concreto
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Asignación de Materiales de ConstrucciónTRANSCRIPT
República Bolivariana de VenezuelaInstituto Universitario Politécnico“Santiago Mariño”Sede Barcelona-Puerto La CruzSección CD
Informe de Materiales de Construcción.Febrero 2013
BachillerBarroso Florangel
INTRODUCCIÓN
El presente informe se realizo con el fin de adquirir nuevos conocimientos
sobre el Concreto u Hormigón. El concreto es la mezcla del cemento, agregados
inertes (arena y grava) y agua, la cual se endurece después de cierto tiempo
formando una piedra artificial. Los elementos activos del concreto son el agua y el
cemento de los cuales ocurre una reacción química que después de fraguar
alcanza un estado de gran solidez, y los elementos inertes, que son la arena y la
grava cuya función es formar el esqueleto de la mezcla, ocupando un gran
porcentaje del volumen final del producto, abaratándolo y disminuyendo los
efectos de la reacción química de la “lechada”.
Este material de construcción es el más extensamente utilizado por varias
razones, primero, porque posee una gran resistencia a la acción del agua sin sufrir
un serio deterioro, además de que puede ser moldeado para dar una gran
variedad de formas y tamaños y gracias a la trabajabilidad de la mezcla, siendo
esta de gran popularidad entre los ingenieros civiles por su pronta dispobilidad en
las obras y su bajo costo.
Las posibilidades de empleo del concreto en la producción son cada día
mayores pudiendo en la actualidad ser utilizados para una amplia variedad de
propósitos. La única limitación a sus múltiples aplicaciones puede ser el
desconocimiento por parte del ingeniero de todos los aspectos ya indicados; así
como de la importancia relativa de los mismos de acuerdo al uso que se pretenda
dar al material.
Concreto
Se llama Concreto u Hormigón, al material artificial utilizado en construcción
y que se obtiene de una mezcla de Cemento Portland, agua y materiales inertes,
unos refinados, como la arena, y otros basto como el piedrín y/o grava, así como
una pequeña cantidad de aire.
El concreto es casi el único material de construcción que llega en bruto a la
obra. Este presenta una extensa diversidad de textura y colores y se utiliza para
construir muchos tipos de edificaciones y estructuras, tales como: autopistas,
carreteras, calles, banquetes, parquees, puentes, túneles, presas, muros de
contención, pistas de aterrizaje, sistemas de riego, sistemas de canalización,
bodegas, factorías, grandes edificios, casas, rompeolas, embarcaderos, muelles e
incluso barcos y construcciones submarinas.
Otras características del concreto son su alta resistencia, su costo
relativamente bajo y su larga duración. Si se mezcla con los materiales correctos,
el concreto puede soportar grandes fuerzas de compresión. Su resistencia a la
tensión es baja, pero reforzándolo con acero y por medio de un diseño estructural
adecuado se puede hacer que la estructura sea tan resistente a la tensión como a
la compresión.
Cuando se ahoga en el concreto una estructura metálica, de tal modo que
ambos materiales, concreto-hierro, actúen juntos para resistir los esfuerzos, recibe
el nombre de Concreto Reforzado u Hormigón Armado, la función principal del
concreto es resistir los esfuerzos de compresión, y la función del hierro ó acero de
refuerzo es proporcionar la resistencia necesaria, cuando la estructura tiene que
soportar los esfuerzos de tensión, tracción o fuerzas longitudinales. En la mayoría
de los trabajos de construcción, el concreto se refuerza con armaduras metálicas,
sobre todo de varillas de hierro. El hierro que se introduce en el concreto suele
una malla de alambre o barras de hierro, las cuales pueden ser lisas o corrugadas.
El concreto y el hierro forman un conjunto que transfiere las tensiones entre los
dos elementos.
Su larga duración queda evidente en la conservación de construcciones
hechas por los egipcios y romanos hace más de tres mil años.
Historia del Concreto
Precedentes
La historia del concreto constituye un capítulo fundamental de la historia de la
construcción. Cuando el hombre optó por levantar edificaciones utilizando materiales
arcillosos o pétreos, surgió la necesidad de obtener pastas o morteros que permitieran
unir dichos mampuestos para poder conformar estructuras estables. Inicialmente se
emplearon pastas elaboradas con arcilla, yeso o cal, pero se deterioraban rápidamente
ante las inclemencias atmosféricas. Se idearon diversas soluciones, mezclando agua con
rocas y minerales triturados, para conseguir pastas que no se degradasen fácilmente. Así,
en el Antiguo Egipto se utilizaron diversas pastas obtenidas con mezclas de yesos y
calizas disueltas en agua, para poder unir sólidamente los sillares de piedra; como las que
aún perduran entre los bloques calizos del revestimiento de la Gran Pirámide de Guiza.
Concreto de cementos naturales
En la Antigua Grecia, hacia el 500 a. C., se mezclaban compuestos de
caliza calcinada con agua y arena, añadiendo piedras trituradas, tejas rotas o
ladrillos, dando origen al primer hormigón de la historia, usando tobas volcánicas
extraídas de la isla de Santorini. Los antiguos romanos emplearon tierras o
cenizas volcánicas, conocidas también como puzolana, que contienen sílice y
alúmina, que al combinarse químicamente con la cal daban como resultado el
denominado cemento puzolánico (obtenido en Pozzuoli, cerca del Vesubio).
Añadiendo en su masa jarras cerámicas o materiales de baja densidad (piedra
pómez) obtuvieron el primer hormigón aligerado. Con este material se
construyeron desde tuberías a instalaciones portuarias, cuyos restos aún
perduran. Destacan construcciones como los diversos arcos del Coliseo romano,
los nervios de la bóveda de la Basílica de Majencia, con luces de más de 25
metros, las bóvedas de las Termas de Caracalla, y la cúpula del Panteón de
Agripa, de unos 43 metros de diámetro, la de mayor luz durante siglos.
Concreto medieval
Tras la caída del Imperio romano el concreto fue poco utilizado, posiblemente
debido a la falta de medios técnicos y humanos, la mala calidad de la cocción de
la cal, y la carencia o lejanía de tobas volcánicas; no se encuentran muestras de
su uso en grandes obras hasta el siglo XIII, en que se vuelve a utilizar en los
cimientos de la Catedral de Salisbury, o en la célebre Torre de Londres,
en Inglaterra. Durante el renacimiento su empleo fue escaso y muy poco
significativo.
Civilizaciones precolombinas
En algunas ciudades y grandes estructuras, construidas
por Mayas y Aztecas en México o las de Machu Picchu en el Perú, se utilizaron
materiales cementantes.
El siglo XVIII
En el siglo XVIII se reaviva el afán por la investigación. John Smeaton, un
ingeniero de Leeds fue comisionado para construir por tercera vez un faro en el
acantilado de Edystone, en la costa de Cornwall, empleando piedras unidas con
un mortero de cal calcinada para conformar una construcción monolítica que
soportara la constante acción de las olas y los húmedos vientos; fue concluido en
1759 y la cimentación aún perdura.
El siglo XIX: cemento Portland y Concreto armado
El cemento Portland
Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland Cement,
obtenido de caliza arcillosa y carbón calcinados a alta temperatura –denominado
así por su color gris verdoso oscuro, muy similar a la piedra de la isla de Portland.
Isaac Johnson obtiene en 1845 el prototipo del cemento moderno elaborado de
una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura, hasta la formación
del clinker; el proceso de industrialización y la introducción de hornos rotatorios
propiciaron su uso para gran variedad de aplicaciones, hacia finales del siglo XIX.
El Concreto armado
El Concreto, por sus características pétreas, soporta bien esfuerzos de
compresión, pero se fisura con otros tipos de solicitaciones (flexión, tracción,
torsión, cortante); la inclusión de varillas metálicas que soportaran dichos
esfuerzos propició optimizar sus características y su empleo generalizado en
múltiples obras de ingeniería y arquitectura.
Puente de concreto sobre el río Ulla, en Vedra, Galicia, España.
La invención del Concreto armado se suele atribuir al constructor William
Wilkinson, quien solicitó en 1854 la patente de un sistema que incluía armaduras
de hierro para «la mejora de la construcción de viviendas, almacenes y otros
edificios resistentes al fuego». El francés Joseph Monier patentó varios métodos
en la década de 1860, pero fue François Hennebique quien ideó un sistema
convincente de hormigón armado, patentado en 1892, que utilizó en la
construcción de una fábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.
Diseño de estructuras de hormigón armado
Hennebique y sus contemporáneos basaban el diseño de sus patentes en
resultados experimentales, mediante pruebas de carga; los primeros aportes
teóricos los realizan prestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhelm
Ritter, quien desarrolla en 1899 la teoría del «Reticulado de Ritter-Mörsch». Los
estudios teóricos fundamentales se gestarán en el siglo XX.
