDACIÓN

La vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades movilies de un fluido denso. La acción vibratoria permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado en el concreto, habrá que llenar pasta un menor volumen y existirá una menor área superficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento es necesaria. con una consolidación adecuada de las mezclas mas duras y ásperas pueden ser empleadas, lo que tiene como resultado una mayor calidad y economía.

Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. De hecho, tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. Solo al emplear mezclas mas duras y ásperas se adquieren todos los beneficios de l vibrado.

El vibrado mecánico tiene muchas ventajas. Los vibradores de alta frecuencia posibilitan la colocación económica de mezclas que no son facilites de consolidar a mano bajo ciertas condiciones.  

HIDRATACIÓN, TIEMPO DE FRAGUADO, ENDURECIMIENTO

La propiedad de liga de las pastas de cemento Portland se debe a la reaccion química entre el cemento y el agua llamada hidratación.

El cemento Portland no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o mas de el peso del cemento Portland y son: el silicato tricalcico, el silicato dicalcico, el aluminiato tricalcico y el aluminio ferrito tetracalcico. Ademas de estos componentes principales, algunos otros desempeñan papeles importantes en el proceso de hidratación. Los tipos de cemento Portland contienen los mismos cuatro compuestos principales, pero en proporciones diferentes.

Cuando el Clinker (el producto del horno que se muele para fabricar el cemento Portland) se examina al microscopio, la mayoría de los compuestos individuales del cemento se pueden identificar y se puede determinar sus cantidades. Sin embargo, los granos mas pequeños evaden la detección visual. El diámetro promedio de una particula de cemento tipica es de aproximadamente 10 micras, o una centésima de milímetro. Si todas las partículas de cemento fueran las promedio, el cemento Portland contendría aproximadamente 298,000 millones de granos por kilogramo, pero de hecho existen unos 15 billones de partículas debido al alto ronago de tamaños de particula. Las particulas en un kilogramo de cemento Portland tiene una area superficial aproximada de 400 metros cuadrados.

Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este ultimo es con mucho el componente cementante mas importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, - fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional - principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la medula del concreto.

La composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable, pero contiene cal (CaO) y silice (Si02), en una proporción sobre el orden de 3 a 2. el area superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos 3000 metros cuadrados por gramo. Las particulas son tan diminutas que solamente ser vistas en microscopio electrónico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partículas forman uniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; tambien se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el conjunto. La formación de esta estructura es la accion cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento y del desarrollo de resistencia.

Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia esta en la parte solida de la pasta, en su mayoría en el hidrato de silicato de calcio y en las faces cristalinas.

Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho mas resistente es el concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concreto plástico y trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se requiere para la completa hidratación del cemento. La relación mínima Agua – Cemento (en peso) para la hidratación total es aproximadamente de 0.22 a 0.25.

El conocimiento de la cantidad de calor liberan do a medida de que el cemento se hidrato puede ser util para planear la construcción. En invierno, el calor de hidratación ayudara a proteger el concreto contra el daño probocado por temperaturas de congelecion. Sin embargo, el calor puede ser en estructuras masivas, tales como presas, porque puede producir esfuerzos indeseables al enfriarse luego de endurecer. El cemento Portland tipo 1 un poco mas de la mitad de su calor total de hidratación en tres días. El cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo procentaje de su calor en mucho menos de tres dias. El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera menos calor total que los otros y deben pasar mas de tres dias para que se libere unicamente la mitad de ese calor. El uso de cemento tipo 4, cemente Portland de bajo calor de hidratación, se debe de tomar en cosideracion donde sea de importancia fundamental contar con un bajo calor de hidratación.

Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque la velocidad de terminada el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conseda tiempo al transporte y colocasion del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rapido. El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del Clinker, actua como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento Portland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado.  

CONCRETO ENDURECIDO

CURADO HUMEDO

El aumento de resistencia continuara con la edad mientras este presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanesca favorable la temperatura del concreto. Cuando la humedad relativa dentro del concreto cae aproximadamente al 80% o la temperatura del concreto desciende

por debajo del punto de congelación, la hidratación y el aumento de resistencia virtualmente se detiene.

Si se vuelve a saturar el concreto luego de un periodo de secado, la hidratación se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar. Sin embargo lo mejor es aplicar el curado húmedo al concreto de manera continua desde el momento en que se ha colocado hasta cuando haya alcanzado la calidad deseada debido a que el concreto es difícil de resaturar.    

VELOCIDAD DE SECADO DEL CONCRETO

El cocreto ni endurece ni se cura con el secado. El concreto (o de manera precisa, el cemento en el contenido) requiere de humedad para hidratarse y endurecer. El secado del concreto unicamente esta relacionado con la hidratación y el endurecimiente de manera indirecta. Al secarse el concreto, deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicación de que haya experimentado la suficiente hidratación para lograr las propiedades fisicas deseadas.

El conocimiento de la velocidad de secado es útil para comprender las propiedades o la condición física del concreto. Por ejemplo, tal como se menciono, el concreto debe seguir reteniendo suficiente humedad durante todo el perido de curado para que el cemento pueda hidratarse. El concreto recién colado tiene agua abundante, pero a medida de que el secado progresa desde la superficie hacia el interior, el aumento de resistencia continuara a cada profundidad únicamente mientras la humedad relativa en ese punto se mantenga por encima del 80%.

La superficie de un piso de concreto que no a tenido suficiente curado húmedo es una muestra común. Debido a que se seca rápidamente, el concreto de la superficie es débil y se produce descascaramiento en partículas finas provocado por el transito. Asimismo, el concreto se contrae al, secarse, del mismo modo que lo hacen la madera, papel y la arcilla (aunque no tanto). La contraccion por secado es una causa fundamental de agrietamiento, y le ancho de las grietas es función del grado del secado.

En tanto que la superficie del concreto se seca rápidamente, al concreto en el interior le lleva mucho mas tiempo secarse.

Note que luego de 114 días de secado natural el concreto aun se encuentra muy húmedo en su interior y que se requiere de 850 días para que la humedad relativa en el concreto descendiera al 50%.

El contenido de humedad en elementos delgados de concreto que han sido secado al aire con una humedad relativa de 50% a 90% durante varios meses es de 1% a 2% en peso del concreto, del contenido original de agua, de las condiciones de secado y del tamaño del elemento de concreto.

El tamaño y la forma de un miembro de concreto mantiene una relación importante como la velocidad de secado. Los elementos del concreto de gra area superficial en relacion a su volumen (tales como losas de piso) se secan con mucho mayor rapidez que los grandes volumenes de concreto con ares superficiales relativamente pequeñas (tales como los estribos de puentes).

Muchas otras propiedades del concreto endurecido se ven también afectadas por su contenido de humedad; en ellas incluye la elasticidad, flujo plástico, valor de aislamiento, resistencia al fuego, resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, durabilidad.

RESISTENCIA

La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’ c. Para de terminar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas especimenes de mortero o de concreto; en los Estados Unidos, a menos de que se especifique de otra manera, los ensayes a compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm. en tanto que los ensayes a compresión del concreto se efectúan sobre cilindros que miden 15 cm de diámetro y 30 cm de altura.

La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física fundamental, y es frecuentemente empleada el los cálculos para diseño de puente, de edificios y otras estructuras. El concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm cuadrado. un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420 kg/cm cuadrado. resistencia de 1,400 kg/cm cuadrado se ha llegado a utilizar en aplicaciones de construcción .

La resistencia a la flexión del concreto se utiliza generalmente al diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, una ves que entre ellas se ha establecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión. La resistencia a la flexión, también llamada modulo de ruptura, para un concreto de peso normal se aproxima a menudo de1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión.

El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a 12% de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.

La resistencia a la torsión para el concreto esta relacionada con el modulo de ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto.

La resistencia al cortante del concreto puede variar desde el 35% al 80% de la resistencia a compresión. La correlación existe entre la resistencia a la compresión y resistencia a flexión, tensión, torsión, y cortante, de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en que se encuentre.

El modulo de elasticidad, denotando por medio del símbolo E, se puedes definir como la relación del esfuerzo normal la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del limite de proporcionalidad de un material. Para concretos de peso normal, E fluctúa entre 140,600 y 422,000 kg/cm cuadrado, y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.

Los principales factores que afectan a la resistencia son la relación Agua – Cemento y la edad, o el grado a que haya progresado la hidratación. Estos factores también afectan a la resistencia a flexión y a tensión, así como a la adherencia del concreto con el acero.

Las relaciones Edad – Resistencia a compresión. Cuando se requiera de valores mas precisos para el concreto se deberán desarrollar curvas para los materiales específicos y para las proporciones de mezclado que se utilicen en el trabajo.

Para una trabajabilidad y una cantidad de cemento dadas, el concreto con aire incluido necesita menos agua de mezclado que el concreto sin aire incluido. La menor relación Agua – Cemento que es posible lograr en un concreto con aire incluido tiende a compensar las resistencias mínimas inferiores del concreto con aire incluido, particularmente en mezclas con contenidos de cemento pobres e intermedios.

PESO UNITARIO

El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en otras estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 kg por metro cúbico (kg/m3). El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la densidad relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado o intencionalmente incluido, y de los contenidos de agua y de cemento, mismos que a su vez se ven influenciados por el tamaño máximo del

agregado. Para el diseño de estructuras de concreto, comúnmente se supone que la combinación del concreto convencional y de las barras de refuerzo pesa 2400 kg/m3.

El peso del concreto seco iguala al peso del concreto recién mezclado menos el peso del agua evaporable. Una parte del agua de mezclado se combina químicamente con el cemento durante el proceso de hidratación, transformando al cemento en gel de cemento. También un poco de agua permanece retenida herméticamente en poros y capilares y no se evapora bajo condiciones normales. La cantidad de agua que se evapora al aire a una humedad relativa del 50% es de aproximadamente 2% a 3% del peso del concreto, dependiendo del contenido inicial de agua del concreto, de las características de absorción de los agregados, y del tamaño de la estructura.

Además del concreto convencional, existe una amplia variedad de otros concretos para hacer frente a diversas necesidades, variando desde concretos aisladores ligeros con pesos unitarios de 240 kg/m3, a concretos pesados con pesos unitarios de 6400 kg/m3, que se emplean para contrapesos o para blindajes contra radiaciones.    

RESISTENCIA A CONGELACION Y DESHIELO

Del concreto utilizado en estructuras y pavimentos, se espera que tenga una vida larga y un mantenimiento bajo. Debe tener buena durabilidad para resistir condiciones de exposición anticipadas. El factor de intemperismo mas destructivo es la congelación y el deshielo mientras el concreto se encuentra húmedo, particularmente cuando se encuentra con la presencia de agentes químicos descongelantes. El deterioro provocado por el congelamiento del agua en la pasta, en las partículas del agregado o en ambos.

Con la inclusión de aire es sumamente resistente a este deterioro. Durante el congelamiento, el agua se desplaza por la formación de hielo en la pasta se acomoda de tal forma que no resulta perjudicial; las burbujas de aire en la pasta suministran cámaras donde se introduce el agua y asi se alivia la presión hidráulica generada.

Cuando la congelación ocurre en un concreto que contenga agregado saturado, se pueden generar presiones hidráulicas nocivas dentro del agregado. El agua desplazada desde las partículas del agregado durante la formación del hielo no puede escapar lo suficientemente rápido hacia la pasta circundante para aliviar la presión. Sin embargo, bajo casi todas las condiciones de exposición, una pasta de buena calidad (de baja relación Agua – Cemento) evitara que la mayor parte de las partículas de agregado se saturen. También, si la pasta tiene aire incluido, acomodara las pequeñas cantidades de agua en exceso

que pudieran ser expulsadas por los agregados, protegiendo así al concreto contra daños por congelación y deshielo.

(1): El concreto con aire incluido es mucho mas resistente a los ciclos de congelación y deshielo que el concreto sin aire incluido, (2): el concreto con una relación Agua – Cemento baja es mas durable que el concreto con una relación Agua – Cemento alta, (3) un periodo de secado antes de la exposición a la congelación y el deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la congelación y deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la congelación y el deshielo del concreto con aire incluido , pero no beneficia de manera significativa al concreto sin aire incluido. El concreto con aire incluido con una relación Agua – Cemento baja y con un contenido de aire de 4% a 8% soportara un gran numero de ciclos de congelación y deshielo sin presentar fallas.

La durabilidad a la congelación y deshielo se puede determinar por el procedimiento de ensaye de laboratorio ASTM C 666, " Estándar Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing". A partir de la prueba se calcula un factor de durabilidad que refleja el numero de ciclos de congelación y deshielo requeridos para producir una cierta cantidad de deterioro. La resistencia al descascaramiento provocado por compuestos descongelantes se puede determinar por medio del procedimiento ASTC 672 "Estándar Test Method for Scaling Resistance of Concrete Surface Exposed to Deicing Chemicals".

