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Ing. S. Benavides Ch.2

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRINFACULTAD DE INGENIERA DE MINAS

UNDACING. MINAS2Ing. S. Benavides Ch.UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRINFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE FORMACIN PROFESIONAL DE MINAS==============================================Ing. S. Benavides Ch.3

SILABOTECNOLOGIA DEL CONCRETO.

DATOS GENERALES CDIGO : FIM - 05309 REQUISITO : FIM - 0522SECCIN :VI Semestre nicaCRDITOS : 04EXTENSIN HORARIA : HT = 2, HP =4, TH = 6SEMESTRE ACADMICO : VI (2011-B)DURACIN: LUNES 15-08-11 AL VIERNES 09-12-13DOCENTE : Ing. Silvestre Fabin, BENAVIDES CHAGUA Email: sf_bena@hotmail.comIng. S. Benavides Ch.4Los trabajos del Ingeniero de Minas en cuanto se refiere a las estructuras est centrado especialmente en los conocimientos bsicos respecto a los aspectos del manejo de una tecnologa apropiada en la fabricacin del concreto armado.Siendo en concreto un material de construccin con caractersticas muy importantes y favorables aplicados a proyectos mineros como plataformas de concreto para asentamiento de maquinas estacionarias, sostenimiento de labores abiertas, muros de contencin, vigas y columnas de sostenimiento, ductos, etc.El concreto tiene caractersticas moldeables que se adecuan a distintas formas y en combinacin con otros elementos presentan elevadas resistencias a la compresin y capacidad de adherencia principalmente con el acero que satisface la resistencia a la traccin. Introduccin4Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.5El Ingeniero de Minas debe estar capacitado para:Seleccionar los componentes adecuados; Cemento, agua, agregados, aditivos, e interpretar las especificaciones tcnicas del CA, con resistencias requeridas por el proyecto Dosificar la mezcla de un concreto, especialmente cemento-agua, factor de control de la resistencia.Seleccionar el medio mas adecuado de transporte del Concreto y controlar el medio eficaz de compactacinSeleccionar los mtodos de curado del CA, para garantizar la resistencia y durabilidad, requerido por el proyecto. Aplicabilidad del CA.5Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.6CEMENTOS

