concreto y cemento

TEMA:

COMCRETO Y CEMENTO

ALUMNO:

HONORES BALCAZAR, CARLOS ANDRE

DOCENTE:

ING. JOSE HIDALGO RODRIGUEZ

CURSO:

QUMICA

CICLO:

TERCERO

MAYO-2012

Escuela Profesional de Ingeniera Civil Escuela Profesional de Ingeniera Civil Qumica Universidad Alas PeruanasQumica Universidad Alas Peruanas

INDICE

INTRODUCCIN

I. CONCRETO

I.I CONCRETO RECIEN MEZCLADO

I.II MEZCLADO

I.III TRABAJABILIDAD

I.IV CONSOLIDACION

I.V HIDRATACION, TIEMPO DE FRAGUADO, ENDURECIMIENTO

I.VI CONCRETO ENDURECIDO

I.VI.I CURADO HUMEDO

I.VI.II VELOCIDAD DE SECADO DE

CONCRETO

I.VII RESISTENCIA

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I.VIII PESO UNITARIO

I.VIIII REISITENCIA A CONGELACION Y DEHIELO

I.IX PERMEABILIDAD Y HERMITICIDAD

I. XI RESISTENCIA AL DESGASTE

I. XII ESTABILIDAD VOLUMETRICA

I. XIII CONTROL DE AGRETAMIENTO

I. XIV AGUA DE MEZCLADO PARA EL CONCRETO

I. XV GRANULO METRIA

II. CEMENTO

II.I TIPOS DE CEMENTO

II.II PROPIEDADES GENERALES DEL CEMENTO

II.III PROCESO DE FABRICACION

II.IV ALMACENAMIENTO

CONCLUSION

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INTRODUCCIN

El concreto es la mezcla del cemento, agregados inertes (arena y grava) y

agua, la cual se endurece despus de cierto tiempo formando una piedra

artificial. Los elementos activos del concreto son el agua y el cemento de los

cuales ocurre una reaccin qumica que despus de fraguar alcanza un estado

de gran solidez, y los elementos inertes, que son la arena y la grava cuya

funcin es formar el esqueleto de la mezcla, ocupando un gran porcentaje del

volumen final del producto, abaratndolo y disminuyendo los efectos de la

reaccin qumica, como se podr detallar en la siguiente monografa.

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I.CONCRETO

El concreto es bsicamente 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 reaccin qumica 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 tamaos

de partcula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son

aquellos cuyas partculas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta

152 mm. El tamao mximo de agregado que se emplea comnmente es el de

19 mm o el de 25 mm.

La pasta est 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 est 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 tamao mximo del

agregado grueso.

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Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen

total del concreto, su seleccin es importante. Los agregados deben consistir

en partculas con resistencia adecuada as como resistencias a condiciones de

exposicin 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 granulometra continua de tamaos de

partculas.

La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En

un concreto elaborado adecuadamente, cada partcula de agregado est

completamente cubierta con pasta y tambin todos los espacios entre

partculas de agregado.

(A)

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Figura 1 1 Variacin de las proporciones en volumen absoluto de los materiales usados en el concreto. Las barras 1 y 3 representan mezclas ricas con agregados pequeos. 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 est determinada por la cantidad de agua

utilizada en la relacin con la cantidad de Cemento. A continuacin se presenta

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

Se incrementa la resistencia a la compresin y a la flexin.

Se tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad y menor

absorcin.

Se incrementa la resistencia al intemperismo.

Se logra una mejor unin entre capas sucesivas y entre el concreto y el

esfuerzo.

Se reducen las tendencias de agregamientos por contraccin.

Entre menos agua se utilice, se tendr una mejor calidad de concreto a

condicin que se pueda consolidar adecuadamente. Menores cantidades de

agua de mezclado resultan en mezclas ms rgidas; pero con vibracin, aun las

mezclas ms rgidas pueden ser empleadas. Para una calidad dada de

concreto, las mezclas ms rgidas son las ms econmicas. Por lo tanto, la

consolidacin del concreto por vibracin permite una mejora en la calidad del

concreto y en la economa.

Las propiedades del concreto en estado fresco (plstico) y endurecido, se

puede modificar agregando aditivos al concreto, usualmente en forma lquida,

durante su dosificacin. Los aditivos se usan comnmente para ajustar el

tiempo de fraguado o endurecimiento, reducir la demanda de agua, aumentar

la trabajabilidad, incluir intencionalmente aire, y ajustar otras propiedades del

concreto.

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Despus de un proporcionamiento adecuado, as como, dosificacin,

mezclado, colocacin, consolidacin, acabado, y curado, el concreto

endurecido se transforma en un material de construccin resistente, no

combustible, durable, resistencia al desgaste y prcticamente impermeable que

requiere poco o nulo mantenimiento. El concreto tambin es un excelente

material de construccin porque puede moldearse en una gran variedad de

formas, colores y texturizados para ser usado en un nmero ilimitado de

aplicaciones.

I.I. CONCRETO RECIEN MEZCLADOEl concreto recin mezclado debe ser plstico o semifluido y capaz de ser

moldeado a mano. Una mezcla muy hmeda de concreto se puede moldear en

el sentido de que puede colocarse en una cimbra, pero esto no entra en la

definicin de " plstico " aquel material que es plegable y capaz de ser

moldeado o formado como un terrn de arcilla para moldar.

En una mezcla de concreto plstico todos los granos de arena y las piezas de

grava o de piedra que eran encajonados y sostenidos en suspensin. Los

ingredientes no estn predispuestos a segregarse durante el transporte; y

cuando el concreto endurece, se transforma en una mezcla homognea de

todos los componentes. El concreto de consistencia plstica 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 prctica de la

construccin, los elementos delgados de concreto y los elementos del concreto

fuertemente reforzados requieren de mezclas trabajables, pero jams de

mezclas similares a una sopa, para tener facilidad en su colocacin. Se

necesita una mezcla plstica para tener resistencia y para mantener su

homogeneidad durante el manejo y la colocacin. Mientras que una mezcla

plstica es adecuada para la mayora con trabajos con concreto, se puede

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utilizar aditivos superfluidificantes para adicionar fluidez al concreto en

miembros de concretos delgados o fuertemente reforzados.