El siglo XX: auge de la industria del Concreto
A principios del siglo XX surge el rápido
crecimiento de la industria del cemento, debido a
varios factores: los experimentos de los químicos
franceses Vicat y Le Chatelier y el alemán
Michaélis, que logran producir cemento de calidad
homogénea; la invención del horno rotatorio para
calcinación y el molino tubular; y los métodos de
transportar hormigón fresco ideados por Juergen
Hinrich Magens que patenta entre 1903 y 1907. Con estos adelantos pudo
elaborarse cemento Portland en grandes cantidades y utilizarse ventajosamente
en la industria de la construcción.
Maillart proyecta en 1901 un puente en arco de 38 metros de luz sobre el
río Inn, en Suiza, construido con vigas cajón de hormigón armado; entre 1904 y
1906 diseña el puente de Tavanasa, sobre el río Rin, con 51 metros de luz, el
mayor de Suiza. Claude A.P. Turner realiza en 1906 el
edificio Bovex de Minneapolis (EE.UU.), con los primeros pilares fungiformes (de
amplios capiteles).
Le Corbusier, en los años 1920, reclama en Vers une Architecture una
producción lógica, funcional y constructiva, despojada de retóricas del pasado; en
su diseño de Casa Domino, de 1914, la estructura está conformada con pilares
y forjados de hormigón armado, posibilitando fachadas totalmente diáfanas y la
libre distribución de los espacios interiores.
Los hangares de Orly (París), diseñados por Freyssinet entre 1921 y 1923, con 60
metros de luz, 9 de flecha y 300 de longitud, se construyen con
láminas parabólicas de hormigón armado, eliminando la división funcional entre
paredes y techo. En 1929 Frank Lloyd Wright construye el primer rascacielos en
hormigón.
Concreto de altas prestaciones
En la década de 1960 aparece el concreto reforzado con fibras, incorporadas en el
momento del amasado, dando al hormigón isotropía y aumentando sus cualidades
a flexión, tracción, impacto, fisuración, etc. En los años 1970, los aditivos permiten
obtener concreto de alta resistencia, de 120 a más de 200 MPa; la incorporación
de monómeros, genera concreto casi inatacables por los agentes químicos o
indestructibles por los ciclos hielo-deshielo, aportando múltiples mejoras en
diversas propiedades del concreto.
Más alto, más largo, más ancho y más bello.
Los grandes progresos en el estudio científico del comportamiento del
concreto armado y los avances tecnológicos, posibilitaron la construcción de
rascacielos más altos, puentes de mayor luz, amplias cubiertas e inmensas
presas. Su empleo será insustituible en edificios públicos que deban albergar
multitudes: estadios, teatros, cines, etc. Muchas naciones y ciudades competirán
por erigir la edificación de mayor dimensión, o más bella, como símbolo de su
progreso que, normalmente, estará construida en hormigón armado.
Los edificios más altos del mundo poseen estructuras de concreto y acero,
tales como las Torres Petronas, en Kuala Lumpur, Malasia (452 metros, 1998), el
edificio Taipéi 101 en Taiwán (509 metros, 2004), o el Burj Dubái de la ciudad
de Dubái (818 metros, 2009), en el siglo XXI.
El siglo XXI: la cultura medioambiental
El uso de materiales reciclados como ingredientes del hormigón está
ganando popularidad debido a la cada vez más severa legislación
medioambiental. Los más utilizados son las cenizas volantes, un subproducto de
las centrales termoeléctricas alimentadas por carbón. Su impacto es significativo
pues posibilitan la reducción de canteras y vertederos, ya que actúan como
sustitutos del cemento, y reducen la cantidad necesaria para obtener un buen
hormigón. Como la producción de cemento genera grandes volúmenes de dióxido
de carbono, la tecnología de sustitución del cemento desempeña un importante
papel en los esfuerzos por aminorar las emisiones de dióxido de carbono.
También se utiliza para confinar desechos radiactivos. Entre ellos, el más
importante es el del reactor que colapsó en la central nuclear de Chernóbil, el cual
fue cubierto de hormigón para evitar fugas radiactivas.
Tipos de Concreto
En la Instrucción española (EHE), publicada en 1998, los hormigones están
tipificados según el siguiente formato siendo obligatorio referirse de esta forma en los
planos y demás documentos de proyecto, así como en la fabricación y puesta en obra:
Hormigón T – R / C / TM / A
T: se denominará HM cuando sea hormigón en masa, HA cuando sea hormigón
armado y HP cuando sea hormigón pretensado.
R: resistencia característica del hormigón expresada en N/mm².
C: letra inicial del tipo de consistencia: S Seca, P plástica, B Blanda, F Fluida y L
Líquida.
TM: tamaño máximo del árido expresado en milímetros.
A: designación del ambiente a que estará expuesto el hormigón.
Tipos de Hormigón
Hormigón ordinario
También se suele referir a él denominándolo simplemente hormigón. Es el material obtenido al mezclar cemento portland, agua y áridos de varios tamaños, superiores e inferiores a 5 mm, es decir, con grava y arena.
Hormigón en masa
Es el hormigón que no contiene en su interior armaduras de acero. Este hormigón solo es apto para resistir esfuerzos de compresión.
Hormigón armado
Es el hormigón que en su interior tiene armaduras de acero, debidamente calculadas y situadas. Este hormigón es apto para resistir esfuerzos de compresión y tracción. Los esfuerzos de tracción los resisten las armaduras de acero. Es el hormigón más habitual.
Hormigón pretensado
Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de acero especial sometida a tracción. Puede ser pre-tensado si la armadura se ha tensado antes de colocar el hormigón fresco o post-tensado si la armadura se tensa cuando el hormigón ha adquirido su resistencia.
MorteroEs una mezcla de cemento, agua y arena (árido fino), es decir, un hormigón normal sin árido grueso.
Hormigón ciclópeo
Es el hormigón que tiene embebidos en su interior grandes piedras de dimensión no inferior a 30 cm.
Hormigón sin finos
Es aquel que sólo tiene árido grueso, es decir, no tiene arena (árido menor de 5 mm).
Hormigón aireado o
celular
Se obtiene incorporando a la mezcla aire u otros gases derivados de reacciones químicas, resultando un hormigón baja densidad.
Hormigón de alta densidad
Fabricados con áridos de densidades superiores a los habituales (normalmente barita, magnetita, hematita...) El hormigón pesado se utiliza para blindar estructuras y proteger frente a la radiación.
Tipos de concretos premezclado
Concreto Premezclado Estándar
El concreto premezclado estándar es la forma más común de concreto. Se
prepara para su entrega en una planta de concreto en lugar de mezclarse en el
sitio de la obra, lo que garantiza la calidad del concreto.
Concreto Arquitectónico y Decorativo
Este tipo de concreto puede desempeñar una función estructural además
de un acabado estético o decorativo. Puede ofrecer superficies o texturas lisas o
ásperas además de una diversidad de colores.
Concreto de Fraguado Rápido
Diseñado para elevar el desarrollo temprano de resistencia, este concreto
permite retirar las cimbras más rápido, secuenciar la construcción
aceleradamente, y una rápida reparación en proyectos como carreteras o pistas
de aterrizaje. Típicamente se usa en el invierno para construir a bajas
temperaturas (5-10°C). Este concreto también se puede utilizar en edificios, vías
de ferrocarril y aplicaciones preformadas. Además, para ahorrar tiempo, esta
tecnología de concreto ofrece una durabilidad mejorada y resistencia a los ácidos.
Concreto Reforzado con Fibras
El concreto diseñado con fibras micro o macro puede usarse ya sea para
aplicaciones estructurales, donde las fibras pueden potencialmente sustituir el
reforzamiento con varilla de acero, o para reducir el encogimiento – especialmente
el que sucede en etapa temprana. Las macro fibras pueden incrementar
significativamente la ductilidad del concreto, haciendo que sea altamente
resistente a la formación y propagación de grietas.
Relleno Fluido
El mortero o concreto líquido simplifica el proceso de colocación de tuberías
y cables al rodear al tubo o cable con una cubierta compacta que la protege,
previene el asentamiento y permite a las cuadrillas trabajar rápido.
Concreto Compactado con Rodillo
Compactado y curado en sitio, el concreto compactado con rodillo es un
concreto de cero revenimiento con resistencia a la abrasión para soportar agua a
alta velocidad, lo que lo hace el material de elección para sistemas de drenajes y
otras estructuras sujetas a condiciones de alto flujo. Representa una solución
competitiva en términos de costo y durabilidad al compararse con el asfalto.
Concreto Autocompactante
El concreto autocompactante tiene un flujo muy alto; por lo tanto, es
autonivelante, lo que elimina la necesidad de vibración. Debido a los plastificantes
utilizados –mezclas químicas que le imparten un alto flujo– el concreto
autocompactante exhibe muy alta compactación como resultado de su bajo
contenido de aire. En consecuencia, el concreto autocompactante puede tener
resistencias muy elevadas, llegando a rebasar 50 MPa.
Concreto Poroso
Por su especial diseño de mezcla, el concreto poroso es un material
sumamente permeable que permite que el agua, particularmente las aguas
pluviales, se filtren por él, lo que reduce las inundaciones y la concentración
calorífico por hasta 4° C, y ayuda a evitar los derrapes en los caminos mojados.
Este concreto idealmente se usa en estacionamientos, andadores y orillas de
alberca.
