guÍa tecnologÍa del concreto

GUÍA DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

Ing. GROBER FLORES BARRERA Página 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

“GUÍA DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO”

Huancavelica, Julio de 2009



PRESENTACIÓN

El presente material didáctico –aún en proceso de perfeccionamiento- denominado “Guía de Tecnología del Concreto”, se elabora con la finalidad de ser utilizado en el dictado de la asignatura de Tecnología del Concreto, en la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil, de la Universidad Nacional de Huancavelica; los contenidos temáticos están estructurados en función de las unidades didácticas del Sílabos de la asignatura; el desarrollo de cada unidad se ha realizado teniendo como fuente la bibliografía existente de diversos autores nacionales e internacionales, apuntes de clase del curso, las normas A.S.T.M., A.C.I. y Normas Técnicas Peruanas (N.T.P.).

La segunda parte –en elaboración- debe contener una sistematización de los ensayos de laboratorio de cada uno de los temas consignados en el presente guía, con el cual se pretendemos que este texto no sólo sea teórico, sino, oriente al estudiante del curso a la investigación aplicada.

Invocamos a los lectores, especialmente a los alumnos del VI – II Semestre – 2009, de la UNH, a realizar sus aportes, los mismos que pueden ser los resultados de sus diferentes experiencias de laboratorio o de prácticas profesionales, de ello dependerá la edición de este texto, y por otro lado, será un estímulo para que cada docente pueda elaborar sus guías para cada curso en el cual es responsable.

Grober E. Flores Barrera



CEMENTOS

1. Historia Existen evidencias que fueron los Romanos lo primeros en utilizar un material cementante fabricado a partir de una tierra volcánica proveniente de las faltas del Vesubio en el pueblo de Puzzuoli, mezclada con cal calcinada. Este cemento se mezclaba con ladrillo y piedras para formar concreto al que se le podía dar diferentes formas mediante encofrados. Los Romanos utilizaron el cemento como material para asentar bloquetas de piedra, ladrillos y construir cúpulas y bóvedas de concreto; entre las obras que en la actualidad permanecen están los coliseos romanos, los panteones, uno de los mejores exponentes que podemos encontrar es el Panteón de Roma. Construido en el año 123, fue durante 1.500 años la mayor cúpula construida, y con sus 43,3 metros de diámetro aun mantiene records, como el de ser la mayor construcción de hormigón no armado que existe en el mundo. Para su construcción se mezcló cal, puzolana y agua; añadiendo en las partes inferiores ladrillos rotos a modo de los actuales áridos, aligerando el peso en las capas superiores usando materiales más ligeros como piedra pómez y puzolana no triturada; asimismo, tenemos los acueductos y puentes existentes casi en todo Europa. Con la caída del Imperio Romano el auge de las técnicas constructivas romanas también cesaron y con ello el uso del cemento y el concreto. Fue hasta el Siglo XVIII, en que el Británico Jhon Smeaton, constructor de puentes, puertos, faros; el mismo que por primera vez se hizo llamar ingeniero civil, el que recuperó las técnicas romanas de las construcciones y el uso del cemento, al añadir a la cal tierra volcánica y arcillas que le conferían características hidráulicas. Smeaton, famoso constructor ingles de la época, gracias a su experiencia llegó a la conclusión que, la mezcla de cal y arcilla ofrecía buenos resultados en la construcción, patenta este cemento natural en 1796, al que llamó cemento romano.

Fue en el año 1824, que el albañil británico Josep Aspdin, llamó por primea vez cemento portland a un material proveniente de la calcinación de calcáreos y arcilla finamente molidas; con este cemento se prepararon mezclas que comenzó a sustituir a un famosa piedra extraída de la Isla Portland, que era muy utilizada en las construcciones de Inglaterra. Por otro lado, en Francia en el año 1839, J.L. Vicat, recogiendo la misma experiencia de los cementos antiguos procedió a crear cemento con la mezcla de cal y arcilla para la construcción del puerto de Cherburgo. Este cemento ya tiene ciertas características hidráulicas, ya que se endurece con presencia de agua y adquiere características pétreas y es impermeable, por lo que se convierte en material principal en la construcción de puertos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Pante%C3%B3n_de_Roma

http://es.wikipedia.org/wiki/123



Este nuevo cemento provenía de la calcinación de una mezcla de piedra caliza y arcillas o pizarra, calentadas hasta convertirse en escorias (carbonilla) y después trituradas. En aquella época el cemento se fabricaba en hornos verticales, esparciendo materias primas sobre capas de carbón a las que se prendía fuego. Los primeros hornos rotatorios surgieron hacia 1880. Entre los años 1825 y 1872, aparecen las primeras fábricas de cemento en Inglaterra, Francia y Alemania y en el año 1880 aparecen las primeras fábricas de cemento en España. También se debe saber que:

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

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

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

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

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

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

2. DEFINICIÓN 2.1 Cemento Portland La Norma Técnica Peruana (NTP 334.009), define: El Cemento Portland es una cemento hidráulico producido mediante la pulverización del Clinker, compuesto esencialmente por silicatos de calcio hidráulicos y que contienen generalmente una o más de las formas de sulfato de calcio como adición en la molienda. Cemento Portland = Clinker Portand + Yeso 2.2 Clinker Portland Es un producto semiacabado de forma de piedras de 3/4” de tamaño aproximadamente, obtenido de la calcinación de una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos en proporciones convenientes, hasta llegar a una fusión incipiente a 1450 °C. (clinkerización). Esta compuesto químicamente por Silicatos de calcio, aluminatos de calcio, fierro aluminatos de calcio y otros minerales en pequeñas cantidades, los cuales se forman por la combinación de óxido de Calcio (CaO)con los otros óxidos: dióxido de silicio (SiO₂, óxido de aluminio (Al₂O₃) y óxido férrico (Fe₂O₃). Una vez obtenido el Clinker se enfría rápidamente y se almacena en canchas al aire libre.



2.3 Cemento Portland Puzolánico Es aquel cemento que se obtiene de la pulverización conjunta de una mezcla de Clinker portland y puzolana con adición de Sulfato de calcio. El contenido de puzolana debe estar comprendido entre 15 y 40% en peso total. 2.4 Puzolana La puzolana es un material arcilloso o sílico-aluminoso que por sí mismo puede tener poco o ninguna actividad hidráulica, pero que finamente dividida y en presencia de humedad reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias, para formar compuestos que poseen propiedades hidráulicas. 2.5 Propiedades de la puzolana

Las propiedades de las puzolanas dependen de la composición química y la estructura interna. Se prefiere puzolanas con composición química tal que la presencia de los tres principales óxidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3) sea mayor del 70%. Se trata que la puzolana tenga una estructura amorfa.

3. Fabricación Las materias primas utilizadas en la fabricación del cemento portland son:

a. Materiales calcáreos: Las calizas, que abundan en la naturaleza, están compuestas de un alto porcentaje de carbonato de calcio o calcita (CaCo₃), que será entre 60 y 80%, e impurezas tales como arcillas, sílice y dolomita, entre otras. Hay diferentes tipos de caliza y todas pueden servir para la fabricación del cemento, con la condición de que no tengan más de 1.5 de magnesio

b. Materiales arcillosos: Está constituida por un silicato hidratado complejo de aluminio, en porcentajes que están entre 60 y 70%, con porcentajes menores de hierro y otros elementos. La arcilla aporta al proceso los óxidos de sílice (SiO₂), hierro (Fe₂O₃) y aluminio (Al₂O₃).

c. Pizarra: se les llama “pizarra” a las arcillas constituidas principalmente por óxidos de silicio de 45 a 65%, por óxidos de aluminio de 10 a 15%, por óxido de fierro de 6 a 12% y por cantidades variables de óxido de calcio de 4 a 10%. Es la principal fuentes de álcalis. La pizarra representa aproximadamente un 15% de la materia prima que formará el Clinker.

d. Yeso: Es el sulfato de calcio hidratado (CaSO₄2H₂O=, es un producto regulador del fraguado.

4. Proceso de fabricación del cemento

Comprende las siguientes etapas:

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=SiO2&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Al2O3

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_f%C3%A9rrico



a. Extracción de materias primas: Se inicia con la planificación de la explotación de las calizas y arcillas de los yacimientos mineros: perforación, quema, remoción, clasificación, carguío y transporte.

b. Trituración de la materia prima: se realiza en dos etapas, inicialmente se procesa en una chancadora primaria, tipo cono que lo reduce a un tamaño máximo de 1.5 m. hasta los 25 cm. (chancado primario). Luego el material se deposita en una cancha de almacenamiento y luego de verificar su composición química, pasa al chancado secundario, reduciéndose a tamaños de hasta ¾” aproximadamente.

c. Pre-homogenización: El material triturado se lleva a la planta por cintas transportadoras, depositándose en una cancha de almacenamiento.

d. Molienda del Crudo: Este proceso se realiza por medio de molinos de bolas o prensas de rodillos o a fuerza de compresión elevadas que producen un material muy fino, además de dosificarse adecuadamente.

e. Homogenización: El crudo finamente molido a un tamaño de 0.05 mm. debe ser homogenizado a fin de garantizar que el Clinker sea de calidad constante, es decir en esta etapa se debe asegurar la composición química constante del crudo. Este proceso se realiza en silos de homogenización. El material crudo finamente molida y debidamente dosificada es introducida mediante sistema de transporte de fajas a un intercambiador de calor.

f. Intercambiador de calor: Consiste en edificios que cuentan con una torre de ciclones ubicados uno encima del otro al cual se le denomina precalentador. El crudo que ya fue homogenizado ingresa por el extremo superior de este precalentador pasando a través de los ciclones quienes captan el calor residual evacuados con los gases de combustión salientes del horno en contracorriente con el flujo del material que ingresa, entones este crudo que se calienta por acción de los gases de combustión salientes del horno en contracorriente con el flujo del material que ingresa, entonces este crudo que calienta por acción de los gases generados en el quemador del horno e iniciándose de esta manera el proceso de descarbonatación y transformación termo-químico del crudo. En esta etapa se pueden alcanzar temperaturas hasta 850 °C (en la entrada del horno rotatorio), y en la parte alta (zona de salida de los gases del precalentador) se alcanzan temperaturas alrededor de 280 °C.