PERMEABILIDAD Y HERMETICIDAD

El concreto empleado en estructuras que retengan agua o que esten expuestas a mal tiempo o a otras condiciones de exposición severa debe ser virtualmente impermeable y hermético. La hermeticidad se define a menudo como la capacidad del concreto de refrenar o retener el agua sin escapes visibles. La permeabilidad se refiere a la cantidad de migración de agua a través del concreto cuando el agua se encuentra a presión, o a la capacidad del concreto de resistir la penetración de agua u atrás sustancias (liquido, gas, iones, etc.). Generalmente las mismas propiedades que covierten al concreto menos permeable también lo vuelven mas hermético.

La permeabilidad total del concreto al agua es una función de la permeabilidad de la pasta, de la permeabilidad y granulometria del agregado, y de la proporción relativa de la pasta con respecto al agregado. la disminución de permeabilidad mejora la resistencia del concreto a la resaturacion, a l ataque de sulfatos y otros productos químicos y a la penetración del ion cloruro.

La permeabilidad también afecta la capacidad de destrucción por congelamiento en condiciones de saturación. Aquí la permeabilidad de la pasta es de particular importancia porque la pasta recubre a

todos los constituyentes del concreto. La permeabilidad de la pasta depende de la relación Agua – Cemento y del agregado de hidratación del cemento o duracion del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere de una relación Agua – Cemento baja y un periodo de curado húmedo adecuado. Inclusion de aire ayuda a la hermeticidad aunque tiene un efecto mínimo sobre la permeabilidad aumenta con el secado.

La permeabilidad de una pasta endurecida madura mantuvo continuamente rangos de humedad de 0.1x10E- 12cm por seg. para relaciones Agua – Cemento que variaban de 0.3 a 0.7. La permeabilidad de rocas comúnmente utilizadas como agregado para concreto varia desde aproximadamente 1.7 x10E9 hasta 3.5x10E-13 cm por seg. La permeabilidad de un concreto maduro de buena calidad es de aproximadamente 1x10E- 10cm por seg.

Los resultados de ensayes obtenidos al sujetar el discos de mortero sin aire incluido de 2.5cm de espesor a una presión de agua de 1.4 kg/cm cuadrado. En estos ensayes, no existieron fugas de agua a través del disco de mortero que tenia relación Agua – Cemento en peso iguales a 0.50 o menores y que hubieran tenido un curado húmedo de siete días. Cuando ocurrieron fugas, estas fueron mayores en los discos de mortero hechos con altas relaciones Agua – Cemento. También, para cada relación Agua – Cemento, las fugas fueron menores a medida que se aumentaba el periodo de curado húmedo. En los discos con una relación agua cemento de 0.80 el mortero permitía fugas a pesar de haber sido curado durante un mes. Estos resultados ilustran claramente que una relación Agua - cemento baja y un periodo de curado reducen permeabilidad de manera significativa.

Las relaciones Agua – Cemento bajas también reducen la segregación y el sangrado, contribuyendo adicionalmente a la hermeticidad. Para ser hermético, el concreto también debe estar libre de agrietamientos y de celdillas.

Ocasionalmente el concreto poroso – concreto sin finos que permite fácilmente el flujo de agua a traves de si mismo – se diseña para aplicaciones especiales. En estos concretos, el agregado fino se reduce grandemente o incluso se remueve totalmente produciendo un gran volumen de huecos de aire. El concreto poroso ha sido utilizado en canchas de tenis, pavimentos, lotes para estacionamientos, invernaderos estructuras de drenaje. El concreto excluido de finos también se ha empleado en edificios a sus propiedades de aislamiento térmico.    

RESISTENCIA AL DESGASTE

Los pisos, pavimentos y estructuras hidráulicas están sujetos al desgaste; por tanto, en estas aplicaciones el concreto debe tener una resistencia elevada a la abrasion. Los resultados de pruebas indican que la resistencia a la abrasion o desgaste esta estrechamente relacionada con la resistencia la compresión del concreto. Un concreto de alta resistencia a compresión tiene mayor resistencia a la abrasion que un concreto de resistencia a compresión baja. Como la resistencia a la compresión depende de la relación Agua – Cemento baja, así como un curado adecuado son necesarios para obtener una buena resistencia al desgaste. El tipo de agregado y el acabado de la superficie o el tratamiento utilizado también tienen fuerte influencia en la resistencia al desgaste. Un agregado duro es mas resistente a la abrasion que un agregado blando y esponjoso, y una superficie que ha sido tratada con llana de metal resistente mas el desgaste que una que no lo ha sido.

Se pueden conducir ensayes de resistencia a la abrasion rotando balines de acero, ruedas de afilar o discos a presión sobre la superficie (ASTM 779). Se dispone también de otros tipos de ensayes de resistencia a la abrasion (ASTM C418 y C944).

ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA

El concreto endurecido presenta ligeros cambios de volumen debido a variaciones en la temperatura, en la humedad en los esfuerzos aplicados. Estos cambios de volumen o de longitud pueden variar de aproximadamente 0.01% hasta 0.08%. En le concreto endurecido los cambios de volumen por temperatura son casi para el acero.

El concreto que se mantiene continuamente húmedo se dilatara ligeramente. Cuando se permite que seque, el concreto se contrae. El principal factor que influye en la magnitud de la contracción por el secado aumenta directamente con los incrementos de este contenido de agua. La magnitud de la contracción también depende de otros factores, como las cantidades de agregado empleado, las propiedades del agregado, tamaño y forma de la masa de concreto, temperatura y humedad relativa del medio ambiente, método de curado, grado de hidratación, y tiempo. El contenido de cemento tiene un efecto mínimo a nulo sobre la contracción por secado para contenidos de cemento entre 280 y 450 kg por metro cúbico.

Cuando el concreto se somete a esfuerzo, se forma elásticamente. Los esfuerzos sostenidos resultan en una deformación adicional llamada fluencia. La velocidad de la fluencia (deformación por unidad de tiempo ) disminuye con el tiempo.    

CONTROL DE AGRIETAMIENTO

Las dos causas básicas por las que se producen grietas en el concreto son (1) esfuerzos debidos a cargas aplicadas y (2) esfuerzos debidos a contracción por secado o a cambios de temperatura en condiciones de restricción

La contracción por secado es una propiedad inherente e inevitable del concreto, por lo que se utiliza acero de refuerzo colocado en una posicion adecuada para reducir los anchos de grieta, o bien juntas que predetermine y controlen la ubicación de las grietas. Los esfuerzos provocados por las fluctuaciones de temperatura pueden causar agrietamientos, especialmente en edades tempranas.

Las grietas por contracción del concreto ocurren debido a restricciones. Si no existe una causa que impida el movimiento del concreto y ocurren contracciones, el concreto no se agrieta. Las restricciones pueden ser provocadas por causas diversas. La contracción por de secado siempre es mayor cerca de la superficie del concreto; las porciones húmedas interiores restringen al concreto en las cercanías de la superficie con lo que se pueden producir agrietamientos. Otras causas de restricción son el acero de refuerzo embebido e el concreto, las partes de una estructura interconectadas entre si, y la fricción de la subrasante sobre la cual va colocado el concreto.

Las juntas son el método mas efectivo para controlar agrietamientos. Si una extensión considerable de concreto (una pared, losa o pavimento) no contiene juntas convenientemente espaciadas que alivien la contracción por secado y por temperatura, el concreto se agrietara de manera aleatoria.

Las juntas de control se ranuran, se Forman o se aserran en banquetas, calzadas, pavimentos, pisos y muros de modo que las grietas ocurran en esas juntas y no aleatoriamente. Las juntas de control permiten movimientos en el plano de una losa o de un muro. Se desarrollan aproximadamente a un cuarto del espesor del concreto.

Las juntas de separación aíslan a una losa de otros elementos e otra estructura y le permiten tanto movimiento horizontales como verticales. Se colocan en las uniones de pisos con muros, columnas, bases y otros puntos donde pudieran ocurrir restricciones. Se desarrollan en todo el espesor de la losa e incluyen un relleno premoldeado para la junta.

Las juntas de construcción se colocan en los lugares donde ha concluido la jornada de trabajo; separan áreas de concreto colocado en distintos momentos. En las losas para pavimentos, las juntas de construcción comúnmente se alinean con las juntas de control o de separación, y funcionan también como estas ultimas.

AGUA DE MEZCLADO PARA EL CONCRETO

Casi cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser adecuadas para el concreto.

Se puede utilizar para fabricar concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109 ), producidos con ella alcanzan resistencia alos siete días iguales a al menos el 90% de especímenes testigo fabricados con agua potable o destilada.

Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo de fraguado y la resistencia de el concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia, manchado, corrosion del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad.

El agua que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente pueden ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga mas de 2,000 ppm de sólidos disueltos debera ser ensayada para investigar su efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado.  

CARBONATOS Y BICARBONATOS ALCALINOS

El carbonato de sodio puede causar fraguados muy rápidos, en tanto que lo bicarbonatos pueden acelerar o retardar el fraguado. En concentraciones fuertes estas sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del concreto. Cuando la suma de las sales disueltas exceda 1,000 ppm, se deberan realizar pruebas para analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días. También se debera considerar la posibilidad que se presenten reacciones alcali – agregado graves.    

CLORUROS

La inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de mezclado, se debe principalmente al posible efecto adverso que lo iones de cloruro pudieran tener en la corrosion del acero de refuerzo, o de los torones del presfuerzo. Los iones cloruro atacan la capa de oxido protectora formada en el acero por el medio químico altamente alcalino (pH 12.5) presente en el concreto.

Los cloruros se pueden introdicir en el concreto, ya sea con los ingredientes separados – aditivos, agregados, cemento, y agua – o

atraves de la exposición a las sales anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas.

El agua que se utilice en concreto preforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no debera contener cantidades nocivas de ion cloruro. Las aportaciones de cloruros de los ingredientes distintos al agua también se deberán tomar en consideración. Los aditivos de cloruro de calcio se deberán emplear con mucha precaución.

El Reglamento de Construcción del American Concrete Institute, ACI 318, limita el contenido de ion cloruro soluble al agua en el concreto, a los siguientes porcentajes en peso del cemento.

Concreto preforzado.

Concreto reforzado expuesto a cloruros durante su servicio.

Concreto reforzado que vaya a estar seco o protegido contra la humedad durante su servicio.

Otras construcciones de concreto reforzado.

SULFATOS

El interés respecto a un elevado contenido de sulfatos en el agua, se debe a las posibles reacciones expansivas y al deterioro por ataque de sulfatos, especialmente en aquellos lugares donde el concreto vaya a quedar expuesto a suelos o agua con contenidos elevados de sulfatos. Aunque se a empleado satisfactoriamente aguas que contenían 10,000 ppm de sulfatos de sodio.

OTRAS SALES COMUNES

Los carbonatos de calcio y de magnesio no son muy solubles en el agua y rara ves se les encuentra en concentraciones suficientes para afectar la resistencia del concreto. En algunas aguas municipales se pueden encontrar bicarbonatos de calcio y de magnesio. No se consideran dañinas las concentraciones inferiores o iguales a 400 ppm de bicarbonato en estas formas.

Se han obtenido buenas resistencias con concentraciones hasta de 40,000 ppm de cloruro de magnesio. Las concentraciones e sulfato de magnesio deberán ser inferiores a 25,000 ppm.

SALES DE HIERRO

Las aguas freaticas naturales rara vez contienen mas de 20 a30 ppm de hierro; sin embargo, las aguas de mina acidas pueden contener cantidades muy grandes. Las sales de hierro en concentraciones hasta 40,000 ppm normalmente no afectan de manera adversa al desarrollo de la resistencia.

DIVERSAS SALES INORGANICAS

Las sales de magnesio, estaño, zinc, cobre y plomo presentes en el agua pueden provocar una reducción considerable en la resistencia y también grandes variaciones en el tiempo de fraguado. De estas, las mas activas son las sales de zinc, de cobre y de plomo. Las sales que son especialmente activas como retardantes, incluyen el yodato de sodio, fosfato de sodio, arsenato de sodio y borato de sodio.

Generalmente se pueden tolerar en el agua de mezclado concentraciones de estas sales hasta de 500 ppm.

Otra sal que puede ser dañina al concreto es el sulfuro de sodio; aun la presencia de 100 ppm requiere de ensayes

AGUA DE MAR

Aun cuando un concreto hecho con agua de mar puede tener una resistencia temprana mayor que un concreto normal, sus resistencias a edades mayores (después de 28 días) pueden ser inferiores. Esta reducción de resistencia puede ser compensada reduciendo la relación agua – cemento.

El agua de mar no es adecuada para producir concreto reforzado con acero y no debera usarse en concreto preforzados debido al riesgo de corrosion del esfuerzo, particularmente en ambientes cálidos y humedos.

El agua de mar que se utiliza para producir concreto, también tiende a causar eflorescencia y humedad en superficies de concreto expuestas al aire y al agua.    