I.II. MEZCLADO

Los 5 componentes bsicos del concreto se muestran separadamente en la

figura " A " para asegurarse que estn combinados en una mezcla homognea

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 as

producir concreto de calidad. Las diferentes secuencias requieren ajustes en el

tiempo de adicionamiento de agua, en el nmero total de revoluciones del

tambor de la mezcladora, y en la velocidad de revolucin.

Otros factores importantes en el mezclado son el tamao de la revoltura en la

relacin al tamao del tambor de la mezcladora, el tiempo transcurrido entre la

dosificacin y el mezclado, el diseo, la configuracin y el estado del tambor

mezclador y las paletas. Las mezcladoras aprobadas, con operacin y

mantenimiento correcto, aseguran un intercambio de materiales de extremo a

extremo por medio de una accin de rolado, plegado y amasado de la revoltura

sobre si misma a medida que se mezcla el concreto.

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I.III. TRABAJABILIDAD

La facilidad de colocar, consolidar y acabar al concreto recin mezclado. Se

denomina trabajabilidad.

El concreto debe ser trabajable pero no se debe segregar excesivamente. El

sangrado es la migracin de el agua hacia la superficie superior del concreto

recin mezclado provocada por el asentamiento de los materiales Slidos

Cemento, arena y piedra dentro de la masa. El asentamiento es consecuencia

del efecto combinado del la vibracin y de la gravedad.

Un sangrado excesivo aumenta la relacin Agua-Cemento cerca de la

superficie superior, pudiendo dar como resultado una capa superior dbil de

baja durabilidad, particularmente si se lleva a cabo las operaciones de acabado

mientras est presente el agua de sangrado. Debido a la tendencia del

concreto recin mezclado a segregarse y sangrar, es importante transportar y

colocar cada carga lo ms cerca posible de su posicin final. El aire incluido

mejor a la trabajabilidad y reduce la tendencia del concreto fresco de

segregarse y sangrar.

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I.IV. CONSOLIDACION

La vibracin pone en movimiento a las partculas en el concreto recin

mezclado, reduciendo la friccin entre ellas y dndole a la mezcla las

cualidades movilies de un fluido denso. La accin vibratoria permite el uso de la

mezcla dura que contenga una mayor proporcin de agregado grueso y una

menor proporcin de agregado fino. Empleando un agregado bien graduado,

entre mayor sea el tamao mximo del agregado en el concreto, habr que

llenar pasta un menor volumen y existir una menor rea superficial de

agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad

menor de agua y de cemento es necesaria. con una consolidacin adecuada

de las mezclas ms duras y speras pueden ser empleadas, lo que tiene como

resultado una mayor calidad y economa.

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 ms duras y speras se adquieren todos los

beneficios del vibrado.

El vibrado mecnico tiene muchas ventajas. Los vibradores de alta frecuencia

posibilitan la colocacin econmica de mezclas que no son facilites de

consolidar a mano bajo ciertas condiciones.

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I.V. HIDRATACION, TIEMPO DE FRAGUADO, ENDURECIMIENTO

La propiedad de liga de las pastas de cemento Portland se debe a la reaccin

qumica entre el cemento y el agua llamada hidratacin.

El cemento Portland no es un compuesto qumico simple, sino que es una

mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o ms de el

peso del cemento Portland y son: el silicato tricalcico, el silicato dicalcico, el

aluminiato tricalcico y el aluminio ferrito tetracalcico. Adems de estos

componentes principales, algunos otros desempean papeles importantes en el

proceso de hidratacin. 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 mayora de los compuestos

individuales del cemento se pueden identificar y se puede determinar sus

cantidades. Sin embargo, los granos ms pequeos evaden la deteccin visual.

El dimetro promedio de una partcula de cemento tpica es de

aproximadamente 10 micras, o una centsima de milmetro. Si todas las

partculas de cemento fueran las promedio, el cemento Portland contendra

aproximadamente 298,000 millones de granos por kilogramo, pero de hecho

existen unos 15 billones de partculas debido al alto rango de tamaos de

partcula. Las partculas en un kilogramo de cemento Portland tienen un rea

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 hidrxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este ltimo

es con mucho el componente cementante ms importante en el concreto. Las

propiedades ingenieriles del concreto, - fraguado y endurecimiento, resistencia

y estabilidad dimensional - principalmente dependen del gel del hidrato de

silicato de calcio. Es la medula del concreto.

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La composicin qumica del silicato de calcio hidratado es en cierto modo

variable, pero contiene cal (CaO) y silice (Si02), en una proporcin sobre el

orden de 3 a 2. El rea superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos

3000 metros cuadrados por gramo. Las partculas son tan diminutas que

solamente ser vistas en microscopio electrnico. En la pasta de cemento ya

endurecida, estas partculas forman uniones enlazadas entre las otras fases

cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; tambin se adhieren

a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el

conjunto. La formacin de esta estructura es la accin 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 est en la parte solida de la pasta, en

su mayora en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas.

Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho ms 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 plstico y trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente

mayor que la que se requiere para la completa hidratacin del cemento. La

relacin mnima Agua Cemento (en peso) para la hidratacin 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 til para planear la construccin. En invierno, el calor de

hidratacin ayudara a proteger el concreto contra el dao provocado por

temperaturas de congelacin. 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 ms de la

mitad de su calor total de hidratacin en tres das. El cemento tipo 3, de alta

resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo porcentaje de su calor

en mucho menos de tres das. El cemento tipo 2, un cemento de calor

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moderado, libera menos calor total que los otros y deben pasar ms de tres

das para que se libere nicamente la mitad de ese calor. El uso de cemento

tipo 4, cemente Portland de bajo calor de hidratacin, se debe de tomar en

consideracin donde sea de importancia fundamental contar con un bajo calor

de hidratacin.

Es importante conocer la velocidad de reaccin entre el cemento y el agua

porque la velocidad de terminada el tiempo de fraguado y de endurecimiento.

La reaccin inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al

transporte y colocacin del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha

sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rpido. El

yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del

Clinker, acta como regulador de la velocidad inicial de hidratacin del cemento

Portland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratacin incluyen la

finura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la

temperatura de los materiales en el momento del mezclado.