g. Clinkerización: Se realiza en el horno rotatorio. El horno es el elemento fundamental para la fabricación del cemento. Está constituido por un tubo cilíndrico de acero con longitudes de 70 a 80 m. y diámetros de 4 a 5 m., y que giran a velocidades de 4.5 r.p.m. que son revestidos interiormente con materiales refractarios. Para la obtención del Clinker el horno alcanza temperaturas de hasta 1600 °C, dado que las reacciones de la clinkerización se realiza alrededor de 1450 °C, en eta fase el Clinker presenta se presenta en estado líquido; luego el Clinker egresa del horno a una temperatura de 1200 °C para su enfriamiento.

h. Enfriamiento: No todos los minerales deseados del Clinker quedan estables después del proceso de clinkerización,por lo que es necesario que el Clinker caliente deba ser enfriado rápidamente, es decir una ves que el Clinker es descargado por el horno pasa a la tercera parte del



circuito de clinhkerización que se dan en los enfriadores. Estos enfriadores se encuentran a la salida del horno y recibirán toda la carga del material y lo hacen a temperaturas que oscilan entre 1000 a 1200 °C, constan de varias superficies escalonadas compuestas por placas fijas y placas móviles alternas con unos pequeños orificios por donde pasa el aire que es insuflado por la parte inferior por la acción de los ventiladores con el objeto de enfriar el Clinker hasta aproximadamente 120 °C, para ser almacenado posteriormente a esta temperatura en las canchas de almacenamiento. Si el Clinker formado por el proceso de sinterización se enfría lentamente puede invertirse el sentido de las reacciones de equilibrio y podría disolverse en la fase líquida una parte del silicato tricálcico (compuesto importante para el desarrollo de resistencia en el cemento), por lo tanto, un proceso de enfriamiento lento podría bajar la resistencia del cemento; por ende un proceso de enfriamiento rápido podrían causar en el cemento mejor moldurabilidad y menor proporción de silicato dicálcico (alita). Disuelto.

i. Molienda del Clinker: Se realiza en los molinos de bolas o prensa de rodillos o fuerzas de compresión, donde se logrará una superficie específica alta de los granos de cemento.

j. Envasado y despachado: El cemento se comercializa en bolsas de papel con un contenido de 42.50 kg., estas bolsas al momento de ser llenadas son estampadas con la fecha de fabricación. Estas bolsas de cemento son periódicamente controladas mediante la verificación de su porosidad al aire, absorción, impermeabilidad y resistencia mecánica. Las fábricas cementeras también comercializan el cemento en bolsones con capacidad de 1.5 toneladas. Asimismo, las fábricas comercializan el cemento a granel, en cantidades que van desde 25 toneladas.

5. Propiedades químicas 5.1 Composición química Las materias primas utilizadas en la fabricación del cemento portland son: cal, sílice, alúmina y óxido de hierro. Estos compuestos interactúan en el horno rotatorio de producción para formar una serie de productos más complejos hasta alcanzar un estado de equilibrio químico con la excepción de un pequeño residuo de cal no combinada que no ha tenido tiempo para reaccionar. Los componentes químicos del cemento del cemento portland se expresan en porcentajes, y abreviatura, así tenemos:

Nombre del Óxido

Fórmula Porcentaje (%) Abreviatura

Óxido de calcio CaO 58 – 67 C

Dióxido de silicio

SiO₂ 16 – 26 S

Óxido de Al₂O₃ 4 – 8 A



aluminio

Óxido férrico FeO₃ 2 – 5 F

Trióxido de azufre

SO₃ 0.1 – 2.5 S

Óxido de magnesio

MgO 1 – 5 M

Óxido de potasio

K₂O 0 -1 K

Óxido de sodio Na₂O 0 -1 N

Trióxido de manganeso

Mn2O₃ 0 – 3 M

Óxido de Litio LiO₂ 0 – 0-5 L

Óxido de Fósforo

P₂O₅ 0 – 1.5 P

Material perdido por calcinación

5.1 Compuestos químicos

Durante la calcinación en la fabricación del Clinker de cemento portland los óxidos de combinan con los componentes ácidos de la materia, dando lugar a cuatro componentes principales del cemento, los mismos que se observan en la siguiente tabla:

Designación Fórmula Porcentaje (%)

Abreviatura

Silicato tricálcico 3CaO.SiO₂ 30 – 50 C₃S

Silicato dicálcico 2CaO.SiO₂ 15 – 30 C₂S

Aluminato tricálcico

3CaO.Al₂O₃ 4 – 12 C₃A

Aluminato férrico tetracálcico

4CaO.Al2O₃.Fe₂O₃ 8 - 13 C₄AF

Estos compuestos se forman en el interior del horno cuando la temperatura alcanza el punto en que la mezcla cruda se transforma en un líquido pastoso que la enfriarse da origen a sustancias cristalinas de los primeros compuestos citados, rodeados de un material intersticial que contiene C₄AF y otros compuestos.

6. Propiedades de los compuestos principales:

6.1 Silicato Tricálcico (C₃S) – Alita-.

Es la fase principal de la mayoría de los clinkers portland.



De ella dependen en buena parte las características de desarrollo de resistencia mecánica,

el C₃O, endurece más rápidamente por tanto tiene mayor influencia en el tiempo de fraguado y en la resistencia inicial.

Libera gran cantidad de calor de hidratación, equivalente a 120 cal/gr., este compuesto tiene mucha importancia en el calor de hidratación de los cementos.

Contribuye en la estabilidad de volumen

Contribuye a la resistencia al intemperismo.

6.2 Silicato Dicálcico (C₂S) – Belita-

Es la segunda fase en importancia en el clinker, siendo sus propiedades:

Se hidrata lentamente.

Su contribución al desarrollo de la resistencia empieza a sentirse después de una semana, alcanzando elevada resistencia a la compresión a largo plazo.

El valor de hidratación es equivalente a 63 cal/gr.

6.3 Aluminato Tricálcico (C₃A)

Es el primero en hidratarse, fraguando con mucha rapidez.

Libera gran cantidad de calor durante los primeros días de la hidratación.

Aporta levemente en la resistencia mecánica.

Tiene baja resistencia la intemperismo.

No aporta a la estabilidad del volumen, por el contrario su contenido debe estar limitado a menos de 8%

No aporta a la resistencia de la acción del ataque de los sulfatos y ataques químicos.

El valor de hidratación es equivalente a 207 cal/gr.

6.4 Ferro Aluminato Tetra cálcico ( C₄AF)

Reduce la temperatura de formación del clinker

Rápida velocidad de hidratación

El calor de hidratación es equivalente a 100 cal/gr.

No está definida su aporte a la resistencia mecánica

No aporta para la estabilidad de volumen

Influye en el color del cemento.

7. Propiedades físicas y mecánicas del cemento

Estas dependen del estado en que se encuentre son medidas a través de ensayos sobre el cemento, la pasta del cemento y sobre el mortero, los cuales determinan las características físicas y mecánicas del cemento antes de ser utilizados.

7.1 Finura o superficie específica



La finura es una de las propiedades más importantes ya que está ligada a su valor hidráulico. La hidratación de los granos de cemento ocurre desde la superficie al interior. El área total superficial de las partículas del cemento constituye el material de hidratación. Al aumentar la finura aumenta la rapidez a la que se hidrata el cemento, ocasionando una mayor retracción y por tanto es más susceptible a la fisuración. Es decir que la molienda muy fina dará lugar a cementos que endurecen rápidamente y por tanto también tiene un desarrollo más rápido de sus resistencia, cuanto más fino sea un cemento este se deteriorará más rápido por la exposición a la atmosfera..

Por otro lado, los cementos con gramos más gruesos se hidratan y endurecen lentamente y pueden producir exudación de agua por su escasa rapidez para retenerla. Se estima que la velocidad de hidratación es de 3.5 micas en 28 días, lo cual indica que las partículas pueden pasar varios años en hidratarse, inclusive no hacerlo, lo cual daría un rendimiento muy pequeño del mimo.

La finura se expresa en m2/kg. Existen dos ensayos para determinar la finura.

a. Permeabilímetro: NTP 334.002

b. Turbidímetro: NTP 334.072}

Tipo de cemento Finura (de Blaine) m2/kg

I 370

II 370

III 540

IV 380

V 380

7.2 Firmeza (estabilidad de volumen)

Cualidad en que una pasta de cemento endurecida conserva su volumen después de fraguar. La ausencia de esta propiedad es producida por cantidades excesivas de cal libre muy quemada. Se expresa en %. En laboratorio se determina por:

Ensayo de expansión de autoclave: NTP 334.004.

7.3 Tiempo de fraguado

Es el tiempo entre el mezclado (agua con cemento) y la solidificación de la pasta. Se expresa en minutos. Se presenta como: El tiempo de fraguado Inicial y Tiempo de Fraguado Final. En laboratorio existen dos métodos para calcularlo:

Agujas de Vicat: NTP 334.006

Agujas de Gilmore: NTP 334.056.