AGUAS ACIDAS

En general, el agua de mezclado que contiene acidos clorhídrico, sulfúrico y otros acidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000 ppm no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores pH menores que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la medida de lo posible.

   

AGUAS ALCALINAS

Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio de 0.5% el peso del cemento, no afecta en gran medida a la resistencia del concreto toda vez que no ocasionen un fraguado rápido. Sin embargo, mayores concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto.

El hidróxido de potasio en concentraciones menores a 1.2% por peso de cemento tiene poco efecto en la resistencia del concreto desarrollada por ciertos cementos, pero la misma concentracion al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente la resistencia a los 28 días.    

AGUAS DE ENJUAGUE

La Agencia de Proteccion Ambiental y las agencias estatales de los EEUU prohiben descargar en las vías fluviales, aguas de enjuague no tratadas que han sido utilizadas para aprovechar la arena y la grava de concretos regresados o para lavar las mezcladoras.    

AGUAS DE DESPERDICIOS INDUSTRIALES

La mayor parte de las aguas que llevan desperdicios industriales tienen menos de 4,000 ppm de sólidos totales. Cuando se hace uso de esta agua como aguas de mezclado para el concreto, la reducción en la resistencia a la compresión generalmente no es mayor que del 10% al 15%.

AGUAS NEGRAS

Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia organica. Luego que esta aguas se han diluido en un buen sistema de tratamiento, la concentración se ve reducida aproximadamente 20 ppm o menos. Esta cantidad es demasiado pequeña para tener efecto de importancia en la resistencia.

IMPUREZAS ORGANICAS

El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas naturales puedan tener en el tiempo de fraguado del cemento

Portland o en la resistencia ultima del concreto, es un problema que presenta una complejidad considerable. Las aguas que esten muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas en que sean visibles algas verdes o cafes deberán ser vistas con desconfianza y en consecuencia ensayadas.

AZUCAR

Una pequeña cantidad de sacarosa, de 0.03% a 0.15% del peso del cemento, normalmente retarda el fraguado del cemento. El limite superior de este rango varia respecto de los distintos cementos. La resistencia a 7 dias puede verse reducida, en tanto que la resistencia a los 28 días podría aumentar. El azucar en cantidades de 0.25% o mas del peso del cemento puede provocar un fraguado rapido y una reducción sustancial de la resistencia a los 28 días. Cada tipo de azúcar afecta al tiempo de fraguado y a la resistencia de manera distinta.

Menos de 500 ppm de azucar en el agua de mezclado, generalmente no producen un efecto adverso en el desarrollo de la resistencia, pero si la concentración sobrepasa esta cantidad, se deberán realizar ensayes para analizar el tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia.    

SEDIMENTOS O PARTÍCULAS EN SUSPENSION

Se puede tolerar en el agua aproximadamente 2,000 ppm de arcilla en suspension o de partículas finas de roca. Cantidades mayores podría no afectar la resistencia, pero bien podrían influir sobre otras propiedades de algunas mezclas de concreto. Antes ser empleada, cualquier agua lodosa debera pasar a través de estanques de sedimentación o deberá ser clarificada por cualquier otro medio para reducir la cantidad de sedimentos y de arcilla agregada a la mezcla. Cuando se regresan finos de cemento al concreto en aguas de enjuague recicladas, se pueden tolerar 50,000 ppm.  

AGREGADO PARA CONCRETO

Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y endurecido, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de

grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, rió, lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino.

1): Un material es una sustancia sólida natural que tiene estructura interna ordenada y una composición química que varia dentro de los limites muy estrechos. Las rocas (que dependiendo de su origen se pueden clasificar como ígneas, sedimentarias o metamorficas), se componen generalmente de varios materiales. Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otro cuantos minerales; la mayor parte de las calizas consisten en calcita, dolomita y pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla. El intemperismo y la erosión de las rocas producen partículas de piedra, grava, arena, limo, y arcilla.

El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible de agregados y una realidad económica donde escaseen agregados de calidad.

Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia la pasta del cemento. Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregado que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones.

GRANULOMETRIA

La granulometria es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por análisis de tamices (norma ASTM C 136). El tamaño de partícula del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre aberturas cuadradas. Los siete tamices estándar ASTM C 33 para agregado fino tiene aberturas que varian desde la malla No. 100(150 micras) hasta 9.52 mm.

Los números de tamaño (tamaños de granulometria), para el agregado grueso se aplican a las cantidades de agregado (en peso), en porcentajes que pasan a traves de un arreglo de mallas. Para la construcción de vías terrestres, la norma ASTM D 448 enlista los trece números de tamaño de la ASTM C 33, mas otros seis números de

tamaño para agregado grueso. La arena o agregado fino solamente tine un rango de tamaños de partícula.

La granulometria y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones relativas de los agregados así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción y durabilidad del concreto.    

GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS FINOS

Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas mas pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometria que mas se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo mas conveniente para lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relación agua – cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometria sin tener un efecto apreciable en la resistencia.

Entre mas uniforme sea la granulometria , mayor sera la economía.

Estas especificaciones permiten que los porcentajes minimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0.30mm (No. 50) y de 15mm (No. 100) sean reducidos a 15% y 0%, respectivamente, siempre y cuando:

1): El agregado que se emplee en un concreto que contenga mas de 296 Kg de cemento por metro cubico cuando el concreto no tenga inclusion de aire.

2): Que el modulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, el agregado fino se deberá rechazar a menos de que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones el agregado fino y grueso.

Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas de 0.30 mm (No. 50) y de 1.15 mm (No. 100), afectan la trabajabilidad, la textura superficial, y el sangrado del concreto.

El modulo de finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene, conforme a la norma ASTM C 125, sumando los porcentajes acumulados en peso de los agregados retenidos en una serie especificada de mallas y dividiendo la suma entre 100.

El modulo de finura es un índice de la finura del agregado entre mayor sea el modo de finura, mas grueso sera el agregado.

El modulo de finura del agregado fino es útil para estimar las proporciones de los de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto.  

GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS

El tamaño máximo del agregado grueso que se utiliza en el concreto tiene su fundamento en la economía. Comúnmente se necesita mas agua y cemento para agregados de tamaño pequeño que para tamaños mayores, para revenimiento de aproximadamente 7.5 cm para un amplio rango de tamaños de agregado grueso.

El numero de tamaño de la granulometría (o tamaño de la granulometría). El numero de tamaño se aplica a la cantidad colectiva de agregado que pasa a través de un arreglo mallas.

El tamaño máximo nominal de un agregado, es el menor tamaño de la malla por el cual debe pasar la mayor parte del agregado. La malla de tamaño máximo nominal, puede retener de 5% a 15% del del agregado dependiendo del numero de tamaño. Por ejemplo, el agregado de numero de tamaño 67 tiene un tamaño máximo de 25 mm y un tamaño máximo nominal de 19 mm. De noventa a cien por ciento de este agregado debe pasar la malla de 19 mm y todas sus partículas deberán pasar la malla 25 mm.

Por lo común el tamaño máximo de las partículas de agregado no debe pasar:

1): Un quinto de la dimensión mas pequeña del miembro de concreto.

2): Tres cuartos del espaciamiento libre entre barras de refuerzo.

3): Un tercio del peralte de las losas.

AGREGADO CON GRANULOMETRIA DISCONTINUA

Consisten en solo un tamaño de agregado grueso siendo todas las partículas de agregado fino capaces de pasar a traves de los vacios en el agregado grueso compactado. Las mezclas con granulometria discontinua se utilizan para obtener texturas uniformes en concretos con agregados expuestos. También se emplean en concretos estructurales normales, debido a las posibles mejoras en densidad, permeabilidad, contracción, fluencia, resistencia, consolidación, y para permitir el uso de granulometria de agregados locales.

Para un agregado de 19.0 mm de tamaño máximo, se pueden omitir las partículas de 4.75 mm a 9.52 mm sin hacer al concreto excesivamente aspero o propenso a segregarse. En el caso del agregado de 38.1 mm, normalmente se omiten los tamaños de 4.75 mm a 19.0 mm.

Una elección incorrecta, puede resultar en un concreto susceptible de producir segregación o alveolado debido a un exceso de agregado grueso o en un concreto de baja densidad y alta demanda de agua provocada por un exceso de agregado fino. Normalmente el agregado fino ocupa del 25% al 35% del volumen del agregado total. Para un acabado terso al retirar la cimbra, se puede usar un porcentaje de agregado fino respecto del agregado total ligeramente mayor que para un acabado con agregado expuesto, pero ambos utilizan un menor contenido de agregado fino que las mezclas con granulometria continua. El contenido de agregado fino depende del contenido del cemento, del tipo de agregado, y de la trabajabilidad.

Para mantener la trabajabilidad normalmente se requiere de inclusion de aire puesto que las mezclas con granulometria discontinua con revenimiento bajo hacen uso de un bajo porcentaje de agregado fino y a falta de aire incluido producen mezclas asperas.

Se debe evitar la segregación de las mezclas con granulometria discontinua, restringiendo el revenimiento al valor mínimo acorde a una buena consolidación. Este puede variar de cero a 7.5 cm dependiendo del espesor de la sección, de la cantidad de refuerzo, y de la altura de colado.

Si se requiere una mezcla áspera, los agregados con granulometria discontinua podrían producir mayores resistencias que los agregados normales empleados con contenidos de cemento similares.

Sin embargo, cuando han sido proporcionados adecuadamente, estos concretos se consolidan fácilmente por vibración.

 

FORMA DE PARTÍCULA Y TEXTURA SUPERFICIAL

Para producir un concreto trabajable, las partículas elongadas, angulares, de textura rugosa necesitan mas agua que los agregados compactos, redondeados y lisos. En consecuencia, las partículas de agregado que son angulares, necesitan un mayor contenido de cemento para mantener la misma relación agua – cemento.

La adherencia entre la pasta de cemento y un agregado generalmente aumenta a medida que las partículas cambian de lisas y redondeadas a rugosas y angulares.    

PESO VOLUMETRICO Y VACIOS

El peso volumétrico (también llamado peso unitario o densidad en masa) de un agregado, es el peso del agregado que se requiere para llenar un recipiente con un volumen unitario especificado.

PESO ESPECIFICO

El peso especifico (densidad relativa) de un agregado es la relación de su peso respecto al peso de un volumen absoluto igual de agua (agua desplazada por inmersión). Se usa en ciertos cálculos para proporcionamiento de mezclas y control, por ejemplo en la determinacion del volumen absoluto ocupado por el agregado.    

ABSORCIÓN Y HUMEDAD SUPERFICIAL

La absorción y humedad superficial de los agregados se debe determina de acuerdo con las normas ASTM C 70, C 127, C128 y C 566 de manera que se pueda controlar el contenido neto de agua en el concreto y se puedan determinar los pesos correctos de cada mezcla.  

PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMAL

El objetivo al diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar la combinación mas practica y económica de los materiales con los que se dispone, para producir un concreto que satisfaga los requisitos de comportamiento bajo las condiciones particulares de su uso. Para lograr tal objetivo, una mezcla de concreto Ben proporcionada deberá poseer las propiedades siguientes:

1): En el concreto fresco, trabajabilidad aceptable.

2): En el concreto endurecido, durabilidad, resistencia y presentación uniforme.

3): Economía.

ELECCION DE LAS CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA

En base al uso que se propone dar al concreto, a las condiciones de exposición, al tamaño y forma de lo miembros, y a las propiedades físicas del concreto (tales como la resistencia), que se requieren para la estructura.

RELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN AGUA – CEMENTO Y LA RESISTENCIA

A pesar de ser una caracteristica importante, otras propiedades tales como la durabilidad, la permeabilidad, y la resistencia al desgaste pueden tener igual o mayor importancia.

El concreto se vuelve mas resistente con el tiempo, siempre y cuando exista humedad disponible y se tenga una temperatura favorable. Por tanto, la resistencia a cualquier edad particular no s tanto función de la relación agua – cemento como lo es del grado de hidratación que alcance el cemento.

CONCLUSIÓN

Aunque desde los primeros casos del concreto siempre hubo interés por su durabilidad fue en las ultimas décadas cuando adquirió mayor relevancia por las erogaciones requeridas para dar mantenimiento a las numerosas estructuras que se deterioraron prematuramente. Durante algún tiempo, este problema se asocio principalmente con los efectos dañinos al resultar de los ciclo de congelación y deshielo del concreto, por lo cual no se le considero la debida importancia en las regiones que por su situación geográficos no experimenta clima invernal severo.

La moderna tecnología del concreto exige que la estructura del concreto resulte tan resistente como se desee y que a la vez soporte las condiciones de exposición y servicios a la que severa sometido durante su vida útil.