Semana: 1-2-3-4

PARTE I6Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.7CEMENTOS: segn ntp 334.009, cemento prtland es un polvo muy fino de color verdoso, mezclado con agua se forma una masa (pasta), muy plstica y moldeable, que se fragua y endurece, adquiriendo una gran resistencia y durabilidad.El Cemento portland, es se produce mediante pulverizacin del Clinker, compuesto bsicamente de silicatos de calcio hidrulico y sulfatos de calcio que se adiciona durante la molienda es decir:1- 1. Definiciones preliminares Cemento Portland = Clinker + Yeso7Ing. S. Benavides Ch.Portland: material calcreo o piedra portland (calcreo muy resistente existe en la Isla de portland Inglaterra)7Ing. S. Benavides Ch.8Es un producto semiacabado, de forma de piedras negruzcas de tamao de aproximadamente, se obtiene mediante calcinacin de una mezcla de materiales calcreos y arcillosos en proporciones convenientes, que llega a una fusin incipiente (clinkerizacin) a 1450 C, Su composicin bsica es por los Silicatos de calcio, Aluminatos de calcio, ferro aluminatos de calcio y otros en pequeas cantidades. La combinacin del xido de calcio (CaO), con otros xidos como dixido de silicio (SiO2), xido de aluminio (Al2O3) y xido frrico (Fe2O3), El Clinker portland, se enfra rpidamente y se almacena en canchas al aire libre1-2. El Clinker Portland8Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.9Material calcreo: carbonato de calcio (CO3Ca) de 60% a 80%, no mayor de 1.5% de magnesia (margas, cretas y calizas en general que suministran xidos de calcio (cal)Material Arcilloso: Deben contener Slice de 60% a 70%, proveniente del dixido de silicio o slice y del xido de aluminio o almina (pizarras, esquistos y arcillas)Minerales de Fierro: Suministran xidos frrico provenientes de arcillaYeso: Aporta el sulfato de calcio1-3. Materia prima del Cemento portland9Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.10Extraccin de la materia Prima: De yacimientos a cielo abierto con operaciones de exploracin, perforacin, carguo y acarreoTrituracin de la Materia Prima: Chancado y reduccin primario de 1.5 mts. A 25 cm. Se verifica la composicin qumica, Chancado secundario a Pre-homogenizacin: Revisar la composicin qumica en las canchas de materia primaMolienda de crudos: se realiza con molinos de bolas o prensas de rodillos produciendo el material fino listo para el hornoHomogenizacin: Revisin de componentes qumicos para garantizar la calidad del clinker la que transporta al precalentador1-4. Proceso de Fabricacin del Cemento Portland10Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.11Intercambiador de calor (precalentador): Proceso sistemtico, cicloneado del material uno sobre otro alcanzando temperaturas hasta de 850 C (en la entrada al horno) emitiendo gases en la parte alta con temperaturas alrededor de 280 C.Clinkerizacin: Zona de importancia del horno rotatorio mediante un tubo cilndrico de hacer de 4 a 5 mts. De dimetro y longitud d 70 a 80 mts. Con temperaturas de 1500 C. Hornos giratorios con 4.5 r.p.m. Enfriamiento: Enfriadores ubicados en la salida del horno mediante placas mviles con orificios por donde pasa el aire insuflado por la parte superior .Molienda: Pasa el clinker a los molinos de bolas obteniendo una superficie especfica alta del cemento.Envasado y Despachado: Se envasa en bolsas de 42.5 Kg. Ern papel krap, tipo Klupac,(hojas) o en bolsones (big bag) y agranel de 25 a 30 Tn.Viene:11Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.12xido ComponentePorcentaje tpicoAbreviaturaCaO58% - 67%CSiO216% - 26%SAl2O34% - 8%AFe2O32% - 5%FSO30.1% - 2.5%MgO1% - 5%Mn2O30% - 1%K2O y Na2O

0% - 3%TiO2

0% - 0.5%P2O5

0% - 1.5%Prdida x Calcinacin

0.5% 3% 1-5. Componentes qumicos del cemento12Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.13DesignacinFrmulaAbreviaturaPorcentajeSilicato triclcico3CaO.SiO2C3S30% a 50%Silicato diclcico2CaO.SiO2C2S15% a 30%Aluminato tricalcico3CaO.Al2O3C3A4% a 12%Ferro aluminato tetraclcico4Ca=.Al2O3.Fe2O3C4AF8% a 13%Cal libreCaOMagnesia libre (periclasa)MgO

1-6. Compuestos Qumicos del Cemento Se produce durante la calcinacin en la fabricacin del Clinker13Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.14Silicato Triclcico (C3S), Llamado alita:Se hidrata y endurece rpidamenteEs el ms importante de los compuestos del cementoDetermina la rapidez o velocidad de fraguadoDetermina la resistencia inicial del cementoLibera gran cantidad de calor de hidratacin equivalente a 120 cal./gr. Este compuesto tiene mucha importancia en el calor de hidratacin de los cementosContribuye una buen a estabilidad de volumenContribuye a la resistencia al intemperismo