Concreto Antibacteriano
Este concreto controla el crecimiento de las bacterias, ayudando a
mantener ambientes limpios en estructuras tales como laboratorios, restaurantes y
hospitales.
Materiales utilizados en la fabricación de Concreto
Los materiales utilizados en la fabricación del Concreto son: pasta de
cemento Portland, agua, y aire, que puede entrar de forma natural y dejar unas
pequeñas cavidades o puede introducirse artificialmente en forma de burbujas, y
materiales áridos o inertes, los cuales pueden dividirse en dos grupos: materiales
finos, como puede ser la arena, y materiales gruesos o bastos, como grava
piedras o escoria.
Se llama materiales finos si sus partículas son iguales o más pequeñas a
6,4 mm y bastos si son de un tamaño mayor. Según las dimensiones de la
estructura que se va a construir, así varia el tamaño de los materiales bastos. En
la construcción de estructuras y componentes de pequeño grosor se utilizan
materiales con partículas pequeñas de 6,4 mm. En construcciones de
envergadura, como puentes o presas, así como muros de contención, se utilizan
piedras de 1,5 cm de diámetro o más. El tamaño de los materiales gruesos no
debe exceder la quinta parte de la dimensión más pequeña de la pieza de
concreto que se vaya a construir.
Al mezclar el cemento Portland con agua, los compuestos del cemento
reaccionan y forman una pasta aglutinadora. Si la mezcla está bien hecha, cada
punto de arena y cada fragmento de piedrín o grava quedan envueltos por la pasta
y todos los vacios que existan entre ellos quedaran llenos. Cuando la pasta se
seca y se endurece, todos estos materiales quedan ligados formando una masa
compacta.
En condiciones normales el concreto se fortalece con el paso del tiempo. La
reacción química entre el cemento y el agua, que produce el endurecimiento de la
pasta y la compactación de los materiales que se Introducen en ella, requiere
tiempo. Esta reacción es rápida al principio pero después es mucho más lenta. Si
hay humedad, el concreto sigue endureciéndose durante años. Por ejemplo, en
condiciones Ideales, la resistencia del concreto puede alcanzar 70 kgs/cm²
(995lbs/plg²) al día siguiente de su fundición; 316 kgs/cm² (4,495 lbs/plg²), una
semana después; 420 kgs/cm² (5,973 lbs/plg²), a los 28 días y hasta 590 kgs/cm²
(8,391 lbs/plg²), pasados cinco años.
Las mezclas de concreto se describen como una relación entre los
volúmenes de cemento, arena y piedrín que se utilizan. Por ejemplo, una mezcla
1;2;3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes de arena y tres
partes de piedrín u otros agregados sólidos. Según su aplicación, estas
proporciones se varían para conseguir cambios determinados en sus propiedades,
específicamente cuando se quiere variar la resistencia y duración. Estas
relaciones cambian de 1;2;3 a 1;2;4 y a 1;3;5. La cantidad de agua que se añade a
estas mezclas varía de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento. Para lograr un
concreto de alta resistencia la cantidad de agua utilizada debe ser baja, sólo la
necesaria para humedecer la mezcla. Por consiguiente, cuanta más agua se
cargue a la mezcla, será más fácil trabajarla, pero menos resistente será el
concreto cuando alcance el fraguado total.
El concreto se puede hacer totalmente hermético y utilizarse para contener
agua o resistir la filtración hacia fuera o hacia adentro de la estructura hecha de
concreto. De igual forma, se puede utilizar para construir bases filtrantes, ya que
se puede hacer poroso y muy permeable. Del mismo modo puede presentar una
superficie lisa y pulida tan suave como el cristal. Si se utilizan agregados pesados,
como trozos de acero, se obtienen mezclas densas. También se puede hacer
concretos ligeros empleando agregados ligeros especiales y espumas. Estos
concretos ligeros inclusive pueden flotan en el agua.
Para pequeños trabajos o reparaciones, la mezcla del concreto se puede
hacer a mano, pero solo las mezcladoras mecánicas garantizan una composición
uniforme del concreto. La proporción recomendada para la mayoría de usos a
pequeña escala como pisos, aceras, calles, calzadas, patios y piscinas, es la
mezcla 1:2:3, o sea una parte de cemento, dos partes de arena y tres partes de
piedrín.
Cuando la superficie del concreto se ha endurecido necesita un tratamiento
especial, ya sea humedeciéndola o cubriéndola con agua o con materiales que
retengan la humedad, como: capas impermeables, capas plásticas, sacos
húmedos o arena. También hay pulverizadores especiales. Cuanto más tiempo se
mantenga húmedo el concreto, será más resistente y durará más.
Cuando hace calor, el concreto ya fundido, debe mantenerse húmedo por lo
menos tres días, y en lugares muy fríos no se debe congelar por lo menos,
durante la fase inicial de endurecimiento. Para ello se cubre con una lona
alquitranada o con otros productos que ayudan a mantener el calor.
Clasificación
En general, se llaman conglomerantes hidráulicos aquellos que, amasados
con el agua fraguan, endurecen y son prácticamente estables en contacto con él.
Los conglomerados hidráulicos más importantes son los “Cementos”.
- Cemento
Los cementos son productos que amasados con agua fraguan y endurecen
formándose nuevos compuestos resultantes de reacciones de hidratación que son
estables tanto al aire como sumergidos en agua.
Hay varios tipos de cementos. Las propiedades de cada uno de ellos están
íntimamente asociadas a la composición química de sus componentes
iniciales, que se expresa en forma de sus óxidos, y que según cuales sean
formaran compuestos resultantes distintos en las reacciones de hidratación.
Cada tipo de cemento está indicado para unos usos determinados; también
las condiciones ambientales determinan el tipo y clase del cemento afectando a la
durabilidad de los hormigones. Los tipos y denominaciones de los cementos y sus
componentes están normalizados y sujetos a estrictas condiciones. La norma
española establece los siguientes tipos: cementos comunes, los resistentes a los
sulfatos, los resistentes al agua de mar, los de bajo calor de hidratación, los
cementos blancos, los de usos especiales y los de aluminato de calcio. Los
cementos comunes son el grupo más importante y dentro de ellos el portland es el
habitual.
Además del tipo de cemento, el segundo factor que determina la calidad del
cemento, es su clase o resistencia a compresión a 28 días. Esta se determina en
un mortero normalizado y expreso la resistencia mínima, la cual debe ser siempre
superada en la fabricación del cemento. No es lo mismo, ni debe confundirse la
resistencia del cemento con la del hormigón, pues la del cemento corresponde a
componentes normalizados y la del hormigón dependerá de todos y cada uno de
sus componentes. Pero si el hormigón está bien dosificado a mayor resistencia del
cemento corresponde mayor resistencia del hormigón. La norma española
establece las siguientes clases de resistencias:
Especificaciones de las diversas clases de cementos
Clase de Resistencia (N/mm²) Fraguado Expansión
resistencia (mm)
a 2
días
a 7
díasa 28 días
Inicio
(minutos)
Final
(horas)
32,5N >16,032,5—
52,5>75,0 <12,0 <10,0
32,5R >10,032,5—
52,5>75,0 <12,0 <10,0
42,5N >10,042,5—
62,5>60,0 <12,0 <10,0
42,5R >20,042,5—
62,5>60,0 <12,0 <10,0
52,5N >20,0 >52,5 >45,0 <12,0 <10,0
52,5R >30,0 >52,5 >45,0 <12,0 <10,0
N = Resistencia inicial normal. R = Alta resistencia inicial.
Este cuadro es aplicable a los cementos comunes, es decir, al portland,
a los portland con adiciones, a los siderúrgicos, a los puzolánicos y a los compuestos.
El cemento se encuentra en polvo y la finura de su molido es determinante
en sus propiedades conglomerantes, influyendo decisivamente en la velocidad de
las reacciones químicas de su fraguado y primer endurecimiento. Al mezclarse con
el agua los granos de cemento se hidratan sólo en una profundidad de 0,01 mm,
por lo que si los granos fuesen muy gruesos el rendimiento de la hidratación sería
pequeño al quedar en el interior un núcleo inerte. Sin embargo una finura excesiva
provoca una retracción y calor de hidratación elevados. Además dado que las
resistencias aumentan con la finura hay que llegar a una solución de compromiso,
el cemento debe estar finamente molido pero no en exceso.
El almacenamiento de los cementos a granel se realiza en silos estancos
que no permitan la contaminación del cemento y deben estar protegidos de la
humedad. En los cementos suministrados en sacos, el almacenamiento debe
Esquema de un horno rotativo donde se mezcla y calcina la caliza y la arcilla para formar el clinker de cemento.
Clinker de cemento antes de su molienda.
realizarse en locales cubiertos, ventilados, protegidos de la lluvia y del sol.19Un
almacenamiento prolongado puede provocar la hidratación de las partículas más
finas por meteorización perdiendo su valor hidráulico y que supone un retraso del
fraguado y disminución de resistencias.
