“AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA”

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADÉMICA DE INGENIERIA CIVIL

CICLO: VI

CURSO: CONCRETO I

ESTUDIANTE: ROSILLO ZURITA MARVIN

DOCENTE: ING. LOPEZ CAHUAZA BENJAMIN

SEMESTRE ACADEMICO: 2015-II

CACATACHI – PERÚ

2013

Concreto y sus componentesPropiedades mecANICAS del concretoCambio bolimetricos del concretoPropiedades mecanicanicas del aceroEl acero

INTRODUCCION

El Concreto es el material fundamental con el cual Ingenieros, arquitectos, constructores y trabajadores vinculados con el sector de la construcción, diseñan y elaboran las obras concebidas para el desarrollo de nuestras ciudades y su infraestructura. Esta constituidos por diferentes materiales, los cuales debidamente dosificados y mezclados se integran para formar elementos monolíticos, que proporcionan resistencia y durabilidad a las estructuras, dependen en su aplicación y en su evaluación, de un adecuado conocimiento de sus constituyentes y de sus propiedades físicas y químicas, las cuales deben ser estudiadas y analizadas según los parámetros de control de calidad para cada situación. El concreto puede ser definido pues, como la mezcla de un material aglomerante (normalmente en nuestro medio cemento PORTLAND hidráulico), unos agregados inertes, agua y eventualmente aditivos y/o adiciones, que al endurecer forman una masa dura y compacta, la cual después de cierto tiempo tiene como propiedad fundamental ser capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión.

El acero es una aleación de hierro y carbono (máximo 2.11% de carbono), al cual se le adicionan variados elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas específicas para su diferente utilización en la industria.

Los principales elementos de aleación son: Cromo, Tungsteno, Manganeso, Niquel, Vanadio, Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre y Fósforo. Los productos ferrosos con mas de 2.11% de carbono denominan fundiciones de hierro.

Al elaborar un proyecto para una obra de Concreto Estructural, es importante, entre otros, tener en cuenta lo siguiente:

a) Que cumpla los requisitos para el uso que va ser destinada

b) Que sea resistente y tenga la rigidez adecuada

c) Que sea duradera

d) Que sea económica

e) Que se pueda construir

f) Que sea estética y agradable

1.- El concreto

La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También se puede armar con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. El concreto armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de concreto proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras civiles en general. El concreto es el producto resultante de la mezcla en proporciones adecuadas de áridos gruesos, áridos finos, aglomerantes (cemento), agua y a veces aditivos; los cuales sufren procesos de fraguado y endu- recimiento que lo convierte, después de cierto tiempo, en un sólido de características pétrea. Los agregados de peso normal deben cumplir con la norma NTC 174 (ASTM C33)

1.1COMPONENTES DEL CONCRETO

1.1.1 MATERIALES CEMENTANTES (C.3.2)

El Cemento Portland es el aglomerante más utilizado en el Concreto Estructural

El Cemento Portland se define como una mezcla de clinker sometida a una molturación hasta darle una finura conveniente y añadiendo una pequeña cantidad de yeso.

Se denomina clinker al producto formado por silicato y aluminatos de calcio, fundamentalmente obtenidos al calcinar materias calizas y arcillosas hasta la fusión parcial. Además, existen otros tipos de cementos, entre ellos, los siderúrgicos o de escorias, los aluminosos o fundidos, los puzolámicos, etc.

Los materiales cementantes deben cumplir con las siguientes normas:

a) Cementos fabricados bajo las Normas NTC 121 y NTC 321 y ASTM C150

b) Cementos hidráulicos adicionales fabricados bajo la norma ASTM C595, excluyéndose los tipos IS (≥70) ya que no pueden ser empleados como constituyentes cementantes principales en el concreto estructural

c) Cemento hidráulico expansivo fabricado bajo la norma NTC 4578 (ASTM C845)

d) Cemento hidráulico fabricado bajo la norma ASTM C1157

e) Ceniza volante, puzolana natural y materiales calcinados que cumple la norma NTC 3493 (ASTM 618)

f) Escoria granulada molida de alto horno que cumple la norma NTC 4018 (ASTM C989)

g) Humo de sílice que cumple la norma NTC 4637 (ASTM C1240)

h) Cemento blanco que cumple la norma NTC 1362

i) Se prohíbe el uso de los cementos denominados de mampostería en la fabricación de concreto

