resistencia a la compresión del concreto

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5. MARCO TEORICO 5.1 EL CEMENTO 5.1.1 Definición. En general la palabra cemento, indica un material aglomerante que tiene propiedades de adherencia y cohesión, las cuales le permiten unir fragmentos minerales entre sí, para formar un todo compacto con resistencia y durabilidad adecuadas. En el medio de la construcción y más específicamente en el de la fabricación de concreto para estructuras, es reconocido que al mencionar la palabra cemento, implícitamente, ésta se refiere a cemento Portland. El cemento Portland es un cemento hidráulico, producido de materiales calcáreos seleccionados, pulverizados y mezclados. Esta mezcla se calcina a 1350ºC y da como resultado un Clinker, el cual se muele y se le adiciona yeso para regular el fraguado. 5.1.2 Composición química del cemento. El cemento está constituido por una serie de compuestos que contribuyen favorablemente en las misiones fundamentales que desempeñan y componentes secundarios que se deben limitar, por los efectos contraproducentes que puedan ejercer sobre la mezcla. 5.1.3 Tipos de cemento. Al cambiar las propiedades químicas y físico-mecánicas del cemento portland, se obtienen características diferentes cuando se hidrata, dando lugar a diferentes tipos de cementos. Tenemos el tipo I, tipo II, tipo III, tipo IV y tipo V. 5.1.4 Propiedades físicas y mecánicas del cemento. Las propiedades físicas y mecánicas del cemento permiten complementar las propiedades químicas y conocer otros aspectos de su bondad como material cementante. Tales propiedades dependen del estado en que se encuentre (fresco o endurecido) y son medidas a través de ensayos que se pueden clasificar como: ensayos sobre el cemento puro, sobre la pasta de cemento y sobre el mortero. Las propiedades físicas

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definiciones referentes a la resistencia a la compresión del concreto.

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Page 1: resistencia a la compresión del concreto

5. MARCO TEORICO

5.1 EL CEMENTO

5.1.1 Definición. En general la palabra cemento, indica un material aglomerante que tiene propiedades de adherencia y cohesión, las cuales le permiten unir fragmentos minerales entre sí, para formar un todo compacto con resistencia y durabilidad adecuadas.

En el medio de la construcción y más específicamente en el de la fabricación de concreto para estructuras, es reconocido que al mencionar la palabra cemento, implícitamente, ésta se refiere a cemento Portland. El cemento Portland es un cemento hidráulico, producido de materiales calcáreos seleccionados, pulverizados y mezclados. Esta mezcla se calcina a 1350ºC y da como resultado un Clinker, el cual se muele y se le adiciona yeso para regular el fraguado.

5.1.2 Composición química del cemento. El cemento está constituido por una serie de compuestos que contribuyen favorablemente en las misiones fundamentales que desempeñan y componentes secundarios que se deben limitar, por los efectos contraproducentes que puedan ejercer sobre la mezcla.

5.1.3 Tipos de cemento. Al cambiar las propiedades químicas y físico-mecánicas del cemento portland, se obtienen características diferentes cuando se hidrata, dando lugar a diferentes tipos de cementos. Tenemos el tipo I, tipo II, tipo III, tipo IV y tipo V.

5.1.4 Propiedades físicas y mecánicas del cemento. Las propiedades físicas y mecánicas del cemento permiten complementar las propiedades químicas y conocer otros aspectos de su bondad como material cementante. Tales propiedades dependen del estado en que se encuentre (fresco o endurecido) y son medidas a través de ensayos que se pueden clasificar como: ensayos sobre el cemento puro, sobre la pasta de cemento y sobre el mortero. Las propiedades físicas y mecánicas del cemento son:

Peso específico. La densidad o peso específico del cemento es la relación existente entre la masa de una cantidad dada y el volumen absoluto de esa masa. Su valor varía muy poco y en un cemento Pórtland normal cuando no hay adiciones distintas al yeso, suele estar comprendida entre 3.10 y 3.15 gr/cm3. En el caso de cementos con adiciones, desde luego es menor ya que en el contenido de Clinker por tonelada de cemento es menor y su valor puede estar comprendido entre 3.00 y 3.10 gr/cm3, dependiendo del porcentaje de adiciones que tenga el cemento.

Densidad = peso / volumen

El método más conocido para determinar la densidad del cemento es el de Le Chatelier2. Este frasco permite medir el volumen correspondiente a cierta masa de cemento, por medio del desplazamiento de un líquido, que no reacciona con el cemento (generalmente kerosene), aprovechando el conocido principio de

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Arquímedes.

Superficie específica (finura). Como se vio anteriormente una de las últimas etapas del proceso de fabricación del cemento, es la molienda del Clinker con yeso. La finura de molido, es una de las propiedades físicas más importantes del c e m e n t o y a e s t á n l i g a d a s .

Consistencia normal. Como es sabido, el conjunto de cemento, agua y aire se llama pasta. Los cementos Pórtland, pueden diferir entre sí en cuanto al requerimiento de agua y la diferencia es aún mayor en cementos Pórtland con adiciones, los cuales tienen requerimientos de agua más altos que los cementos normales, por su mayor superficie específica.

La cantidad de agua que se le agrega al cemento, le comunica una determinada fluidez, la cual aumenta al incrementarse el contenido de agua. Existe una determinada fluidez para la cual debe agregarse cierta cantidad de agua. Esta fluidez es lo que se llama consistencia normal.