1-7. Principales Propiedades de los compuestos14Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.15b) Silicato Diclcico (C2S) llamado belitaContribuye con la resistencia a edades mayores a una semanaPor su porcentaje en el clinker es el segundo en importanciaSe hidrata y endurece con lentitudAlcanza elevada resistencia a la compresin a largo plazo (despus de prolongado endurecimiento)El valor de hidratacin es equivalente a 63 cal/gr.Contribuye a la resistencia al intemperismo junto al C3SSu contribucin a la estabilidad de volumen es regular.15Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.16c) Aluminato Triclcico (C3Al)Es el primero en hidratarse, o se fragua con mucha rapidez (hidratacin violenta)Libera gran cantidad de calor durante los primeros das de la hidratacinIncide levemente en la resistencia mecnicaTiene baja resistencia al intemperismo (accin del hielo y deshielo)Tiene mala estabilidad de volumenEscasa resistencia a la accin del ataque de los sulfatos y ataques qumicosCalor de hidratacin equivalente a 207 cal/gr.16Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.17d) Ferro Aluminato tetra clcico (C4AlF)Reduce la Temperatura de formacin del clinkerRpida velocidad de hidratacinEl calor de hidratacin es equivalente a 100 cal/gr. (moderado)En la resistencia mecnica no est definida su influenciaLa estabilidad de volumen es malaInfluye en el color final del cemento(El silicato triclcico y el silicato diclcico, constituye el 75% del cemento, a estos se debe la resistencia mecnica del cemento)17Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.18Finura o Fineza: Referida al grano de molienda del polvo, expresada por la superficie especfica (m2/Kg.): A mayor finura crece la resistencia pero aumenta el calor de hidratacin del cemento y mayor desarrollo de resistencia (blaine = finura del polvo: m2/kg)Peso especfico: Se refiere al peso del cemento por unidad de volumen (gr./cm3) se determina en el laboratorio que es aproximadamente para CP= 3.15.Tiempo de fraguado: Es el tiempo entre el mezclado (agua/cemento) y la solidificacin de la pasta se expresa en minutos, fraguado inicial y final, para endurecimiento de concretos y morteros.1-8. Propiedades del Cemento18Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.19Estabilidad de Volumen: Representa los cambios volumtricos por presencia de agentes expansivos se expresa en %, Resistencia a la Compresin: Mide la capacidad mecnica del cemento a soportar una fuerza externa de compresin se expresa en Kg/cm2, esta decide la calidad de los cementosContenido de Aire: Mide la cantidad de aire atrapado en la mezcla (mortero) se expresa en % del volumen total. Concretos con aire atrapado disminuye la resistencia (5% de aire por cada 1% de concreto)Calor de Hidratacin: Generado por la reaccin Cemento+ agua, (exotrmica), se mide en cal./gr. 19Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.20Cementos Prtland sin Adicin: Constituidos por Clinker y determinado porcentaje de sulfato de calcio(yeso) dentro de estos se tiene:Tipo I: para usos que no requieren propiedades especiales de cualquier otro tipoTipo II: Para uso general y especficamente cuando se desea moderada resistencia a los sulfatos o moderado calor de hidratacinTipo III: Para utilizarse cuando se requiere altas resistencias incialesTipo IV: Para emplearse cuando se desea bajo calor de hidratacinTipo V: Para emplearse cuando se desea alta resistencia a los sulfatos.Cementos Prtland Adicionados Cementos prtland puzolnicos:Tipo IP y IPM: Para obras masivas, adicionado con puzolana entre 15 y 40%Tipo MS: Cemento Escoria (IS) contenido entre 25 y 70% , MS, menor a 25%, empleado en todo tipo de estructuras es de moderada resistenciaTipo Ico: Adicionado los travertinos, hasta un 30% en peso, Usado en obras de concreto con mayor plasticidad, pavimentos cimentaciones.Nota: Material inorgnico de origen Silicio, aadido durante la molienda del clinker, en 15 al 50 % , se combina con Cal, tiene propiedades aglomerantes

1-9. Tipos de Cementos20Ing. S. Benavides Ch.