Cemento portland
El cemento portland se obtiene al calcinar
a unos 1.500 °C mezclas preparadas
artificialmente de calizas y arcillas. El
producto resultante, llamado clinker, se
muele añadiendo una cantidad adecuada
de regulador de fraguado, que suele ser piedra de yeso natural.
62,5% de CaO (cal combinada), un 21% de
SiO2 (sílice), un 6,5% de Al2O3 (alúmina), un
2,5% de Fe2O3 (hierro) y otros minoritarios.
Estos cuatro componentes son los
principales del cemento, de carácter básico
la cal y de carácter ácido los otros tres. Estos
componentes no se encuentran libres en el
cemento, sino combinados formando
silicatos, aluminatos y ferritos cálcicos, que
son los componentes hidráulicos del mismo o
componentes potenciales. Un clinker de cemento portland de tipo medio contiene:
Silicato tricálcico (3CaO·SiO2).................................. 40% a 50%
Silicato bicálcico (2CaO·SiO2).................................. 20% a 30%
Aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3)............................ 10% a 15%
Aluminatoferrito tetracálcico (4CaO·Al2O3·Fe2O3)....... 5% a 10%
Las dos principales reacciones de hidratación, que originan el proceso de
fraguado y endurecimiento son:
2(3CaO·SiO2) + (x+3)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO·SiO2) + (x+1)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + Ca(OH)2
El silicato tricálcico es el compuesto activo por excelencia del
cemento pues desarrolla una resistencia inicial elevada y un calor de
hidratación también elevado. Fragua lentamente y tiene un
endurecimiento bastante rápido. En los cemento de endurecimiento
rápido y en los de alta resistencia aparece en una proporción
superior a la habitual.
El silicato bicálcico es el que desarrolla en el cemento la resistencia
a largo plazo, es lento en su fraguado y en su endurecimiento. Su
estabilidad química es mayor que la del silicato tricálcico, por ello los
cementos resistentes a los sulfatos llevan un alto contenido de
silicato bicálcico.
El aluminato tricálcico es el compuesto que gobierna el fraguado y
las resistencias a corto. Su estabilidad química es buena frente al
agua de mar pero muy débil a los sulfatos. Al objeto de frenar la
rápida reacción del aluminato tricálcico con el agua y regular el
tiempo de fraguado del cemento se añade al clinker piedra de yeso.
El aluminatoferrito tetracálcico no participa en la resistencia
mecánica, su presencia es necesaria por el aporte de fundentes de
hierro en la fabricación del clinker.
Áridos
Acopio de áridos de tamaño6-10 mm para la fabricación de hormigón.
Los áridos deben poseer por lo
menos la misma resistencia y
durabilidad que se exija al hormigón.
No se deben emplear calizas blandas,
feldespatos, yesos, piritas o rocas
friables o porosas. Para la durabilidad
en medios agresivos serán mejores los
áridos silíceos, los procedentes de la
trituración de rocas volcánicas o los de
calizas sanas y densas.
El árido que tiene mayor responsabilidad en el conjunto es la arena.
Según Jiménez Montoya no es posible hacer un buen hormigón sin una
buena arena. Las mejores arenas son las de río, que normalmente son
cuarzo puro, por lo que aseguran su resistencia y durabilidad.
Con áridos naturales rodados, los hormigones son más trabajables y
requieren menos agua de amasado que los áridos de machaqueo,
teniéndose además la garantía de que son piedras duras y limpias. Los
áridos machacados procedentes de trituración, al tener más caras de
fractura cuesta más ponerlos en obra, pero se traban mejor y se refleja en
una mayor resistencia.
Si los áridos rodados están contaminados o mezclados con arcilla, es
imprescindible lavarlos para eliminar la camisa que envuelve los granos y
que disminuiría su adherencia a la pasta de hormigón. De igual manera los
áridos de machaqueo suelen estar rodeados de polvo de machaqueo que
supone un incremento de finos al hormigón, precisa más agua de amasado
y darán menores resistencias por lo que suelen lavarse.
Los áridos que se emplean en hormigones se obtienen mezclando
tres o cuatro grupos de distintos tamaños para alcanzar una granulometría
óptima. Tres factores intervienen en una granulometría adecuada: el
tamaño máximo del árido, la compacidad y el contenido de granos finos.
Cuando mayor sea el tamaño máximo del árido, menores serán las
necesidades de cemento y de agua, pero el tamaño máximo viene limitado
por las dimensiones mínimas del elemento a construir o por la separación
entre armaduras, ya que esos huecos deben quedar rellenos por el
hormigón y, por tanto, por los áridos de mayor tamaño. En una mezcla de
áridos una compacidad elevada es aquella que deja pocos huecos; se
consigue con mezclas pobres en arenas y gran proporción de áridos
gruesos, precisando poca agua de amasado; su gran dificultad es
conseguir compactar el hormigón, pero si se dispone de medios suficientes
para ello el resultado son hormigones muy resistentes. En cuanto al
contenido de granos finos, estos hacen la mezcla más trabajable pero
precisan más agua de amasado y de cemento. En cada caso hay que
encontrar una fórmula de compromiso teniendo en cuenta los distintos
factores. Las parábolas de Fuller y de Bolomey dan dos familias de curvas
granulométricas muy utilizadas para obtener adecuadas dosificaciones de
áridos.
Agua
El agua empleada en el mezclado del concreto debe ser limpia y no
debe contener cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, álcalis, sales,
materia orgánica u otras sustancias nocivas al concreto o al acero de
refuerzo.
Para el caso de concretos que contengan elementos embutidos de
aluminio, el agua de mezclado, incluyendo la porción aportada como
humedad libre en los agregados, no debe contener cantidades perjudiciales
del ión cloruro según se establece en el Artículo 4.4.
En las mezclas de concreto se debe usar agua que satisfaga la Norma
Venezolana 2385, preferiblemente potable, a menos que se satisfagan las
siguientes condiciones:
a. La dosificación se ha obtenido con base en mezclas de concreto de
resultados conocidos, hechas con agua del mismo origen;
b. Los cubos de ensayo de mortero alcancen resistencias a los 7 y 28
días, por lo menos iguales al 90 por ciento de las resistencias de cubos
similares hechos con agua potable. La comparación de los ensayos de
resistencia se efectuará sobre morteros idénticos en todos sus
componentes, con excepción del agua de mezclado, preparados y ensayos
de acuerdo con la Norma Venezolana 484
El agua de amasado interviene en las reacciones de hidratación del
cemento. La cantidad de la misma debe ser la estricta necesaria, pues la
sobrante que no interviene en la hidratación del cemento se evaporará y
creará huecos en el hormigón disminuyendo la resistencia del mismo.
Puede estimarse que cada litro de agua de amasado de exceso supone
anular dos kilos de cemento en la mezcla. Sin embargo una reducción
excesiva de agua originaría una mezcla seca, poco manejable y muy difícil
de colocar en obra. Por ello es un dato muy importante fijar
adecuadamente la cantidad de agua.
Durante el fraguado y primer endurecimiento del hormigón se añade
el agua de curado para evitar la desecación y mejorar la hidratación del
cemento.
Ambas, el agua destinada al amasado, como la destinada al curado
deben ser aptas para cumplir su función. El agua de curado es muy
importante que sea apta pues puede afectar más negativamente a las
reacciones químicas cuando se está endureciendo el hormigón.
Normalmente el agua apta suele coincidir con la potable y están
normalizados una serie de parámetros que debe cumplir. Así en la
normativa está limitado el pH, el contenido en sulfatos, en ion cloro y los
hidratos de carbono.
Cuando una masa es excesivamente fluida o muy seca hay peligro
de que se produzca el fenómeno de la segregación (separación del
hormigón en sus componentes: áridos, cemento y agua). Suele
presentarse cuando se hormigona con caídas de material superiores a los
2 metros.
Principales fuentes de variación de la resistencia del concreto
a) Causas de las alteraciones de la relación agua / cemento
- Control deficiente de las proporciones de dosificación de cualquiera
de los materiales componentes de la mezcla Incluidos los aditivos,
especialmente falta de exactitud en la medida del agua.
- Cambios no controlados en la humedad de los agregados,
especialmente si estos cambios son de magnitud importante y/o brusca.
- Alteraciones de la granulometría de los agregados, especialmente en
el contenido de ultrafinos (polvo, arcilla y otros).
- Variaciones en la calidad intrínseca de los agregados, como forma de
la partícula, capacidad de absorción de agua y otros.
- Variaciones en la calidad del cemento ya se está usando,
principalmente si hay cambios de marca de este producto.
- Variaciones en la eficiencia de los aditivos, si es que se usan.
- Cambios no controlados de las condiciones ambientales en que se
hace la mezcla, principalmente de la temperatura ya que la trabajabilidad
de la mezcla cambia con ella. Para que no se altere la resistencia, se
deben compensar estos cambios modificando el diseño (dósis de cemento)
y no en base a alterar la proporción de agua.
- Adición de agua no prevista, la cual se hace necesaria para poder
colocar concreto que perdió trabajabilidad debido a tiempos de transporte y
espera prolongados más de lo previsto.
b) Alteraciones por segregación
- Deficiencias en el mezclado debidas a mal funcionamiento o mal
manejo de la mezcladora.