I.VI. CONCRETO ENDURECIDO

I.VI.I. CURADO HUMEDO

El aumento de resistencia continuara con la edad mientras est presente algo

de cemento sin hidratar, a condicin de que el concreto permanezca hmedo o

tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanezca

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 congelacin, la hidratacin y el aumento de

resistencia virtualmente se detiene.14


Si se vuelve a saturar el concreto luego de un periodo de secado, la hidratacin

se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar. Sin embargo lo mejor es aplicar

el curado hmedo 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 difcil de restaurar.

I.VI.II. VELOCIDAD DE SECADO DE CONCRETO

El concreto 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 nicamente est relacionado con la

hidratacin y el endurecimiento de manera indirecta. Al secarse el concreto,

deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicacin de que

haya experimentado la suficiente hidratacin para lograr las propiedades fsicas

deseadas.

El conocimiento de la velocidad de secado es til para comprender las

propiedades o la condicin fsica del concreto. Por ejemplo, tal como se

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menciono, el concreto debe seguir reteniendo suficiente humedad durante todo

el periodo de curado para que el cemento pueda hidratarse. El concreto recin

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 nicamente mientras la humedad relativa en ese punto se

mantenga por encima del 80%.

La superficie de un piso de concreto que no ha tenido suficiente curado

hmedo es una muestra comn. Debido a que se seca rpidamente, el

concreto de la superficie es dbil y se produce descascaramiento en partculas

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 contraccin por secado es una causa fundamental de agrietamiento, y le

ancho de las grietas es funcin del grado del secado.

En tanto que la superficie del concreto se seca rpidamente, al concreto en el

interior le lleva mucho ms tiempo secarse.

Note que luego de 114 das de secado natural el concreto aun se encuentra

muy hmedo en su interior y que se requiere de 850 das para que la humedad

relativa en el concreto descendiera al 50%.

El contenido de humedad en elementos delgados de concreto que han sido

secados 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 tamao del elemento de concreto.

El tamao y la forma de un miembro de concreto mantienen una relacin

importante como la velocidad de secado. Los elementos del concreto de gran

rea superficial en relacin a su volumen (tales como losas de piso) se secan

con mucho mayor rapidez que los grandes volmenes de concreto con ares

superficiales relativamente pequeas (tales como los estribos de puentes).

Muchas otras propiedades del concreto endurecido se ven tambin afectadas

por su contenido de humedad; en ellas incluye la elasticidad, flujo plstico,

valor de aislamiento, resistencia al fuego, resistencia al desgaste,

conductividad elctrica, durabilidad.

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I.VII. RESISTENCIA

La resistencia a la compresin se puede definir como la mxima resistencia

medida de un espcimen de concreto o de mortero a carga axial.

Generalmente se expresa en kilogramos por centmetro cuadrado (Kg/cm2) a

una edad de 28 das se le designe con el smbolo f c. Para determinar la

resistencia a la compresin, se realizan pruebas especmenes de mortero o de

concreto; en los Estados Unidos, a menos de que se especifique de otra

manera, los ensayes a compresin de mortero se realizan sobre cubos de 5

cm. en tanto que los ensayes a compresin del concreto se efectan sobre

cilindros que miden 15 cm de dimetro y 30 cm de altura.

La resistencia del concreto a la compresin es una propiedad fsica

fundamental, y es frecuentemente empleada en los clculos para diseo de

puente, de edificios y otras estructuras. El concreto de uso generalizado tiene

una resistencia a la compresin entre 210 y 350 kg/cm cuadrado. un concreto

de alta resistencia tiene una resistencia a la compresin de cuando menos 420

kg/cm cuadrado. Resistencia de 1,400 kg/cm cuadrado se ha llegado a utilizar

en aplicaciones de construccin.

La resistencia a la flexin del concreto se utiliza generalmente al disear

pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la compresin se

puede utilizar como ndice de la resistencia a la flexin, una vez que entre ellas

se ha establecido la relacin emprica para los materiales y el tamao del

elemento en cuestin. La resistencia a la flexin, tambin llamada modulo de

ruptura, para un concreto de peso normal se aproxima a menudo de1.99 a 2.65

veces el valor de la raz cuadrada de la resistencia a la compresin.

El valor de la resistencia a la tensin del concreto es aproximadamente de 8%

a 12% de su resistencia a compresin y a menudo se estima como 1.33 a 1.99

veces la raz cuadrada de la resistencia a compresin.

La resistencia a la torsin para el concreto esta relacionada con el modulo de

ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto.

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La resistencia al cortante del concreto puede variar desde el 35% al 80% de la

resistencia a compresin. La correlacin existe entre la resistencia a la

compresin y resistencia a flexin, tensin, torsin, 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 smbolo E, se puedes definir

como la relacin del esfuerzo normal la deformacin correspondiente para

esfuerzos de tensin o de compresin por debajo del lmite de proporcionalidad

de un material. Para concretos de peso normal, E flucta entre 140,600 y

422,000 kg/cm cuadrado, y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de

la raz cuadrada de la resistencia a compresin.

Los principales factores que afectan a la resistencia son la relacin Agua

Cemento y la edad, o el grado a que haya progresado la hidratacin. Estos

factores tambin afectan a la resistencia a flexin y a tensin, as como a la

adherencia del concreto con el acero.

Las relaciones Edad Resistencia a compresin. Cuando se requiera de

valores ms precisos para el concreto se debern desarrollar curvas para los

materiales especficos y para las proporciones de mezclado que se utilicen en

el trabajo.

Para una trabajabilidad y una cantidad de cementos dados, el concreto con aire

incluido necesita menos agua de mezclado que el concreto sin aire incluido. La

menor relacin Agua Cemento que es posible lograr en un concreto con aire

incluido tiende a compensar las resistencias mnimas inferiores del concreto

con aire incluido, particularmente en mezclas con contenidos de cemento

pobres e intermedios.

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I.VIII. PESO UNITARIO

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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 cbico (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 tamao

mximo del agregado. Para el diseo de estructuras de concreto, comnmente

se supone que la combinacin del concreto convencional y de las barras de

refuerzo pesa 2400 kg/m3.