7.4 Falso fraguado

Rigidez prematura y anormal del cemento que se presenta dentro de los primeros minutos despues de haberlo mezclado con agua. Difiere del anterior en que no despide calor en forma apreciable y, si se vuelve a mezclar la mezcla de cemento sin adición de agua se restablece plasticidad y fraguado normal sin pérdida de resistencia, y se debe a que en algunas ocasiones cuando las temperatura en fábricas de molino son superiores a 100 °C se puede presentar deshidratación parcial o total del regulador (yeso) del fraguado del cemento. Esta propiedad se determina en laboratorio con el ensayo:

Falso fraguado: NTP 334.052

7.5 Resistencia a la compresión

Es la propiedad más importante del cemento. Es importante tener en cuenta las causas que pueden provocar pérdidas de la resistencia de este material: Envejecimiento, humedecimiento, almacenamiento incorrecto. En el caso del cemento puzolánico la residencia a la compresión y tracción es un poco menos que la del cemento normal durante el primer año, pero no hay ningún argumento más después de dicho periodo en el cemento normal. Gracias a la reacción físico-química de absorción de la cal por la puzolana aumenta la resistencia mecánica a largo a largo plazo, superando el valor de resistencia al cemento normal, con una actividad que se desarrolla durante muchos años. La resistencia se expresa en Kg/cm2. En laboratorio se determina mediante:

Ensayo de compresión en probetas de 5 cm de lado (con mortero cemento .arena normalizada): NTP 334.051.

Se prueba a diferentes edades: 1,3,7,28 días. Los porcentajes de resistencia comprados con la resistencia de 28 días, están entre 30 y 50% a 3 días y entre 50 y 80% a los 7 días.

El aumento de resistencia es bajo después de los 28 días en aquellos cementos que tienen porcentajes mayores de resistencia a 3 y 7 días; por el contrario, aquellos que tienen bajos porcentajes, aumentan su resistencia en forma muy significativa en el largo plazo. Existen cementos puzolánicos que de 20 – 30 años de edad todavía la sílice de la puzolana continúa reaccionando con el hidratado de calcio del cemento con el consiguiente amento lento y continuo de la resistencia mecánica y química.

7.6 Peso específico

Es la relación que existe entre la masa de una cantidad dada y el volumen absoluto de este, su valor varía poco y en un cemento portland normal cuando hay adiciones distintas al yeso, suele estar comprendido entre 3.1 – 3.15 g/cm³., en caso de los cementos con adiciones es menor ya que el contenido de clinker por tonelada es menor y su valor puede estar en el rango de 3 – 3.1 g/cm³. Dependiendo del porcentaje de adiciones del cemento. Cuando es en escoria de altos hornos puede tener 2.9. El peso específico de



un cemento no indica la calidad del mismo; su valor uso principal es para el diseño de mezclas.

7.8 Contenido de aire

Mide la cantidad de aire atrapado o retenido en la mezcla (mortero), se expresa en % del volumen total. En laboratorio se determina mediante:

Contenido de aire del mortero: NTP 334.048

7.9 Resistencia a los sulfatos

Los sulfatos atacan el concreto endurecido porque relacionan con el aluminato tricálcico para formar el sulfoaluminato de calcio el cual tiene un volumen mayor que el de los dos componentes que lo originan, por lo tanto, es conveniente controlar el contenido de C₃A, la consecuencia de este aumento de volumen son la aparición de esfuerzos internos que pueden desintegrar el concreto. En el laboratorio se determina mediante:

Resistencia a los sulfatos: NTP 334.065

8. Tipos de cementos

8.1 Cementos Portland sin adición

Es la resultante del clinker portland –que se obtiene de la cocción de la mezcla de arcillas y caliza-, y la inclusión de un determinado porcentaje de yeso – que actúa como regulador de fraguado-. Según las Normas Técnicas Peruanas (NTP) se tiene:

a. Cemento Portland Tipo I: Para usos que no requieran propiedades especiales de cualquier otro tipo.

b. Cemento Portland Tipo II: Para uso general y específicamente cuando se desea moderada resistencia al ataque de sulfatos o moderado calor de hidratación.

c. Cemento Portland Tipo III: Para utilizase cuando se requiera altas resistencias iníciales.

d. Cemento Portland Tipo IV: Para emplearse cuando se desea bajo calor de hidratación.

e. Cmento Portland Tipo IV: Para emplearse cuando se desea alta resistencia al ataque de los sulfatos.

8.2 Cementos Portland Adicionados

Es la resultante del clinker portland, yeso, y 2 o más constituyentes inorgánicos que contribuyen a mejorar las propiedades del cemento. Según las NTP se tienen:

8.2.1 Cementos Portland Puzolánico

Resultante del clinker portland, yeso y puzolana (15 a 50%). La adición de puzolana confiere mayor resistencia a los ataques químicos, menor calor



de hidratación e inhibición de la reacción nociva del álcalis/árido; mejora la resistencia al ataque de sulfatos y aguas de mar, aumenta con el tiempo la resistencia a la compresión, incrementa la impermeabilidad, mejora la resistencia al intemperismo; el concreto preparado con cemento puzolánico requiere de menor cantidad de agua en comparación otros cementos.

La puzolana es un material sílico que finamente dividido no posee propiedades hidráulicas, pero posee constituyentes (sílice, alúmina), capaces de fijar el hidróxido de calcio, para producir compuestos estables con propiedades hidráulicas al mezclarse con el clinker.

La NTP 334.044, los clasifica de la siguiente manera:

a. Cemento Puzolánico Tipo IP: Contenido de puzolana entre 15 y 40%.

b. Cemento Puzolánico Modificado Tipo I (PM): Contenido de puzolana menos de 15%.

8.2.2 Cemento Portland de escoria de altos hornos

Resultante del clinker portland y escoria granulada de altos hornos (25 - 70% en peso) y cal hidratada; se utiliza en obras donde se requiera una alta resistencia a ataques químicos, se puede emplear también en construcciones de concreto en general. Su desarrollo a la resistencia es lenta, por lo que su uso en climas fríos podría ser inadecuado.

La NTP 334.049, los clasifica de la siguiente manera:

a. Cemento Portland de Escoria Tipo IS: Contenido de escoria entre 25 y 70%.

b. Cemento Portland de Escoria Modificado Tipo I (SM): Contenido de escoria menor a 25%.

8.2.3 Cementos Portland Compuesto Tipo I (Co), NTP 334.073

Cemento adicionado obtenido del clinker portland y materiales calizos (travertinos), hasta 30% de peso.

8.2.4 Cemento de Albañilería (A), NTP 334.069

Cemento obtenido del clinker portland y cal hidráulica, que mejoran la plasticidad y la retención del agua.

8.2.5 Cementos de Especificaciones de la Performance, NTP 334.082

Cementos para aplicaciones generales y especiales, donde no existe restricciones en la composición del cemento o sus constituyentes. Se clasifican por tipos basados en requerimientos específicos: Alta



resistencia inicial, resistencia al ataque de sulfatos, calor de hidratación. Su tipos son:

a. GU: De uso general. Se usa cuando no se requiera propiedades especiales.

b. HH: De alta resistencia inicial.

c. MS: De moderada resistencia a los sulfatos.

d. HS: De alta resistencia a los sulfatos.

e. MH: De moderado calor de hidratación.

f. LH: De bajo calor de hidratación.



AGREGADOS

1. Definición

Llamados también áridos, son un conjunto de partículas de origen natural, proveniente de

la desintegración de rocas o industrial, proveniente de plantas trituradoras de rocas; que

pueden ser tratados o elaborados y cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites

fijados por la Norma Técnica Peruana 400.011.

Los agregados pueden constituir aproximadamente tres cuartas partes del volumen del

concreto. Como tal el agregado es determinante en la resistencia, durabilidad y

permeabilidad del concreto, razón por la cual merece que se realice un análisis físico y

químico

2. Requerimientos de los agregados según las Normas Técnicas Peruanas (NTP):

- Los agregados empleados en la preparación de los concretos de peso normal (2200 a

2500 kg/m3) deberán cumplir con los requisitos de la NTP 400.037 o de la Norma ASTM

C 33, así como los de las especificaciones del proyecto.

- Los agregados finos y gruesos deberán ser manejados como materiales independientes.

Si se emplea con autorización del Proyectista, el agregado integral denominado

“hormigón” deberá cumplir como lo indica la Norma E.060.

- Los agregados seleccionados deberán ser procesados, transportados manipulados,

almacenados y dosificados de manera tal de garantizar:

1) Que la pérdida de finos sea mínima;

2) Se mantendrá la uniformidad del agregado;

3) No se producirá contaminación con sustancias extrañas;

4) No se producirá rotura o segregación importante en ellos.

- Los agregados expuestos a la acción de los rayos solares deberán, si es necesario, enfriarse

antes de su utilización en la mezcladora.

Si el enfriamiento se efectúa por aspersión de agua o riego, se deberá considerar la cantidad

de humedad añadida al agregado a fin de corregir el contenido de agua de la mezcla y

mantener la relación agua - cemento de diseño seleccionada.

3. Clasificación y denominación de los a agregados :

a) Agregado fino



Se define como agregado fino al proveniente de la desintegración natural o artificial de

las rocas, que pasa el tamiz 9.51 mm. (3/8”) y queda retenido en el tamiz 74 micras (μ)

(Nº200) que cumple con los límites establecidos en la NTP 400.037.

El agregado fino deberá cumplir con los siguientes requerimientos:

- El agregado fino puede consistir de arena natural o manufacturada, o una

combinación de ambas. Sus partículas serán limpias, de perfil preferentemente

angular, duro, compacto y resistente.

- El agregado fino deberá estar libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones,

partículas escamosas o blandas, esquistos, pizarras, álcalis, materia orgánica, sales, u

otras sustancias dañinas.

- El agregado fino deberá estar graduado dentro de los límites indicados en la NTP

400.037. Es recomendable tener en cuenta lo siguiente:

1) La granulometría seleccionada deberá ser preferentemente continua, con valores

retenidos en las mallas Nº4, Nº8, Nº16, Nº30, Nº50 y Nº100 de la serie de Tyler.

2) El agregado no deberá retener más del 45% en dos tamices consecutivos

cualesquiera.

3) En general, es recomendable que la granulometría se encuentre dentro de los

siguientes límites: NTP 400.037

Tabla

MALLA PORCENTAJE QUE PASA

3/8” 100

Nº4 95-100

Nº8 80-100

Nº16 50-85

Nº30 25-60

Nº50 10-30

Nº100 2-10

El porcentaje indicado para las mallas Nº50 y Nº100 podrá ser reducido a 5% y 0%

respectivamente, si el agregado es empleado en concretos con aire incorporado que



contenga más de 225 kgs. de cemento por metro cúbico, o si se emplea un aditivo

mineral para compensar la deficiencia en los porcentajes mencionados.