5.1.5 Otros tipos de cementos hidráulicos.

Cemento Pórtland Puzolánico: Se obtiene mediante la pulverización conjunta de Clinker Pórtland y puzolana (entre el 15 y el 50%), o de una mezcla íntima y uniforme de cemento portland y puzolana finamente pulverizada, con adición de sulfato de calcio. Las puzolanas según su origen, se clasifican de la siguiente forma: Naturales, mantienen carácter puzolánico y pueden ser de origen mineral eruptivo o de origen sedimentario vegetal o animal; artificiales, resultan de tratamientos térmicos de activación; intermedias, puzolanas naturales que se someten a tratamientos térmicos de ennoblecimiento aproximadamente a 700ºC de temperatura, para aumentar su actividad4 o 5 veces más. El cemento de puzolana ofrece más ventajas que el cemento pórtland, podemos citar: la economía en el costo del conglomerante, mejor trabajabilidad, menor segregación y exudación; menor calor de hidratación y fraguado y por tanto menor riesgo de fisura; mayor valor de la relación tracción/compresión preferiblemente a corto plazo; mayor resistencia en general a largo plazo; menor permeabilidad y mayor durabilidad a ataques por sulfatos y reacciones expansivas.

5.1.6 Agua. Desde el punto de vista de tecnología del concreto, el agua se puede definir como el componente del concreto que le permite al cemento, experimentar reacciones químicas que le dan la propiedad de fraguar y endurecer para formar un sólido único con los agregados. El agua se puede clasificar como agua de mezclado y agua de curado.

5.1.6.1 Agua de mezclado. Es la cantidad de agua por volumen unitario de concreto que requiere el cemento, contenido en ese volumen unitario, para producir una pasta suficientemente hidratada, con una fluidez tal que le permita una lubricación adecuada de los agregados cuando la mezcla se encuentre en estado

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plástica (agua de diseño de mezcla), en otras palabras es la cantidad de agua necesaria para que los elementos del cemento se hidraten eficientemente.En una porción de pasta hidratada, el agua se encuentra en dos formas básicas: agua de hidratación (no evaporable) y agua evaporable.

5.1.6.2 Agua de curado. El curado puede definirse como el conjunto de condiciones necesarias para que la hidratación de la pasta evolucione sin interrupción hasta que todo el cemento se hidrate y el concreto alcance sus propiedades potenciales. Estas propiedades se refieren básicamente a la humedad y la temperatura.

El agua de curado constituye el suministro adicional de agua para hidratar eficientemente el cemento y puede ser de la misma agua de mezclado pero, se debe tener en cuenta que no debe contener materia orgánica o ferrosa porque puede causar manchas, especialmente cuando esta fluye sobre el concreto y se evapora lentamente.

5.1.6.3 Fraguado. Este término se usa para describir el cambio de estado plástico al estado endurecido de una pasta de cemento.

Aunque durante el fraguado la pasta requiere de alguna resistencia, para efectos prácticos es conveniente distinguir el fraguado del endurecimiento, pues este último se refiere al aumento de resistencia de una pasta de cemento fraguada.

En la práctica, cuando una muestra de cemento se mezcla con cierta cantidad de agua se forma la pasta plástica; esta se va perdiendo a medida que pasa el tiempo, hasta llegar a un momento en que la pasta pierde su viscosidad y se eleva su temperatura; el tiempo transcurrido desde la adición de del agua se llama “tiempo de fraguado inicial”, e indica que el cemento se encuentra parcialmente hidratado y la pasta semidura.

Posteriormente, la pasta sigue endureciendo hasta que deja de ser deformable con cargas relativamente pequeñas, se vuelve rígida y llega al máximo de temperatura; el tiempo así transcurrido desde la mezcla con agua se denomina “tiempo de fraguado final”, el cual indica que el cemento se encuentra aún más hidratado (aunque no totalmente) y la pasta ya esta dura. A partir de este momento empieza el proceso de endurecimiento de la pasta y la estructura del cemento fraguado va adquiriendo resistencia mecánica.

5.1.7 Resistencia mecánica del cemento. La resistencia mecánica del cemento endurecido es la propiedad del material que posiblemente resulta más obvia en cuanto a los requisitos para usos estructurales. Por lo tanto, no es sorprendente que las pruebas de resistencia están indicadas en todas las especificaciones del cemento.

La manera más lógica de medir la resistencia mecánica de los cementos es, aparentemente, sobre probetas hechas con pasta ya que si se limita la dispersión que aparece en los resultados cuando se usan probetas de mortero o concreto; sin embargo se ha demostrado

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en múltiples investigaciones que el comportamiento mecánico de distintos cementos varia al ensayarlos en probetas con agregados (mortero o concreto) y por tanto desde el punto de vista de las aplicaciones del cemento, la determinación de resistencia mecánica sobre probetas de pasta no tiene mayor utilidad.

La resistencia a la compresión se determina mediante testigos de mortero.

Este ensayo consiste en hacer unos testigos de morteros (mezcla de cemento, arena y agua) mediante unos moldes elaborados con unas medidas especificadas, el cual se colocan en unas cámaras húmedas, que a las 24 horas (o tolerancias de tiempos de 3, 7 y28 días), son sacados, y se coloca en la máquina para el ensayo, y se toma de resistencia obtenida. Se debe tomar la carga máxima indicada por la máquina de ensayo de larotura, y se calcula la resistencia a la compresión en kg/cm2

.

5.2 LOS AGREGADOS

Cuando se requiere contar con un concreto de buena calidad se hace necesario tener conocimiento de los componentes del mismo, puesto que hay características que dependen de las propiedades físicas y químicas de ellos como lo es la resistencia y la durabilidad.

Es de anotar que si bien el esfuerzo del cemento lo determinan las características del Mortero (mezcla de cemento, arena y agua) los agregados con diferentes Características producen resistencias distintas.