El peso del concreto seco iguala al peso del concreto recin mezclado menos

el peso del agua evaporable. Una parte del agua de mezclado se combina

qumicamente con el cemento durante el proceso de hidratacin,

transformando al cemento en gel de cemento. Tambin un poco de agua

permanece retenida hermticamente 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

caractersticas de absorcin de los agregados, y del tamao de la estructura.

Adems 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.

I.IX. RESISTENCIA A CONGELACION Y DESHIELO

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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 exposicin anticipadas. El factor de intemperismo mas

destructivo es la congelacin y el deshielo mientras el concreto se encuentra

hmedo, particularmente cuando se encuentra con la presencia de agentes

qumicos descongelantes. El deterioro provocado por el congelamiento del

agua en la pasta, en las partculas del agregado o en ambos.

Con la inclusin de aire es sumamente resistente a este deterioro. Durante el

congelamiento, el agua se desplaza por la formacin de hielo en la pasta se

acomoda de tal forma que no resulta perjudicial; las burbujas de aire en la

pasta suministran cmaras donde se introduce el agua y as se alivia la presin

hidrulica generada.

Cuando la congelacin ocurre en un concreto que contenga agregado

saturado, se pueden generar presiones hidrulicas nocivas dentro del

agregado. El agua desplazada desde las partculas del agregado durante la

formacin del hielo no puede escapar lo suficientemente rpido hacia la pasta

circundante para aliviar la presin. Sin embargo, bajo casi todas las

condiciones de exposicin, una pasta de buena calidad (de baja relacin Agua

Cemento) evitara que la mayor parte de las partculas de agregado se

saturen. Tambin, si la pasta tiene aire incluido, acomodara las pequeas

cantidades de agua en exceso que pudieran ser expulsadas por los agregados,

protegiendo as al concreto contra daos por congelacin y deshielo.

(1) El concreto con aire incluido es mucho ms resistente a los ciclos de

congelacin y deshielo que el concreto sin aire incluido, (2) el concreto con una

relacin Agua Cemento baja es mas durable que el concreto con una relacin

Agua Cemento alta, (3) un periodo de secado antes de la exposicin a la

congelacin y el deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la

congelacin y deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la

congelacin y el deshielo del concreto con aire incluido , pero no beneficia de

manera significativa al concreto sin aire incluido. El concreto con aire incluido

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con una relacin Agua Cemento baja y con un contenido de aire de 4% a 8%

soportara un gran nmero de ciclos de congelacin y deshielo sin presentar

fallas.

La durabilidad a la congelacin y deshielo se puede determinar por el

procedimiento de ensaye de laboratorio ASTM C 666, " Estndar 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 nmero de ciclos de

congelacin 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

"Estndar Test Method for Scaling Resistance of Concrete Surface Exposed to

Deicing Chemicals".

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I.X. PERMEABILIDAD Y HERMITICIDAD

El concreto empleado en estructuras que retengan agua o que estn expuestas

a mal tiempo o a otras condiciones de exposicin severa debe ser virtualmente

impermeable y hermtico. 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 migracin de agua a travs del

concreto cuando el agua se encuentra a presin, o a la capacidad del concreto

de resistir la penetracin de agua u atrs sustancias (liquido, gas, iones, etc.).

Generalmente las mismas propiedades que convierten al concreto menos

permeable tambin lo vuelven ms hermtico.

La permeabilidad total del concreto al agua es una funcin de la permeabilidad

de la pasta, de la permeabilidad y granulometra del agregado, y de la

proporcin relativa de la pasta con respecto al agregado. la disminucin de

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permeabilidad mejora la resistencia del concreto a la restauracin, a l ataque

de sulfatos y otros productos qumicos y a la penetracin del ion cloruro.

La permeabilidad tambin afecta la capacidad de destruccin por

congelamiento en condiciones de saturacin. Aqu 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 relacin Agua

Cemento y del agregado de hidratacin del cemento o duracin del curado

hmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere de una relacin Agua

Cemento baja y un periodo de curado hmedo adecuado. Inclusin de aire

ayuda a la hermeticidad aunque tiene un efecto mnimo 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 comnmente

utilizadas como agregado para concreto vara 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 disco de mortero sin aire

incluido de 2.5cm de espesor a una presin de agua de 1.4 kg/cm cuadrado.

En estos ensayes, no existieron fugas de agua a travs del disco de mortero

que tena relacin Agua Cemento en peso iguales a 0.50 o menores y que

hubieran tenido un curado hmedo de siete das. Cuando ocurrieron fugas,

estas fueron mayores en los discos de mortero hechos con altas relaciones

Agua Cemento. Tambin, para cada relacin Agua Cemento, las fugas

fueron menores a medida que se aumentaba el periodo de curado hmedo. En

los discos con una relacin agua cemento de 0.80 el mortero permita fugas a

pesar de haber sido curado durante un mes. Estos resultados ilustran

claramente que una relacin Agua - cemento baja y un periodo de curado

reducen permeabilidad de manera significativa.

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Las relaciones Agua Cemento bajas tambin reducen la segregacin y el

sangrado, contribuyendo adicionalmente a la hermeticidad. Para ser hermtico,

el concreto tambin debe estar libre de agrietamientos y de celdillas.

Ocasionalmente el concreto poroso concreto sin finos que permite fcilmente

el flujo de agua a travs de s mismo se disea 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 tambin se ha empleado en edificios a sus propiedades de aislamiento

trmico.

I.XI. RESISTENCIA AL DESGASTE

Los pisos, pavimentos y estructuras hidrulicas estn sujetos al desgaste; por

tanto, en estas aplicaciones el concreto debe tener una resistencia elevada a la

abrasin. Los resultados de pruebas indican que la resistencia a la abrasin o

desgaste est estrechamente relacionada con la resistencia la compresin del

concreto. Un concreto de alta resistencia a compresin tiene mayor resistencia

a la abrasin que un concreto de resistencia a compresin baja. Como la

resistencia a la compresin depende de la relacin Agua Cemento baja, as

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 tambin tienen fuerte influencia en la resistencia al desgaste. Un

agregado duro es ms resistente a la abrasin que un agregado blando y

esponjoso, y una superficie que ha sido tratada con llana de metal resistente

ms el desgaste que una que no lo ha sido.