- El módulo de fineza del agregado fino se mantendrá dentro del límite de 0.2

del valor asumido para la selección de las proporciones del concreto; siendo

recomendable que el valor asumido esté entre 2.35 y 3.15. Si excede el límite indicado

de 0.2, el agregado podrá ser rechazado por la Inspección, o alternativamente ésta

podrá autorizar ajustes en las proporciones de la mezcla para compensar las

variaciones en la granulometría. Estos ajustes no deberán significar reducciones en el

contenido de cemento.

- El agregado fino no deberá indicar presencia de materia orgánica cuando ella es

determinada de acuerdo a los requisitos de la NTP 400.013.

Podrá emplearse agregado fino que no cumple con los requisitos de la norma indicados

siempre que:

1) La coloración en el ensayo se deba a la presencia de pequeñas partículas de carbón,

lignito u otras partículas similares; o

2) Realizado el ensayo, la resistencia a los siete días de morteros preparados con dicho

agregado no sea menor del 95% de la resistencia de morteros similares preparados con

otra porción de la misma muestra de agregado fino previamente lavada con una

solución al 3% de hidróxido de sodio.

- El porcentaje de partículas inconvenientes en el agregado fino no deberá exceder de

los siguientes límites:

Lentes de arcilla y partículas desmenuzables: 3%

Material más fino que la Malla Nº200:

a) Concretos sujetos a abrasión: 3%

b) Otros concretos: 0.5%

Carbón:

1) Cuando la apariencia superficial del concreto es importante: 0.5%

2) Otros Concretos: 1%

Finalmente, la granulometría deberá corresponder a la gradación C de la siguiente tabla

(similar a la normalizada por el ASTM).



GRANULOMETRIA DEL AGREGADO FINO, NTP 400.037

TAMIZ

PORCENTAJE DE PESO (MASA) QUE PASA

LIMITES TOTALES

*C M F

9.5 mm (3/8) 100 100 100 100

4.75 mm (Nº4) 89 – 100 95 – 100 89 – 100 89 – 100

2.36 mm (Nº8) 65 – 100 80 – 100 65 – 100 80 – 100

1.18 mm (Nº16) 45 – 100 50 – 85 45 – 100 70 – 100

600 um (Nº30) 25 – 100 25 – 60 25 – 80 55 – 100

300 um (Nº50) 5 – 70 10 – 30 5 – 48 5 – 70

150 um (Nº100) 0 – 12 2 – 10 0 - 12* 0 – 12

* Incrementar a 15% para agregado fino triturado, excepto cuando se use para pavimentos.

b) Agregado grueso

Se define como agregado grueso al material retenido en el tamiz 4.75 mm. (N º 4) y

cumple los límites establecidos en la NTP 400.037.

El agregado grueso podrá consistir de grava natural o triturada, piedra partida, o

agregados metálicos naturales o artificiales. El agregado grueso empleado en la

preparación de concretos livianos podrá ser natural o artificial.

El agregado grueso deberá cumplir con los siguientes requerimientos:

- Deberá estar conformado por partículas limpias, de perfil preferentemente angular,

duras, compactas, resistentes, y de textura preferentemente rugosa.

- Las partículas deberán ser químicamente estables y deberán estar libres de escamas,

tierra, polvo, limo, humus, incrustaciones superficiales, materia orgánica, sales u

otras sustancias dañinas.

- Es recomendable tener en consideración lo siguiente: Según NTP400.037 ó la Norma

ASTM C33

1) La granulometría seleccionada deberá ser de preferencia continua.

2) La granulometría seleccionada deberá permitir obtener la máxima densidad del

concreto, con una adecuada trabajabilidad y consistencia en función de las

condiciones de colocación de la mezcla.



3) La granulometría seleccionada no deberá tener más del 5% del agregado retenido

en la malla de 1 1/2” y no más del 6% del agregado que pasa la malla de ¼ ”.

El agregado grueso debería estar graduado dentro de los límites especificados en la NTP

400.037, tal como sigue:

TABLA

Tamaño Nominal

Valores más finos que las mallas de laboratorio, porcentaje que pasa

2” 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” No.4 No.8 No. 16

1 ½” a N0. 4 100 90 a 100 -- 35 a 70 -- 10 a 30 0 a 5

1” a No. 4 100 95 a 100 25 a 60 0 a 10 0 a 5

¾” a No. 4 90 a 100 -- 20 a 55 0 a 10 0 a 5

½” a No. 4 100 90 a 100 40 a 70 0 a 15 0 a 5

3/8” No. 4 100 85 a 100 10 a 30 0 a 10 0 a 5

4. Requisitos granulométricos del agregado grueso

- Las Normas de Diseño Estructural recomiendan que el tamaño nominal máximo del

agregado grueso sea el mayor que pueda ser económicamente disponible, siempre que él

sea compatible con las dimensiones y características de la estructura. Se considera que,

en ningún caso el tamaño nominal máximo del agregado no deberá ser mayor de:

1) Un quinto de la menor dimensión entre caras de encofrados; o

2) Un tercio del peralte de las losas; o

3) Tres cuartos del espacio libre mínimo entre barras o alambres individuales de

refuerzos; paquetes de barras; torones; o ductos de presfuerzo.

En elementos de espesor reducido, o ante la presencia de gran cantidad de armadura; se

podrá con autorización de la Inspección reducir el tamaño nominal máximo del agregado

grueso, siempre que se mantenga una adecuada trabajabilidad y se cumpla con el

asentamiento requerido, y se obtenga las propiedades especificadas para el concreto.

- El porcentaje de partículas inconvenientes en el agregado grueso no deberá exceder de

los siguientes valores:

Arcilla: 0.25%

Partículas deleznables: 5.00%

Material más fino que pasa la malla N º 200: 1.00%



Carbón y lignito:

1) Cuando el acabado superficial del concreto es de importancia: 0.50%

2) Otros concretos: 1.00%

- El agregado grueso cuyos límites de partículas perjudiciales excedan a los indicados, podrá

ser aceptado siempre que en un concreto preparado con agregado de la misma procedencia;

haya dado un servicio satisfactorio cuando ha estado expuesto de manera similar al

estudiado; o en ausencia de un registro de servicios siempre que el concreto preparado con

el agregado tenga características satisfactorias, cuando es ensayado en el laboratorio.

- El agregado grueso empleado en concreto para pavimentos, en estructuras sometidas a

procesos de erosión, abrasión o cavitación, no deberá tener una perdida mayor del 50% en

el ensayo de abrasión realizado de acuerdo a la NTP 400.019 ó NTP 400.020, ó a la Norma

ASTM C 131.

- EL lavado de las partículas de agregado grueso se deberá hacer con agua preferentemente

potable. De no ser así, el agua empleada deberá estar libre de sales, materia orgánica,

o sólidos en suspensión.

c) Arena

La NTP 400.011 define a la arena como el agregado fino proveniente de la desintegración

natural de las rocas.

También se define la arena como el conjunto de partículas o granos de rocas, reducidas

por fenómenos mecánicos, naturales acumulados por los ríos y corrientes acuíferas en

estratos aluviales y médanos o que se forman en in-situ por descomposición; o el conjunto

de piedras producidas por acción mecánica artificial, las primeras son las arenas naturales;

y las segundas, las arenas artificiales.

Se clasifican según la “Comisión de Normalización” de la Sociedad de Ingenieros del Perú

como sigue:

Arena Fina: 0.05 a 0.5 mm.

Arena Media: 0.5 a 2.0 mm.

Arena gruesa: 2.0 a 5.0 mm.

d) Grava

La NTP 400.011 define a la grava como el agregado grueso, proveniente de la

desintegración natural de materiales pétreos, encontrándoseles corrientemente en

canteras y lechos de ríos depositados en forma natural.



e) Piedra partida o chancada

La NTP 400.011 define como el agregado grueso obtenido por trituración artificial

de rocas o gravas.

f) Hormigón

La NTP 400.011 define al hormigón como al material compuesto de grava y arena

empleado en forma natural de extracción.

En lo que sea aplicable, se seguirá para el hormigón las recomendaciones

correspondientes a los agregados fino y grueso.

El hormigón deberá estar libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas

blandas o escamosas, sales, álcalis, materia orgánica, u otras sustancias dañinas para

el concreto. Su granulometría deberá estar comprendida entre la malla de 2”

como máximo y la malla Nº100 como mínimo.

El hormigón deberá ser manejado, transportado y almacenado de manera tal de

garantizar la ausencia de contaminación con materiales que podrían reaccionar con el

concreto.

El hormigón deberá emplearse únicamente en la elaboración de concretos con

resistencias en compresión, hasta de 100 kg/cm2 a los 28 días. El contenido mínimo

de cemento será 255 kg/m3.

g) Propiedades físicas de los agregados para concreto

Tamaño máximo

Corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado.

Tamaño nominal máximo del agregado grueso

Corresponde al menor tamiz en el cual se produce el primer retenido.

Módulo de fineza

El denominado módulo de fineza, representa un tamaño promedio ponderado de la

muestra de arena, pero no representa la distribución de las partículas.

Es un factor empírico obtenido por la suma dividida por cien de los porcentajes

retenidos acumulados de los siguientes tamices NTP: 149 um (Nº 100), 297 um(Nº 50),



595um (Nº 30), 1.19mm (Nº 16), 2.38 mm (Nº 8), 4.76 mm (Nº4), 9.51 mm (3/8”),

19.00mm (3/4”), 38.1mm (11/2”), 76.2 mm (3”) y mayores incrementando en la

relación de 2 a 1.

Nota.- Para el cálculo del módulo de fineza del agregado fino, se tomará sólo

hasta el tamiz 9.51 mm(3/8”), según la NTP 400.011.