1.1.2 AGUA (C.3.4)

El agua empleada en el mezclado del concreto debe cumplir con las disposiciones de la norma NTC 3459 o de la norma ASTM C1602M cuando sean menos exigentes que los de la norma los NTC 3459

El agua de mezclado para concreto presforzado o para concreto que contenga elementos de aluminio embebidos, incluyendo la parte de agua del agua de mezclado con la que contribuye la humedad libre de los agregados, no debe contener cantidades perjudiciales de iones cloruros

El agua es un componente importante en la elaboración del concreto

En general se puede utilizar para el amasado como para el curado del concreto, todas las aguas de acueductos y las de cualquier fuente de abastecimiento que estén sancionadas por la práctica aceptable.

Al momento de utilizarlas, las aguas no deben estar contaminadas con arcillas o grasas (lubricantes, petróleo, etc.). Cuando no se poseen antecedentes de su utilización o en caso de duda, debe analizarse las aguas que se van a utilizar en el concreto, aceptándose las que cumplan con las siguientes condiciones:

Que la dosificación está basada en mezclas de concreto que se utilicen agua de la misma fuente

Que los cubos para ensayos de morteros hechos con agua potable de mezcla, tengan resistencias a la compresión a los 7 y 28 días de edad, iguales o mayores al 90% de las resistencias a la compresión de probetas similares hechas con agua potable. La comparación de los ensayos de resistencia debe hacerse sobre métodos idénticos, con excepción del tipo de agua empleada en la muestra, preparados y ensayados de acuerdo con la norma NTC 220 (ASTM C 109)

-Ph mayor de 5 y menor de 8.

-Residuo seco menor de 2 g/litro

-Materia orgánica expresada en oxigeno consumido: 0.03 g/l

-Sustancias soluble menor de 35 g/l

-Cloruro de sodio menor de 35 g/l

-Sulfato (S03) menor de 0.3 g/l

Aceites y grasas menor de 15 g/l

Hidratos de carbono: exenta

Azúcar: exenta

No se utilizarán para el amasado y el curado, las aguas negras y las estancadas de zonas pantanosas

1.1.3 ADITIVOS (C.3.6)

Muy a menudo, en lugar de utilizarse un cemento especial, se pueden modificar algunas de las propiedades del cemento Portland mediante el uso de un aditivo adecuado.

Los aditivos son productos simples o compuestos pulverizados, en suspensión o disuelto en agua, destinado a mejorar, reforzar o disminuir ciertas cualidades esenciales del Concreto, como son:

-Plasticidad

-Laborabilidad

-Fluidez

-Impermeabilidad

-Tiempo de fraguado

-Contracción

-Expansión

-Resistencias a aguas agresivas

-Elaboración de hormigones ligeros

-Aumento de la resistencia, etc.

Hay gran número de productos, pero una característica importante de los aditivos se basa en la experiencia y pruebas

Los aditivos se pueden clasificar en:

-Reductor de agua en la mezcla

-Retardadores

-Aceleradores

-Reductores

Sin embargo, desde el punto de vista comercial, los fabricantes de estos productos, los clasifican bajo los siguientes nombres:

-Plastificantes

-Retardador de fraguado

-Incorporado de aire

-Plastificante-retardador de fraguado

-Plastificante-retardador-incorporador de aire

-Plastificante-acelerador de fraguado

-Súper plastificante

Los plastificantes como su nombre lo indica, tienen por objeto dar plasticidad al concreto, evitando todos los inconvenientes señalados anteriormente. La mayoría de estos plastificantes permiten reducir entre un 8% a un 12% el agua a usar en el amasado.