25


Se pueden conducir ensayes de resistencia a la abrasin rotando balines de

acero, ruedas de afilar o discos a presin sobre la superficie (ASTM 779). Se

dispone tambin de otros tipos de ensayes de resistencia a la abrasin (ASTM

C418 y C944).

I.XII. ESTABILIDAD VOLUMETRICA

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 hmedo se dilatara ligeramente.

Cuando se permite que seque, el concreto se contrae. El principal factor que

influye en la magnitud de la contraccin por el secado aumenta directamente

con los incrementos de este contenido de agua. La magnitud de la contraccin

tambin depende de otros factores, como las cantidades de agregado

empleado, las propiedades del agregado, tamao y forma de la masa de

concreto, temperatura y humedad relativa del medio ambiente, mtodo de

curado, grado de hidratacin, y tiempo. El contenido de cemento tiene un

efecto mnimo a nulo sobre la contraccin por secado para contenidos de

cemento entre 280 y 450 kg por metro cbico.

Cuando el concreto se somete a esfuerzo, se forma elsticamente. Los

esfuerzos sostenidos resultan en una deformacin adicional llamada fluencia.

La velocidad de la fluencia (deformacin por unidad de tiempo ) disminuye con

el tiempo.

26


I.XIII. CONTROL DE AGRIETAMIENTO

Las dos causas bsicas por las que se producen grietas en el concreto son (1)

esfuerzos debidos a cargas aplicadas y (2) esfuerzos debidos a contraccin por

secado o a cambios de temperatura en condiciones de restriccin

La contraccin por secado es una propiedad inherente e inevitable del

concreto, por lo que se utiliza acero de refuerzo colocado en una posicin

adecuada para reducir los anchos de grieta, o bien juntas que predetermine y

controlen la ubicacin de las grietas. Los esfuerzos provocados por las

fluctuaciones de temperatura pueden causar agrietamientos, especialmente en

edades tempranas.

27


Las grietas por contraccin 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 contraccin por de secado siempre es

mayor cerca de la superficie del concreto; las porciones hmedas interiores

restringen al concreto en las cercanas de la superficie con lo que se pueden

producir agrietamientos. Otras causas de restriccin son el acero de refuerzo

embebido en el concreto, las partes de una estructura interconectadas entre si,

y la friccin de la subrasante sobre la cual va colocado el concreto.

Las juntas son el mtodo ms efectivo para controlar agrietamientos. Si una

extensin considerable de concreto (una pared, losa o pavimento) no contiene

juntas convenientemente espaciadas que alivien la contraccin 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 separacin aslan a una losa de otros elementos e otra estructura

y le permiten tantos movimientos 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 construccin se colocan en los lugares donde ha concluido la

jornada de trabajo; separan reas de concreto colocado en distintos momentos.

En las losas para pavimentos, las juntas de construccin comnmente se

alinean con las juntas de control o de separacin, y funcionan tambin como

estas ltimas.

28


I.XIV. 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 a los siete das iguales a al

menos el 90% de especmenes 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 tambin pueden ser causa de

eflorescencia, manchado, corrosin del esfuerzo, inestabilidad volumtrica y

una menor durabilidad.

El agua que contiene menos de 2,000 partes de milln (ppm) de slidos

disueltos totales generalmente pueden ser utilizada de manera satisfactoria

29


para elaborar concreto. El agua que contenga ms de 2,000 ppm de slidos

disueltos deber 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 rpidos, 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

debern realizar pruebas para analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y

sobre la resistencia a los 28 das. Tambin se deber considerar la posibilidad

que se presenten reacciones lcali agregado graves.

CLORUROSLa 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 corrosin 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 qumico altamente alcalino (pH 12.5) presente en el

concreto.

Los cloruros se pueden introducir en el concreto, ya sea con los ingredientes

separados aditivos, agregados, cemento, y agua o atraves de la exposicin

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 reforzado o en un concreto que vaya a tener

embebido aluminio no deber contener cantidades nocivas de ion cloruro. Las

aportaciones de cloruros de los ingredientes distintos al agua tambin se

debern tomar en consideracin. Los aditivos de cloruro de calcio se debern

emplear con mucha precaucin.

30


El Reglamento de Construccin 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 reforzado.

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.

SULFATOSEl inters 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 ha empleado

satisfactoriamente aguas que contenan 10,000 ppm de sulfatos de sodio.

OTRAS SALES COMUNESLos carbonatos de calcio y de magnesio no son muy solubles en el agua y rara

vez 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 dainas 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

debern ser inferiores a 25,000 ppm.

SALES DE HIERRO31


Las aguas freticas naturales rara vez contienen ms 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, estao, zinc, cobre y plomo presentes en el agua

pueden provocar una reduccin considerable en la resistencia y tambin

grandes variaciones en el tiempo de fraguado. De estas, las ms 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 daina al concreto es el sulfuro de sodio; aun la

presencia de 100 ppm requiere de ensayes.

AGREGADO PARA CONCRETO

Los agregados finos y gruesos ocupan comnmente de 60% a 75% del

volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las

propiedades del concreto recin mezclados y endurecidos, en las proporciones

de la mezcla, y en la economa. Los agregados finos comnmente consisten en

arena natural o piedra triturada siendo la mayora de sus partculas menores

que 5mm. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinacin

de grava o agregado triturado cuyas partculas sean predominantemente

mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Algunos depsitos

naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, ri, lago o lecho

marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra

bola, guijarros, o grava de gran tamao. La escoria de alto horno enfriada al

aire y triturada tambin se utiliza como agregado grueso o fino.

32


1) Un material es una sustancia slida natural que tiene estructura interna

ordenada y una composicin qumica que vara dentro de los lmites muy

estrechos. Las rocas (que dependiendo de su origen se pueden clasificar como

gneas, sedimentarias o metamrficas), se componen generalmente de varios

materiales. Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otros

cuantos minerales; la mayor parte de las calizas consisten en calcita,

dolomita y pequeas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla. El

intemperismo y la erosin de las rocas producen partculas de piedra, grava,

arena, limo, y arcilla.

El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible

de agregados y una realidad econmica donde escaseen agregados de

calidad.

Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso

ingenieril optimo: deben consistir en partculas durables, limpias, duras,

resistentes y libres de productos qumicos absorbidos, recubrimientos de arcilla

y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratacin y la adherencia la

pasta del cemento. Las partculas de agregado que sean desmenuzables o

susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregados que contengan

cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de

materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno debern evitarse en

especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa

de defectos en la superficie tales como erupciones.

I.XV. GRANULOMETRIA

La granulometra es la distribucin de los tamaos de las partculas de un

agregado tal como se determina por anlisis de tamices (norma ASTM C

136). El tamao de partcula del agregado se determina por medio de tamices

de malla de alambre aberturas cuadradas. Los siete tamices estndar ASTM C

33 para agregado fino tiene aberturas que varan desde la malla No. 100(150

micras) hasta 9.52 mm.

33


Los nmeros de tamao (tamaos de granulometra), para el agregado grueso

se aplican a las cantidades de agregado (en peso), en porcentajes que pasan a

travs de un arreglo de mallas. Para la construccin de vas terrestres, la

norma ASTM D 448 enlista los trece nmeros de tamao de la ASTM C

33, ms otros seis nmeros de tamao para agregado grueso. La arena o

agregado fino solamente tiene un rango de tamaos de partcula.

La granulometra y el tamao mximo de agregado afectan las proporciones

relativas de los agregados as como los requisitos de agua y cemento, la

trabajabilidad, capacidad de bombeo, economa, porosidad, contraccin y

durabilidad del concreto.

GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS FINOS

Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamao mximo

del agregado grueso. En mezclas ms pobres, o cuando se emplean

agregados gruesos de tamao pequeo, la granulometra que ms se aproxime

al porcentaje mximo que pasa por cada criba resulta lo ms conveniente para

lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relacin agua cemento se

mantiene constante y la relacin de agregado fino a grueso se elige

correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometra sin

tener un efecto apreciable en la resistencia.

Entre ms uniforme sea la granulometra, mayor ser la economa.

34


Estas especificaciones permiten que los porcentajes mnimos (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 ms de 296 Kg de

cemento por metro cubico cuando el concreto no tenga inclusin de aire.

2): Que el modulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, el agregado

fino se deber 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 ndice de la finura del agregado entre mayor sea el

modo de finura, ms grueso ser el agregado.

El modulo de finura del agregado fino es til para estimar las proporciones de

los de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto.

GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS

El tamao mximo del agregado grueso que se utiliza en el concreto tiene su

fundamento en la economa. Comnmente se necesita ms agua y cemento

para agregados de tamao pequeo que para tamaos mayores, para

revenimiento de aproximadamente 7.5 cm para un amplio rango de tamaos de

agregado grueso.

35


El numero de tamao de la granulometra (o tamao de la granulometra). El

nmero de tamao se aplica a la cantidad colectiva de agregado que pasa a

travs de un arreglo mallas.

El tamao mximo nominal de un agregado, es el menor tamao de la malla

por el cual debe pasar la mayor parte del agregado. La malla de tamao

mximo nominal, puede retener de 5% a 15% del del agregado dependiendo

del nmero de tamao. Por ejemplo, el agregado de nmero de tamao 67

tiene un tamao mximo de 25 mm y un tamao mximo nominal de 19 mm.

De noventa a cien por ciento de este agregado debe pasar la malla de 19 mm y

todas sus partculas debern pasar la malla 25 mm.

Por lo comn el tamao mximo de las partculas de agregado no debe pasar:

1) Un quinto de la dimensin ms pequea del miembro de concreto.

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

3) Un tercio del peralte de las losas.

II.CEMENTO

Se denomina cemento a un conglomerante formado a partir de una mezcla

de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad

de endurecer al contacto con el agua. Mezclado con agregados ptreos

(grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plstica que

fragua y se endurece, adquiriendo consistencia ptrea,

36


denominada hormign (en Espaa, parte de Sudamrica y el Caribe hispano)

o concreto (en Mxico y parte de Sudamrica). Su uso est muy generalizado

en construccin e ingeniera civil.

II.I.TIPOS DE CEMENTO

Se pueden establecer dos tipos bsicos de cementos:

1. de origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en

proporcin 1 a 4 aproximadamente;

2. de origen puzolnico: la puzolana del cemento puede ser de origen

orgnico o volcnico.

Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composicin, por sus

propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos.

Desde el punto de vista qumico se trata en general de una mezcla de silicatos

y aluminatos de calcio, obtenidos a travs del cocido de calcreo, arcilla y

arena. El material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla

con agua se hidrata y solidifica progresivamente. Puesto que la composicin

qumica de los cementos es compleja, se utilizan terminologas especficas

para definir las composiciones.

EL CEMENTO PORTLAND

El poso de cemento ms utilizado como aglomerante para la preparacin

del hormign es el cemento portland, producto que se obtiene por la

pulverizacin del clinker portland con la adicin de una o ms formas de sulfato

de calcio. Se admite la adicin de otros productos siempre que su inclusin no

afecte las propiedades del cemento resultante. Todos los productos adicionales

deben ser pulverizados conjuntamente con el clinker. Cuando el cemento

portland es mezclado con el agua, se obtiene un producto de caractersticas

plsticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y 37


endurece progresivamente durante un perodo de varias semanas hasta

adquirir su resistencia caracterstica. El proceso de solidificacin se debe a un

proceso qumico llamado Hidratacin mineral.

Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcreo o cal) se

obtiene el cemento plstico, que fragua ms rpidamente y es ms fcilmente

trabajable. Este material es usado en particular para el revestimiento externo

de edificios.

Normativa

La calidad del cemento portland deber estar de acuerdo con la

norma ASTM C 150. En Europa debe estar de acuerdo con la norma EN 197-1.

En Espaa los cementos vienen regulados por la Instruccin para recepcin de

cemento RC-08, aprobado por el Real Decreto 956/2008 de 6 de junio.

38


CEMENTOS PORTLAND ESPECIALES

Los cementos portland especiales son los cementos que se obtienen de la

misma forma que el portland, pero que tienen caractersticas diferentes a causa

de variaciones en el porcentaje de los componentes que lo forman.