En la apreciación del módulo de fineza, se estima que las arenas comprendidas entre los

módulos 2.2 y 2.8 producen concretos de buena trabajabilidad y reducida segregación; y

que las que se encuentran entre 2.8 y 3.2 son las más favorables para los concretos de alta

resistencia.

Material que pasa y material retenido

La NTP 400.011 considera que un agregado “pasa” por un tamiz, siempre que éste

no retenga más de un 5% en peso del material tamizado. Se dice que un agregado

es “retenido” por un tamiz cuando éste no deja pasar más de un 5% en peso del

material tamizado.

Peso específico y absorción (NTP 400.021 – NTP 400.022)

El peso específico de los agregados es un indicador de calidad, en cuanto que los valores

elevados corresponden a materiales de buen comportamiento, mientras que para bajos

valores generalmente corresponde a agregados con porosidad, por lo tanto con altos

porcentajes de absorción; asimismo, son débiles.

Peso específico del agregado fino (NTP 400.022)

La presente norma establece el método de ensayo para determinar el peso específico

(densidad); peso especifico saturado con superficie seca, el peso específico aparente y la

absorción después de 24 horas en agua del agregado fino.

Las definiciones que se sugieren en la presente norma son:

- Peso específico

Es la relación a una temperatura estable, de la masa de un volumen unitario de

material, a la masa del mismo volumen de agua destilada libre de gas.

- Peso específico aparente



Es la relación a una temperatura estable, de la masa en el aire, de un volumen unitario

de material, a la masa en el aire de igual densidad de un volumen igual de agua

destilada libre de gas, si el material es un sólido, el volumen es igual a la porción

impermeable.

- Peso específico de masa

Es la relación, a una temperatura estable, de la masa en el aire de un volumen unitario

de material (incluyendo los poros permeables e impermeables naturales del material);

a la masa en el aire de la misma densidad, de un volumen igual de agua destilada libre

de gas.}

- Peso específico de masa saturado superficialmente seco

Es lo mismo que el peso específico de masa, excepto que la masa incluye el agua en

los poros permeables.

Nota: El peso específico anteriormente definido está referido a la densidad del material,

conforme al Sistema Internacional de Unidades.

Peso específico del agregado grueso (NTP 400.021)

Es la relación a una temperatura estable de la masa en el aire de un volumen unitario de

material, a la masa en el aire de igual densidad de un volumen igual de agua destilada libre

de gas.

Absorción del agregado fino (NTP 400.022)

La presente norma, establece el método de ensayo para determinar el porcentaje de

absorción (después de 24 horas en el agua).

Podemos definir la absorción, como la cantidad de agua absorbida por el agregado

sumergido en el agua durante 24horas. Se expresa como un porcentaje del peso del

material seco, que es capaz de absorber, de modo que se encuentre el material saturado

superficialmente seco.

La absorción del agregado grueso se determina por la NTP 400.021.

Contenido de humedad

La presente norma, establece el método de ensayo para determinar el contenido de

humedad del agregado fino y grueso.



Los agregados se presentan en los siguientes estados: seco al aire, saturado

superficialmente seco y húmedos; en los cálculos para el proporcionamiento de los

componentes del concreto, se considera al agregado en condiciones de saturado y

superficialmente seco, es decir con todos sus poros abiertos llenos de agua y libre de

humedad superficial.

Los estados de saturación del agregado son como sigue:

Peso volumétrico unitario (NTP 400.017)

La norma establece el método para determinar el peso unitario de agregados finos y

gruesos.

Se denomina peso volumétrico del agregado, al peso que alcanza un determinado

volumen unitario. Generalmente se expresa en kilos por metro cúbico. Este valor es

requerido cuando se trata de agregados ligeros o pesados y para convertir cantidades en

volumen y viceversa, cuando el agregado se maneja en volumen.

Forma y textura superficial

La forma y textura de las partículas de agregados influyen grandemente en los resultados

a obtenerse en las propiedades del concreto. Existiendo un efecto de anclaje mecánico

que resulta más o menos favorable en relación con el tamaño, la forma, la textura

superficial y el acomodo entre ellas, también se producen fenómenos de adherencia entre

la pasta de cemento y los agregados, condicionados por estos factores; que contribuyen

en el comportamiento de resistencia y durabilidad del concreto.

Forma: Por naturaleza los agregados tienen una forma irregularmente geométrica,

compuesta por combinaciones aleatorias de caras redondeadas y angularidades.

Bryan Mather establece que la forma de las partículas está controlada por la redondez o

angularidad y la esfericidad, dos parámetros relativamente independientes.

En términos meramente descriptivos, la forma de los agregados se define en:

- Angular: Poca evidencia de desgaste en caras y bordes.

- Subangular: Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes.

- Subredondeada: Bordes casi eliminados.

- Muy redondeadas: Sin caras ni bordes.



La esfericidad resultante de agregados procesados, depende mucho del tipo de chancado y

la manera como se opera.

La redondez está más en función de la dureza y resistencia al desgaste de la abrasión.

Los agregados con forma equidimensional producen un mejor acomodo entre partículas

dentro del concreto, que los que tienen forma plana o alargada y requieren menos agua,

pasta de cemento, o mortero para un determinado grado de trabajabilidad del concreto.

Textura

Representa qué tan lisa o rugosa es la superficie del agregado. Es una característica ligada

a la absorción, pues los agregados muy rugosos tienen mayor absorción que los lisos;

además que producen concretos menos plásticos pues se incrementan la fricción entre

partículas dificultando el desplazamiento de la masa.



ADITIVOS1

1. Definición Los aditivos del concreto son productos capaces de disolverse en agua, que se adicionan durante el mezclado en proporciones no mayores del 5% de la masa de cemento, con el propósito de producir una modificación en el comportamiento del concreto en su estado fresco y/o endurecido. Esta definición excluye, por ejemplo a las fibras metálicas, las puzolanas y otros. En la actualidad los aditivos permiten la producción de concretos con características diferentes a los tradicionales, han dado un creciente impulso a la construcción y se consideran como un nuevo ingrediente, conjuntamente con el cemento, el agua y los agregados.

2. Antecedentes Los antecedentes más remotos de los aditivos químicos se encuentran en los concretos romanos, a los cuales se incorporaba sangre y clara de huevo. La fabricación del cemento portland alrededor de 1850 y el desarrollo del concreto armado, llevó a regular el fraguado con el cloruro de calcio, patentado en 1885. Al inicio del siglo se efectuaron sin éxito comercial estudios sobre diferentes aditivos. El primer antecedente de los aditivos químicos modernos se encuentran en el empleo ocasional del sulfonato nalteleno formaldehido, que fue utilizado en 1930 para actuar como dispersarte en concretos con adiciones de humo, destinados a carriles de pavimentos que por su coloración pudieran llamar la atención de los conductores de vehículos. Si bien es 1932 se registró una patente en los EE.UU. no se aplicó por su elevado costo y exceder los requerimientos de las construcciones de concreto de esa época. La primera norma para aditivos la da la ASTM el año 1962. En Perú los aditivos químicos se introducen a fines de la década del 50, cuando el uso de los concretos armados cobra un enorme auge; sin embargo, su uso fue muy restringido. La primera norma nacional de aditivos corresponde al año 1981 y se basa en la norma ASTM de 1969, comprendiendo los tipos A, B, C, D y E. Los requerimientos de estas normas se refieren a la performance de los concretos con aditivos, especificando su desempeño en trabajabilidad, deformación y resistencia.

3. Tipos de aditivos – Normalización Los aditivos pueden clasificarse tentativamente según las propiedades que modifican al concreto en estado fresco o endurecido. 3.1 En estado fresco:

Incrementar las trabajabilidad sin aumento de agua o reducir el contenido de agua con similar trabajabilidad.

Retardar o acelerar el fraguado.

Disminuir la exudación.

1 Sistematizado de la Conferencia inicial del Seminario “Aditivos y Adiciones en el Concreto, organizado por el Capitulo de

Ingenieros Civiles, ASOCEM e INDECOPI”.



Reducir la segregación.

Mejorar la trabajabilidad al bombeo.

3.2 En el estado endurecido:

Acelerar la ganancia de resistencia temprana.

Incrementar la resistencia.

Mejorar la durabilidad frente a exposición severa.

Disminuir la permeabilidad.

Producir expansión o controlar la contracción.

Incrementar la adherencia con las barras de acero de refuerzo.

Impedir la corrosión de las barras de refuerzo.

Controlar la reacción álcali-agregado.

3.3 Normalización: La norma técnica ASTM-C497, clasifica a los aditivos de la siguiente manera:

TIPO A: Reductor de agua

TIPO B: Retardante

TIPO C: Acelerante

TIPO D: Reductor de agua retardante

TIPO E: Reductor de agua acelerante

TIPO F: Super reductor de agua

TIPO G: Super reductor de agua retardante En Perú, las primeras normas de aditivos corresponden al año 1981 y se basa en la norma ASTM de 1969, comprendiendo a los tipos A, B, C, D y E.

Reductores de agua y reguladores de fragua: NTP 334.088

Incorporadores de aire: NTP 334.089

Fluidificantes (cloruro ASTM D 98 de calcio): NTP C1017

Los componentes de aquellos aditivos son:

Los ácidos lignosulfonatos y sus sales.

Los ácidos hidroxicarboxilicos y sus sales.

Derivados de los elementos precitados.

Los lignosulfonatos son materiales complejos obtenidos del proceso de producción de pulpa de papel de la madera.

Los ácidos hidroxicarboxilicos tienen en su molécula a grupos de hidroxilos y carboxilos. Estos productos tienen diferentes empleos industriales en productos de la industria farmacéutica.

Los aditivos reductores de agua y acelerantes generalmente han consistido en lignosulfonatos con reducidas adiciones de cloruro de calcio o formiato de calcio.

Estos cinco tipos de aditivos (A, B, C, D y E, según las NTP) son empleados cuando es necesario suplir las deficiencias de los materiales disponibles.