Los aceleradores de fraguado tienen como objetivo principal el endurecimiento rápido del concreto, para facilitar entre otros aspectos, ejecutar trabajos en un mínimo de tiempo o de forma urgente, reducir el tiempo de encofrado o el uso de moldes de particular importancia en plantas de prefabricados.

Los aditivos que se utilicen, deben someterse a la aprobación previa del Supervisor Técnico

Debe demostrarse que los aditivos a utilizar durante la construcción de la obra son capaces de mantener esencialmente la misma composición y comportamiento que mostraron para establecer la dosificación del concreto

a) Los aditivos para reducción de agua y modificación del tiempo fraguado deben cumplir con la norma NTC 1299 (ASTM C494M). Los aditivos para producir concreto fluido deben cumplir la norma NTC 4023 (ASTM C1017M)

b) Los aditivos incorporadores de aire deben cumplir con la norma NTC 3502 (ASTM C260)

Los aditivos que se utilicen en el concreto y que no cumplan con a) y b) anteriores deben someterse a la aprobación previa del Supervisor Técnico

El cloruro de calcio o los aditivos que contengan cloruros que no provengan de impurezas de los componentes del aditivo, no deben emplearse en concreto presforzado, en concreto que contengan aluminio embebido o en concreto construidos en encofrados permanentes de acero galvanizado

Los aditivos empleados en la fabricación de concreto que contengan cementos expansivos deben cumplir NTC 4578 (ASTM C845) deben ser compatibles con el cemento y no producir efectos nocivos deben ser compatibles con el cemento y no deben producir efectos perjudiciales

1.2LAS PROPIEDADES MECANICAS DEL CONCRETO

1.2.1 Resistencia a la Compresión:

La resistencia mecánica del concreto frecuentemente se identifica con su resistencia a compresión, debido a que por un lado es la propiedad mecánica mas sencilla y practica de determinar y por otro, esta representa la condición de carga en la que el concreto exhibe mayor capacidad para soportar esfuerzos, de modo que la mayoría de las veces los elementos estructurales se diseñan con el fin de obtener el mayor provecho a esta propiedad. La resistencia potencial a la compresión suele estimarse con muestras de concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido. Los parámetros de realización de las pruebas se encuentran determinados en las correspondientes normas con el ánimo de reducir al mínimo las variaciones por efecto de forma, tamaño, preparación, curado, velocidad de carga, etc. propias de cada muestra. La falla bajo la acción de una compresión uniaxial resulta de una falla por tensión de los cristales de cemento o por adherencia en una dirección perpendicular a la carga aplicada; o a un colapso causado por el desarrollo de planos de cortante inclinados. Es posible que la deformación unitaria última sea el criterio de falla, pero el nivel de deformación varia con la resistencia del concreto, a medida que es mayor la resistencia, la deformación unitaria última es menor.

1.2.1.1. Elaboración y curado de los Especímenes

Los especímenes que se obtienen mediante muestreo del concreto recién elaborado representan las cualidades potenciales del concreto como se produce, y por ello deben ser fabricados y curados en condiciones invariables para que sus resultados puedan ser cotejados con los requisitos de resistencia especificados en la obra. La norma ASTM C 192 especifica que el llenado del molde debe hacerse en capas de igual espesor, compactadas con varilla o por vibración según revenimiento, el curado durante las primeras 24 horas debe hacerse en los moldes

protegidos de la evaporación a 23°C, a continuación se debe hacer la inmersión de los especímenes en agua saturada de cal y dejarlos en estas condiciones hasta el día del ensayo.