- Transporte inapropiado que produzca segregaciones en la mezcla,
principalmente separaciones entre los granos gruesos de los agregados y
la parte final del concreto, debidos a sedimentación diferencial, o al
trasvase no adecuado de un recipiente a otro, o a la circulación por
canaletas, correas transportadoras y otro.
c) Alteraciones no detectadas por los ensayos
- Mala práctica de colocación del material que produzca segregación,
especialmente por dejarlo caer a los encofrados desde alturas excesivas, o
por tener que circular el concreto dentro del encofrado a distancias largas y
por caminos difíciles (pequeñas secciones, exceso de armaduras u otros
obstáculos).
- Vibración inadecuada que deja partes del material sin compactarse
adecuadamente o bien con segregación debida a exceso de vibración.
- Desencofrado prematuro que permita la deformación y agrietamiento
del elemento estructural.
- Mala práctica de curado que permite que el concreto se deseque a
una edad en que todavía necesita agua para desarrollar sus resistencias.
Notas:
T1. Las muestras pueden ser tomadas a la salida de la mezcladora, a la
llegada a la obra o en el momento en que el concreto va a ser colocado;
por lo tanto las alteraciones debidas al transporte y a la espera podrán o no
influir en los ensayos, según el lugar o momento de la toma de la muestra.
T2. En realidad las deficiencias del mezclado pueden quedar solo
parcialmente detectadas por los ensayos, debido a que el premezclado de
la muestra que se hace posteriormente a su toma, puede suavizar en parte
la heterogeneidad, especialmente si el volumen de muestra es
considerable. Cuando hay problemas de este tipo, se recomienda las
pruebas específicas de eficiencia del mezclado (véase Norma COVENIN
633).
Principales fuentes de variación de los ensayos
- Toma inadecuada de la muestra que haga que se obtenga como tal una
parte segregada de la mezcla que no corresponda a la calidad real del
producto.
- Remezclado inadecuado de la muestra y toma para la confección de
las probetas de ensayo por parte no homogéneas de esa muestra
segregada por la propia operación de muestreo.
- Moldes de calidad deficiente; desgastados, deformados o hechos de
materiales no apropiados o que pierdan por las juntas agua o pasta.
- Técnicas inadecuadas de llenado y compactación de los moldes en
las que no se cumplen estrictamente los requisitos normativos, incluidas las
características de la barra compactadora.
- Alteración del material de las probetas por inadecuado traslado
prematuro de las mismas que pueden sufrir golpeteo o vibración por el
transporte.
- Conservación de las probetas antes de ser desmoldadas, en
ambientes de temperaturas extremas, alejadas de las exigidas por las
normas. Si los moldes están tapados las temperaturas altas producen un
aceleramiento del desarrollo de resistencias y si por el contrario están
destapados se produce una desecación que da resistencias iniciales altas
(24 horas) pero que disminuye la calidad del concreto a la edad normativa
de 28 días.
- Conservación de las probetas en algunos lapsos de tiempo entre el
desmoldado y el ensayo en ambientes apropiados, principalmente en
cuanto a temperatura; como sucede cuando hay retardos en el transporte
de las probetas al laboratorio o cuando el ambiente de curado en este lugar
no es apropiado.
- Desecación excesiva de las probetas por escalas del ambiente
húmedo de conservación mucho tiempo antes del ensayo, o por
mantenerlas durante este lapso en un ambiente desecante.
- Capas de refrentado excesivamente gruesas y/o mal colocadas.
- Mala ejecución del ensayo en sí mismo por mal centrado de la
probeta en la prensa de ensayo, aplicación de la carga a velocidad
inconveniente, a golpes de carga por mal manejo de las prensas manuales
o deficiencia de las mismas.
- Prensas mal calibradas que pueden marcar cargas diferentes de las
que están aplicando en realidad.
LA ARENA
La arena debe ser limpia porque cualquier material extraño afecta la
resistencia del concreto. La arena sucia se conoce al frotarla entre las manos, ya
que deja residuos de barro o tierra. En estos casos se debe lavar hasta que el
agua salga clara. COMISIÓN NACIONAL DE EMERGENCIA: No deben usarse
arenas de un solo grano, sino de granos gruesos, medianos y finos. No deben
emplearse arenas muy finas, Preferiblemente se debe emplear la arena de río
para hacer el concreto.
LA PIEDRA
Quebrada de un solo tamaño y el diámetro nunca debe ser mayor que la
distancia libre entre el acero de refuerzo y la pared de la formaleta o del bloque.
En el concreto corriente se emplea la mezcla de piedras tercera y cuarta. En las
vigas corona y de fundación de la casa de un piso debe considerarse
especialmente el grueso de la piedra porque se trabaja con paredes
delgadas que hacen difícil el paso de la piedra grande entre la armadura.
Tamaños de piedra quebrada:
Piedra quinta: 1 cm (3/8″)
Piedra cuartilla: 1.9 cm (3/4″)
Piedra cuarta: 2.5 cm (1″)
Piedra tercera: 3.7 cm (1 1/27
Para la mezcla de concreto de vigas y columnas (concreto estructural), se
recomienda utilizar piedra cuartilla o un agregado con tamaño máximo de 3/4″. La
piedra tercera puede emplearse en el concreto ciclópeo mezclándola con piedra
cuarta. El concreto usado para rellenar los huecos de los bloques necesita piedra
quinta como máximo.
Otros componentes minoritarios
Los componentes básicos del hormigón son cemento, agua y áridos;
otros componentes minoritarios que se pueden incorporar son: adiciones,
aditivos, fibras, cargas y pigmentos.
Pueden utilizarse como componentes del hormigón los aditivos y
adiciones, siempre que mediante los oportunos ensayos, se justifique que
la sustancia agregada en las proporciones y condiciones previstas produce
el efecto deseado sin perturbar excesivamente las restantes características
del hormigón ni representar peligro para la durabilidad del hormigón ni para
la corrosión de las armaduras.
Las adiciones son materiales inorgánicos, puzolánicos o con
hidraulicidad latente que, finamente molidos, pueden ser añadidos al
hormigón en el momento de su fabricación, con el fin de mejorar
alguna de sus propiedades o conferirle propiedades especiales. La
EHE recoge únicamente la utilización de las cenizas volantes y
el humo de sílice, determinando sus limitaciones.
Los aditivos son sustancias o productos que se incorporan al
hormigón, antes o durante el amasado, produciendo la modificación de
alguna de sus características, de sus propiedades habituales o de su
comportamiento.
Los aditivos para ser usados en concreto estarán sometidos a la
aprobación previa por escrito del Ingeniero Inspector. Deben tener
probada su capacidad de mantener esencialmente la misma
composición y tener el mismo comportamiento durante la ejecución de
los trabajos, demostrado al establecer las proporciones del concreto,
de acuerdo con el Artículo 5.3 de esta Norma. (Norma Covenin)
Limitaciones
En concreto reforzado o en los concretos que contengan elementos
de aluminio embutidos, así como en concretos vaciados contra
moldes de metal galvanizado que no deban ser retirados, no se
deben emplear aditivos que contengan cloruro de calcio u otros
cloruros. En estos casos, solo se admite en el concreto la presencia
de iones cloruro que eventualmente sean aportados por las
impurezas de los ingredientes del aditivo.
Especificaciones
Los aditivos incorporadores de aire deben cumplir con la Norma
Venezolana 357
Los aditivos reductores de agua, retardadores, aceleradores de
fraguado o de acciones combinadas, deben cumplir con la Norma
Venezolana 356.
ACERO DE REFUERZO
Resistencia
De conformidad con lo establecido en el Artículo 1.5, en los
planos debe indicarse claramente la clasificación del acero conforme
con la Norma Venezolana 316, y la resistencia cedente especificada
y del acero de refuerzo con la cual se ha diseñado cada parte de la
estructura.
Las barras utilizadas como acero de refuerzo que deban
resistir las solicitaciones debidas a la acción sísmica, en miembros
de sistemas aporticados, miembros de borde de muros y dinteles,
deben ser del tipo W. También se podrán utilizar los otros tipos de
aceros establecidos en la Norma Venezolana 316 siempre que
cumplan con los siguientes requisitos:
a. La resistencia cedente real (fy*) determinada mediante
ensayos regulados, no debe exceder a la resistencia cedente
especificada (fy) en más de un 25%;
b. La resistencia de agotamiento real en tracción (fsu*)
determinada mediante ensayos regulados, debe exceder la
resistencia cedente real (fy*), por lo menos en un 25%;
c. En ningún caso, el alargamiento a la rotura determinado
mediante ensayos regulados, será menor que el 12%.
Barras
El refuerzo debe estar constituido por barras con resaltes, con
las características indicadas en la Tabla 3.6.2, con la salvedad
anotada en la Subsección 3.6.2.1 para el uso de barras lisas. Las
barras con resaltes y las barras lisas, deben cumplir con la Norma
Venezolana 316.