Para lograr lo anterior se requiere de los conocimientos del comportamiento de todos los ingredientes que interviene en el concreto y su correcta dosificación

 

MATERIALES Pesos volumétricos

  1.- PIEDRAS NATURALES Máximo ton/m³ Mínimo ton/m³

Arcillas 2.50 1.75Areniscas (chilucas y

canteras)   secassaturadas

2.452.50

1.752.0

Basaltos (p. braza, laja, etc.)        secos

saturados

2.602.65

2.352.45

Granito 3.2 2.4Mármol, piedras calcáreas 2.6 2.55Riolita 2.55 2.05Pizarras 2.85 2.35Tepetates 1.95 1.3Tezontles 1.55 1.15Calizas 2.85 2.45

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2.- SUELOS Máximo ton/m³ Mínimo ton/m³Arena de grano de tamaño uniforme

2.10 1.85

Arena bien graduada 2.30 1.95Arcilla típica del valle de México

1.50 1.2

Caliche 2.10 1.7

  3.- PIEDRAS ARTIFICIALES Y MORTEROS

Máximo ton/m³ Mínimo ton/m³

Adobe 1.60 1.50Argamasa Fraguada 1.60 1.50Cemento Portland fraguado 2.95 ---Concreto simple con agregados de peso normal

2.20 2.00

Concreto reforzado 2.40 2.20Mortero de cal y arena 1.50 1.40Mortero de cemento y arena 2.10 1.90Aplanado de yeso 1.50 1.10Tabique macizo hecho a mano 1.50 1.30Tabique macizo prensado 2.20 1.60Bloque hueco de concreto ligero

1.30 0.90

Bloque hueco de concreto intermedio

1.70 1.30

Bloque hueco de concreto pesado

2.20 2.00

Bloque de Vidrio para muros 1.25 0.65Prismáticos para tragaluces 2.00 1.50Vidrio plano 3.10 2.80

  4.- MADERA Máximo ton/m³ Mínimo ton/m³Álamo seco 0.59 0.39Caoba saturada 1.00 0.70Cedro blanco seco 0.38 0.32

Cedro rojo                                   seco

saturado

0.550.70

0.400.50

Oyamel 0.65 0.55Encino saturado 1.00 0.80Pino saturado 1.00 0.80Fresno seco 0.95 0.57Ocote seco 0.80 ---Palma real seca 0.70 0.60Roble blanco seco 0.80 ---Roble rojo o negro seco 0.70 ---Roble (otras especies) seco 0.95 0.85

  5.- RECUBRIMIENTOS Máximo Kg/m² Mínimo Kg/m²Azulejo 15 10Mosaico de pasta 35 25Granito 40x40 65 55Loseta asfáltica o vinílica 10 56.- METALES Máximo Ton/m³ Mínimo Ton/m³Aluminio 2.75 2.55Acero, Hierro 7.85 7.85Cobre fundido laminado 9.00 8.80Latón, fundido laminado 8.70 8.40Plomo 11.35 ---Zinc, fundido laminado 7.20 6.90

  7.- PRODUCTOS ORGÁNICOS Máximo ton/m³ Mínimo ton/m³Asfalto 1.50 1.10Carbón antracita 0.92 0.75Carbón butaminoso 0.86 0.72

Carbón turba, seca 0.65 0.55Carbón vegetal de pino 0.44 0.28Petróleo crudo 0.90 ---Petróleo refinado 0.82 0.79Petróleo bencina 0.75 0.73Petróleo gasolina 0.69 0.66

 

Tabla proporcionada por JASSIT NEFTALI ALVARADO RODRIGUEZ

 

I.- TABLA DE PESOS DE LOSAS ENCASETONADAS

Peso de losas planas, aligeradas con casetones de concreto de 40x40 cm y peso volumétrico promedio de 0.6 Ton/M3 en volúmen bruto.

H (cm) D (cm) N (cm) W kg/m2 H (cm) D (cm) N (cm) W Kg/m2

20 15 10 307 35 30 10 494

20 15 11 314 35 30 11 508

20 15 12 320 35 30 12 520

20 15 13 326 35 30 13 532

20 15 14 332 35 30 14 544

        35 30 15 554

25 20 10 367 35 30 16 565

25 20 11 379 35 30 17 574

25 20 12 387 35 30 18 583

25 20 13 395 35 30 19 592

25 20 14 402 35 30 20 600

25 20 15 410 35 30 21 608

25 20 16 416 35 30 22 615

               

30 25 10 432 40 35 10 557

30 25 11 443 40 35 11 572

30 25 12 453 40 35 12 587

30 25 13 464 40 35 13 601

30 25 14 473 40 35 14 614

30 25 15 482 40 35 15 627

30 25 16 490 40 35 16 639

30 25 17 498 40 35 17 650

30 25 18 505 40 35 18 660

30 25 19 513 40 35 19 670

30 25 20 520 40 35 20 680

        40 35 21 689

        40 35 22 698

        40 35 23 706

        40 35 24 714

        40 35 25 721

 

II.- TABLA DE PESOS DE LOSAS ENCASETONADAS

Peso de losas planas, aligeradas con bloques de poliestireno expandido de 40x40 cm.

 

H (cm) D (cm) N (cm) W Kg/m2 H (cm) D (cm) N (cm) W Kg/m2

17 12 10 224 33 30 12 396

17 12 12 238 33 30 14 425

17 12 14 251 33 30 16 451

        33 30 18 474

21 16 10 259 33 30 20 495

21 16 12 278 33 30 22 514

21 16 14 294        

21 16 16 309 39 30 12 456

        39 30 14 490

26 21 10 303 39 30 16 522

26 21 12 327 39 30 18 550

26 21 14 349 39 30 20 575

26 21 16 368 39 30 22 598

26 21 18 385 39 35 24 619

26 21 20 401        

        46 35 12 525

30 25 12 367 46 35 14 567

30 25 14 392 46 35 16 604

30 25 16 415 46 35 18 638

30 25 18 436 46 35 20 669

30 25 20 455 46 35 22 696

30 25 22 471 46 35 24 722

             

Tabla de Modulos de Elasticidad

Material Valor Modulo de Elasticidad aproximado (Kg/cm2)

Mamposteria de ladrillo

E = 30000 - 50000

En Mexico, se puede calcular segun las NTC de mamposteria, de la siguiente manera:

  Para mampostería de tabique de barro y otras piezas, excepto las de concreto:Em = 600 fm* para cargas de corta duraciónEm = 350 fm* para cargas sostenidas

fm*   resistencia de diseño a compresión de la mampostería, referida al área bruta.

 Maderas duras (en la dirección paralela a las fibras) 

E = 100000 - 225000

Maderas blandas (en la dirección paralela a las fibras 

E = 90000 - 110000

Acero  E = 2100000

Hierro de fundición  E = 1000000

Vidrio  E = 700000

Aluminio  E = 700000

Concreto (Hormigon) de Resistencia: E =

110 Kg/cm2. 215000

130 Kg/cm2. 240000

170 Kg/cm2. 275000

210 Kg/cm2. 300000

300 Kg/cm2. 340000

380 Kg/cm2. 370000

470 Kg/cm2. 390000

   Rocas: E =

Basalto 800000

Granito de grano grueso y en general

100000 - 400000

Cuarcita 100000 - 450000

Marmol 800000

Caliza en general 100000 - 800000

Dolomia 100000 - 710000

Arenisca en general 20000 - 636000

Arenisca calcárea 30000 - 60000

Arcilla esquistosa 40000 - 200000

Gneis 100000 - 400000

Practica 20: Diseño de mezcla para un pavimento

INTRODUCCION

La Historia de los cementantes es tan antigua como la misma humanidad ya que la necesidad que ha tenido el hombre de construir su propia habitación así como las estructuras necesarias para su progreso ha constituido el factor principal en la búsqueda de materiales apropiados para ésta finalidad.

Los ejemplos más significativos son los griegos y romanos que usaron tanto la cal común como la cal hidráulica; los egipcios usaron el yeso, además de la cal; hasta que en 1824 Joseph Aspin retomó las ideas de Smeaton y descubrió el cemento Portland que es el principal elemento de el concreto, cuya mezcla se va a analizar en el siguiente informe.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar la cantidad de materiales para la elaboración del diseño de mezcla de un concreto que satisfaga los requerimientos de uso teniendo en cuenta economía y que cumpla con las especificaciones exigidas en determinada obra.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Conocer y realizar un diseño de mezcla para la elaboración de un pavimento de 12 centímetros de espesor.

Diseñar una mezcla con el fin de que a los 28 días, el concreto presente una resistencia mayor de 21M Pa para una loza de 12 centímetros de espesor.

Aplicar y cumplir con las especificaciones dadas en las Normas Técnicas Colombianas para la elaboración de un diseño de mezcla de concreto.

BASE TEÓRICA

El conocimiento de las propiedades del concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido tiene como finalidad primordial la de determinar el diseño de mezcla.

Para el proporcionamiento de los ingredientes de una mezcla de concreto se han sugerido muchos métodos, los más conocidos y aplicados son el método RNL (Road Note Laboratory) y el método americano ACI; el primero se usa cuando hay que efectuarle una optimización a los agregados disponibles y el segundo se utiliza cuando los agregados cumplen con las especificaciones granulométricas.

Las propiedades del concreto fresco se rigen por el tipo de estructura a fundir (vigas, muros, zapatas, etc.) y por las técnicas de colocación y transporte; así mismo, las propiedades del concreto en estado endurecido quedan especificadas por el ingeniero calculista ya que el proporciona datos tales como la resistencia a los esfuerzos, durabilidad y otros, para que respondan a las condiciones de los proyectos o de los reglamentos. Con estos dos grupos de requisitos y teniendo en cuenta además el grado de control que se ejerce sobre la obra, se puede determinar las proporciones de la mezcla.

Antes de dosificar una mezcla de concreto, además de conocer los datos de la obra o estructura que se va a construir y de las condiciones de transporte y colocación, también se deben conocer las propiedades de los materiales con los que se va a preparar la mezcla.

Se deben conocer datos esenciales para el diseño de mezcla, tales como la granulometría de los agregados, la densidad de los agregados, la humedad y absorción de los agregados, MUC de los agregados, el tamaño máximo nominal y el modulo de finura. Con esta información y por medio de tablas donde se encuentran tabuladas las especificaciones del diseño de mezclas se realizan los cálculos correspondientes para la ejecución de la obra. Después de calculados los volúmenes de cada uno de los materiales que se utilizan en un concreto, se realizan ajustes para preparar una mezcla prueba la cual nos indicará si cumple con los parámetros que requiere la obra; si por algún motivo no se cumple alguno de los requerimientos debido a peculiaridades que no se detecten en los ensayos corrientes que se efectúan a los materiales, se pueden hacer ajustes similares a los indicados hasta lograr los resultados deseados. Teniendo los volúmenes de los materiales del concreto; se hace el calculo para la mezcla de prueba, la cual se utilizarán cilindros donde se desarrollarán los ensayos de resistencia a la compresión. Todos los pasos que se mencionan en el siguiente diagrama se utilizan

las tablas que rigen las Normas Sismoresistentes Colombianas. La secuencia de pasos para la dosificación de mezclas es:  

Cuando se ha realizado el cálculo de las cantidades de cada material, se procede a la elaboración de la mezcla utilizando el ensayo de asentamiento; de aquí se llevan a los cilindros los cuales cumplen especificaciones técnicas y se vierten de concreto. Después de enrasados los cilindros, se deben llevar al sitio de almacenamiento donde van a estar en reposo libres de perturbaciones durante el periodo inicial de curado (Un día); como cumplimiento del curado inicial y antes de 30 minutos después de retirado del molde , se deben almacenar los cilindros en un ambiente húmedo. La humedad requerida de almacenamiento se puede lograr al sumergir los especímenes en agua.

A los 28 días de estar sumergidos en el agua, se llevan los cilindros a la maquina universal donde se evaluará la carga máxima que puede soportar. Los tipos de fallas que se pueden presentar en la evaluación de la resistencia son:    

PROCEDIMIENTO

En el laboratorio, ya calculados los volúmenes de cada uno de los materiales a utilizar para un metro cúbico de concreto, se procede a realizar la mezcla de prueba utilizando valores específicos para cada cilindro donde se realiza una regla de tres calculando la cantidad de cada material para la realización de la mezcla de prueba. Se procede al pesaje de cada material y a la elaboración de la mezcla donde se combinan los materiales para lograr una pasta de concreto. Se vierte el concreto en el cono de Abrams distribuyéndolo en tres capas y introduciendo una varilla que penetre ligeramente en la capa inferior con el objeto que la compactación se distribuya uniformemente sobre la sección transversal; al final de la tercera capa se nivela la superficie con el palustre y se retira la mezcla que cae alrededor del cono. Luego se levanta el cono cuidadosamente en dirección vertical; una vez retirado el cono, la muestra sufre un asentamiento el cual se mide inmediatamente desde la altura del cono hasta la altura de la muestra; este proceso se conoce como el ensayo de asentamiento. Al mismo tiempo se limpian y engrasan los cuatro cilindros para allí depositar la mezcla. Se dejan un día para un curado inicial; al día siguiente se desencofran y se introducen en el tanque lleno de agua donde se dejan por un tiempo de 28 días. A los 28 días se sacaron del tanque y se llevaron a la maquina universal donde se evaluó su carga máxima que podía soportar antes de fallar. Esta carga se divide por el área del cilindro dándonos la resistencia a la compresión de cada cilindro.    