5.2.1 Definición. Son materiales inertes, de forma granular estable y propiedades físicas permanentes, que pueden ser naturales o artificiales, que aglomerados por el cemento portland en presencia del agua conforman un todo compacto (piedra artificial) conocido como concreto u hormigón. Se denominan inertes porque no reaccionan de forma deformable con otros constituyentes del concreto en el especial el cemento. Los agregados para concreto, son todos aquellos materiales que teniendo una resistencia propia suficiente, no perturban ni afectan las propiedades y características del concreto y garantizan una adherencia suficiente con la pasta endurecida de cemento portland; son muy importante los agregados para concreto porque ocupan entre el 70 y 80% del volumen de la mezcla.

De esta manera los agregados pueden ser considerados como un componente critico en el concreto cuyo comportamiento genera un efecto significativo en el comportamiento de las estructuras.

5.2.2 Clasificación. Los agregados para concreto se pueden clasificar según el tamaño, procedencia y densidad.

Clasificación según su tamaño: Forma de clasificación general tiene en cuenta la distribución del tamaño de las partículas desde fracciones de milímetros a centímetros de sección transversal, conocido como granulometría de los agregados.

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En la siguiente tabla 01 apreciamos más detalladamente esta clasificación:

Tabla N° 01. Granulometría de los agregados

TAMAÑO DE PARTÍCULAS

(mm)

TAMIZ NOMBRE CLASIFICACIÓN

Inferior a 0.002

0.002 < 0.074

Nº 200 Arcilla

Limo

Fracción muy fina.

No recomendable para concreto.

0.074 < 4.76 Nº 200 – Nº 4 Arena Agregado fino

4.76 < 19.1

19.1 < 50.8

50.8 < 152.4

> 152.4

Nº 4 – ¾”

¾” – 2”

2” – 6”

6”

Gravilla Grava Piedra

Rajón, piedra bola

Agregado grueso

Material apto para producir concreto.

Fuente: Libro Tecnología del concreto y el Mortero

Clasificación según su procedencia: De acuerdo con el origen de los agregados, según provengan de fuentes naturales o sean fabricados a partir de productos industriales, se pueden clasificar de la siguiente manera:Agregados Naturales: Son todos aquellos que provienen de la explotación de fuentes naturales tales como depósitos de arrastres fluviales o de glaciares y de canteras de diversas rocas y piedras naturales.

Agregados Artificiales: Estos agregados se obtienen a partir de productos y procesos industriales tales como arcillas expandidas, escorias de alto horno, Clinker, limaduras de hierro entre otros. Por lo general estos agregados son más ligeros y pesados que los ordinarios.

5.2.3 Proceso Origen Roca-suelo. Los agregados naturales provienen de una masa mayor que por procesos naturales o artificiales se fragmentan, por lo tanto, las propiedades y características de estos dependen de la roca madre.

Propiedades y características como mineralógicas, pureza, densidad, dureza, porosidad, composición química, entre otras. Por procesos geológicos internos en la tierra se forman las rocas ígneas u originales que por procesos externos como la meteorización forma la roca sedimentaria, al sufrir ambas la acción de la temperatura y la presión

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forman las rocas metamórficas.. Este proceso se conoce como el ciclo geológico de las rocas, el cual se encuentra en constante actividad.

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5.2.4 Propiedades físicas de los agregados.

Gradación: Distribución del tamaño de las partículas constituyentes de una masa de agregado, se determina a través de un análisis de gradación.

Granulometría: Es la medida de la distribución de los tamaños de las partículas que constituyen una masa de agregados. Se determina mediante el análisis granulométrico que consiste en dividir una muestra de agregado en partículas de igual tamaño. La medida en la cuantía de cada una de estas fracciones es lo que se conoce como Granulometría.

Análisis granulométrico: Es la operación que se le hace a los agregados para clasificarlos según su tamaño; consiste en dividir una muestra de agregados en fracciones de igual tamaño, haciendo pasar este a través de una serie de tamices que tienen aberturas cuadradas y cuyas características se deben ajustar a la Norma Icontec-32.

Forma: Es una propiedad que indirectamente depende del tipo de roca de donde proviene el agregado. Existen muchas maneras de hacer una clasificación de los agregados según su forma, pero la más utilizada es la descrita por la norma británica B.S.812.

Textura: Propiedad que se deriva de la roca de origen, influye en las propiedades del concreto, especialmente en la adherencia entre las partículas del agregado y la pasta de cemento fraguado y gobierna las condiciones de fluidez mientras la mezcla se encuentra en estado plástico. La clasificación más utilizada está dada por la norma británica B.S.812.

Superficie específica: Se define como la relación que hay entre la superficie exterior de una partícula y el volumen que ocupa esa partícula. Esta dada por:Densidad (peso específico): Esta propiedad depende directamente de la roca original de la cual provienen, está definida como la relación entre el peso y el volumen de una masa determinada. Podemos encontrar diferentes densidades para los agregados, puesto que generalmente entre sus partículas hay cavidades o poros que pueden estar vacíos, parcialmente saturados o llenos de agua, dependiendo de su permeabilidad interna, entre ellas tenemos:

Densidad absoluta: Relación existente entre el peso de la masa del material y el volumen que ocupan única y exclusivamente la masa sólida, excluyendo los poros saturables y no saturables.

Densidad nominal: Relación existente entre el peso de la masa del material y el volumen que ocupan las partículas de ese material incluidos los poros no saturables.

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Densidad aparente: Relación existente entre el peso de la masa del material y el volumen que ocupan las partículas de ese material, incluidos los poros saturables y no saturables.