Ing. F. Benavides Ch.21Ing. S. Benavides Ch.22AGUA PARA EL CONCRETO

Semanas: 5-6PARTE II22Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.23Agua: Elemento importante para la mezcla del concreto (potable en Importancia), para conseguir el Gel. Relacionado con la resistencia, trabajabilidad y propiedades del concreto endurecido. El agua debe cumplir bsicamente con los siguientes aspectos:Debe ser limpia, libre elementos perjudiciales, aceites, cidos, lcalis, sales material orgnico, y otros nocivos al concreto y al acero.Debe cumplir con los estndares de contenido mximos admisibles, que se indican en el cuadro:2-1. Conceptos Generales23Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.24Sustancias DisueltasValor Mximo AdmisibleUnidades de medidaCloruros300PpmSulfatos300PpmSales de magnesio150PpmSales solubles1500PpmP.H.> 7 PpmSlidos en suspensin1500PpmMateria orgnica10PpmValores mximos admisibles en el agua24Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.25Realizar pruebas de resistencia a la compresin a los 7 y 28 das con aguas dudosa y si superan el 90% (Agua potable) de calidad ser aceptadaPara detectar la existencia de sustancia cidas en el agua se realiza la prueba rpida del papel tornasol, y por el cloruro de bario para conocer la presencia de yeso u otros sulfatos.El agua de mar se puede usar bajo restricciones tales como:Para concreto simpleNo utilizado en concretos de alta resistenciaNo aceptable para concretos expuestos a superficieSe recomienda usar en concretos cuya resistencia final este entre fc= 110 a 120%No utilizar agua de mar en concretos con resistencia mayores a 175 kg/cm2 a los 28 das.Revisar NTP: 339,070 ASTM D 75.25Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.26AGREGADOS PARA EL CONCRETO

Semanas: 7-8-9-PARTE III26Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.27Agregado: Conjunto de partculas inorgnicas de origen natural o artificial que ocupa alrededor de las partes de la unidad cbica del concreto, estas partculas son embebidas por la pasta, sus dimensiones limites estn fijadas en NTP 400.011Tamao Mximo: Corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregadoTamao Nominal Mximo: Corresponde al menor tamiz en el cual se produce el primer retenidoMdulo de Fineza: Fineza promedio de los agregas se mide como:MF = (%Acumulado retenido(1 , ,3/8 N4,N8,N16,N30,N50,y N100)/100

3.1. Definiciones27Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.28Por su naturaleza: Pueden ser naturales o artificiales3.2. ClasificacinAGREGADOSAgregado FinoPasa el Tamiz 3/8 en malla 2000, desintegracin de rocas, Agregado GruesoSe retiene en el tamiz N 4 piedra chancada y grava, piedrasEl HormignMezcla de arena y grava extrado de canteras naturales28Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.29Por su densidad: De acuerdo a su peso especificoAGREGADOSAgregados NormalesPeso Especfico Normal2.50 a 2.75Agregados LigerosPeso Especfico menores a 2.5Agregados PesadosPeso especfico mayores a:2.7529Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.30Propiedades Fsicas:Densidad: Es importante para los casos del diseo del concreto de bajo o alto peso unitarioPorosidad: Espacio no ocupado, influye en la estabilidad qumica, resistencia a la abrasin, resistencia mecnica, propiedades elsticas, gravedad especfica, absorcin y permeabilidad.Peso Unitario: Es til para hacer las transformaciones de pesos a volmenes y viceversa. P.ej. Para un agregado grueso pesos unitarios altos significan que quedan muy pocos huecos por llenar con arena y cemento.Porcentajes de vacos: Es la medida de volumen expresado en % de los espacios entre las partculas de agregados, depende del acomodo de las partculas se evala con: % Vacios (%v) = [(SxW P.U.C)/SxW] x 100S = Peso especfico de la masa W = Densidad del aguaPUC = Peso unitario compactado Humedad: Unidad de agua superficial retenida por la partcula, influencia en la mayor o menor cantidad de agua necesaria en la mezcla lo expresamos con:%humedad (%h) = [(peso natural peso seco)/peso seco] x 100