CONCLUSIONES

En el cálculo y elaboración de la mezcla la escogencia, la dosificación y la combinación de los materiales del concreto fue primordial ya que se realizó en base a un asentamiento escogido de 5 centímetros el cual fue igual al asentamiento real, por lo tanto se concluyó que el diseño de mezcla fue óptimo para el objetivo deseado.

Uno de los motivos principales del éxito fue la conservación de los agregados dentro de materiales plásticos o bolsas para que se mantuviera la humedad constante. Esta ayuda para hacer un cálculo correcto de la cantidad de agua a utilizar en el diseño de la mezcla.

La gradación y forma de las partículas de los agregados influyeron en buena proporción para obtener concreto fresco trabajable y al mismo tiempo en la obtención de concreto endurecido económico que cumplió con las diferentes propiedades; como ejemplo principal la resistencia a la compresión la cual evalúa la calidad del concreto y en la mayoría de los casos es suficiente para garantizar un buen comportamiento estructural.

Al realizar el ensayo de resistencia a la compresión en la máquina universal, dos cilindros presentaron falla tipo cono y los otros dos falla tipo corte. Al tomar el cilindro ensayado se pudo observar una buena distribución de los agregados, esto debido a la buena compactación adquirida al propinar la cantidad adecuada de golpes al cofre.

El proceso de curado fue indispensable para asegurar el desarrollo de los propiedades deseados de resistencia, durabilidad e impermeabilidad, ya que permite a los granos de cemento hidratarse totalmente para que no se produzca contracción y agrietamiento del concreto debido a los esfuerzos de tensión que se generan. En el caso particular de nuestro diseño se usa agua del acueducto y se dejaron los cuatro cilindros durante un tiempo de 28 días dentro de ella.  

BIBLIOGRAFIA

TECNOLOGÍA Y PROPIEDADES. Colección Básica del Concreto 1. Instituto del Concreto ASOCRETO. 2 ed. Colombia, 1997. p. 109, 127 – 136.

ICONTEC 396. Método de Ensayo para determinar el asentamiento del concreto.

ICONTEC 454. Hormigón fresco. Toma de muestras. (ASTM c. 172)

ICONTEC 504. Refrendado de cilindros de concreto.

NTC 550. (ASTM 031). Ensayo de resistencia para Fabricación y Curado.

NTC 673. (ASTM 039). Ensayo de Resistencia.

En el continuo esfuerzo por mejorar la economía, es esencial el aumento de la productividad del colado del concreto. La posibilidad de la eliminación completa del trabajo de compactación conducirá al incremento de la eficiencia y a la mayor efectividad en los costos. El desarrollo del concreto autonivelante aumentará el atractivo de la construcción con concreto, al reducir las arduas tareas y el ruido que acompaña la compactación en los sitios de obra. Esto representa una ventaja cuando se consideran tanto el ambiente de trabajo como las perturbaciones a los vecinos. Este estudio presenta las propiedades del concreto autonivelante

En este estudio se evaluaron las propiedades

de un concreto autonivelante elaborado

para el colado de losas en la construcción de

edificios. Sus autores hacen consideraciones

desarrollado para el colado de losas en la construcción de edificios (habitacionales). El costo extra generado por los ingredientes de este concreto estuvo limitado a 15 por ciento. Esto fue posible al limitar la cantidad de materiales finos (cemento + aditivo mineral) a 400 kg/m3 y usar un agente de viscosidad barato (almidón modificado).La resistencia del concreto autonivelante fue suficiente para permitir el descimbrado después de 16 horas de hidratación. La resistencia a 28 días fue mayor de 30 MPa, al mismo tiempo que se limitaron drásticamente el sangrado y la segregación.

Introducción

El concreto autocompactante (CAC; en inglés Self-compacting Concrete, SCC) es un concreto que puede lograr la compactación sin vibración, únicamente por su propio peso. Inicialmente se desarrolló en Japón en los primeros años de la década de los noventa. Las primeras aplicaciones se hicieron en complejos y delgados marcos de edificios con gran cantidad de refuerzo. Más recientemente, se han usado volúmenes mucho más grandes de CAC en las grandes estructuras de ingeniería civil en Japón, tales como un masivo tanque de almacenamiento de LPG, o enormes anclas para el puente suspendido Akashi-Kaikyo, con un claro de 2 kilómetros.1 Para el uso estructural en las secciones reforzadas, la fluidez muy alta es un requisito de la mayor importancia. El CAC debe ser también uniforme y homogéneo; por lo tanto, son igualmente importantes la alta cohesión o la resistencia a segregación durante el flujo.2 El CAC incorpora con frecuencia varios aditivos químicos, en particular un aditivo reductor de agua de alto rango (ARAAR; en inglés High Range Water Reducer Admixture, HRWRA) y un agente de viscosidad (AV; en inglés Viscocity Agent, VA). El ARAAR se usa para asegurar la fluidez y reducir la relación agua/materiales cementantes.El AV se incorpora para resaltar el valor del rendimiento y la viscosidad de la mezcla fluida, reduciendo así el sangrado, la segregación y el asentamiento.3-6 Otra manera de resaltar la deformabilidad y la estabilidad consiste en incrementar el volumen de la pasta, incorporando ceniza volante, escoria de alto horno granulada o un rellenador de piedra caliza.7

Tal concreto es costoso y su uso está limitado a la construcción de edificios (habitacionales). Por lo tanto, se han emprendido muchos esfuerzos para disminuir el costo extra del CAC mediante la reducción de la cantidad de materiales finos y desarrollando agentes de viscosidad económicos.8-10Los autores han enfocado su trabajo de investigación en el desarrollo del concreto autonivelante (CAN, en inglés self-levelling concrete, SLC) a un costo reducido (únicamente 15 por ciento más alto que el concreto usual) y particularmente apropiado para el colado de losas y enrasados, en donde el nivel de planicidad obtenido es sorprendente: la diferencia de nivel en una longitud de 4 m es menor de un milímetro (figura 1). Este documento presenta las principales propiedades del CAN en los estados fresco y endurecido.

Programa experimental

Materiales

Se usó un cemento portland francés del tipo CPA-CEM I 52.5 PM. Su peso específico fue de 3.1 y su finura Blaine de 360 m2/kg.Los aditivos incorporaron tanto ceniza volante Clase F como piedra caliza

relativas al costo y mencionan entre los

beneficios una mayor productividad y

simplificación del trabajo y el mejoramiento de la

nivelación de las losas y de la calidad de la

superficie de concreto; resultados sin duda para

tener en cuenta.

molida, a fin de aumentar la trabajabilidad. La finura Blaine de la piedra caliza fue de 385 m2/kg y la de la ceniza volante de 270 m2/kg. Se usaron arena de río (0/5 mm) y agregado grueso de río (5/16 mm).En la arena, 8 por ciento de las partículas era más grande de 5 mm. Como superfluidificador se usó una melamina-sulfonato. Éste presentaba un contenido de sólidos de 30 por ciento. El AV usado para aumentar la estabilidad del CAN fue una solución de almidón modificado con un contenido de sólidos de 20 por ciento. Es el más barato de los AV y presenta propiedades más altas que otros agentes.

Proporciones de las mezclas

La cantidad de partículas finas (cemento + aditivo mineral) se mantuvo constante a 400 kg/m3, 260 kg/m3 de cemento portland y 140 kg/m3 de aditivo mineral. Este contenido de aglomerantes es más bajo que el que usualmente está presente en el CAC (500 kg/m3).2 La cantidad de AV se fijó en 1.3 kg/m3. La cantidad de agua de mezclado se mantuvo constante en 200 l/m3. La cantidad del superfluidificador se ajustó a fin de obtener un flujo estático en el rango de 550 a 600 mm en 10 segundos. Este es el requisito principal para el CAN. La fluidez del concreto se valoró por medio de la medición de la extensión estática de un cono truncado con sus diámetros superior e inferior de 17 cm y 22.5 cm, respectivamente, y una altura de 12 cm. Cuando se usa la prueba convencional del revenimiento, el flujo debe estar en el rango de 60 a 65 cm para obtener el CAN. Se investigó la influencia de la relación de arena a grava (a/g, en inglés sand/gravel, s/g) sobre las propiedades del CAN. Se eligieron tres relaciones s/g: 1.00, 1.25, y 1.58. Las proporciones de la mezcla de los seis CAN investigados se presentan en la tabla 1.La relación de agua con el total de los materiales cementantes, calculada tomando en cuenta el agua contenida en los aditivos, fue de 0.51. Este valor es más alto que el valor presente en el CAN, que está en el rango de 0.30 a 0.37.2

Cualquiera que fuera la composición del CAN, el peso unitario fue aproximadamente el mismo, lo que indicaba que el almidón no contenía aire incluido

Programa de pruebas

La tasa de sangrado (TS, en inglés rate of bleeding, RB) se midió sobre una superficie de 550 cm2 y una profundidad de 10 cm, tres horas después del colado. La TS se definió como la relación entre la cantidad de agua que aparecía en la superficie de la muestra y la cantidad total del agua contenida en el concreto colocado en el contenedor.Las pruebas de sangrado se llevaron a cabo en tres muestras, con una desviación estándar menor de 2 por ciento. La segregación del CAN significa la separación en mortero y agregado grueso causada por el asentamiento del agregado grueso.A fin de evaluar la resistencia a la segregación, se colocó el concreto en una columna (figura 2) y se dejó allí hasta que empezó a fraguar, después de lo cual se tomaron muestras en las secciones superior, media e inferior.Los agregados gruesos de cada muestra se deslavaron a través de una malla de 5 mm y se pesaron. No había segregación ni distribución uniforme de los agregados gruesos si el porcentaje de los agregados gruesos retenido en la malla estaba muy cerca del valor derivado de la siguiente ecuación: % de agregados gruesos = [cantidad de grava (kg/m3) + cantidad de grava en la arena (kg/m3)] / peso unitario del concreto

(kg/m3).Cada prueba se llevó a cabo en tres muestras, con una desviación estándar menor de 5 por ciento.

La arena contenía 8 por ciento de agregados más gruesos de 5 mm. Se consideró que una diferencia de 5 por ciento entre los valores obtenidos para las secciones inferior y superior era representativa de un CAN homogéneo. Otsuki y otros11 y Van y otros,12 quienes también han desarrollado métodos para evaluar la resistencia a la segregación del concreto autocompactante, consideran que una diferencia del 10 por ciento es satisfactoria. Los valores teóricos obtenidos para los diferentes concretos fueron los siguientes: -a/g = 1.58 (Concretos 1, 4): 34.0 % -a/g = 1.25 (Concretos 2, 5): 37.6 % -a/g = 1.00 (Concretos 3,6): 41.5 % A fin de señalar la eficiencia del agente de viscosidad, para cada serie de pruebas se preparó también un concreto sin aquél. La cantidad del superfluidificador se adaptó a modo de obtener un flujo de 550 mm. Cualquiera que fuera el concreto, ocurrió segregación.

Las resistencias a la compresión a 16 horas, 2, 7, 28, 90 y 180 días, fueron medidas en seis cilindros (Æ = 110 mm; h = 220 mm), de acuerdo con el estándar francés NFP 18-406. La desviación estándar fue menor de 3 por ciento. Se determinó el módulo de elasticidad a 28 días en las tres muestras, con una desviación estándar menor de 5 por ciento. Se midió la contracción por secado sin restricciones en seis muestras prismáticas (70 ´ 70 ´ 280 mm), de acuerdo con el estándar francés NFP 15-443. Se desmoldaron tres especímenes a las 24 horas y luego se mantuvieron en la sala de pruebas a 20 °C ± 2 °C, y 50% ± 10% de R.H. También se midió la contracción autógena en tres especímenes sellados. La desviación estándar observada fue menor de 10 por ciento.

Resultados y discusión

Sangrado del concreto autonivelante Tal como se muestra en la tabla 2, el sangrado del CAN fue limitado y no influyeron en él ni la a/g ni la naturaleza del aditivo mineral.

Resistencia a la segregación

Las diferencias entre las cantidades de agregado grueso encontradas en las secciones inferior y superior se muestran en la figura 3. Cuando no se introduce ningún agente de viscosidad en el concreto, ocurre segregación sin importar cuáles puedan ser las proporciones de la mezcla: la diferencia entre las secciones inferior y superior pueden alcanzar 14 por ciento. Desde un punto de vista técnico, cuando la cantidad del material cementante en el concreto autonivelante está limitada a 400 kg/m, es necesario un agente de viscosidad para asegurar la buena resistencia a la segregación.El uso de piedra caliza pulverizada conduce generalmente a una mejor resistencia a la segregación del CAN, cualquiera que sea la a/g.