Generalmente se evalúa previamente la posibilidad de obtener el comportamiento requerido modificando el diseño de mezcla, evaluando la opción más favorable económicamente.

4 Aditivos de Segunda Generación

En la década del 60, especialmente por el desarrollo del concreto premezclado, se llevaron a cabo investigaciones para una nueva generación de aditivos con elevados niveles de reducción de agua en las mezclas de concreto, que fueron denominados superplastificantes o aditivos reductores de agua de alto rango. En Alemania se estudio la aplicación de superplastificantes en base a las sales de formaldehido-melam Ina sulfonato, productos que inicialmente se encontraban en el mercado para otros usos industriales, que luego tuvieron gran desarrollo en la industria del premezclado. Paralelamente en Japón se investigaron productos a base de sales formaldehido naftaleno sulfánicos, que fueron empleados intensamente en Estados Unidos, especialmente en concretos de alta resistencia. Los aditivos llamados de segunda generación fueron normalizados por ASTM en 1970, incluyéndolos como tipos E y G, en la forma de aditivos químicos; con propiedades de actuar como reductores de agua y como retardadores de fraguado. A diferencia de los reductores de primera generación que permiten una reducción del contenido de agua en 95%, los reductores de alto rango llegan al 88% como mínimo. Cabe señalar que las normas ASTM tienen un carácter de mejorar la performance, mientras que las normas de la Comunidad Europea tienen además especificaciones prescriptivas, como son la homogeneidad, el color, la densidad relativa, el contenido del extracto seco, el valor del PH. En la actualidad una tercera generación de aditivos se introduce rápidamente, solucionado el problema de la pérdida de asentamiento con el tiempo, que afectaba al concreto premezclado, en especial en zonas cálidas.

5 Criterios de selección y usos de aditivos químicos

Establecer cuál es la característica principal del concreto que será modificado por el concreto.

Cuáles son las características secundarias que son modificadas en menor medida y cuáles son los parámetros a controlar, por eventuales desarreglos que pudieran presentarse.

Conoce el tipo de constituyentes básicos del aditivo para aprovechar la experiencia y las investigaciones existentes.

De ser necesario recurrir al análisis de infrarrojo (que prescribe la norma para el control de homogeneidad) que permite identificar el producto.



En los casos de aditivos reductores de agua, con función de acelerar o retardar el fraguado (especialmente en los del tipo de alto rango), conviene evaluar la compatibilidad del aditivo con el cemento utilizado, teniendo en cuenta que los cementos varían en su composición de sus constituyentes mineralógicos (aluminato y silicato tricálcico y los álcalis solubles.

Entre los aditivos de segunda generación se tiene:

5.3 Aditivos para concretos luidificantes Este tipo de aditivo que se encuentra normalizado, pese a que muchas veces se confunde con los aditivos reductores de agua de alto rango. La norma los diferencia al prescribir que deben producir un incremento de 9 cm en el asentamiento, medido en el cono de Abrahams. SE normalizan dos tipos, uno de ellos con propiedades retardantes. Estos aditivos están compuestos en base a los siguientes materiales:

Formaldehído – melanina sulfórico.

Formaldehído – naftaleno sulfórico.

Lignosulfonatos modificados

Una combinación de uno de los tipos enunciados con aditivos químicos de tipo A (reductor de agua); de tipo B (reductor y retardador) o de Tipo E (reductor acelerador)

También se utiliza altas dosificaciones del reductor tipo A y reductor acelerador de tipo E.

5.4 Aditivos para concretos auto compactantes Estos aditivos constituyen un nuevo tipo de aditivo reductor de alto rango que modifica la plasticidad del concreto, dotándolo de marcada fluidez sin producir segregación. Su empleo es requerido por la industria de la prefabricación para reducir el tiempo de la puesta en molde y curado, además de eliminar en su totalidad los procedimientos de consolidación. Los procedimientos de normalización se encuentran en el Comité de ASTM C 09.

5.5 Aditivos para mejorar la bombeabilidad Desde hace muchos años se obtiene en el mercado productos que incrementan la productividad del concreto bombeado, mejorando la cohesividad, disminuyendo la exudación y limitando la segregación del agua. Estos aditivos mejoran las mezclas deficientes en finos o de graduación incompleta de los agregados. Estos aditivos reducen los problemas de taponamiento de la manguera y permiten mantener la presión de suministro continuo. Estos aditivos se encuentran en proceso de normalización en el ASTM, quienes vienen definiendo métodos de ensayos.

5.6 Aditivos para concreto lanzado (shotcrete) Los aditivos convencionales normalizados también son empleados para mejorar las condiciones de aplicación del concreto lanzado.



El cloruro de calcio como acelerador en cantidades no mayores al 2% y cuando se incorporan fibras metálicas, aditivos libres de cloruros. En las mezclas húmedas se emplean los reductores de agua y cuando es requerido incorporadores de aire.

Existen tres categorías de este tipo de aditivos:

Polímeros orgánicos solubles en agua: sintéticos o naturales; óxido de polietileno; polímero acrílicos y otros.

Floculantes orgánicos solubles en agua.

Emulsiones de materiales orgánicos; parafina, acrílicos y otros polímeros.

Sin embargo, se pueden encontrar en el mercado aditivos que mejoran el rendimiento y la performance de los concretos lanzados, que actúan sobre las siguientes características:

Regular el fraguado inicial y final, generalmente entre 2 y 13 minutos. Incrementar el espesor de la capa proyectada y reducir el material de desperdicio.

Incrementar la ganancia de resistencia y la resistencia final.

Entre los componentes químicos se encuentra el aluminato de sodio, el hidróxido de sodio y potasio, la trietalolamina y el fluoruro de sodio: además se utilizan adiciones minerales como la microsilice, las puzolanas y excepcionalmente la bentonita.

Aditivos para reducir la reacción álcaliagregados. Recientemente se ha desarrollado diversos tipos de aditivos que incorporados al concreto permiten reducir la expansión causada por la reacción álcali - agregado. Los aditivos químicos fueron aplicados inicialmente en la década de los 60 habiendo adquirido recientemente nueva presencia. Se emplean principalmente sales de litio en porcentajes vecinos al 1 % y sales de bario, entre 2 y 7%, en relación a la masa de cemento.

La expansión de esta técnica está limitada por el costo de los aditivos y la prevención que existe por la modificación de la resistencia. Su empleo es restringido debido a que la información sobre experiencias es poca y su costo resulta elevado, con relación a otras alternativas para minimizar el riesgo. En efecto, es posible usar cementos apropiados, combinar los agregados dañinos con otros sanos. etc. La inclusión de este aditivo en el presente trabajo es con carácter referencia [, pues no existe ningún requerimiento en nuestro medio.

6 Aditivos e inhibidores de corrosión

Existen varios tipos de inhibidores de la corrosión del refuerzo de acero, sea por causa de la penetración de cloruros o por la acción de C02 del ambiente. Pese a ser conocido durante décadas el nitrito de calcio recién en 1960 fue identificado y patentado. Se ha comprobado que en porcentajes de 31% de masa de cemento reduce la expansión y no produce efectos adversos en el concreto. Otros tipos de inhibidores, con diferente forma de acción tienen diminuta presencia en el mercado, corno es el caso del lignosulfonato de calcio. Sin embargo, en la tecnología del concreto existen alternativas más



Desarrolladas como son las barras de acero revestidas, la protección catódica o las barreras protectoras.

7 Aditivos del milenio

Anteriormente el uso de aditivos era discrecional, se prescribían por razones de economía y constituían una alternativa al diseño de la mezcla de concreto. En la actualidad los aditivos han pasado a ser un ingrediente más, conjuntamente con las adiciones minerales de los nuevos concretos, que son cualitativamente diferentes a los concretos que han ocupado la mayor parte de siglo pasado. Los aditivos químicos no solamente 20permiten reducir la relación a/c a porcentajes de 0,32, producir concretos trabajables, sino que dan como resultados materiales de resistencia superior a 1,000 Kg/cm₂, y superior durabilidad ante diferentes condiciones climáticas.



Aditivos retardadores para concreto, aplicaciones y uso

Por Ing. Enrique Pasquel Carbajal

Gerente de Investigación & Desarrollo de UNICON S.A.

Presidente del Capítulo Peruano del ACI

Los aditivos en general, son materiales orgánicos o inorgánicos que se añaden a la mezcla durante o luego de formada la pasta, actuando sobre el cemento y mo-dificando en forma dirigida algunas características del proceso de hidratación, el endurecimiento e incluso la estructura interna del concreto.

El comportamiento de los concretos con diversos tipos de cementos, está definido dentro de un esquema relativamente rígido, ya que no siempre pueden satisfacer todos los requerimientos de los procesos constructivos modernos, en consecuencia, existen múltiples casos en que la única alternativa de solución técnica y eficiente es el uso de aditivos

En nuestro país, no es frecuente el empleo de aditivos en las obras por la creencia generalizada de que su utilización incrementa innecesariamente el costo del concreto; pero si se hace un estudio detallado del

aumento en el costo del m3 (incremento que normalmente oscila entre el 0.5 al 5% dependiendo del producto en particular), y de la economía en mano de obra, horas de operación y mantenimiento del equipo, reducción de plazos de ejecución de las labores, mayor vida útil de las estructuras, disminución de riesgos por imprevistos o reparaciones, etc., se concluye en que el costo extra es sólo aparente, en contra-posición a la gran cantidad de beneficios que se obtienen en el saldo final.

Aditivos Retardadores

Tienen como objetivo incrementar el tiempo de vida normal en estado fresco hasta el inicio del endurecimiento, con miras a disponer de un período de plasticidad mayor que asegure que el concreto se transportará, colocará y compactará durante el pro-ceso constructivo, sin que haya ocurrido aún el fraguado inicial que normalmente sucede luego de 1/2 horas a 3 horas de mezclados los ingredientes.