Porosidad y absorción: La porosidad está relacionada con la capacidad de absorción que es la capacidad para retener agua u otro líquido dentro de los agregados según el tamaño de los poros, su continuidad (permeabilidad) y su volumen total. En la práctica , lo que se mide para cuantificar la influencia de la porosidad dentro del agregado es su capacidad de absorción, ya que las partículas del agregado pueden pasar por cuatro estados, a saber: seco, parcialmente saturado, saturado y superficialmente seco, o húmedo y depende del grado de absorción de las partículas que varía aproximadamente entre el 0% y 5% para agregados pétreos de peso normal.

La porosidad es importante en el comportamiento del agregado, que lo hace más débil o más dura. Puede afectar otras propiedades mecánicas como la adherencia y la resistencia a la compresión, flexión, durabilidad, resistencia al congelamiento y deshielo y resistencia a la abrasión.

%absorción p sss p s *100

ps

Psss es el peso saturado y superficialmente seco del agregado

Ps es el peso seco del agregado

Masa unitaria: Está definida como la relación existente entre el peso de una muestra de agregado compuesta de varias partículas agrupadas dentro de un recipiente de volumen conocido.

Masa unitaria compacta: Es el grado de acomodamiento de las partículas del agregado cuando se ha sometido a vibración, ya que ésta mejora el acomodamiento y aumenta la masa unitaria.

Masa unitaria suelta: Es la masa unitaria del material cuando se encuentra en estado normal de reposo porque el volumen que ocupa es mayor y por tanto su masa unitaria es menor.

5.2.5 Propiedades mecánicas de los agregados.

Resistencia de las partículas del agregado: La resistencia de las partículas de los agregados tiene gran importancia en un concreto, ya que algunas veces las fallas del mismo son ocasionadas por la falta de resistencia de los agregados que conforman el concreto. Esto se puede apreciar cuando el agregado falla primero que la pasta de cemento endurecida; ya sea porque posee una estructura pobre en los granos que conforman las

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partículas o porque con anterioridad se ha inducido fallas a las mismas en el proceso de explotación o de trituración.

Tenacidad: La tenacidad o resistencia a la falla por impacto en un concreto, está relacionada directamente con los agregados. Estos no deben ser débiles al momento de las cargas de impacto, porque si esto ocurre, alterarán su granulometría y originarán una baja calidad para ser utilizados en concreto.

Adherencia: Es la interacción existente en la zona de contacto del agregado y la pasta de cemento que ocurre durante los procesos de fraguado y endurecimiento. Depende de la calidad de la pasta de cemento y, en gran medida del tamaño, forma, rigidez y textura de las partículas de los agregados, especialmente cuando se trata de resistencia a la flexión.

Dureza: Propiedad que depende de la constitución mineralógica, la estructura y la procedencia de los agregados.

Aunque la resistencia del agregado no es el principal factor de alteración en la resistencia del concreto, se han hecho ensayos que demuestran que la falla se presenta en los agregados; además distintas características del agregado distintas a la resistencia, como lo son: tamaño, forma, textura de superficie y mineralogía pueden afectar la resistencia del cemento en grados distintos.

5.3 EL CONCRETO

5.3.1 Concreto hidráulico. El concreto hidráulico u hormigón está constituido por la mezcla de cemento Pórtland o cemento Pórtland modificado, arena, grava, agua y es necesario, aditivos. Este es, actualmente, el material más empleado en la construcción, debido a sus propiedades y a su economía.

Es importante conocer bien este material para fabricarlo y utilizarlo adecuadamente, porque es una material complejo, ya que es el resultado de la mezcla de diferentes materiales; donde cada uno de ellos influyen según sus características, en las propiedades del concreto; tanto en su estado plástico como en el estado sólido. A lo anterior se agregan otras variables que influyen como son el proceso de fabricación, colocación y curado.

5.3.2 Composición del concreto. El concreto está formado por dos componentes, los agregados y la pasta, los agregados generalmente se clasifican en dos grupos: finos u gruesos. La pasta se compone de cemento, agua y algunas veces aire incluido. Ordinariamente la pasta de cemento constituye del veinticinco al cuarenta por ciento del volumen total del concreto.El volumen absoluto de cemento está comprendido entre el siete y quince por ciento, y el agua del catorce al veintiuno por ciento.

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El concreto contiene aire incluido sin proporción puede llegar a constituir un ocho por ciento del volumen aproximadamente.

La selección del agregado es importante dado que constituye del sesenta al ochenta por ciento del concreto. El agregado debe consistir de particular que soporten y resistan las condiciones de la intemperie, y no deben contener materiales que produzcan efectos perjudiciales. La gradación de los agregados debe ser uniforme para que el uso del cemento sea eficaz. La calidad del concreto depende en gran parte de la calidad de la pasta y esta a su vez de la relación de la cantidad de agua y la cantidad de cemento usado, y del curado.

La cantidad de agua se utiliza para mezclar el concreto es mayor que la que se utiliza para la hidratación completa, lo cual es necesario hacer para que le concreto sea plástico y manejable.

5.3.3 Propiedades del concreto fresco.

Plasticidad: Se define como aquella consistencia del concreto que pueda ser fácilmente moldeado, pero que le permita al concreto fresco cambiar de forma lentamente si se saca del molde.

Consistencia: La consistencia está relacionado con el estado de fluidez del concreto, es decir, que tan dura o blanda sea la mezcla de concreto cuando se encuentra en estado plástico. Se conoce también como el grado de humedad de la mezcla.