Resistencia a la compresión

La resistencia a la compresión de los diferentes concretos a las 16 horas se muestra en la figura 4. Todos estos concretos presentaban una resistencia mayor de 5 MPa, lo cual era uno de los requisitos principales del proyecto a fin de mantener la misma distribución de tiempo en las operaciones de desmoldado que con el concreto usual.

Se obtuvo una resistencia más alta a edad temprana cuando se usó piedra caliza pulverizada como aditivo mineral. La resistencia a la compresión a 28 días y el módulo elástico se presentan en las figuras 5 y 6. Estas figuras señalan lo siguiente:

1) La a/g generalmente no tiene ningún efecto en la resistencia a 28 días: las diferentes resistencias observadas estaban en el rango de 35 a 38 MPa.

2) El uso de ceniza volante conduce a una a la resistencia más alta.

3) Mientras más baja es la relación a/g, más alto es el módulo de elasticidad.

En la figura 7 se muestra la resistencia después de 180 días de hidratación. Se obtiene una resistencia más alta de 50 MPa cuando se usa ceniza volante, mientras que se limita a 40 MPa con piedra caliza pulverizada. Debido a la reacción puzolánica, la resistencia del CAN que contiene ceniza volante es de 25 a 35 por ciento más alta que la resistencia del concreto colado con piedra caliza pulverizada. La actividad puzolánica de la ceniza volante está claramente establecida en la figura 8, que ilustra el incremento de resistencia observado entre 28 y 180 días. Con ceniza volante, el incremento de la resistencia siempre es mayor de 133 por ciento, mientras que sólo supera 110 por ciento con piedra caliza pulverizada.

Contracción

Se midieron tanto la contracción autógena como la contracción por secado. Los valores obtenidos después de 180 días de hidratación se muestran en las figuras 9 y 10. De la figura 9 parece desprenderse que el uso de la piedra caliza pulverizada limita la contracción autógena, cualquiera que sea la a/g. Esto puede explicarse por una contracción química más alta asociada con la reacción puzolánica entre la ceniza volante y el cemento, tal como informaron Jutnes y otros.13 La contracción por secado está en el rango de 570 a 640 µm/m. Estos valores están por debajo de los observados en algunos CAC colados con relaciones más bajas de agua/material cementante (0.30 a 0.40): 1000 a 1200 µmm.14,15 De acuerdo con los resultados que se muestran en la figura 10, puede observarse la tendencia de que, mientras más alta es la relación a/g, mayor es la contracción por secado.

Durabilidad del concreto autonivelante

Se midió la permeabilidad al agua del CAN de acuerdo con la prueba E 02/27 desarrollada por CEBTP, después de 90 días de hidratación, en discos que tenían un diámetro de 110 mm y una altura de 50 mm. Se aplicó una presión de 1.5 MPa durante la prueba. La permeabilidad se calculó de acuerdo con la ley de Darcy. Los valores de la permeabilidad al agua estaban en el rango de 0.5 a 2 x 10-12 m/s y, de acuerdo con Neville,16 puede esperarse una buena durabilidad. Las muestras de CAN fueron almacenadas en el exterior y sometidas a condiciones de intemperismo durante el periodo de un año. Las mediciones de la profundidad de carbonatación por el método fenolftaleína indicaron que no ocurrió carbonatación.

Consideraciones económicas

Las composiciones respectivas y los costos relativos de un concreto ordinario y de uno de los concretos autonivelantes (mezcla número 6) se presentan en la tabla 3. Estos costos incluyen únicamente las materias primas. De la tabla 3 parece derivarse que un metro cúbico de concreto autonivelante es 12 por ciento más caro que un concreto ordinario. Esto se debe principalmente al bajo costo del agente de viscosidad y a las cantidades limitadas de superfluidificador y material fino adicional. ______________________

Conclusiones

Con base en los resultados obtenidos en esta investigación, pueden sacarse las siguientes conclusiones:

1) Puede desarrollarse un concreto autonivelante (CAN) a un costo reducido si se usa un agente de viscosidad barato (almidón modificado), y se limita el contenido del superfluidificador en el rango de 4.2 a 5.0 kg/m3, y el material cementante a 400 kg/m3.

2) Tal CAN presenta una resistencia a la compresión a 28 días mayor de 30 MPa, cualquiera que sea la relación arena/agrava. Pueden observarse resistencias de hasta 57 MPa después de seis meses de hidratación.

3) El uso del almidón como agente de viscosidad limita considerablemente el sangrado del concreto.

4) El uso de la ceniza volante como un material cementante complementario conduce al incremento del sangrado y de la contracción autógena, pero también aumenta la resistencia a la compresión.

5) La fracción de agregado grueso en el concreto tiene sólo un efecto muy ligero en la resistencia, pero incrementa el sangrado del CAN.

El desarrollo del CAN para la construcción de edificios de varios pisos (25,000 m3 de concreto) ha demostrado que tal solución es interesante e innovadora. Permite principalmente - una colocación del concreto simplificada y más rápida, lo que representa mayor productividad y facilidad de las tareas; - un mejoramiento de la nivelación de las losas y la calidad de la superficie de concreto, y - la supresión total de los ruidos por vibración.

Tabla 1. Proporciones de las mezclas del CAN ___________________________________________________________ Mezcla 1 2 3 4 5 6 ___________________________________________________________ Componentes (kg/m3) Cemento: C 260 260 260 260 260 260 Ceniza volante: CV 140 140 140 - - - Piedra caliza pulverizada - - - 140 140 140 Arena (0/5 mm): Ar 1,100 1,000 900 1,100 1,000 900 Grava (5/16) mm): G 700 800 900 700 800 900 Agua (l/m3): A 200 200 200 200 200 200 Superfluidificador (kg/m3) 4.73 4.60 4.23 5.03 4.60 4.30 Almidón (kg/m3) 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 _____________________________________________________________ A/(C + CV) 0.51 0.51 0.51 0.51 0.51 0.51 ______________________________________________________________ Ar/G 1.58 1.25 1.00 1.58 1.25 1.00

______________________________________________________________ Peso unitario (kg/m3) 2,320 2,340 2,340 2,310 2,340 2,350 _______________________________________________________________

 

Tabla 2. Sangrado ___________________________________________________________ Adición mineral Ar/G sangrado (%) ___________________________________________________________ Ceniza volante 1.58 0.0 1.25 0.3 1.00 0.0 ____________________________________________________________ Piedra caliza pulverizada 1.58 0.0 1.25 0.8 1.00 0.0 _____________________________________________________________

 

Tabla 3. Costos relativos de los concretos ordinario y autonivelantes (materias primas)10 ___________________________________________________________ Componentes Ordinario Autonivelante ___________________________________________________________ Cemento 260 260 Piedra caliza pulverizada 85 140 Agregados 1,855 1,800 Superfluidificador - 4.30 Agente de viscosidad - 1.30 Reductor de agua 1.30 6.50 ____________________________________________________________ Costo de 1 m3 (US $) 38.40 43.00 ______________________________________________________________ Costo extra del CAN (%) + 12% _____________________________________________________________ .

Generalmente las especificaciones de los materiales a emplear en una estructura las indica el proyectista en los planos y memorias del proyecto; en particular las propiedades del concreto endurecido son especificadas por el proyectista de la estructura, mientras que las propiedades del concreto en estado fresco están regidas por el tipo de construcción y las condiciones de transportación y colocación. Estos dos tipos de requerimientos permiten determinar la composición de la mezcla, teniendo en cuenta el grado de control de calidad aplicado en el lugar o en la obra.Por lo tanto, se puede decir que el diseño de la mezcla es el proceso de selección de los componentes adecuados del concreto, determinando sus cantidades relativas con el propósito de producir un concreto económico, con ciertas propiedades mínimas, conveniente trabajabilidad, resistencia ydurabilidad.

“En el presente trabajo se describe el desarrollo de un programa de computo para el diseño de mezclas de

concreto normal usando dos métodos diferentes: peso volumétrico máximo de grava y arena

(mínimo contenido de vacíos) y por factores empíricos de acuerdo con el informe ACI 211.1. El primero, se incluye en

el “Manual de Tecnología de Concreto” de la Comisión Federal de Electricidad y,

el segundo, forma parte de la publicación “Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweigth and Mass Concrete (ACI 211.1-91) del American Concrete

Institute.*

Existen numerosos factores que afectan las propiedades del concreto, ya sea en estado fresco o endurecido, en este trabajo se describen brevemente sólo aquellos que se relacionan con el diseño de las mezclas de concreto normal, donde el empleo de grava, arena, cemento y agua

es lo convencional y no se considera el uso de aditivos.Los métodos actuales de diseño de mezclas contemplan valores límite respecto de un rango

de propiedades que deben cumplirse, éstas son usualmente:

• la relación agua/cemento,• el contenido mínimo de cemento,

• la resistencia a la compresión mínima,• el tamaño máximo del agregado,

• la trabajabilidad mínima, el módulo de finura de la arena,• la granulometría de los agregados y

• el contenido de aire.

Debido a la gran variabilidad de las propiedades de los materiales que componen el concreto muchos autores consideran al diseño de mezclas como un arte, esto es particularmente cierto cuando se trata de evaluar real y cuantitativamente las propiedades de la grava y la arena, por ejemplo. No debe de sorprender entonces que conviene verificar las proporciones calculadas haciendo mezclas de prueba y si es necesario efectuar ajustes hasta obtener la mezcla con

las características deseadas.

Es indudable que en nuestro medio las dos propiedades más significativas al diseñar mezclas de concreto normal son la resistencia a la compresión y su trabajabilidad, aunque debe reconocerse que en los últimos años se ha prestado mucha atención a la durabilidad.

En este sentido, los métodos empleados en México para dosificar concreto invariablemente buscan producir concreto al menor costo. Además, esta demostrado que el cemento

representa alrededor de las tres cuartas partes del costo de los materiales para fabricar un metro cúbico de concreto normal sin aditivos químicos. Por supuesto que las empresas

productoras de concreto emplean los aditivos para disminuir el costo global de los materiales del concreto, considerando que estos mejoran propiedades como la trabajabilidad y retardo en

el fraguado, además de disminuir el consumo del cemento

En estado fresco, el atributo frecuentemente requerido en las mezclas de concreto es la trabajabilidad, la cual se considera como una propiedad del concreto que determina su

capacidad de colocación y compactación apropiada, permitiendo su acabado sin segregación ni sangrado nocivos, así como moldeabilidad y adherencia. La consistencia forma parte de la trabajabilidad y se define a grandes rasgos como la capacidad de colocación de la mezcla de concreto, en la que se involucran propiedades de cohesión y viscosidad, se mide en términos de revenimiento (cuanto más elevado es el revenimiento más colocable es la mezcla). En el método del ACI el revenimiento es un dato que sirve de base para diseñar las mezclas de

concreto, mientras que en el de mínimo contenido de vacíos es una referencia para mejorar la mezcla de prueba en caso de que el revenimiento haya sido diferente del especificado.

Métodos de dosificación

En el medio de la construcción en México se emplean diversos métodos de diseño de mezclas de concreto normal, incluso las empresas premezcladoras han desarrollado su propia

metodología, sobre todo para ser más competitivos y obtener el máximo ahorro en el consumo de cemento.

La mayoría de los métodos de dosificación se basan en dos procedimientos generales: la determinación de contenido de vacíos de los agregados combinados y mediante el empleo de

factores empíricos.En el primer grupo podemos citar el método de peso volumétrico máximo de grava y arena

que describe el Manual de Tecnología del Concreto, el cual consiste en determinar experimentalmente la combinación porcentual de grava y arena que ofrezca el máximo peso

volumétrico (mínimo contenido de vacíos), obteniendo el volumen de la pasta a través del cálculo de los vacíos y luego el del agua y cemento por la relación agua/cemento de acuerdo

con la resistencia requerida.

El procedimiento propuesto por el cubano Vitervo O’reilly es muy parecido, también recomienda la combinación grava/arena que proporcione el menor contenido de vacíos, difiere

en el cálculo del contenido del cemento y del agua, los cuales se determinan mediante factores que dependen de la relación agua/cemento y de la consistencia deseada en la

mezcla.Los métodos del American Concrete Institute (ACI) y el británico usan, en términos generales, factores empíricos para el diseño de mezclas, en los cuales se determinan primero el agua de

la mezcla de acuerdo con el revenimiento y el tamaño máximo del agregado y después la cantidad de la grava, para el caso del ACI, o de la arena, para el método británico, el último de

los componentes se calcula por diferencia.En nuestro país por nuestra cercanía con los Estados Unidos las normas y métodos ACI son

ampliamente utilizados, por esta razón en este trabajo se incluye el desarrollo de un programa de computo sobre el diseño de mezclas para concreto normal según el informe ACI 211.1-91, además de considerar el del mínimo contenido de vacíos del manual de Comisión Federal de

Electricidad.Actualmente, en el área de Construcción de la Universidad Autónoma Metropolitana se realiza

un trabajo de investigación sobre optimización de mezclas de concreto, por lo que se está evaluando la posibilidad de agregar en este programa de computo otros métodos de diseño de

mezclas de concreto normal y recomendaciones para elaborar concreto de alta resistencia, incluyendo el uso de aditivos.