Su uso principal se amerita en los siguientes casos:

- Vaciados complicados y/o voluminosos, donde la secuencia de colocación del concreto provocaría juntas frías si se emplean mezclas con fraguados normales.

- Vaciados en clima cálido, en que se incrementa la velocidad de endurecimiento de las mezclas convencionales y se reduce su vida útil en estado fresco.

- Bombeo de concreto a largas distancias para prevenir atoros.

- Transporte de concreto premezclado a largas distancias en camiones mezcladores (mixers).

- Mantener el concreto plástico en situaciones de emergencia que obligan a interrumpir temporalmente los vaciados, como fallas en equipos o retraso en el suministro del concreto.

La manera como trabajan es actuando sobre el aluminato tricálcico del cemento,



retrasando la reacción de endurecimiento y originando también un efecto de superficie en que se reducen las fuerzas de atracción entre las partículas, producien-do un resultado adicional de plastificación en las mezclas.

En la medida que pasa el tiempo desaparece la acción del aditivo y se desarrolla a continuación el proceso de hidratación normal, acelerándose generalmente el fraguado a partir de esta fase.

La mayoría de retardadores comerciales utilizan materiales como azúcar; hidrocarbohidratos o sales derivadas de estos, originando una variedad de compor-tamientos en cuanto al retardo. Así, los retardadores en base a productos orgánicos, tienen una acción muy fuerte y no siempre fácil de controlar pues para pequeñas sobredosificaciones se pueden producir retardos hasta de varios días en el endureci-miento. Por otro lado, requieren el uso de agentes antibacterianos para contrarrestar la fermentación e introducción de aire en las mezclas de concreto. Los inorgánicos son más estables y obviamente más caros, por lo que es importante saber diferenciarlos y medir estas limitaciones en las mezclas de prueba para evitar sorpresas en los resultados y en el costo-beneficio.

Cuando se produce una sobredosificación o un retardo inesperado en el tiempo de fragua inicial, si bien esta situación origina problemas de atraso en los procesos constructivos, existen investigaciones que demuestran que al cesar el retardo e iniciarse la hidratación normal, las resistencias finales se ven incrementadas por un mayor efecto de dispersión del cemento causado por este fenómeno, siendo lo recomendable en estos casos cuando es posible esperar, proteger el concreto y evitar que pierda humedad y temperatura hasta que empiece el endurecimiento normal.

Nueva Tecnología

Se viene desarrollando una nueva tecnología de retardadores denominados “inhibidores de hidratación” o “estabilizadores de hidratación” que emplea agentes orgánicos gelatinosos para bloquear el agua y los iones en las partículas de cemento, anulando la acción superficial y evitando el inicio del proceso de hidratación. Estos productos retardan el inicio del fraguado por períodos que oscilan entre 5 y 96 horas en función de la dosis empleada, “durmiendo” el concreto pero manteniendo su tra-bajabilidad y características, con la posibilidad de iniciar el proceso de endurecimiento a voluntad con un aditivo activador para “despertarlo”. Su empleo fundamental está orientado al transporte de concreto premezclado a largas distancias y para el control de hidratación del concreto fresco a ser empleado en shotcrete vía húmeda para obras subterráneas.

Se ha usado esta tecnología en nuestro medio con éxito, para el suministro de concreto premezclado fresco desde Lima hasta Huarmey en vaciados especiales en el muelle de Antamina, con 8 horas de transporte y 6 horas adicionales para la descar-ga, y en shotcrete vía húmeda en varios proyectos mineros como en la mina Cobriza.



AGUA PARA EL CONCRETO

1. Calidad

La calidad del agua es también un factor determinante en la dureza, resistencia e impermeabilidad de los concretos.

Generalmente se prescribe que serán las aguas potables y aptas para beber las que se deban utilizar para el preparado de concretos, sin embargo, debe tenerse en cuenta que el agua para beber puede contener altas concentraciones de sodio o potasio, cloruros, carbonatos, entre otros, que pueden afectar la resistencia del concreto; pero por lo general las aguas potables son seguras.

Por otro lado, se prescribe que la aguas no potables: como las aguas almacenadas (no frescas), aguas de mar, aguas con olor o sabor; son no aptas para la preparación de concretos.

Para el diseño de mezclas las dos hipótesis anteriores -de prescripciones del agua- debe ameritar la realización de análisis físico y químico del agua, de tal manera que se establezcan a composición real y estableciendo una comparación con los porcentajes dados por las normas podamos decidir sobre el uso o no de una determinada agua.

2. Requisitos de calidad

El agua utilizada para la preparación de concretos debe cumplir con los requisitos establecidos en la NTP 339.088, esta establece que las aguas aptas para la preparación y curado del concreto son aquellas cuyas propiedades y contenidos de sustancias disueltas están en los siguientes rangos:

DESCRIPCIÓN LÍMITE PERMISIBLE (máximo)

Sólidos en suspensión (residuo insoluble)

5,000 ppm

Materia orgánica 3 ppm

Alcalinidad (NaCHCO₃) 1,000 ppm

Sulfatos (ión SO₄) 600 ppm

Cloruros (ión Cl) 1,000 ppm

pH 5 a 8

3. Efectos de algunas sustancias en el concreto

Carbonatos y bicarbonatos de alcalinos

El carbonato de sodio puede causar fraguados muy rápidos, en tanto que lo bicarbonatos pueden acelerar o retardar el fraguado. En concentraciones fuertes estas sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del



concreto. Cuando la suma de las sales disueltas exceda 1,000 ppm, se deberán realizar pruebas para analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días. También se deberá considerar la posibilidad que se presenten reacciones alcali - agregado graves.

Cloruros

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

Los cloruros se pueden introducir en el concreto, ya sea con los ingredientes separados - aditivos, agregados, cemento, y agua - o a través de la exposición a las sales anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas.

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

Sulfato

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

4. Otras sales comunes

Los 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 dañinas las concentraciones inferiores o iguales a 400 ppm de bicarbonato en estas formas.

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

5. Sales de hierro



Las aguas freáticas naturales rara vez contienen más 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.

6. Diversas sales orgánicas

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

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

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

7. Aguas ácidas

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

8. Aguas alcalinas

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

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

9. Aguas de enjuague



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

10. Aguas de desperdicios industriales

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

11. Aguas negras

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

12. Impurezas orgánicas

El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas naturales puedan tener en el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la resistencia ultima del concreto, es un problema que presenta una complejidad considerable. Las aguas que estén muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas en que sean visibles algas verdes o cafés deberán ser vistas con desconfianza y en consecuencia ensayadas.

13. Azúcar

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

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



14. Sedimentos o partículas en suspensión

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

Carbonatos alcalinos y bicarbonatos

Los carbonatos y bicarbonatos de sodio y de potasio pueden acelerar o retardar el fraguado de ciertos cementos. En grandes concentraciones, estas sales pueden reducir la resistencia del concreto.

Aguas alcalinas

Las concentraciones de hidróxido de sodio mayores a 0.5% por peso de cemento pueden reducir la resistencia.

Aguas con desechos residuales

Los residuos diluidos adecuadamente por lo general no tiene efectos significativos sobre la resistencia del concreto.

Azúcar

El fraguado del cemento puede retardarse por la presencia de pequeñas cantidades de azúcar, de 0.03 a 0.15% del peso del cemento. Cuando esta cantidad se aumenta al 0.2% del peso del cemento, fraguado se acelera. Por otro lado, el azúcar que represente 1.25% del peso del cemento puede provocar una reducción importante de la resistencia.

Algas

Las algas en el agua puede provocar penetración de aire y por consiguiente pérdida de la resistencia del concreto.

15. Utilización de aguas no potables

Agua de mar

El agua de mar, por su alto contenido de cloruros, tiende a ocasionar eflorescencias sobre las superficies de concreto, lo cual no es deseable cuando la apariencia del concreto sea importante.

De igual manera no debe usarse en concretos armados, dado que puede ocasionar corrosión en el acero.

El agua de mar o aquellas con alto porcentaje de salinidad, utilizadas para la preparación de concretos producen una resistencia temprana ligeramente mayor que las preparadas con agua potable, pero una menor resistencia a largo plazo. Esta pérdida de resistencia no es mayor de 15% y puede ser



tolerada, siempre y cuando la resistencia no sea importante en la estructura que se construya.



CONCRETOS

1. Definiciones El concreto es básicamente una mezcla de tres componentes: Cemento Portland, agregados y agua. Al mezclar estos tres componentes aparece simultáneamente un cuarto componente que es el aire. A estos cuatro componentes eventualmente puede incorporarse uno más y que genéricamente se designa como aditivo. Existen otros conceptos que definen al concreto como la mezcla de dos componentes, el agregado y pasta.

2. Composición del concreto Teniendo en cuenta la segunda definición del párrafo anterior podemos establecer que el concreto tiene dos componentes: La pasta y el Agregado. 2.1 La Pasta

La pasta, compuesta de Cemento Portland y agua, ésta llena los espacios libres entre las partículas de los agregados (arena y piedra triturada), y que durante el proceso de fraguado se producen reacciones químicas entre el cemento y el agua para formar cristales agrupados o cohesivos en formas paralelas; estos están unidos a otros como puentes, que endurecidos forman una masa semejante a una roca.

3.2 Elementos de la pasta La pasta comprende a cuatro elementos:

El Gel, nombre con el que se conoce al producto resultante de la reacción química e hidratación del cemento. Para asegurar que las reacciones del fraguado continúen a partir del endurecimiento inicial del concreto (que normalmente se produce en las primeras horas después del mezclado), se requiere dotar continuamente de agua de curado, la que sirve para reponer el agua de mezcla evaporada por el calor de hidratación, producto de las reacciones químicas.

Los poros incluidos en ella.

El cemento no hidratado (si lo hay)

Los cristales de hidróxido de calcio, o cal libre que puedan haberse formado durante la hidratación del cemento.

3.3 Funciones de la pasta

Aglomerante de las partículas de los agregados

Contribuye en las propiedades requeridas del concreto endurecido.