1.2.1.2. Preparación y Ensayo de los Especímenes

En la preparación de los especímenes es de particular importancia el acondicionamiento de las superficies de las cabezas, a través de las cuales se transmiten las cargas de compresión, a fin de eliminar defectos que puedan producir concentraciones de esfuerzos en el espécimen y hacerlo fallar de manera irregular. En este aspecto hay dos factores cuya influencia es decisiva y que por ello se reglamentan con precisión: la planicidad de las superficies y su perpendicularidad con el eje del cilindro. El método ASTM C39 establece que, para considerar las aceptables, estas superficies no deben manifestar desviaciones mayores de 0.05mm en una distancia de 152 mm (diámetro del cilindro estándar) al ser confrontada con una regla perfectamente recta en cualquier dirección; y su perpendicularidad con el eje del cilindro no debe diferir mas de 0.5° con respecto al ángulo de 90°, lo cual significa una desviación máxima permisible de 3.2 mm en una distancia de 305 mm que es la altura del cilindro estándar. El proceso de aplicación de carga debe efectuarse bajo condiciones reglamentadas para evitar la influencia de los factores cuya variación puede afectar los resultados. Entre dichos factores se destacan las características de la máquina de ensaye, las condiciones de humedad del espécimen y la velocidad con que se incrementa la carga; todos los cuales se hallan convenientemente especificados en el método de prueba ASTM C 39 dado la importancia de tales efectos.

1.2.2 RESISTENCIA A TENSIÓN

La resistencia a tensión depende de las resistencias a tensión propias de la pasta de cemento y los agregados, y de la adherencia que se genera entre ambos, la influencia relativa de estos factores puede variar en función de los procedimientos que se utilizan para determinar la resistencia del concreto a tensión, que son básicamente tres y se presentan esquemáticamente. a) Prueba de tensión directa: Por medio del ensayo de especímenes cilíndricos o prismáticos, sometidos a una fuerza de tensión axial. b) Prueba de tensión indirecta: Mediante el ensayo de especímenes cilíndricos, sujetos a una carga de compresión diametral. c) Prueba de tensión por flexión en especímenes prismáticos (vigas): Los cuales pueden ser ensayados opcionalmente con una carga en el centro del claro, o con dos cargas concentradas iguales aplicadas en los dos tercios del claro. La determinación de la resistencia a tensión del concreto puede conducir a resultados diferentes, según el procedimiento que se utilice para medirla: en condiciones comparables, la prueba de tensión directa produce el valor de resistencia más bajo y la prueba por flexión el más alto, quedando en una posición intermedia la resistencia a tensión

determinada por compresión diametral. No ocurre así cuando se trata de evaluar la resistencia a compresión, para cuya determinación sola se dispone de un procedimiento normalizado, de aceptación general. Resultados típicos de pruebas a tensión para varias relaciones agua – cemento.

1.2.3 Resistencia a la Tensión en Flexión

En el ensayo del concreto a tensión por flexión se produce un estado combinado de esfuerzos en la que la resistencia no solo se concentra a la pasta y a la adherencia pasta - agregados, sino que también ahora los agregados mismos pasan a desempeñar un papel importante. Por esta razón es recomendable el uso de agregados triturados de una roca de buena calidad, ya que no solo garantizan una mejor adherencia con la pasta, sino que además proporcionan una resistencia intrínseca uniforme ante este tipo de solicitaciones. Para el caso de una carga puntual aplicada en el centro de la luz sobre una viga prismática de sección rectangular, la resistencia máxima a la tensión por flexión, en kg/cm². La resistencia a la tensión por flexión suele arrojar mayores valores que los se obtienen por los métodos de tensión directa e indirecta. Las razones principales se deben a que en la prueba indirecta ocurre una distribución no uniforme de esfuerzos en la sección de falla que restringe la propagación de las grietas y a que en dicha prueba se manejan una serie de simplificaciones teóricas a la hora de calcular el esfuerzo máximo.

1.3 CAMBIOS VOLUMETRICOS DEL CONCRETO

1.3.1CONTRACCION DEL CONCRETO

La contracción del concreto se conoce como resultado de la pérdida de humedad. También se ha demostrado que el concreto se expandirá si, después de haberse secado o parcialmente secado, es sometido a humedad o si es sumergido en el agua. La contracción es un fenómeno simple aparente del concreto cuando este pierde agua. La contracción es una deformación tridimensional pero se expresa comúnmente como una deformación lineal.