Manejabilidad: Propiedad del concreto mediante la cual se determina su capacidad para ser colocado y consolidado apropiadamente y para ser terminado sin segregación dañina alguna.Según el Road Research Laboratory de Gran Bretaña, se puede definir la manejabilidad o trabajabilidad como la cantidad de trabajo interno y útil necesario para producir un a compactación completa, debido a que la fricción interna es una propiedad intrínseca de la mezcla y no depende de ningún tipo o sistema particular de construcción. En la actualidad no existe un método directo para medir la manejabilidad de una mezcla de concreto, pero hay algunos ensayos que permiten tener una relación de esta propiedad con alguna otra característica del concreto;

Entre ellos tenemos el ensayo de asentamiento, usado ampliamente por su simplicidad y rapidez, este mide la consistencia o fluidez de una mezcla fresca de concreto cuyo tamaño máximo de agregado grueso puede ser hasta de 50.8 mm (2”). Existen otros procedimientos tales como: la esfera de Kelly, ensayo de remoldeo, el método Vebe y el ensayo del factor de compactación.

Existen muchos factores que influyen en la manejabilidad de una mezcla de concreto en estado plástico, entre ellos tenemos:

Contenido de agua de mezclado: El contenido de agua en una mezcla de concreto es el principal factor que influye en la manejabilidad del mismo. La cantidad de agua en una

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mezcla puede depender del agua requerida para determinado tipo de cemento, de la granulometría del agregado, tamaño máximo, forma y textura de las partículas, del contenido de aire y de la consistencia especificada.

Existen diferentes métodos para establecer la cantidad de agua necesaria para una mezcla de concreto. El método más común está basado en un procedimiento de prueba y error con los materiales con que se va a trabajar hasta obtener la mezcla de concreto deseada; otro método más sencillo y rápido de manejar es la utilización de tablas oábacos que han sido preparados en forma empírica, pero con la limitante de que sólo proporcionan cálculos aproximados

Fluidez de la pasta: La fluidez de la pasta influye en la manejabilidad de la mezcla de concreto, ya que para una cantidad determinada de pasta y de agregados, la plasticidad de la mezcla dependerá de las proporciones de cemento y agua en la pasta.

Es decir, una pasta con poca agua y mucho cemento, será muy rígida por falta de agua evaporable, haciendo a la mezcla inmanejable por no poder lubricar los agregados; por lo contrario si el contenido de agua es alto y el del cemento es bajo, la pasta puede llegar a ser fluida.

Contenido de aire: El aire en el concreto puede estar en forma natural atrapado en el mismo, pero más tarde es liberado en los procesos de compactación o también podemos encontrar el aire incorporado intencionalmente en el concreto para darle mayor durabilidad y manejabilidad.

En general, en una mezcla de concreto, el contenido de aire aumenta cuando se presente mezclas pobres en cemento, agregados con tamaño máximo menor, mayor cantidad de arena, consistencias más húmedas, operaciones de mezclado más fuertes o prolongadas e inclusiones de aditivos incorporadores de aire.

Gradación de los agregados: Este factor tiene gran influencia en la manejabilidad del concreto porque si los agregados han sido mal gradados, la mezcla de concreto presenta vacíos que deben ser llenados con pasta en el caso de la arena y con mortero en el caso de agregado grueso para que la mezcla sea manejable y no quede porosa.

Forma y textura superficial de los agregados: La forma y la textura de los agregados influyen en la manejabilidad del concreto. Por ejemplo, un agregado grueso rugoso con partículas alargadas y aplanadas exigirá mayor cantidad de arena, agua y pasta en una mezcla para mantener una manejabilidad comparable con aquellas mezclas donde se utilicen partículas lisas y redondas, debido a la fricción generada por la trabazón existente entre las partículas.

Relación pasta–agregados: Es la relación existente entre la cantidad de pasta y el área superficial de los agregados que esta debe cubrir y lubricar. Cuando esta relación sea alta, los agregados podrán moverse libremente, pero si la cantidad de pasta se reduce impedirá el movimiento los agregados, ocasionando que la mezcla se vuelva rugosa y áspera.

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Relación arena–agregados: Esta relación es importante en una mezcla de concreto, porque si posee un bajo contenido de arena será difícil de manejar, colocar y terminar y además tenderá a la segregación y exudación por ser una mezcla poco cohesiva; si por el contrario, el contenido de arena es alto, habrá necesidad de agregar agua o pasta en exceso para que la mezcla sea manejable, presentará tendencia a la exudación y segregación.

Aditivos: Los aditivos permiten mejorar las condiciones de trabajo de una mezcla de concreto, permitiéndole una mayor manejabilidad, especialmente cuando los agregados son deficientes en finos y el cemento tiene tendencia a producir exudación.

Condiciones del clima: Los agentes atmosféricos como el sol, la lluvia, el viento, etc., la temperatura y el tiempo transcurrido entre el mezclado y la colocación afectan la manejabilidad de una mezcla de concreto de tal forma que pueden cambiar la consistencia de la mezcla debido a que si hay evaporación por causa del sol o del viento, la mezcla se endurece rápidamente y por lo tanto pierde manejabilidad; por otro lado si hay lluvia, habrá un aumento en la relación agua–cemento y pérdida de resistencia, aumentará la humedad de la mezcla ocasionando segregación, etc.

5.3.4 Diseño de mezcla. Puede decirse que las propiedades del concreto se estudian primordialmente, con la finalidad de determinar el diseño de la mezcla.

Para encontrar las proporciones más apropiadas de un diseño de mezcla, será necesario prepara varias mezclas de prueba, las cuales se calcularan con base en las características de los agregados y la aplicación de las leyes o principios básicos preestablecidos.