Método ACI

Este procedimiento considera nueve pasos para el proporcionamiento de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por humedad de los agregados y la corrección a las mezclas de

prueba.

1. El primer paso contempla la selección del revenimiento, cuando este no se especifica el informe del ACI incluye una tabla en la que se recomiendan diferentes valores de revenimiento de acuerdo con el tipo de construcción que se requiera. Los valores son aplicables cuando se

emplea el vibrado para compactar el concreto, en caso contrario dichos valores deben ser incrementados en dos y medio centímetros.

2. La elección del tamaño máximo del agregado, segundo paso del método, debe considerar la separación de los costados de la cimbra, el espesor de la losa y el espacio libre entre

varillas individuales o paquetes de ellas. Por consideraciones económicas es preferible el mayor tamaño disponible, siempre y cuando se utilice una trabajabilidad adecuada y el

procedimiento de compactación permite que el concreto sea colado sin cavidades o huecos. La cantidad de agua que se requiere para producir un determinado revenimiento depende del tamaño máximo, de la forma y granulometría de los agregados, la temperatura del concreto, la

cantidad de aire incluido y el uso de aditivos químicos.

3. Como tercer paso, el informe presenta una tabla con los contenidos de agua recomendables en función del revenimiento requerido y el tamaño máximo del agregado,

considerando concreto sin y con aire incluido.

4. Como cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los valores de la relación agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresión a los 28 días que se requiera, por supuesto la resistencia promedio seleccionada debe exceder la resistencia especificada con un margen suficiente para mantener dentro de los límites especificados las pruebas con valores bajos. En una segunda tabla aparecen los valores de la relación agua/cemento para

casos de exposición severa.

5. El contenido de cemento se calcula con la cantidad de agua, determinada en el paso tres, y la relación agua cemento, obtenida en el paso cuatro; cuando se requiera un contenido

mínimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deberá basar en un criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento, esta parte constituye el quinto

paso del método.

6. Para el sexto paso del procedimiento el ACI maneja una tabla con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto, los valores dependen del tamaño máximo nominal

de la grava y del módulo de finura de la arena. El volumen de agregado se muestra en metros cúbicos con base en varillado en seco para un metro cúbico de concreto, el volumen se convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un metro cúbico de concreto,

multiplicándolo por el peso volumétrico de varillado en seco.

7. Hasta el paso anterior se tienen estimados todos los componentes del concreto, excepto el agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para este séptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto.

8. El octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que se añade a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el

agregado, es decir, humedad total menos absorción.

9. El último paso se refiere a los ajustes a las mezclas de prueba, en las que se debe verificar el peso volumétrico del concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada mediante el revenimiento y la ausencia de segregación y sangrado, así como las propiedades de acabado.

Para correcciones por diferencias en el revenimiento, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto el informe ACI 211.1-91 proporciona una serie de recomendaciones que

ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades especificadas en el concreto.

Método de contenido mínimo de vacíos

Una vez que se han establecido las características granulométricas de los agregados y el tamaño máximo de la grava, el siguiente aspecto por definir es el que se refiere a la adecuada

combinación de la grava y la arena.Un procedimiento apropiado es la obtención del mínimo contenido de vacíos en los agregados

combinados. La forma práctica para encontrar el mínimo contenido de vacíos consiste en determinar experimentalmente el cambio del peso volumétrico compactado de los agregados combinados variando la proporción relativa entre grava y arena hasta establecer la proporción

relativa que produce el máximo peso volumétrico, esto es, el mínimo contenido de vacíos. Esta determinación se basa en el método de prueba ASTM-C-29, es de ejecución sencilla y se

recomienda cuando se emplean agregados con tamaño máximo hasta 40 mm.El método produce el mejor acomodo de partículas para dar el mínimo contenido de vacíos en

la mezcla seca de agregados compactos y a su favor puede decirse que en su ejecución quedan implícitamente comprendidos los efectos inherentes a la forma y textura superficial de

las partículas, además del tamaño máximo y la granulometría de los agregados.Si partimos de que el peso volumétrico compactado de la combinación seca de grava y arena representa el contenido en peso de ambos agregados en el volumen unitario de concreto, se puede admitir que los espacios vacíos complementarios corresponden al espacio disponible

para ser ocupado por la pasta de cemento y el aire incluido naturalmente atrapado.El método de cálculo consiste en determinar, en primer lugar, la combinación de agregados

que produce el peso volumétrico máximo con el procedimiento descrito en los párrafos anteriores, al igual que todas las propiedades de los materiales a emplear, especialmente las

de los agregados (peso específico, módulo de finura, granulometría, densidades, etc.).El siguiente paso consiste en calcular el peso de la grava y el de la arena empleando el peso

volumétrico máximo y los porcentajes de cada uno de ellos, después se convierten estos pesos en volúmenes absolutos por metro cúbico de concreto, de tal forma que al sumar dichos volúmenes ahora tendríamos el volumen absoluto de la grava y de la arena y por diferencia se

tendría el volumen de la pasta de cemento y del aire incluido.Para calcular las cantidades de agua y cemento requeridas es conveniente establecer la

resistencia a la compresión y si el concreto requiere aire incluido o no. De tal forma, que con esos datos se obtienen de las tablas del informe ACI 211.1-91 la relación agua/cemento y el

porcentaje de aire incluido de acuerdo con las especificaciones del concreto en cuanto a

resistencia, tamaño máximo del agregado y condiciones de exposición.El porcentaje de aire incluido obtenido de las tablas, convertido a volumen unitario, se resta

del volumen de la pasta de cemento y aire incluido estimado anteriormente y con esto obtenemos solo el volumen de la pasta, este dato se separa en los volúmenes absolutos de

cemento y de agua empleando la relación agua/cemento convertida a volumen y las densidades de ambos materiales.

Finalmente, las cantidades de los componentes para realizar la primer mezcla de prueba se tabula en peso y en volumen absoluto. Los ajuste a la mezcla de prueba se realizan con el

mismo procedimiento del Método ACI.

Evaluación de los métodos

En general las mezclas de concreto diseñadas por el método de contenido mínimo de vacíos suelen manifestar reducida trabajabilidad, porque la obtención de esta característica

usualmente demanda un cierto exceso de mortero con respecto al que se obtiene con el mínimo consumo de pasta. Bajo tal consideración, se espera que al elaborar la primera

mezcla de prueba mediante este procedimiento la mezcla resultante exhiba poca trabajabilidad, por lo que deben de efectuarse los ajustes correspondientes hasta obtener las

propiedades deseadas en el concreto.Por el contrario, las mezclas diseñadas por el método ACI tienden a ser más trabajables, esto

se debe a que la proporción de grava compactada se determina en función del tamaño máximo del agregado y del módulo de finura de la arena, y no se hace distinción entre

agregados naturales o triturados.Puede afirmarse que con el procedimiento de mínimos vacíos se obtienen mezclas de

concreto con arena en defecto, mientras que el método del ACI produce mezclas de concreto con arena en exceso. Esta característica de estos métodos de dosificación es muy importante para aquellos que apenas se inician en el conocimiento sobre diseño de mezclas de concreto

o para los productores de concreto en obra que no disponen de métodos apropiados o empresas de premezclado a la mano, ya que pueden decidir sobre el empleo de uno u otro

método según los requerimientos de su proyecto. Bajo consumo de cemento, menos trabajabilidad y ajustes a la mezcla de prueba: método de contenido mínimo de vacíos; mayor

consumo de cemento, buena trabajabilidad y, quizás, pocos ajustes a la mezcla de prueba: método ACI.

Programa de computo

El programa de computo para diseño de mezclas de concreto, mediante el método de contenido mínimo de vacíos y el método ACI, ha sido desarrollado en el sistema de

programación Visualbasic y su plataforma de interacción con el usuario se realiza a través de Windows, lo cual permite introducir los datos de manera muy sencilla.

La instalación se realiza mediante un autoejecutable (setup) que carga el programa automáticamente, creando el icono correspondiente en los archivos de programa de la

computadora o donde el usuario lo indique. Al oprimir el icono del programa este se carga y aparece la primer pantalla, en la que se presentan los datos generales y el nombre del

programa.

•En la parte superior aparecen los siete iconos generales del programa, el primer icono es para abrir archivos que hayan sido creados y guardados con anterioridad; el segundo icono

sirve para guardar los datos sobre mezclas de concreto; el tercer icono es para entrar al método de dosificación del ACI y al acercar el indicador del ratón (mouse) sin oprimir aparece la leyenda “Diseño de mezclas por ACI”, al hacer clic en este icono se accesa a la ventana de

diseño por ACI.

El cuarto icono es para entrar al método de mínimos vacíos, al acercar el ratón sin oprimirlo aparece el letrero ”Mínimos Vacíos, dando PVM”, al hacer clic en el icono se accesa la

ventana de Tabla de Datos para mínimos vacíos. El quinto icono es para entrar a la forma

gráfica de pesos volumétricos y relaciones grava/arena, en esta ventana es posible graficar la curva de peso volumétrico contra relación grava/arena introduciendo los datos experimentales

de distintas proporciones y pesos de grava/arena, el programa elabora la curva y calcula el peso volumétrico máximo en forma automática, cuyo valor puede ser introducido en la tabla de

datos del método de mínimos vacíos.Los iconos sexto y séptimo son para ayuda y salida del programa, respectivamente. En la

ayuda se han incorporado algunas definiciones sobre los términos más comunes en el diseño de mezclas de concreto. Arriba de los siete iconos se encuentran los menús “Archivo”, “Opción” y “Ayuda”, los cuales realizan las mismas funciones de los iconos. En el menú

Archivo se encuentran las opciones de “Abrir”, ”Guardar” y “Salir”; en el menú Opción se hallan los procedimientos de diseño de mezclas por ACI y por Mínimos Vacíos, además, como submenús de este último se encuentran “PVM” y “Gráfico”: Como se puede observar la

estructura es muy similar a muchas de las aplicaciones y programas de Windows, por lo que un usuario familiarizado con este sistema no tendrá problema alguno en el manejo del

programa de diseño de mezclas.

•Cuando se decide usar el procedimiento del ACI se hace doble clic en el icono correspondiente, enseguida aparecerá la pantalla “Método del ACI”. En ese momento la

pantalla presenta una serie de cuadros que contienenlos primeros siete pasos del método ACI.

El usuario deberá llenar primero el cuadro de “Datos de los Materiales”; después escoger el revenimiento, ya sea por la tabla 6.3.1 del informe ACI 211.1-91 o por especificación propia. El

paso siguiente es llenar el cuadrocon la relación agua/cemento o con la resistencia a la compresión deseada, el programa

permite cualquiera de los dos caminos.El cuadro siguiente es para elegir el tamaño máximo nominal de la grava, que puede ser

seleccionado con las condiciones que propone ACI (separación de cimbras, espesor de losas, separación entre el acero de refuerzo, etc.) o por especificación del proyecto.

Finalmente, debe introducirse el dato de concreto sin o con aire incluido, en caso de que las condiciones de operación de la obra requieran concreto con aire incluido, en la parte baja a la izquierda de la pantalla se encuentra un cuadro en donde se pueden escoger las condiciones

de exposición a las que estará sujeto el concreto: ligera, moderada o severa.Es conveniente destacar que el informe ACI 211.1- 91 recomienda aumentar la cantidad de

agregado grueso cuando se desea una buena trabajabilidad en la mezcla de concreto, requerida en colados mediante bombeo o en lugares donde el acero de refuerzo está

congestionado.

En otras ocasiones se desean mezclas menos trabajables, por ejemplo: para colar pavimentos o pisos de concreto.

Para estos casos el programa ofrece la opción que se presenta en la parte baja y del lado derecho de la pantalla; en el cuadro “Corrección del agregado grueso” puede aumentarse o disminuirse la cantidad de agregado grueso. En caso de ser necesaria una corrección del

agregadogrueso el programa calcula los otros componentes.

•Con los datos anteriores el programa ejecuta automáticamente los pasos de diseño de mezclas por el método del ACI y presenta la pantalla de “Resultados” cuando se oprime

“Aceptar”, en la que se observan las cantidades de cada uno de los componentes en peso y volumen. Adicionalmente, aparece un cuadro en la parte inferior con los datos de diseño

como: resistencia a la compresión, relación agua cemento, tamaño máximo nominal y módulo de finura.

Para el empleo del método de mínimos vacíos es necesario cerrar o minimizar las ventanas que estén abiertas, en caso de que antes se haya empleado el método del ACI.

Al encontrarse en la pantalla del menú de inicio el usuario tiene dos opciones para trabajar con el método: la primera, accesar directamente mediante el icono “Mínimos Vacíos, dando PVM”,

para lo cual debe contar antes con los datos generales de la mezcla a diseñar, con el peso

volumétrico máximo de los agregados y con la proporción de grava/arena; y, la segunda, cuando no cuente con los datos de peso volumétrico máximo y porcentajes de grava y arena

deberá accesar al “Gráfico”.