Variables que afectan la contracción del concreto

Agregados. Actúan para restringir la contracción de la pasta de cemento Relación agua-cemento. Cuanto mayor es la relación agua-cemento, mayores son los efectos de la contracción.

Tamaño del elemento de concreto. Tanto el valor como la magnitud de la contracción disminuyen con un incremento en el volumen del elemento de concreto.

Condiciones del medio ambiente. La humedad relativa del medio afecta notablemente la magnitud de la contracción; el valor de la contracción es más bajo en donde la humedad relativa es alta.

Cantidad de refuerzo. El concreto reforzado se contrae menos que el concreto simple; la diferencia relativa es función del porcentaje de refuerzo. Aditivos. Este efecto varía dependiendo del tipo de aditivo. Un acelerador tal como cloruro de calcio, usado para acelerar el endurecimiento y la colocación del concreto, aumenta la contracción. También hay aditivos que impiden la contracción.

Tipo de cemento. El cemento Portland tipo III de resistencia rápida normalmente se contrae 10% más que un cemento Portland normal (tipo I) o cemento Portland modificado (tipo II).

. 1.3.2 RETRACCION DEL CONCRETO

La retracción es la disminución del volumen del concreto durante el proceso de fraguado del mismo, y se produce por la pérdida de agua (debida a evaporación). Dicha pérdida de volumen genera tensiones internas de tracción que dan lugar a las fisuras de retracción.

La retracción puede ser en gran medida un fenómeno reversible, si se utilizan métodos de curado adecuados, por ejemplo, la saturación después de la contracción que dilatará casi a su volumen original a la estructura. Se pueden usar así mismo, aditivos químicos que crean capas impermeables que evitan las pérdidas de humedad. La retracción es en cierto modo proporcional a la cantidad de agua empleada en la mezcla. Y generalmente un concreto con elevada fluencia, posee también elevada retracción.

1.3.2.1 TIPOS DE RETRACCION

Retracción plástica: Esto ocurre Cuando la retracción por secado y la consecuente fisura ocurren cuando el concreto está recién colocado (blandito o “plástico”), se dice que se presentó una retracción plástica.

La retracción química o autógena: comienza en el instante en que el cemento entra en contacto con el agua. Pastas puras de cemento y agua tienen un encogimiento del 1 % de su volumen en las primeras 24 horas.

1.3.2.1.1Como controlar la retracción Mediante un curado apropiado del concreto.

El plazo mínimo de curado por vía húmeda debería ser de 7 días.

Mediante el empleo de dosificaciones o mezclas de concreto apropiadas.

Evitar las temperaturas altas en el concreto durante su colocación y curado

Mediante el uso de juntas de llenado o de construcción.

Mediante el empleo de las llamadas “bandas de retracción” sobre todo en losas de piso de gran área o en edificios de plantas grandes.

Mediante el empleo de refuerzo de acero adecuadamente distribuido.

Mediante el uso de cementos expansivos.

1.3.3 ALCANCES DE CONTRACCION Y RETRACCION

La contracción y retracción es causada por las variaciones volumétricas, estas producidas por el esfuerzo aplicado, el volumen cambia debido a la contracción y a la variación de temperatura, que son de importancia considerable, porque en la practica tales movimientos son, por lo general, reprimidos parcial o completamente y, por tanto, provocan esfuerzo. Así, aunque categóricamente la contracción ( o abultamiento) y los cambios térmicos como independientes de esfuerzo a la tensión inducido por alguna forma de restricción a estos movimientos porque, por supuesto, el concreto es muy débil en tensión y propenso al agrietamiento. Las grietas deben evitarse, controlarse y minimizarse porque deterioran la durabilidad y la integridad estructural, y son al mismo tiempo, estéticamente indeseables.

1.3.4 VARIABLES QUE AFECTAN A LA CONTRACCIÓN DEL CONCRETO

18. 1. Agregados. Los agregados actúan para restringir la contracción de la pasta de cemento; de aquí que el concreto con un alto contenido de agregados es menos vulnerable a la contracción. Además, el grado de restricción de un concreto está determinado por las propiedades de los agregados: aquellos con alto módulo de elasticidad o con superficies ásperas son más resistentes al proceso de contracción.