Las características de las mezclas de prueba indicaran los ajustes finales que deben hacerse en la dosificación de acuerdo con reglas empíricas determinadas, según las circunstancias, las mezclas de prueba pueden preparase en el laboratorio, o de preferencia en la obra con los procedimientos, los equipos y en las cantidades que en la práctica se van a emplear.

Antes de dosificar una mezcla de concreto deben conocerse los datos de la obra o estructura que se va a construir y los materiales con los cuales se van a preparar las mezclas, con el fin de que al seleccionar las proporciones iníciales de la primera mezcla de prueba, no se obtengan resultados muy alejados de lo esperado.

Para determinar las proporciones de mezcla de concreto, existe un gran número de procedimientos analíticos, experimentales, semi-analíticos y empíricos. Entre los distintos métodos de dosificación de mezclas.

Podemos enumerar los diseños de Bolomey, de Caquot, de Faury, de Goldbek y Gray, del ICPC, de Fuller, el método de diseño de la ACI, etc.

5.3.5 Concreto endurecido.

Resistencia del concreto: Por ser el concreto un material heterogéneo y de naturaleza

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discontinua, logra la “cuasiductilidad” y los mecanismos de disipación de energía que le permiten ser capaz de soportar cargas tanto estáticas como dinámicas. Esta capacidad o propiedad de resistencia depende de las características físicas y químicas de los elementos que lo constituyen y de la interacción que se da entre en los mismos.Durante el proceso de fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento, se dan adherencias entre el agregado y los productos de hidratación. Las fuerzas que unen las partículas de agregado y la pasta de cemento pueden ser solamente físicas debido a enlaces mecánicos y de adherencias, o químicos debido a nuevos productos de reacción superficial y de inter-desarrollo químico.

En resumen, la resistencia del concreto depende principalmente por la resistencia e interacción de sus fases constituyentes:

La resistencia de la pasta hidratada y endurecida (matriz)

La resistencia de las partículas del agregado

La resistencia de la interface matriz–agregado.

Factores que influyen en la resistencia del concreto: Entre los innumerables factores que afectan la resistencia del concreto en estado endurecido, independientemente de la calidad y tipo de materiales que lo constituyen, para unas propiedades dadas de sus componentes en una mezcla trabajable y bien colocada se destacan las siguientes:

Contenido de cemento: Es importante el contenido del cemento dentro de una mezcla, porque para determinado tipo de cemento, a medida que aumenta el contenido del cemento aumenta la resistencia del concreto.

Relación agua–cemento y contenido de aire: Este factor es el más importante en la resistencia del concreto, es necesario establecer si el concreto va llevar aire incluido, porque a mayor cantidad de aire, la relación de agua–cemento es menor.

Influencia de los agregados: Las propiedades de los agregados que influyen en la resistencia del concreto son:

La granulometría que al ser continua permite la máxima compacidad del concreto en estado fresco y por lo tanto la máxima densidad en estado endurecido con la consecuente máxima resistencia.

La forma y textura de los agregados influyen, dependiendo de la forma y superficie que tengan la adherencia de la pasta con los mismos será mejor y por lo tanto, aumentará la resistencia. La resistencia y la rigidez de los agregados inciden en la resistencia del concreto, dependiendo si es un agregado de baja densidad y poroso, o si es un agregado de baja porosidad y muy denso.

Tamaño máximo del agregado grueso: Incide en la resistencia del concreto ya que la cantidad de cemento requerida para producir una resistencia a la compresión máxima, a una edad dada, varía según el tamaño máximo del agregado grueso de la mezcla.

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Fraguado del concreto: Es un factor importante en la resistencia del concreto, ya que es necesario determinar el tiempo del fraguado para saber si es necesario utilizar aditivos que controlen la velocidad del fraguado con el fin de regular los tiempos de mezclado y transporte.

Edad del concreto: Este factor externo está ligado a la relación que hay entre la relación agua cemento y la resistencia del concreto, ya que la misma se da únicamente con un tipo de cemento y a una sola edad.

Curado del concreto: Este factor aumenta o disminuye la resistencia del concreto de acuerdo a la intensidad del secamiento con que se efectúe el proceso de fraguado.

Temperatura: La temperatura de curado del concreto afecta su resistencia, porque si se aumenta la temperatura durante este proceso, acelerará las reacciones químicas de la hidratación y esto aumentará la resistencia temprana del concreto, sin efectos contrarios en la resistencia posterior.

Medida de la resistencia a la compresión: La resistencia de la compresión se expresa en términos de esfuerzo, generalmente en Kg/cm2 y con alguna frecuencia en Psi. La resistencia del concreto se evalúa por medio de pruebas mecánicas que pueden ser dañinas, por lo cual se toman muestras y se hacen especímenes para fallar, o no destructivas, las cuales permiten probar repetidamente la muestra de manera que se pueda estudiar la variación de la resistencia u otras propiedades con el paso del tiempo.Entre las pruebas para medir la resistencia a la compresión tenemos los ensayos de probeta cilíndrica, los ensayos de cubos y los ensayos de prisma rectangulares con secciones transversales cuadradas.

Medida de la resistencia a flexión y tracción: Esta característica mecánica del concreto es muy importante, especialmente en estructuras de concreto simple, en donde adicionalmente aparecen esfuerzos de tracción. La resistencia a la flexión del concreto se determina por medio de vigas de sección cuadradas de 500 mm de longitud por 150 mm de lado.