Tabla 3.6.2 Características de las barras de refuerzo
DESIGNACIÓN DIÁMETRO(1)
mm
ÁREA (1)
cm2
PESO (1)
kgf/mNº (2) Milímetros (3)
-- 6M 6,00 0,28 0,222
-- 8M 8,00 0,50 0,394
3 -- 9,53 0,71 0,559
-- 10M 10,00 0,78 0,617
-- 12M 12,00 1,13 0,888
4 -- 12,70 1,27 0,994
-- 14M 14,00 1,54 1,208
5 -- 15,88 1,98 1,554
-- 16M 16,00 2,01 1,577
6 -- 19,05 2,85 2,237
-- 20M 20,00 3,14 2,465
7 -- 22,22 3,88 3,044
-- 25M 25,00 4,91 3,854
8 -- 25,40 5,07 3,977
9 -- 28,65 6,45 5,059
-- 32M 32,00 8,04 6,309
10 32,26 8,17 6,403
11 -- 35,81 10,07 7,906
-- 36M 36,00 10,18 7,981
-- 40M 40,00 12,57 9,850
14 -- 43,00 14,52 11,383
-- 45M 45,00 15,90 12,482
-- 56M 56,00 24,63 19,334
18 -- 57,33 25,81 20,237
(1) Las dimensiones de una barra con resaltes son equivalentes a las de una barra lisa que tenga el mismo peso pormetro.
(2) Los números (Nº) utilizados para designar las barras, están basados en el número de octavos de pulgadasComprendidos en el diámetro nominal. El área nóminal de la barra N° 9 es la de un cuadrado de lado 1 pulgada; para labarra N° 10 es la de un cuadrado de lado 1 1/8 de pulgada; para la barra N° 11 es la de un cuadrado de lado 1 1/4 depulgada; para la barra Nº 14 es la de un cuadrado de lado 1 ½ pulgada y para la barra Nº 18 es la de un cuadrado delado 2 pulgadas.
(3) Se han intercalados los números de designación de las barras basados en el diámetro nominal en milímetrosSeguido de la letra M como indicación de unidades correspondiente al Sistema Internacional, SI.
Barras lisas
El empleo de las barras lisas debe limitarse a: refuerzo helicoidal o transversal
en columnas o pilotes, refuerzos de retracción y temperatura y barras pasa
juntas en pavimentos de concreto. Únicamente podrán usarse como refuerzo
longitudinal a flexión, cuando conformen una malla de alambres electro soldado.
Alambres
Los alambres tendrán las características indicadas en la Tabla 3.6.3.
Tabla 3.6.3 Características de los alambres
Diámetro Área cm2 Peso kgf/m5,0 0,196 0,1545,5 0,238 0,1876,0 0,283 0,2226,5 0,332 0,2607,0 0,385 0,3028,0 0,503 0,3959,0 0,636 0,50010,0 0,785 0,61711,0 0,950 0,74612,0 1,131 0,888
Los alambres lisos o con resaltes para refuerzo del concreto deben cumplir con
la Norma Venezolana 505. El diámetro del alambre con resaltes no debe ser
menor que 5,0 mm.
Agregados
Estos constituyen del 60 al 80 por ciento del volumen del concreto. Como
áridos o materiales inertes, ya sea finos o gruesos, pueden emplearse arenas y
gravas naturales o procedentes de la trituración de piedra que reúnan en igual o
superior grado, las características que se le exijan al concreto diseñado o
proyectado. No conviene emplear áridos que procedan de rocas calizas blandas,
ya que son solubles y expuestas a fisuras por acciones del agua; feldespato
porque son rocas cristalizadas de color blanco o rosa, que expuestas al agua se
descomponen lentamente, quedando convertidas en base arcillosa; yesos, por ser
solubles al agua: piritas, por ser rocas escamosas que tienden a resquebrarse;
rocas friales, por ser rocas con muchas fisuras que tienden a desmoronarse; y ni
rocas porosas, por tener poca resistencia.
El tamaño nominal máximo del agregado, como se dijo anteriormente, no
será de más de un quinto de la separación menor entre los lados de la cimbra, de
un tercio del peralte de la losa, o de tres cuartos del espaciamiento mínimo libre
entre varillas individuales de refuerzo.
En cuanto a las arenas a utilizar, son mejores las provenientes de rios, a las
extractadas de minas y pueden emplearse en concreto armado, previo lavado con
agua dulce.
Con aridos triturados pueden obtenerse concretos mas resistentes debido a
que la pasta de cemento se adhiere mejor a la piedra por tener la superficie mas
rugosa. Los aridos deben estar exentos de sustancias perjudiciales tales como,
arcillas, limos y materiales organicas. La forma del grano tiene influencia en la
calidad del concreto. Las piedras partidas se acuñan y pueden dejar huecos de no
hacerse un asentado energico, se necesitara mas cantidad de agua para su
amasado y colocacion, que con pierdas de cantos rodados.
La humedad de los aridos tiene mucha importancia en la dosificacion de
concretos. Al dosificar el agua de amasado de un concreto es necesario tener en
cuenta la humedad de los aridos. La densidad de un arido es una buena medidad
de su calidad; una baja densidad suele corresponder a aridos poco resistentes y
porosos.
En el estudio de los concretos se emplea el peso especifico realm el
elemental y el aparente. Peso especifico real es la relacion entre el peso de una
muestra de arido seco y el volumen elemental o tal de la misma. Peso especifico
aparente o peso libre es la relacion entre el peso de una muestra de arido seco y
su volumen aparente(varia con la forma del recipiente).
Un concreto sera tanto mas resistente cuanto mayor sea la compacidad o
densidad del arido empleado. Compacidad es la relacion entre volumen real y
volumen de aparente de una muestra de arido.
Cálculo y proyecto
Antes de construir cualquier elemento de hormigón deben calcularse las
cargas a que estará sometido y, en función de las mismas, se determinarán las
dimensiones de los elementos y calidad de hormigón, la disposición y cantidad
de las armaduras en los mismos.
El cálculo de una estructura de hormigón consta de varias etapas. Primero
se realizan una serie de simplificaciones en la estructura real transformándola en
una estructura ideal de cálculo. Después se determinan las cargas que va a
soportar la estructura, considerando en cada punto la combinación de cargas que
produzca el efecto más desfavorable. Por último se dimensiona cada una de las
secciones para que pueda soportar las solicitaciones más desfavorables.
Una vez calculada la estructura se redacta el proyecto, que es el conjunto
de documentos que sirve para la realización de la obra y que detalla los
elementos a construir. En el proyecto están incluidos los cálculos realizados.
También incluye los planos donde figuran las dimensiones de los elementos a
ejecutar, la tipificación de los hormigones previstos y las características
resistentes de los aceros a emplear.
Fabricación
Es muy importante conseguir la mezcla óptima en las proporciones precisas
de áridos de distintos tamaños, cemento y agua. No hay una mezcla óptima que
sirva para todos los casos. Para establecer la dosificación adecuada en cada
caso se debe tener en cuenta la resistencia mecánica, factores asociados a la
fabricación y puesta en obra, así como el tipo de ambiente a que estará
sometido.
Hay muchos métodos para dosificar previamente el hormigón, pero son solo
orientativos. Las proporciones definitivas de cada uno de los componentes se
suelen establecer mediante ensayos de laboratorio, realizando correcciones a lo
obtenido en los métodos teóricos.
Se señalan brevemente los aspectos básicos que hay que determinar:
La Resistencia característica (fck) se fija en el proyecto.
La selección del tipo de cemento se establece en función de las aplicaciones del
hormigonado (en masa, armado, pretensado, prefabricado, de alta resistencia,
desencofrado rápido, hormigonados en tiempo frío o caluroso, etc.) y del tipo de
ambiente a que estará expuesto.
El tamaño máximo del árido interesa que sea el mayor posible, pues a mayor
tamaño menos agua necesitará ya que la superficie total de los granos de áridos
a rodear será más pequeña. Pero el tamaño máximo estará limitado por los
espacios que tiene que ocupar el hormigón fresco entre dos armaduras cercanas
o entre una armadura y el encofrado.
La consistencia del hormigón se establece en función del tamaño de los huecos
que hay que rellenar en el encofrado y de los medios de compactación previstos.
La cantidad de agua por metro cúbico de hormigón. Conocida la consistencia, el
tamaño máximo del árido y si la piedra es canto rodado o de machaqueo es
inmediato establecer la cantidad de agua que se necesita.
La relación agua/cemento depende fundamentalmente de la resistencia del
hormigón, influyendo también el tipo de cemento y los áridos empleados.
Conocida la cantidad de agua y la relación agua /cemento, determinamos la
cantidad de cemento. Conocida la cantidad de agua y de cemento, el resto serán
áridos.
Determinar la composición granulométrica del árido, que consiste en determinar
los porcentajes óptimos de los diferentes tamaños de áridos disponibles. Hay
varios métodos, unos son de granulometría continua, lo que significa que
interviene todos los tamaños de áridos, otros son de granulometría discontinua
donde falta algún tamaño intermedio de árido.
Determinada la dosificación más adecuada, en la planta de hormigón hay que
medir los componentes, el agua en volumen, mientras que el cemento y áridos
se miden en peso.