Relación agua-cemento. Cuanto mayor es la relación agua-cemento, mayores son los efectos de la contracción.

Tamaño del elemento de concreto. Tanto el valor como la magnitud de la contracción disminuyen con un incremento en el volumen del elemento de concreto. Sin embargo, la duración de la contracción de mayor para elementos más grandes debido a que se necesita más tiempo para secarse hasta las regiones internas. Es posible que se necesite un año para que el proceso de secado inicie a una profundidad de 25 cm, y 10 años para iniciar a 60 cm más allá de la superficie externa.

Condiciones del medio ambiente. La humedad relativa del medio afecta notablemente la magnitud de la contracción; el valor de la contracción es más bajo en donde la humedad relativa es alta.

Cantidad de refuerzo. El concreto reforzado se contrae menos que el concreto simple; la diferencia relativa es función del porcentaje de refuerzo. 6. Aditivos. Este efecto varía dependiendo del tipo de aditivo. Un acelerador tal como cloruro de calcio, usado para acelerar el endurecimiento y la colocación del concreto, aumenta la contracción. También hay aditivos que impiden la contracción. 7. Tipo de cemento. El cemento Portland tipo III de resistencia rápida normalmente se contrae 10% más que un cemento Portland normal (tipo I) o cemento Portland modificado (tipo II).

1.3.5 GRIETAS POR CONTRACCIÓN

JUSTIFICACION Uno de los problemas más comunes que se debe afrontar en la construcción son las fisuras que se presentan en el concreto, causadas por cambios volumétricos en el concreto, fisuras que pueden en algunos casos no ser peligrosas estructuralmente, pero desde el aspecto estético pueden dar sensación de inseguridad al cliente, que exige una propiedad libre de daños. Las estructuras de concreto por lo general son vaciadas y generalmente están expuestas a las condiciones del medio ambiente; cuando el concreto es expuesto a un ambiente de servicio, tiende a alcanzar un equilibrio con ese ambiente, por lo que si el ambiente tiene una atmósfera seca, la superficie expuesta del concreto pierde agua por evaporación. La velocidad de evaporación dependerá de la humedad relativa del medio físico, temperatura, relación agua-cemento y área de la superficie expuesta del concreto.

DEFINICION La retracción es la deformación del concreto en estado fresco o endurecido, la cual no depende de la carga externa aplicada y se manifiesta mediante la disminución del volumen del concreto durante el proceso de fraguado en sus primeras horas, o cuando se encuentra ya endurecido días o meses después y se produce por un hecho muy sencillo que es la simple pérdida de agua. Al perder agua y perder volumen se producen tensiones internas de tracción que dan lugar a las famosas fisuras de retracción, aunque dependiendo de la cantidad de finos, la cantidad de cemento, el tipo de cemento, relación agua- cemento, espesor del elemento estructural, de si es concreto armado o no y de la temperatura ambiental, la retracción puede ser muy poca o ser muchísima y por ende las fisuras variarán en su cantidad y magnitud.

1.3.6CONTRACCIÓN INTRÍNSECA O ESPONTÁNEA Es la verdadera contracción de fraguado, producto del proceso químico de hidratación del cemento y su propiedad inherente de disminuir volumen en este estado. Ocurre dentro de la masa del concreto, esto es, sin contacto con el medio ambiente. El volumen final

de los productos de la hidratación del cemento es menor que los volúmenes iniciales de agua y cemento que entran en la reacción. Adicionalmente, la hidratación del cemento consume agua, secando o auto-secando el concreto internamente.

La retracción intrínseca potencial varía con el cemento utilizado, pero para cualquier cemento especificado, la influencia de la retracción intrínseca en la retracción total del concreto se incrementa cuando se dan altos contenidos de pasta.