La resistencia a la tracción es muy difícil de medir por ensayos directos, debido a las dificultades para montar las muestras y la incertidumbre que existe sobre los esfuerzos secundarios inducidos por los elementos que sujetan las muestras. Por tal motivo se usa el método indirecto llamado tensión indirecta, sometiendo a compresión el cilindro convencional de 15 x 30 cm.

Durabilidad del concreto: Se define como la resistencia a la acción del clima, a los ataques químicos, a la abrasión o cualquier otro proceso de deterioro.

Permeabilidad: Es la propiedad que le permite al concreto ser atravesado por un fluido a causa de una diferencia de presión entre las dos superficies opuestas del material.La permeabilidad, depende de la porosidad de la pasta de cemento y de la porosidad de los agregados, de los vacíos causados por una compactación deficiente o por los capilares dejados por el agua de exudación.

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5.4 ADITIVOS

Los aditivos son considerados un ingeniero más del concreto y son empleados para un ingrediente más del concreto y son empleados para modificar las propiedades de este, de tal modo que se hagan más adecuado para las condiciones de trabajo o por economía.

Un aditivo se puede definir como un material distinto del agua, agregado y cemento hidráulico, que se usa como ingrediente en concretos o morteros y se añade a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado.

Hoy en día, los aditivos pueden ser usados para modificar las propiedades del concreto de tal manera que lo hagan más adecuado para las condiciones de trabajo o por economía. Estos aditivos se desde el punto de vista funcional, en donde se dan varias razones importantes para usar aditivos, las cuales son:

Aumentar la trabajabilidad sin aumentar el contenido de agua o para reducir el contenido de agua, logrando la misma trabajabilidad. Acelerar la velocidad de desarrollo de resistencia a edades tempranas.

Retardar o acelerar el fraguado inicial.

Retardar o reducir el desarrollo de calor.

Modificar la velocidad o la aptitud de exudación o ambas.

Aumentar la durabilidad o la resistencia a condiciones severas de exposición incluyendo la aplicación de sales para quitar hielo. Controlar la expansión causada por la reacción de los álcalis con cites constituyentes de los agregados. Reducir el flujo capilar de agua

Mejorar la penetración y el bombeo

Reducir la permeabilidad a los líquidos

Reducir el asentamiento, especialmente en mezclas para rellenos

Aumentar la adherencia del concreto y el acero

Aumentar la adherencia entre concreto viejo y nuevo

Inhibir la corrosión embebida del concreto.

5.4.1 Aditivo acelerante. Los aditivos acelerantes tienen el propósito de lograr que el concreto desarrolle resistencia rápidamente, por lo tanto aceleran el proceso de fraguado del cemento. El empleo de este aditivo es útil cuando se desea descimbrar rápido para acelerar el programa de construcción, en ocasiones la falta de cimbra hace que se use este aditivo con el objeto de descimbrar rápido para volver a usar la cimbra en el siguiente colado.

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5.4.2 Aditivo retardante. Los aditivos retardadores de fraguado se emplean para retrasar el tiempo de fraguado del concreto, dando con esto más tiempo para el manejo del concreto en la obra, especialmente cuando se trata de colados grandes y cuando no se cuenta con suficiente personal. Este tipo de aditivos son de mucha utilidad cuando los trabajos se tienen que realizar en climas calientes y/o cuando se espera que el transporte del concreto tome mucho tiempo.

5.5 RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CONCRETO

5.5.1 ENSAYO A COMPRESION DE CILINDROS DE CONCRETO.

La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica principal del concreto, dada la importancia que reviste esta propiedad, dentro de una estructura convencional de concreto reforzado, la forma de expresarla es, en términos de esfuerzo, generalmente en kg/cm2 y con alguna frecuencia lb/pulg2(p.s.i). La equivalencia que hay entre los dos es que 1 psi es igual a 0.07kg/cm2. Aunque hoy en día se ha acogido expresarla en MPa de acuerdo con el sistema internacional de unidades.La forma de evaluar la resistencia del concreto es mediante pruebas mecánicas que pueden ser destructivas, las cuales permiten probar repetidamente la muestra de manera que se pueda estudiar la variación de la resistencia u otras propiedades con el paso del tiempo. Para las primeras se utilizan tres tipos de muestras: cilindros, cubos y prismas. Para las segundas hay diferentes sistemas.El ensayo de compresión es meramente lo contrario del de tensión con respecto a la dirección o el sentido del esfuerzo aplicado. Las razones generales para la elección de uno u otro tipo de ensayo se establecieron. Asimismo, un numero de principios generales se desarrolló a través de la sección sobre el ensayo de tensión sobre los cuales son igualmente aplicables al ensayo de compresión. Existen, sin embargo, varias limitaciones especiales del ensayo de compresión a las cuales se debe dirigir la atención: La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensiva, Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue. La fricción entre los puentes de la máquina de ensayo o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de esta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían si tal condición de ensayo no estuviera presente. Las áreas seccionales, relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una máquina de ensayo de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y por lo tanto, tan cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada. Se supone que se desean las características simples del material y no la acción de los miembros estructurales como columnas, de modo que la atención se limita aquí al bloque de compresión corto.El ensayo más universalmente reconocido para ejecutar pruebas de resistencia mecánica a la compresión simple es el ensayo de probetas cilíndricas, las cuales se funden en moldes especiales de acero o hierro fundido que tienen 150mm de diámetro por 300mm de altura