Los materiales se amasan en hormigonera o amasadora para conseguir
una mezcla homogénea de todos los componentes. El árido debe quedar bien
envuelto por la pasta de cemento. Para conseguir esta homogeneidad, primero
se vierte la mitad de agua, después el cemento y la arena simultáneamente,
luego el árido grueso y por último el resto de agua.
Para el transporte al lugar de empleo se deben emplear procedimientos que
no varíen la calidad del material, normalmente camiones hormigonera. El tiempo
transcurrido no debe ser superior a hora y media desde su amasado. Si al llegar
donde se debe colocar el hormigón, este ha empezado a fraguar debe
desecharse.
Puesta en obra
Colocación de armaduras
Las armaduras deben estar limpias y sujetarse al encofrado y entre sí de forma que mantengan la posición prevista sin moverse en el vertido y compactación del hormigón. Para ello se colocan calzos o distanciadores en número suficiente que permitan mantener la rigidez del conjunto.
Las distancias entre las diversas barras de armaduras deben mantener una separación mínima que está normalizada para permitir una correcta colocación del hormigón entre las barras de forma que no queden huecos o coqueras durante la compactación del hormigón.
De igual manera el espacio libre entre las barras de acero y el encofrado, llamado recubrimiento, debe mantener una separación mínima, también normalizada, que permita el relleno de este espacio por el hormigón. Este espacio se controla por medio de separadores que se colocan entre la armadura y el encofrado.
Encofrado
El encofrado debe contener y soportar el hormigón fresco durante su endurecimiento manteniendo la forma deseada sin que se deforme. Suelen ser de madera o metálicos y se exige que sean rígidos, resistentes, estancos y limpios. En su montaje deben quedar bien sujetos de forma que durante la consolidación posterior del hormigón no se produzcan movimientos.
Antes de reutilizar un encofrado debe limpiarse bien con cepillos de alambre eliminando los restos de mortero que se hayan podido adherir a la superficie. Para facilitar el desencofrado se suelen aplicar al encofrado productos desencofrantes; estos deben estar exentos de sustancias perjudiciales para el hormigón.
Colocación y compactación
El vertido del hormigón fresco en el interior del encofrado debe efectuarse evitando que se produzca la segregación de la mezcla. Para ello se debe evitar verterlo desde gran altura, hasta un máximo de dos metros de caída libre y no se debe desplazar horizontalmente la masa.
Se coloca por capas o tongadas horizontales de espesor reducido para permitir una buena compactación (hasta 40 cm en hormigón en masa y 60 cm en hormigón armado). Las distintas capas o tongadas se consolidan sucesivamente, trabando cada capa con la anterior con el medio de compactación que se emplee y sin que haya comenzado a fraguar la capa anterior.
Para conseguir un hormigón compacto, eliminando sus huecos y para que se obtenga un completo cerrado de la masa, hay varios sistemas de consolidación. El picado con barra, que se realiza introduciéndola sucesivamente, precisa hormigones de consistencias blandas y fluidas y se realiza en obras de poca importancia resistente. La compactación por golpeo repetido de un pisón se emplea en capas de 15 o 20 cm de espesor y mucha
superficie horizontal. La compactación por vibrado es la habitual en hormigones resistentes y es apropiada en consistencias secas.
El vibrador más utilizado es el de aguja, un cilindro metálico de 35 a 125 mm de diámetro cuya frecuencia varía entre 3.000 y 12.000 ciclos por minuto. La aguja se dispone verticalmente en la masa de hormigón fresco, introduciéndose en cada tongada hasta que la punta penetre en la capa anterior y cuidando de no tocar las armaduras pues la vibración podría separar la masa de hormigón de la armadura. Mediante el vibrado se reduce el aire contenido en el hormigón sin compactar que se estima del orden del 15 al 20% hasta un 2-3% después del vibrado.
Curado
El curado es una de las operaciones más importantes en el proceso de puesta en obra por la influencia decisiva que tiene en la resistencia del elemento final. Durante el fraguado y primer endurecimiento se producen pérdidas de agua por evaporación, formándose huecos capilares en el hormigón que disminuyen su resistencia. En particular el calor, la sequedad y el viento provocan una evaporación rápida del agua incluso una vez compactado. Es preciso compensar estas pérdidas curando el hormigón añadiendo abundante agua que permita que se desarrollen nuevos procesos de hidratación con aumento de la resistencia.
Hay varios procedimientos habituales para curar el hormigón. Desde los que protegen del sol y del viento mediante tejadillos móviles, plásticos; mediante riegos de agua en la superficie; la inmersión en agua empleada en prefabricación; los productos de curado aplicados por pulverización; los pulverizados a base de resinas forman una película que impide la evaporación del agua, se trata de uno de los sistemas más eficaces y más costosos.
FRAGUADO DEL CONCRETO
El proceso de endurecimiento (fraguado) del concreto se debe a la
combinación del agua con las partículas de cemento (hidratación). El control de
estas condiciones es vital en el primer proceso de endurecimiento. Por esta
razón un concreto bien proporcionado, si no tiene la humedad necesaria,
será de baja calidad, porque secará rápidamente. Para que el
endurecimiento o fraguado se complete adecuadamente es indispensable
durante los primeros 7 días mantenerlo húmedo. Este proceso dura por lo
menos 28 días, tiempo necesario para obtener un endurecimiento natural y lograr
la calidad requerida. Cabe mencionar que un buen fraguado no corregirá los
problemas que resultarían de usar elementos (arena, piedra, cemento)
inadecuados o mal proporcionados.
Desencofrado y acabados
La retirada de los encofrados se realiza cuando el hormigón ha alcanzado el suficiente endurecimiento. En los portland normales suele ser un periodo que oscila entre 3 y 7 días.
Una vez desencofrado hay que reparar los pequeños defectos superficiales normalmente huecos o coqueras superficiales. Si estos defectos son de grandes dimensiones o están en zonas críticas resistentes puede resultar necesario la demolición parcial o total del elemento construido.
Es muy difícil que queden bien ejecutadas las aristas vivas de hormigón, por ello es habitual biselarlas antes de su ejecución. Esto se hace incorporando en las esquinas de los encofrados unos biseles de madera llamados berenjenos.
MANEJO Y COLOCACIÓN DEL CONCRETO
Los métodos de vaciados y vibración del concreto deben ser realizados de
manera que lo mantengan uniforme y libre de imperfecciones. Esta etapa del
trabajo es la más crítica de toda la operación de vaciado de concreto. Los métodos
adecuados de vaciado no sólo evitarán las segregaciones y porosidades o
cangrejeras, sino que evitarán la adhesión entre las capas; disminuirán las grietas
de contracción y producirán estructuras de buena apariencia.
El vaciado del concreto sobre un talud, debe comenzar por abajo y las
operaciones de acabado deben demorarse un tanto para evitar desprendimientos.
Deben usarse reglas pesadas y polvo adherido para asegurar el correcto
acabado.
La colocación debe efectuarse en forma continua mientras el concreto se
encuentra en estado plástico, evitando la formación de juntas frías. Los elementos
monolíticos se colocarán en capas horizontales que no excedan los 50 cm. de
espesor y que sean capaces de ser unidas por vibración. El objetivo principal de
este proceso es evitar la segregación para lo que se hace uso de mangueras,
chutes, etc. El llenado sólo debe detenerse al llegar a una junta la cual se ubica de
modo que el concreto vaciado en dos etapas no reduzca la resistencia del
elemento. Estas juntas deben ser indicadas por el proyectista y no improvisadas
en obra. El código del ACI (ACI-6.4) indica que para reiniciar el vaciado, debe
limpiarse la superficie del concreto endurecido, humedecerla y retirar el agua en
exceso. No se debe hacer uso de lechada de cemento. Para garantizar la
transmisión de fuerzas cortantes se suele dejar rugosa la superficie de contacto.
En losas y vigas, las juntas se suelen ubicar en el tercio central de la luz donde el
momento de flexión es máximo y la fuerza cortante, mínima. Vigas, losas, paneles
y capiteles deben ser vaciados simultáneamente, a menos que se especifique lo
contrario y se tomen las previsiones del caso. Estos elementos horizontales no
deben colarse hasta que el concreto de las columnas y muros que los soportan
haya fraguado.
La compactación o vibrado del concreto consiste en eliminar el exceso de
aire atrapado en la mezcla, logrando una masa uniforme que se distribuya
adecuadamente en el encofrado y alrededor del refuerzo. Este proceso también es
de suma importancia para conseguir un buen concreto. La compactación puede
efectuarse manualmente mediante el chuceo o haciendo uso de vibradores. Los
vibradores son de varios tipos: interno o de inmersión, externos y de superficie.
Los primeros actúan sumergidos en el concreto y son los más efectivos por estar
en contacto directo con el concreto fresco, transmitiéndole toda su energía. Los
vibradores externos se fijan a la parte exterior del encofrado que está en contacto
con el concreto. No son tan efectivos como los primeros pues parte de su energía
es absorbida por el encofrado. Los vibradores de superficie se usan para
compactar losas, pisos y pavimentos pues dejan de ser efectivos para
profundidades mayores a 30 cm. Pueden ser planchas o reglas vibradoras. Las
últimas se apoyan en los encofrados laterales y cuentan con vibradores,
generalmente cada 60 ó 90 cm.