Llenar los vacios entre las partículas de agregado y adherirse fuertemente a ellas.

Proporcionar lubricación a la masa cuando está en su estado plástico.



3.4 El Gel Es la parte sólida de la pasta, la cual es el resultado de la reacción química del cemento con el agua durante el proceso de hidratación. El gel es una aglomeración porosa de partículas sólidamente entrelazadas, el conjunto de las cuales forma una red eslabonada que contiene material más o menos amorfo. En su composición el gel comprende: La masa cohesiva del cemento hidratado en su estado de pasta más densa, el hidróxido de calcio cristalino y los poros gel. El gel desempeña el papel más importante en el comportamiento del concreto, especialmente en su resistencia mecánica y elasticidad. 3.4.1 Hidratación

Se define como hidratación al proceso de reacción química del cemento con presencia del agua. La hidratación requiere de presencia de humedad, condiciones de curado favorables y tiempo.

3.4.2 Curado. Es el proceso por el cual se repone se repone la humedad del concreto

pérdida por el proceso de hidratación, en la magnitud que se desea para alcanzar la resistencia seleccionada.

3.5 Porosidad de la pasta

Existen vacíos denominados poros, los cuales no contienen materia sólida aunque bajo determinadas circunstancias algunos podrían estar totalmente llenos de agua. Se clasifican en cuatro categorías, definidas por: el origen, tamaño promedio o ubicación:

Poros por aire atrapado. Durante el proceso de mezclado una pequeña cantidad de aire, en el orden de 1% es aportada por os materiales y queda atrapada en la masa del concreto, no siendo eliminada por los procesos de mezclado, colocación o compactación; estos espacios son parte inevitable de toda pasta y contribuye a la disminución en la resistencia y durabilidad del concreto, varían en tamaños desde aquellos que son perceptibles a simple vista hasta aquellos de 1.00 cm. o más de diámetro.

Poros por aire incorporado. Se incorpora intencionalmente para incrementar la durabilidad del concreto, debido a que aumenta la protección de la pasta contra los procesos de congelación del agua en el interior de la misma, porque evita el agrietamiento.

Poros capilares



Son los espacios originalmente ocupados por el agua en el concreto fresco, los cuales en el proceso de hidratación del cemento no han sido ocupados por el gel.

Poros gel Se forman durante el proceso de formación del gel, son las partículas de aire que quedan atrapadas dentro de él, aisladas unas de otras. Se presentan independientemente de la relación agua cemento.

4. Clasificación 4.1 Por el peso específico:

- Ligero: Concreto cuyo peso unitario se encuentra en el rango de 1200 a 200 kf/m³.

- Normal: Concreto cuyo peso unitario se encuentra en el rango de 2000 a 2800 kg/m³

- Pesado: Concreto cuyo peso unitario se encuentra en el rango de 2000 a 2800 kg/m³.

4.2 Por su aplicación: - Simple: Pasta y agregados. - Armado: Con acero embebido. - Pretensado: Previamente al vaciado los hilos de acero colocado son tensados.

4.3 Postensado: Posteriormente al vaciado los hilos de acero colocados en ductos e

tensado.

4.4 Por su resistencia: - Concreto normal (convencional) - De alta resistencia - De alta performance



PROPIEDADES DEL CONCRETO

La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado está completamente cubierta con pasta y también todos los espacios entre partículas de agregado. Para cualquier conjunto especifico de materiales y de condiciones de curado, la cantidad de concreto endurecido está determinada por la cantidad de agua utilizada en la relación con la cantidad de Cemento. A continuación se presenta algunas ventajas que se obtienen al reducir el contenido de agua:

Se incrementa la resistencia a la compresión y a la flexión.

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

Se incrementa la resistencia al intemperismo.

Se logra una mejor unión entre capas sucesivas y entre el concreto y el esfuerzo.

Se reducen las tendencias de agrietamientos por contracción.

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

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

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

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



En una mezcla de concreto plástico todos los granos de arena y las piezas de grava o de piedra que eran encajonados y sostenidos en suspensión. Los ingredientes no están predispuestos a segregarse durante el transporte; y cuando el concreto endurece, se transforma en una mezcla homogénea de todos los componentes. El concreto de consistencia plástica no se desmorona si no que fluye como liquido viscoso sin segregarse.

1. Propiedades del concreto en estado fresco

a) Revenimiento

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

b) Trabajabilidad

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

El concreto debe ser trabajable pero no se debe segregar excesivamente. El sangrado es la migración de el agua hacia la superficie superior del concreto recién mezclado provocada por el asentamiento de los materiales Sólidos - Cemento, arena y piedra dentro de la masa. El asentamiento es consecuencia del efecto combinado del la vibración y de la gravedad.

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

c) Consolidación

La vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades movilices de un fluido denso. La acción vibratoria permite el uso



de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado en el concreto, habrá que llenar pasta un menor volumen y existirá una menor área superficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento es necesaria. con una consolidación adecuada de las mezclas más duras y ásperas pueden ser empleadas, lo que tiene como resultado una mayor calidad y economía.

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

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

Hidratación, Tiempo de Fraguado y Endurecimiento

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

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

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

Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este último es con mucho el componente cementante más importante en el concreto. Las



propiedades ingenieriles del concreto, - fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional - principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la medula del concreto.

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

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

El conocimiento de la cantidad de calor liberan do a medida de que el cemento se hidrato puede ser útil para planear la construcción. En invierno, el calor de hidratación ayudara a proteger el concreto contra el daño provocado por temperaturas de congelación. 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 más de la mitad de su calor total de hidratación en tres días. El cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo porcentaje de su calor en mucho menos de tres días. El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera menos calor total que los otros y deben pasar más de tres días para que se libere únicamente la mitad de ese calor. El uso de cemento tipo 4, cemente Portland de bajo calor de hidratación, se debe de tomar en consideración donde sea de importancia fundamental contar con un bajo calor de hidratación.

Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque la velocidad de terminada el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al transporte y colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto



ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido. El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del Clinker, actúa como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento Portland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado.

2. Propiedades del concreto en estado endurecido

a) Resistencia a la congelación y deshielo

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

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

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

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



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

b) Impermeabilidad

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

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

La permeabilidad también afecta la capacidad de destrucción por congelamiento en condiciones de saturación. Aquí la permeabilidad de la pasta es de particular importancia porque la pasta recubre a todos los constituyentes del concreto. La permeabilidad de la pasta depende de la relación Agua - Cemento y del agregado de hidratación del cemento o duración del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere de una relación Agua - Cemento baja y un periodo de curado húmedo adecuado. La inclusión de aire ayuda a la hermeticidad aunque tiene un efecto mínimo sobre la permeabilidad aumenta con el secado.

La permeabilidad de una pasta endurecida madura mantuvo continuamente rangos de humedad de 0.1x10E- 12cm por seg. para relaciones Agua - Cemento que variaban de 0.3 a 0.7. La permeabilidad de rocas comúnmente utilizadas como agregado para concreto varía 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 los discos de mortero sin aire incluido de 2.5cm de espesor a una presión de agua de 1.4 kg/cm cuadrado.



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

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

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

c) Resistencia al desgaste

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

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

d) Estabilidad volumétrica



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

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

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

e) Resistencia a la compresión

Es la propiedad más importante del concreto, se determina a los 28 días luego de vaciado el concreto y seguido los procedimientos técnicos establecidos de curado.

El ensayo se realiza en probetas cilíndricas estandarizadas de 15 cm. de diámetro y 30 cm. De altura, aplicándole cargas incrementales rápidas.

La resistencia a la compresión está vinculada a los principios de la mecánica del concreto, estos son:

- Esfuerzos - Deformaciones

Característica del esfuerzo deformación de concreto endurecido

F

Esfuerzo = σ = F = f’c A

F



F

H h Deformación = ε = H - h

H

F

Cuando ε = h/H = 0.2/100 = 0.002, se rompe la probeta, siendo la falla explosiva.

f’c (kg/cm²)

f’c = 210 kg/cm² B

C

f’c

fc = 0.45 f’c o ε₁ ε = 0.002 ε (%)

Comportamiento:

1. OA: Estado elástico. Los esfuerzos son directamente proporcionales a la deformación (comportamiento elástico).

2. AB: Estado agrietado 3. B: Rotura

Módulo de Elasticidad del concreto

Módulo de Elasticidad = Ec = Tan Θ = f’c ε

A



Condiciones favorables:

- Curado

El aumento de resistencia continuara con la edad mientras esté presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y 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 congelación, la hidratación y el aumento de resistencia virtualmente se detiene.

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

- Velocidad de secado del 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 únicamente está relacionado con la hidratación y el endurecimiento de manera indirecta. Al secarse el concreto, deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicación de que haya experimentado la suficiente hidratación para lograr las propiedades físicas deseadas.

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

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



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

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

El contenido de humedad en elementos delgados de concreto que han sido 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 tamaño del elemento de concreto.

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

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

f) Resistencia a la tracción

L

Los elementos de concreto no son buenos para resistir esfuerzos de tracción, que generalmente ocurre cuando un elemento está en flexión.

El estudio del profesor Winter establece:

Fr = esfuerzo de tracción = Mc I

M: Momento flector actuante



c: Distancia de la fibra exterior con respecto a eje neutro I: Momento de inercia de la sección

El A.C.I., lo perfeccionó:

Fr = 1.86 √f’c ≈2.00 √f’c

El valor de la resistencia a la tracción está en un rango entre 10% y 20%.



CONTROL DE AGRIETAMIENTO

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

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

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

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

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

Las juntas de separación aíslan a una losa de otros elementos e otra estructura y le permiten 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 construcción se colocan en los lugares donde ha concluido la jornada de trabajo; separan áreas de concreto colocado en distintos momentos. En las losas para pavimentos, las juntas de construcción comúnmente se alinean con las juntas de control o de separación, y funcionan también como estas últimas

guÍa tecnologÍa del concreto

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