1.3.7CONTRACCIÓN POR SECADO DEL HORMIGÓN INTRODUCCIÓN La contracción por secado es la deformación más importante no dependiente de las cargas aplicadas que experimenta el hormigón convencional sano y es considerada una de las principales causa de su fisuración. Entre los parámetros no dependientes del hormigón que más afectan la contracción por secado están la humedad relativa, la velocidad y duración del secado, y también las dimensiones lineales del elemento estructural. La pérdida de agua que provoca la contracción por secado corresponde a la pasta, actuando los agregados como elementos de restricción interna que reducen muy significativamente la magnitud de aquélla. Primero se produce la pérdida del agua libre, lo cual causa poca o ninguna contracción. A medida que continúa el secado, se pierde el agua adsorbida, es decir aquella que se encuentra en estrecho contacto con la superficie sólida de los poros y vacíos de la pasta de cemento endurecida. Se ha sugerido que la mayor causante de esta deformación es la pérdida del agua adsorbida y del agua intercapa del gel de cemento hidratado (C-H-S).

FACTORES QUE AFECTAN LA CONTRACCION POR

SECADO

CONTENIDO DE AGUA

AGREGADOS

ADITIVOS

CURADO

TIEMPO Y HUMEDAD

GEOMETRIA DEL ELEMENTO DE CONCRETO

CONTENIDO DE AGUA Como se podrá inferir, a mayor cantidad de agua, mayor secado habrá. Esto nos quiere decir que a mayor contenido de agua, tendremos una mayor contracción, nos solo porque se secara durante mas tiempo, sino que el concreto, al tener mas agua, tendrá mas volumen, por lo que la diferencia de volúmenes final será mayor a la de un concreto con contenido menor de agua. En

la siguiente tabla, se puede apreciar la relación entre la contracción del concreto y el contenido de agua:

AGREGADOS Cuanto mayor es el tamaño del agregado, menor es la contracción por secado, ya que estos ocupan mas espacio, y tienen menor contracción que el agregado fino, por lo que se reduce la contracción. Además, mientras mas rígido y menos elástico sea el agregado, mucho menor será la contracción. En otras palabras, mientras mas grande y compacto sea el agregado, menor contracción habrá

ADITIVOS A pesar de no tener mucha influencia en la contracción por secado, hay algunos aditivos, como los aceleradores, que aumentan la contracción. Otros, como los reductores de agua, aumentan también la contracción, esto depende mucho de la manera en como trabajan dentro del concreto

CURADO Este es un factor importantes, mas por la forma en como se ha de aplicar sobre el concreto. La importancia de este radica en no dejar que el agua se evapore en este proceso, ya que esto haría que el concreto se contraiga demasiado. Es por ello que debemos de practicar mas el curado húmedo, para evitar así la evaporación de agua en el proceso de curado, dejando después que este se lleve a unos niveles normales

AGUA EVAPORACION

TIEMPO Y HUMEDAD Para que el agua contenida dentro del concreto salga al exterior o hacia los capilares mas grandes del mismo, tiene que regirse del tiempo y de la humedad del ambiente, ya que estos dos influyen en la velocidad de salida de dicha agua

GEOMETRIA DEL ELEMENTO DE CONCRETO Dado que el agua es reacia a salir a la atmosfera, las dimensiones del elemento de concreto influyen en la contracción por secado, ya que si el elemento tiene dimensiones largas, el agua demorara mas en salir, y por ende, se absorberá mas agua, y habrá menos contracción, lo cual no ocurriría con un elemento con dimisiones pequeñas

CONTRACCION POR CARBONATACION Este tipo de contracción ocurre en ambientes ricos en dióxido de carbono. Esta contracción se produce por la reacción química entre el dióxido de carbono y el hidróxido de calcio. También con los silicatos y aluminatos cálcicos se produce esta reacción.

Las formulas que rigen este proceso son: Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2O C-S-H+CO2 CaCO3+SiO2+ H2O Para que estas reacciones ocurran, es necesario que el hidróxido de calcio se encuentre disuelto, es por ello que es necesario que exista agua para que se de a cabo la reacción. Al generarse el carbonato cálcico,

se produce una reducción de volumen, ya que las partículas se reorganizan, generando una reducción de la porosidad del concreto.