El vertido y colocación del hormigón deben efectuarse de manera que no
se produzca la disgregación de la mezcla. El peligro de disgregación es mayor, en
general, cuando más grueso es el árido y más discontinua su granulometría,
siendo sus consecuencias tanto peores cuando menos es la sección del elemento
que se recomienda.
a) El vertido no debe efectuarse desde gran altura (uno a dos metros
como máximo en caída libre), procurando que su dirección sea vertical y evitando
desplazamiento horizontales de la masa. El hormigón debe ir dirigido durante el
vertido, mediante canaletas u otros dispositivos que impidan su choque libre
contra el encofrado o las armaduras.
b) La colocación se efectuará por capas o tongadas horizontales de
espesor inferior al que permite una buena compactación de la masa (en general,
de 20 a 30 cm, sin superar los 40 cm cuando se trate de hormigón en masa, ni los
60 cm en hormigón armado). Las distintas capas se consolidarán sucesivamente,
“cosiendo” cada una a la anterior con el medio de compactación que se emplee y
sin que transcurra mucho tiempo entre capas para evitar que la masa se seque o
comience a fraguar.
c) No se arrojará el hormigón con pala a gran distancia, ni se distribuirá
con rastrillos para no disgregarlo, ni se le hará avanzar más de un metro dentro
de los encofrados.
d) En las piezas muy armadas y, en general, cuando las condiciones de
colocación son difíciles, puede ser conveniente, para evitar coqueras y falta de
adherencia con las armaduras, colocar primero una capa de dos o tres
centímetros del mismo hormigón pero exento del árido grueso, vertiendo
inmediatamente después el hormigón ordinario.
e) En el hormigonado de superficies inclinadas, el hormigón fresco tiene
tendencia a correr o deslizar hacia abajo, especialmente bajo el efecto de la
vibración. Si el espesor de la capa y la pendiente son grandes, es necesario
utilizar un encofrado superior. Caso contrario, puede hormigonarse sin este contra
encofrado colocando el hormigón de abajo a arriba, por roscar, cuyo volumen y
distancia a la parte ya compactada deben calcularse de forma que el hormigón
ocupe su lugar definitivo después de una corta acción del vibrador.
PUESTA EN OBRA CON BOMBA
El bombeo del hormigón para su puesta en obra es un método cómodo, que
está alcanzando gran desarrollo.
El hormigón bombeado requiere un contenido en cemento no menor de 300
kg/m3 y utilizar arena y árido grueso que no sean de machaqueo. La dosificación
del hormigón debe hacerse en peso. Conviene utilizar un plastificante o
fluidificante y emplear consistencias plástico-blandas.
Resulta adecuado el empleo de cemento puzolánico, por la plasticidad que
confiere al hormigón.
El tamaño máximo del árido no debe exceder de ¼ de diámetro de la
tubería si es metálica, o de 1/3 si es de plástico. No deben emplearse tuberías de
aluminio, material que reacciona con los álcalis del cemento.
En la colocación debe evitarse la proyección directa del chorro de hormigón
sobre las armaduras; hay que vigilar que el hormigón no aparezca segregado a
causa del aire comprimido; y deben adoptase precauciones en materia de
seguridad de los operarios.
Colocación en condiciones normales:
El hormigonado de toda obra de ingeniería y de cada uno de los elementos que lo
constituyen necesita de un cierto grado de planificación previa a su ejecución,
tanto más compleja cuanto más irregular sea su forma geométrica.
Esta planificación debe considerar, con mayor o menor detalle, como mínimo los
siguientes puntos:
a) etapas de hormigonado
b) acceso a cada elemento
c) distribución del hormigón
En la forma que se señala a continuación:
a) Etapas de hormigonado. De preferencia antes de iniciar el hormigonado de
la obra, debe efectuarse un estudio de las etapas en que se subdividirá para su
construcción. Estas etapas quedarán definidas por algunas de las superficies que
limitan la obra por condiciones de su diseño, terreno natural o superficies
terminales de la obra, y por juntas de construcción elegidas voluntariamente.
Para la ubicación de las juntas de construcción deben considerarse principalmente
dos aspectos:
Que el volumen que definan para cada etapa sea adecuado a la capacidad de
hormigonado disponible en la obra, de manera que alcance a ser colocado en un
turno de trabajo como máximo
Que se dispongan de acurdo a las especificaciones del proyecto o a buenas
prácticas estructurales. Para este último objeto, es conveniente tener en
consideración que las juntas de construcción, por muy buen tratamiento que
reciban, constituyen puntos débiles para la transmisión de esfuerzos,
principalmente de corte y de tracción, motivo por el cual su ubicación debe ser de
preferencia donde dichos esfuerzos sean mínimos para las obras de hormigón
armado y simple, respectivamente.
b) Acceso a cada elemento. Los equipos previstos para el transporte del hormigón
deben tener acceso a todas las tapas consideradas para la construcción de la
obra. Estos accesos deben planearse de acuerdo al alcance de dichos equipos y a
la forma en que se ha revisto distribuir el hormigón n el interior de la etapa.
C) Distribución del hormigón. El hormigón debe ser distribuido en todo el volumen
de la etapa, d manera que se cumplan las siguientes condiciones:
Que en ningún punto se produzca el endurecimiento del hormigón ya colocado
antes de quedar cubierto por hormigón fresco. Es decir, deben evitarse las así
denominadas “pegas frías”, pues éstas atentan contra el monolitismo y, por ende,
la seguridad estructural del elemento.
Que la distribución se efectúe en forma ordenada y avanzando en capas de un
espesor compatible con el equipo de compactación utilizado, de manera que no
haya puntos en que el hormigón no haya recibido una adecuada compactación.
El cumplimiento de estas condiciones puede hacer necesario disponer en el
interior de la etapa de elementos adicionales para la distribución del hormigón,
tales como canoas cortas, tubos o mangas o, en su efecto, efectuarla mediante
paleo.
Adicionalmente, debe planificarse la forma de efectuar el avance de cada capa de
hormigonado, que se ejecuta principalmente de dos maneras:
Mediante capas que abarquen toda la superficie de la etapa
Mediante capas colocadas en forma escalonada
La elección de la modalidad condicionada por la forma del elemento y la
capacidad de hormigonado disponible, puesto que la primera, si bien requiere de
mayor capacidad, conduce normalmente a una mayor simplicidad en la colocación
del hormigón.
Producción Mundial del Concreto
La producción mundial del cemento fue de más de 2.500 millones de toneladas en 2007. Estimando una dosificación de cemento entre 250 y 300 kg de cemento por metro cúbico de hormigón, significa que se podrían producir de 8.000 a 10.000 millones de metros cúbicos, que equivalen a 1,5 metros cúbicos de hormigón por persona. Ningún material de construcción ha sido usado en tales cantidades y en un futuro no parece existir otro material de construcción que pueda competir con el hormigón en magnitud de volumen.
Producción mundial de cemento (miles de toneladas)
País 2005 2006 2007 2008
China 1.040.000 1.200.000 1.300.000 1.388.400
India 145.000 155.000 160.000 177.000
EEUU 101.000 99.700 96.400 87.600
Japón 69.600 69.900 70.000 62.800
Rusia 48.700 54.700 59.000 53.600
Rep. Corea 51.400 55.000 55.000 53.900
España 50.300 54.000 50.000 80.100
Italia 46.400 43.200 44.000 43.000
México 36.000 40.600 41.000 47.600
Brasil 36.700 39.500 40.000 51.900
TOTAL MUNDIAL 2.310.000 2.550.000 2.600.000 2.840.000
Los datos de 2007 son estimados.37
CONCLUSIÓN
Es necesario que el ingeniero y el estudiante comprendan los conceptos
básicos del concreto para que tenga un buen criterio en el diseño de este
material. El concreto es un material heterogéneo que depende de unas
numerosas variables, como lo es la calidad de cada uno de los materiales
componentes de que está formado, de las proporciones en que estos son
mezclados entre sí y de las operaciones de mezclado, transporte, colocación y
curado. Esto da lugar a que aun para una misma clase y tipo de concreto, este
presente una cierta variabilidad en sus propiedades, la forma más eficiente para
considerar y manejar la variabilidad del concreto, es mediante procedimientos
estadísticos.
Aunque desde los primeros casos del concreto siempre hubo interés por su
durabilidad fue en las últimas 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.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.sencamer.gob.ve/sencamer/normas/1976-
03.pdf
http://www.arquitectosrp.com/archivo/download/Covenin
%200277-2000%20Concreto,%20Agregados,
%20Requisitos.pdf
http://www.cemex.com/ES/ProductosServicios/
ConcretoPremezclado.aspx
http://es.scribd.com/doc/36266049/Mas-Sobre-Concreto
http://eccs.mex.tl/897971_1-01---Propiedades-del-
Concreto-y-sus-Componentes.html