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(relación diámetro: altura 1:2).Los procedimientos relativos a este ensayo se encuentran especificados en las normas NTC 550 y 673 que hacen referencia a la confección de cilindros y al ensayo de resistencia compresión.Una vez que la muestra de concreto fresco ha sido correctamente seleccionada de acuerdo con los procedimientos descritos en la norma NTC 454, de manera que sea representativa de toda la masa, se procede de la siguiente manera:Antes de colocar el concreto en el molde, es necesario aceitar el interior del cilindro para evitar que el concreto se adhiera al metal; para hacer esto, es suficiente untar las paredes y el fondo con una brocha impregnada de aceite mineral; la capa de aceite debe ser delgada y en el fondo no debe acumular aceite.El cilindro se llena en tres capas de igual altura (10cm) y cada capa se apisona con una varilla lisa de 16mm de diámetro con uno de sus extremos redondeados, la cual se introduce 25 veces por capa en diferentes sitios de la superficie del concreto, teniendo en cuenta de que la varilla solo atraviese la capa que se está compactando, sin pasar a la capa siguiente. Al final de la compactación se completa el llenado del molde con más mezcla y se alisa la superficie con la ayuda de un palustre o de una regla.Una vez que se ha llenado cada capa, se dan unos golpes con la varilla o con un martillo de caucho a las paredes de este, hasta que la superficie del concreto cambie de mate a brillante, con el objeto de eliminar las burbujas de aire que se hayan podido adherir al molde o hayan quedado embebidas en el concreto. Los cilindros recién confeccionados deben quedar en reposo, en sitio cubierto y protegidos de cualquier golpe o vibración y al día siguiente se les quita el molde cuidadosamente. Inmediatamente después de remover el molde, los cilindros deben ser sometidos a un proceso de curado en tanques de agua con cal, o en un cuarto de curado a 23ºC, con el fin de evitar la evaporación del agua que contiene el cilindro, por la acción del aire o del sol, y en condiciones estables de temperatura para que el desarrollo de resistencia se lleve a cabo en condiciones constantes a través del tiempo. En estas condiciones los cilindros deben permanecer hasta el día del ensayo.La resistencia a la compresión del concreto se mide con una prensa que aplica carga sobre la superficie del cilindro (Norma NTC 673). Generalmente esta superficie es áspera y no plana, lo cual puede conducir a concentraciones de esfuerzo que reducen considerablemente la resistencia real del concreto. Una falta de planicie de 0.25mm puede reducir a un tercio la resistencia. Para remediar esta situación, normalmente se hace un refrentado o cabeceado de las tapas del cilindro con materiales como yeso o mezclas compuestas de azufre, tal como se especifica en la norma NTC 504. La resistencia a la compresión, seacostumbra a dar en términos de esfuerzo o sea fuerza por unidad de área, en kg/cm2

5.5.2 COMO REALIZAR LA PRUEBA DE RESISTENCIA DEL CONCRETO.

Los cilindros para pruebas de aceptación deben tener un tamaño de (15x30cm), las probetas más pequeñas tienden a ser más fáciles de elaborar y manipular en campo y en laboratorio. El diámetro del cilindro utilizado debe ser como mínimo tres veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso que se emplee en el concreto.

Con el fin de conseguir una distribución uniforme de la carga, generalmente los cilindros se cabecean con mortero azufre (ASTM C617) o con almohadillas (ASTM C1231).El cabeceo de azufre se debe aplicar como mínimo dos horas antes y preferiblemente un día antes de la prueba.

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El diámetro del cilindro se debe medir en dos sitios en ángulos rectos entre si a media altura de la probeta y deben promediarse para calcular el área de la sección. Si los diámetros medidos difieren en más de 2% no se debe someter a prueba el cilindro.

Los extremos de las probetas no deben presentar desviación con respecto a la perpendicularidad del eje del cilindro en más de 0.5% y en los extremos deben hallarse planos dentro de un margen de 0.002 pulgadas.

5.5.3.RESISTENCIA Los cilindros se deben centrar en la máquina de ensayo de compresión y cargados

hasta completar la ruptura. El régimen de carga con maquina hidráulica se debe mantener en un rango de 0.15 a 0.35MPa/s durante la última mitad de la fase de carga.Se debe anotar el tipo de ruptura. La fractura cónica es un patrón común de ruptura.

La resistencia del concreto se calcula dividiendo la máxima carga soportada por la probeta para producir la fractura entre el área promedio de la sección.ASTM C 39 presenta los factores de corrección en caso de que la razón longitud diámetro del cilindro se halle entre 1.75 y 1.00, lo cual es poco común. Se someten a prueba por lo menos dos cilindros de la misma edad y se reporta la resistencia promedio como el resultado de la prueba, al intervalo más próximo de 0.1 MPa.

El técnico que efectúe la prueba debe anotar la fecha en que se recibieron las probetas en el laboratorio, la fecha de la prueba, la identificación de la probeta, el diámetro del cilindro, la edad de los cilindros de prueba, la máxima carga aplicada, el tipo de fractura y todo defecto que presenten los cilindros o su cabeceo. Si se mide, la masa de los cilindros también deberá quedar registrada.

La mayoría de las desviaciones con respecto a los procedimientos estándar para elaborar, curar y realizar el ensaye de las probetas de concreto resultan en una menor resistencia medida.

El rango entre los cilindros compañeros del mismo conjunto y probado a la misma edad deberá ser en promedio de aproximadamente 2 a 3% de la resistencia promedio. Si la diferencia entre los dos cilindros compañeros sobrepasa con demasiada frecuencia 8%, o 9.5% para tres cilindros compañeros, se deberán evaluar y rectificar los procedimientos de ensayo en el laboratorio.

Los informes o reportes sobre las pruebas de resistencia a la compresión son una fuente valiosa de información para el equipo del proyecto para el proyecto actual.