3.3. Propiedades del agregado30Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.31Resistencia : En funcin a los agregados y dependen de su composicin y textura del concreto siempre debe cumplir: R(concreto) < R(agregado)Tenacidad: Resistencia al impacto del material, flexin, textura del material y angularidad del materialDureza: Resistencia a la erosin, abrasin o al desgasteMdulo de Elasticidad: Se refiere al cambio de esfuerzo con respecto a la deformacin elstica, o mas claramente; es la resistencia del material a las deformaciones:

3-4. Propiedades de resistenciaTipo de AgregadoMdulo de elasticidad (kg/ cm2)Granito610000Arenisca310000Calizas280000Diabasas860000Gabros86000031Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.32Caractersticas: la distribucin por grano del agregado es importante tiene influencia en la resistencia mecnica del concreto esta normalizado segn A.S.T.M.3.5. GranulometraMallaPorcentaje que pasa (acumulativo)3/8 = 9.5 mm.100N 4 = 4.75 mm90 a 100N 8 = 2.36 mm80 a 100N 16 = 1.18 mm50 a 85N 30 = 600 um25 a 60N 50 = 300 um10 a 30N 100 = 150 um2 a 1032Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.33PropiedadesCaracterstica PrincipalCoeficiente de Expansin(Cex.)Cuantifica la capacidad de aumento de dimensiones de los agregados en funcin de la temperaturaCalor Especfico(Ces)Es la cantidad de calor necesario para incrementar un grado centgrado la temperaturaConductividad Trmica(Ct)Es la mayor o menor facilidad para conducir el calor, bajo la influencia de la porosidad, cuyo rango es de: 1.1 a 2.7 BTU / pie.hr.FDifusividad(Dif)Representa la velocidad con que se pueda producir cambios trmicos dentro de una masa, se expresa : Difusividad = (Conductividad / Calor especfico) x Densidad3.6 Propiedades Trmicas. 33Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.34PropiedadesCaractersticasReduccin lcali-SliceEstos elementos lo constituyen por el xido de sodio y de potasio quienes en condiciones de temperatura y humedad reaccionan con ciertos minerales, producindose un gel expansivo.Reaccin lcali-CarbonatosSe produce por la reaccin de los carbonatos presentes en los agregados generando sustancias expansivas .3.7. Propiedades Qumicas34Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.35Gravas: Llamado canto rodado, es el conjunto de fragmentos pequeos de piedras proveniente de la desintegracin natural o mecnica de las rocas Las gravas pesan de 1600 a 1700 kg / cm3.

Piedra partida o chancada: Se denomina as al agregado grueso obtenido de la trituracin artificial de roca o grava esta debe ser limpia, dura y resistente. Su funcin es brindar volumen y aportar resistencia, se estima su peso en 1450 a 1500 kg/cm3.3.8. Agregado Grueso35Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.36Consideraciones: El MF, es un ndice aproximado del tamao medio de los agregados. Cuando este ndice es bajo quiere decir que el agregado es fino, cuando es alto es seal de agregado grueso. Segn la Norma ASTM, la arena debe tener un mdulo de fineza no menor de 2.3 ni mayor que 3.1. Se estima que las arenas comprendidas entre los mdulos 2.2 y 2.8, producen concretos de buena trabajabilidad y reducida segregacin, y las que se encuentran entre 2.8 y 3.1, son las ms favorables para concretos de alta resistencia.3.9. Mdulo de Fineza36Ing. S. Benavides Ch.Ing. S. Benavides Ch.37Cuando se combinan materiales de diferentes dimensiones como arena y grava, el procedimiento a seguir para determinar el mdulo de fineza de la combinacin de agregado es:Se calcula el MF, de cada uno de los agregados por separadoSe calcula el factor en que cada uno de ellos entra en la combinacinEl MF, de la combinacin de agregados ser igual a la suma de los productos de los factores indicados por el MF de cada agregado, es decir: MF = (% retenido(1 ,3/4,3/8,N4,N8,N16,N30,N50 y N 100)/1003.10. Mdulo de Fineza de Agregados Combinados37Ing. S. Benavides Ch.