•Cuando se cuentan con todos los datos y entramos directamente al método de diseño de mezclas, el programa despliega la siguiente pantalla: En este método sólo es necesario

introducir los datos en la tabla correspondiente y, en caso de requerirse, elegir si el concreto se diseña con o sin aire incluido. Cuando en el concreto se especifique aire incluido en el

cuadro se oprime la opción y aparecerán los niveles de exposición de manera semejante al otro método: ligera, moderada y severa. Con la información completa el programa corre en forma automática una vez que se oprime el icono “Aceptar”, desplegando una pantalla de “Resultados” exactamente con las mismas características que en el método ACI, esto es,

cantidades de cada uno de los componentes del concreto por peso y por volumen y un cuadro de información general acerca de las características de concreto.

Cuando el usuario considere conveniente realizar una gráfica con los datos de laboratorio sobre pesos volumétricos de los agregados y combinaciones en diferentes proporciones de grava y arena, el programa ofrece esta posibilidad mediante el empleo del icono “Gráfico”.El programa no tiene límite para el número de puntos que deba incluir la gráfica, pero se

recomienda graficar alrededor de 15 puntos, comenzando la obtención del peso volumétrico para la relación 1.0 o 50% de grava y 50% de arena y efectuar medidas de pesos volumétricos

a la izquierda y derecha de esa relación.

Los datos de laboratorio sobre los pesos volumétricos y las diferentes proporciones se alimentan en la tabla “Introduzca los datos a graficar”, el programa elabora la gráfica y obtiene

el máximo peso volumétrico de los agregados.Las proporciones calculadas de la mezcla de concreto en ambos métodos de dosificación se deben verificar mediante mezclas de prueba en laboratorio o por medio de mezclas reales en

la obra.

La pantalla de “Resultados”, la cual es común para los dos métodos, permite entrar a la pantalla de “Datos para la Mezcla de Prueba”, en ella se capturan los datos referentes a

humedad y absorción de grava y arena, así como a sus correspondientes pesos específicos.Se debe considerar el volumen de la mezcla de prueba, por medio del número y tipo de

cilindros (de 15x30 o de 10x20), además permite un aumento de volumen en porcentaje. En la pantalla aparecen todos los datos referentes a la mezcla de prueba, como: volúmenes, pesos húmedos y secos de cada uno de los componentes de la mezcla, así como las cantidades en

peso húmedo de los componentes de la mezcla de prueba según el volumen deseado.Al oprimir aceptar se presenta una última pantalla con los rendimientos de la mezcla final, a la

cual se le han hecho ajustes por revenimiento principalmente, esto puede verificarse al observar el cuadro de datos adicionales en el que se presentan el peso volumétrico del

concreto y contenido de aire reales y las cantidades agregadas de cemento y agua.Por último, en las columnas de la derecha aparece los rendimientos finales de la mezcla ya corregida y lista para usarse en obra conforme a las especificaciones de diseño originales.

INGENIERÍA EN LA UAM

Los planes de estudios de ingeniería que imparte la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) poseen una importante formación científica básica y de ciencias de la ingeniería; también, hacen énfasis en el trabajo en equipo y en las actividades experimentales, prácticas y de investigación. Aspectos que permiten a los alumnos aprender el trabajo en laboratorio y asimilar formas de hacer investigación que en muchos casos emplean durante el transcurso de su carrera o en estudios de posgrado. Los planes de estudio estánestructurados en tres niveles de asignaturas:

tronco general, tronco básico profesional y áreas de concentración.

En el tronco general se proporcionan, durante los tres primeros trimestres, los conocimientos científicos básicos en matemáticas, física, química y computación, así como un complemento

socio-humanístico a los alumnos de las nueve carreras de ingeniería.Las asignaturas del tronco básico profesional ofrecen los elementos fundamentales para el conocimiento y comprensión de teorías y modelos, así también la enseñanza de la metodología científica, técnicas de investigación y el desarrollo de habilidades y destrezas para la operación del instrumental propio del ejercicio de la profesión.Este nivel es específico para cada licenciatura, abarca desde el cuarto hasta el noveno trimestre, para el caso de Ingeniería Civil está compuesto por asignaturas agrupadas en los núcleos de: construcción, estructuras, hidráulica, sistemas y matemáticas aplicadas, geotecnia, talleres y socio-humanísticas. En el área de concentración se imparten asignaturas que permiten obtener un mayor grado de especialización de los conocimientos adquiridos en ámbitos particulares de la disciplina, tanto teóricos como prácticos, así como las habilidades y aptitudes relacionadas con la práctica profesional.

Las asignaturas de este nivel se imparten en los últimos tres trimestres, los alumnos pueden elegir entre las áreas de concentración en construcción o en estructuras. Esto permite a los egresados de la carrera tener un conocimiento más profundo en cualquiera de esos dos campos e integrarse al mercado de trabajo con una mejor preparación específica.

INGENIERIA CIVIL Y EL CONCRETO

El plan de estudios de Ingeniería Civil contempla varias asignaturas sobre el conocimiento y aplicaciones del concreto, en ellas se aprenden las características de sus componentes, las propiedades de este material en estado fresco y endurecido, las normas de control de calidad y sus formas de fabricación y obtención, incluyendo las pruebas de laboratorio de agregados, calidad del agua, diseño y corrección de mezclas, muestreo y ensaye a probetas de concreto en las que se determinan sus propiedades mecánicas.Básicamente estos temas se presentan en los cursos de Construcción I y Laboratorio de Construcción. Mientras que en otras asignaturas se hace referencia a los conocimientos básicos y propiedades del concreto para aprender a diseñar y construir obras con este material, es decir: Laboratorio de Mecánica de Sólidos, Diseño Estructural I y II, Estructuras de Concreto, Cimentaciones, Edificación, Diseño y Construcción de Obras Provisionales, Puentes y Edificios.Algunas asignaturas tienen que ver con el diseño de elementos y estructuras de concreto, otras con sus especificaciones, procedimientos de construcción, sus propiedades y con la elaboración propiamente del concreto. En este sentido, se considera que los cursos que tienen una mayor relación con el conocimiento del concreto como material son Construcción I y su Laboratorio, por lo que a continuación se ofrece una descripción breve sobre el contenido de estos cursos:

Construcción I . En este curso se estudia la clasificación, obtención, manejo y aplicación de los principales materiales de construcción con énfasis en los materiales pétreos y en el concreto. El contenido considera una introducción a la industria y a los procesos constructivos, la descripción de los recursos básicos de la construcción, normas y control de calidad, el estudio de diversos materiales, como: madera, metales, agregados, cerámicos, plásticos y el concreto y sus componentes, considerando propiedades y características, así como su forma de obtención o fabricación.

Laboratorio de Construcción. En esta asignatura se estudian las propiedades necesarias de los componentes del concreto para su dosificación, control y muestreo. El contenido contempla la realización de diez prácticas de laboratorio que están relacionadas con los siguientes tópicos: conocimiento y calibración del equipo de laboratorio; granulometría, pesos volumétricos y específicos, absorción y humedad de los agregados; diseño y dosificación de mezclas de concreto; fabricación de mezclas de concreto, obteniendo contenido de aire, revenimiento, peso volumétrico y cilindros de prueba; pruebas especiales a la arena, como: contenido de finos y determinación de materia orgánica; visitas a una planta premezcladora y a una obra en construcción en la que se esté empleando el concreto; determinación de propiedades mecánicas del concreto: resistencias a la compresión, tensión y flexión y módulo de elasticidad.Es conveniente destacar que la enseñanza en la UAM sobre el diseño teórico y práctico de

mezclas de concreto actualmente se lleva a cabo en los cursos de Construcción I y su Laboratorio empleando el método modificado por el Ing. León Fernández del informe ACI 211.1, el procedimiento es similar al del American Concrete Institute, sólo difiere por el uso de unas tablas elaboradas especialmente para simplificar la secuencia de diseño.

RESUMEN

Se presenta un programa de computo para el diseño de mezclas de concreto normal, que será empleado por los alumnos de la licenciatura en Ingeniería Civil en la División de Ciencias Básicas e Ingeniería de la Universidad Autónoma Metropolitana en su Unidad Azcapotzalco.Para facilitar el proceso de enseñanza aprendizaje se ha considerado el empleo de un programa de computo para el diseño de mezclas de concreto normal que consta de dos métodos, pero que en el futuro se ampliará.Los dos métodos considerados de diseño de mezclas son: peso volumétrico máximo de grava y arena (mínimo contenido de vacíos) y por el método de factores empíricos que se describe en el informe ACI 211.1.El programa se desarrolló en Visualbasic con plataforma de interacción del sistema Windows. Además, puede cargarse desde un diskette de 3 _” mediante ayudas sencillas.En pantalla se despliega primeramente la información general del sistema, después apretando un icono se accede a una pantalla en la que el usuario escoge alguno de los dos métodos de diseño de mezclas de concreto. Enseguida aparecen sucesivamente cuadros en los que se van introduciendo los datos básicos como: resistencia a la compresión, revenimiento, tamaño máximo del agregado grueso, módulo de finura de la arena, pesos específicos y volumétricos (sueltos y compactos), absorción y humedad de los agregados. Al final el programa despliega en pantalla el diseño de la mezcla base.La mezcla base se fabrica en laboratorio, con lo cual se miden los valores reales y en caso de diferencia con los parámetros de diseño original se corrige. El programa ofrece la posibilidad de corrección de las mezclas, obteniendo al final el proporcionamiento por volumen y por peso.

AUTORES

*Ing. Jesús Cano Licona

Es originario del Estado de México, egresado de la carrera de ingeniería civil de la Universidad Autónoma Metropolitana. Actualmente cursa estudios de maestría en ingeniería con especialidad en estructuras en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México con el 50% de los créditos obtenidos.Se especializa en programación orientada a objetos, con aplicación a la docencia, y en general al análisis estructural y a la ingeniería sísmica. Así como a otras aplicaciones de la programación como topografía y diseño de mezclas de concreto. Es ayudante de profesor en el área de construcción de la División de Ciencias Básicas e Ingeniería de la UAM desde hace dos años.

Ing. Antonio Flores Bustamante

Es originario de la ciudad de México, obtuvo el título de ingeniero civil en 1981 en la Universidad Autónoma Metropolitana y tiene estudios de maestría en ingeniería en construcción realizados en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México. Cuenta con una experiencia profesional de mas de doce años en el campo de la construcción en empresas privadas y en el sector público, particularmenteen la propia Universidad Autónoma Metropolitana en la unidad Azcapotzalco fue jefe de la sección de obras y proyectos por casi diez años. Es profesor desde 1990 y fue jefe del departamento de Materiales en la misma institución.

Ing. Francisco González Díaz

Es Ingeniero civil egresado de la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco, tiene seis años de experiencia profesional en el sector público y privado. Actualmente tiene el 100% de créditos en la Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales de la UAM-A. Es profesor asociado de tiempo completo y colaborador en el proyecto de investigación “Ciencia y

Tecnología del Concreto”. Ha sido asesor de once trabajos de titulación de alumnos de licenciatura y ha publicado catorce trabajos en revistas, memorias y reportes de investigación.

Ing. Luis Rocha Chiu

Nació en la ciudad de México, D.F. el 23 de agosto de 1957. Obtuvo el título de ingeniero civil en 1981 en la Universidad Autónoma Metropolitana y tiene estudios de maestría en ingeniería en planeación y en construcción en la Universidad Nacional Autónoma de México. Tiene una experiencia profesional de más de quince años en construcción y transporte urbano en organismos del sector público y en empresas privadas. Es profesor desde hace diez años y fue coordinador de la carrera de ingeniería civil en la Universidad Autónoma Metropolitana.

M. en I. Adán Vázquez Rojas

Es originario de la ciudad de México, D.F., realizó sus estudios de ingeniería civil en la Facultad de Ingeniería de la UNAM donde obtuvo su título en 1985. En esta misma Facultad, en la División de Estudios de Posgrado obtuvo el grado de maestría en ingeniería con especialidad en construcción en el año de 1996.Ha laborado en organismos del sector público por más de doce años, especialmente en la Compañía de Luz y Fuerza. También, ha sido asesor académico del sistema de educación tecnológica en planes de estudios de nivel técnico. Es profesor de tiempo completo de la Universidad Autónoma Metropolitana desde 1994 y actualmente ocupa el cargo de jefe del área de construcción.

Informes:Universidad Autónoma Metropolitana.Unidad AzcapotzalcoDivisión de Ciencias Básicas e Ingeniería Departamento de Materiales.Área de ConstrucciónAv. San Pablo No. 180 Col. ReynosaMéxico, D.F. C.P. 02200Tel. 5318-9089 Fax 5318-9514E-mail: rcla@correo.azc.uam.mx