PORTLAND FRRICO

El portland frrico est caracterizado por un mdulo de fundentes de 0,64. Esto

significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene

introduciendo cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de

39


composicin comporta por lo tanto, adems de una mayor presencia de Fe2O3 (oxido ferroso), una menor presencia de 3CaOAl2O3 cuya hidratacin es la que

desarrolla ms calor. Por este motivo estos cementos son particularmente

apropiados para ser utilizados en climas clidos. Los mejores cementos frricos

son los que tienen un mdulo calcreo bajo, en efecto estos contienen una

menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya hidratacin produce la mayor cantidad de

cal libre (Ca (OH)2). Puesto que la cal libre es el componente mayormente

atacable por las aguas agresivas, estos cementos, conteniendo una menor

cantidad, son ms resistentes a las aguas agresivas.

CEMENTOS BLANCOS

Contrariamente a los cementos frricos, los cementos blancos tienen un

mdulo de fundentes muy alto, aproximadamente 10. Estos contienen por lo

tanto un porcentaje bajsimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a la falta del

hierro que le da una tonalidad griscea al Portland normal y un gris ms oscuro

al cemento frrico. La reduccin del Fe2O3 es compensada con el agregado

de fluorita (CaF2) y de criolita (Na3AlF6), necesarios en la fase de fabricacin en

el horno.para bajar la calidad del tipo de cemento que hoy en da hay 4: que

son tipo I 52,5, tipo II 52,5, tipo II 42,5 y tipo II 32,5;tambin llamado pavi) se le

suele aadir una cantidad extra de caliza que se le llama clinkerita para rebajar

el tipo, ya que normalmente el clinker molido con yeso sera tipo I.

40


CEMENTOS DE MEZCLASLos cementos de mezclas se obtienen agregando al cemento Portland normal

otros componentes como la puzolana. El agregado de estos componentes le da

a estos cementos nuevas caractersticas que lo diferencian del Portland

normal.

CEMENTO PUZOLNICO

Se denomina puzolana a una fina ceniza volcnica que se extiende

principalmente en la regin del Lazio y la Campania, su nombre deriva de la

localidad de Pozzuoli, en las proximidades de Npoles, en las faldas

del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado a las cenizas volcnicas en

otros lugares. Ya Vitrubio describa cuatro tipos de puzolana: negra, blanca,

gris y roja.

41


Mezclada con cal (en la relacin de 2 a 1) se comporta como el cemento

puzolnico, y permite la preparacin de una buena mezcla en grado de fraguar

incluso bajo agua.

Esta propiedad permite el empleo innovador del hormign, como ya haban

entendido los romanos: El antiguo puerto de Cosa (puerto) fue construido con

puzolana mezclada con cal apenas antes de su uso y colada bajo agua,

probablemente utilizando un tubo, para depositarla en el fondo sin que se

diluya en el agua de mar. Los tres muelles son visibles todava, con la parte

sumergida en buenas condiciones despus de 2100 aos.

La puzolana es una piedra de naturaleza cida, muy reactiva, al ser muy

porosa y puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolnico contiene

aproximadamente:

55-70% de clinker Portland

30-45% de puzolana

2-4% de yeso

Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca (OH)2), se tendr una menor

cantidad de esta ltima. Pero justamente porque la cal es el componente que

es atacado por las aguas agresivas, el cemento puzolnico ser ms resistente

al ataque de stas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3 est presente solamente

en el componente constituido por el clinker Portland, la colada de cemento

puzolnico desarrollar un menor calor de reaccin durante el fraguado. Este

42


cemento es por lo tanto adecuado para ser usado en climas particularmente

calurosos o para coladas de grandes dimensiones.

Se usa principalmente en elementos en las que se necesita alta

impermeabilidad y durabilidad.

CEMENTO SIDERRGICO

La puzolana ha sido sustituida en muchos casos por la ceniza de carbn

proveniente de las centrales termoelctricas, escoria de fundiciones o residuos

obtenidos calentando el cuarzo. Estos componentes son introducidos entre el

35 hasta el 80%. El porcentaje de estos materiales puede ser particularmente

elevado, siendo que se origina a partir de silicatos, es un material

potencialmente hidrulico. Esta debe sin embargo ser activada en un ambiente

alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Es por este motivo que debe estar

presente por lo menos un 20 % de cemento Portland normal. Por los mismos

motivos que el cemento puzolanico, el cemento siderurgico tambin tiene

buena resistencia a las aguas agresivas y desarrolla menos calor durante el

fraguado. Otra caracterstica de estos cementos es su elevada alcalinidad

natural, que lo rinde particularmente resistente a la corrosin atmosfrica

causada por los sulfatos.

Tiene alta resistencia qumica, de cidos y sulfatos, y una alta temperatura al

fraguar.

CEMENTO DE FRAGUADO RPIDO43


El cemento de fraguado rpido, tambin conocido como "cemento romano

prompt natural", se caracteriza por iniciar el fraguado a los pocos minutos de su

preparacin con agua. Se produce en forma similar al cemento Portland, pero

con el horno a una temperatura menor (1.000 a 1.200 C).1 Es apropiado para

trabajos menores, de fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes

obras porque no se dispondra del tiempo para efectuar una buena colada.

Aunque se puede iniciar el fraguado controlado mediante retardantes naturales

(E-330) como el cido ctrico, pero aun as si inicia el fraguado

aproximadamente a los 15 minutos (a 20 C). La ventaja es que al pasar

aproximadamente 180 minutos de iniciado del fraguado, se consigue una

resistencia muy alta a la compresin (entre 8 a 10 MPa), por lo que se obtiene

gran prestacin para trabajos de intervencin rpida y definitivos. Hay

cementos rpidos que pasados 10 aos, obtienen una resistencia a la

compresin superior a la de algunos hormigones armados (mayor a 60 MPa).

CEMENTO ALUMINOSO

El cemento aluminoso se produce principalmente a partir de la bauxita con

impurezas de xido de hierro (Fe2O3), xido de titanio (TiO2) y xido de

silicio (SiO2). Adicionalmente se agrega xido de calcio o bien carbonato de

calcio. El cemento aluminoso tambin recibe el nombre de cemento fundido,

44


pues la temperatura del horno alcanza hasta los 1.600 C, con lo que se

alcanza la fusin de los componentes. El cemento fundido es colado en moldes

para formar lingotes que sern enfriados y finalmente molidos para obtener el

producto final.

El cemento aluminoso tiene la siguiente composicin de xidos:

35-40% xido de calcio

40-50% xido de aluminio

5% xido de silicio

5-10% xido de hierro

1% xido de titanio

Su composicin completa es:

60-70% CaOAl2O3

10-15% 2CaOSiO2

4CaOAl2O3Fe2O3

2CaOAl2O3SiO2

Por lo que se refiere al xido de silicio, su presencia como impureza tiene que

ser menor al 6 %, porque el componente al que da origen, es decir el

(2CaOAl2O3SiO2) tiene pocas propiedades hidrfilas (poca absorcin de agua).

45


REACCIONES DE HIDRATACIN

CaOAl2O3+10H2O CaOAl2O310H2O (cristales hexagonales)

2(CaOAl2O3)+11H2O 2CaOAl2O38H2O + Al (OH)3 (cristales + gel)

2(2CaOSiO2)+ (x+1) H2O 3CaO2SiO2xH2O + Ca (0H)2 (cristales + gel)

Mientras el cemento Portland es un cemento de naturaleza bsica, gracias a la

presencia de cal Ca (OH)2, el cemento aluminoso es de naturaleza

sustancialmente neutra. La presencia del hidrxido de aluminio Al (OH)3, que

en este caso se comporta como cido, provocando la neutralizacin de los dos

componentes y dando como resultado un cemento neutro.

El cemento aluminoso debe utilizarse en climas fros, con temperaturas

inferiores a los 30 C. En efecto, si la temperatura fuera superior, la segunda

reaccin de hidratacin cambiara y se tendra la formacin de 3CaOAl2O36H2O 46


(cristales cbicos) y una mayor produccin de Al (OH)3, lo que llevara a un

aumento del volumen y podra causar fisuras.

II.II. PROPIEDADES GENERALES DEL CEMENTO

Buena resistencia al ataque qumico.

Resistencia a temperaturas elevadas. Refractario.

Resistencia inicial elevada que disminuye con el tiempo. Conversin.

Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo aumenta la porosidad.

Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy exotrmico.

Est prohibido el uso de cemento aluminoso en hormign pretensado. La vida

til de las estructuras de hormign armado es ms corta.

El fenmeno de conversin (aumento de la porosidad y cada de la resistencia)

puede tardar en aparecer en condiciones de temperatura y humedad baja.

El proyectista debe considerar como valor de clculo, no la resistencia mxima

sino, el valor residual, despus de la conversin, y no ser mayor de 40

N/mm2.

Se recomienda relaciones A/C 0,4, alta cantidad de cemento y aumentar los

recubrimientos (debido al pH ms bajo).

II.III. PROCESO DE FABRICACION

Existe una gran variedad de cementos segn la materia prima base y los

procesos utilizados para producirlo, que se clasifican en procesos de va seca y

procesos de va hmeda.

El proceso de fabricacin del cemento comprende cuatro etapas principales:

1. Extraccin y molienda de la materia prima

2. Homogeneizacin de la materia prima

3. Produccin del Clinker

47


4. Molienda de cemento

La materia prima para la elaboracin del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral

de hierro y yeso) se extrae de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y

ubicacin del material, se aplican ciertos sistemas de explotacin y equipos.

Una vez extrada la materia prima es reducida a tamaos que puedan ser

procesados por los molinos de crudo.

La etapa de homogeneizacin puede ser por va hmeda o por va seca,

dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los

materiales. En el proceso hmedo la mezcla de materia prima es bombeada a

balsas de homogeneizacin y de all hasta los hornos en donde se produce el

clnker a temperaturas superiores a los 1500 C. En el proceso seco, la materia

prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de maquinarias

especiales. En este proceso el control qumico es ms eficiente y el consumo

de energa es menor, ya que al no tener que eliminar el agua aadida con el

objeto de mezclar los materiales, los hornos son ms cortos y el clnker

requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas.

El clnker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de

homogeneizacin, es luego molido con pequeas cantidades de yeso para

finalmente obtener cemento.

Reaccin de las partculas de cemento con el agua

1. Periodo inicial: las partculas con el agua se encuentran en estado

de disolucin, existiendo una intensa reaccin exotrmica inicial. Dura

aproximadamente diez minutos.

2. Periodo durmiente: en las partculas se produce una pelcula

gelatinosa, la cual inhibe la hidratacin del material durante una hora

aproximadamente.

3. Inicio de rigidez: al continuar la hidratacin de las partculas de

cemento, la pelcula gelatinosa comienza a crecer, generando puntos de

contacto entre las partculas, las cuales en conjunto inmovilizan la masa

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de cemento. Tambin se le llama fraguado. Por lo tanto, el fraguado

sera el aumento de la viscosidad de una mezcla de cemento con agua.

4. Ganancia de resistencia: al continuar la hidratacin de las

partculas de cemento, y en presencia de cristales de CaOH2, la pelcula

gelatinosa (la cual est saturada en este punto) desarrolla unos

filamentos tubulares llamados agujas fusiformes, que al aumentar en

nmero generan una trama que aumenta la resistencia mecnica entre

los granos de cemento ya hidratados.

5. Fraguado y endurecimiento: el principio de fraguado es el tiempo

de una pasta de cemento de difcil moldeado y de alta viscosidad.

Luego la pasta se endurece y se transforma en un slido resistente que

no puede ser deformado. El tiempo en el que alcanza este estado se

llama final de fraguado.

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II.IV. ALMACENAMIENTO

Si es cemento en sacos, deber almacenarse sobre parrillas de madera o piso

de tablas; no se apilar en hileras superpuestas de ms de 14 sacos de altura

para almacenamiento de 30 das, ni de ms de 7 sacos de altura para

almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca

indebidamente, despus de llegar al rea de las obras, el contratista deber

utilizarlo en la misma secuencia cronolgica de su llegada. No se utilizar bolsa

alguna de cemento que tenga ms de dos meses de almacenamiento en el

rea de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que est en

condiciones satisfactorias.

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concreto y cemento

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