En pruebas de laboratorio, se puede apreciar lo siguiente:

La carbonatación también impermeabiliza al concreto, como se puede apreciar:

Un efecto comparativo de la carbonatación y el secado del concreto:

2. ACERO

Acero es el nombre que reciben las aleaciones de hierro (Fe) y carbono (C), donde el contenido en carbono en disolución solida en el hierro sea menor del 2,1%. Así pues no debemos hablar de “el acero”, si no más correctamente de “los aceros”. Ambos elementos se encuentran en la corteza terrestre en alta proporción, lo que lo convierte en un material de alta disponibilidad. Sin embargo su proceso lo convierte en muy estratégico, dada la elevada tecnología de su fabricación. Muchos países no son capaces de alcanzar determinadas calidades.

El acero también contiene otros elementos químicos aleantes, hasta alcanzar más de 30, pero entre los que destacan el manganeso, el cromo, el níquel, el silicio, el molibdeno, y el vanadio, etc., que le van modificando sus propiedades de modos muy distintos para permitirlo adaptarlo a las necesidades de cada uno de sus millones de usos. Estas adiciones y tratamientos termo-mecánicos actúan a escala microscópica y nanométrica, alterando la composición tanto general como a escala atómica, la modificando la red cristalina, los tamaños de grano, las inclusiones. En ciertos casos basta con la inclusión en concentraciones de pocas decenas de ppms (partes por millón) para modificar radicalmente las propiedades del acero base del que se partía, como es en el caso de algunos aceros denominados microaleados.

Las distintas composiciones y junto a los tratamientos termo-mecánicos del acero, sin contar los cientos de tratamientos superficiales, alcanzaron más de 5.000 diferentes ya en el año 2010, y creciendo a más de uno cada dos días). Éstos permiten adaptar el acero a los más exigentes requisitos, en función de las necesidades más “clásicas” de resistencia a la corrosión, desgaste, tenacidad, elasticidad/plasticidad, soldabilidad, forjabilidad, deformación en frío, etc. pero también adaptarlo a necesidades mucho menos obvias pero absolutamente vitales para sus aplicaciones como pueden ser la fluencia en caliente, histéresis magnética o el nivel de activación ante un flujo neutrónico.

Por tanto las propiedades del acero que observamos a escala macroscópica, son el resultado de su estructura invisible al ojo humano, su escala microscópica e incluso manométrica. Asi la investigación siderúrgica en el acero, y en la metalúrgica en general han sido la base para el desarrollo de gran parte de la tecnología usada para la nanotecnología. No nos son ajenos conceptos como la microscopia óptica o de efecto túnel, interferométria óptica, espectrografía, etc. Esto convierte al acero en el primer y desde luego más ampliamente usado nanomaterial a escala global.

En general el acero, dada la flexibilidad por:

Dispone de excelentes propiedades mecánicas y estructurales; Es fácil de atornillar, soldar, mecanizar, conformar en frío y en caliente.

Es más barato de producir que otros materiales y con menos consumo de energía; por ejemplo, consume casi 7 veces menos energía en su producción que el aluminio;

Es sostenible, ya que es 100% recuperable, debido a sus propiedades magnéticas, y 100% reciclable; y de hecho, prácticamente el 100% del acero al final de su vida útil es realmente reciclado.

Parte de un mineral que tiene alta disponibilidad, ya que el hierro representa el 5,6% de la corteza terrestre y sus minas se encuentran distribuidas por todo el mundo.

I. TIPOS DE ACEROS.

Acero aleado o especial.

Acero al que se han añadido elementos no presentes en los aceros al carbono o en que el contenido en magnesio o silicio se aumenta mas allá de la proporción en que se halla en los aceros al carbono.

Acero autotemplado

Acero que adquiere el temple por simple enfriamiento en el aire, sin necesidad de sumergirlo en aceite o en agua. Este efecto, que conduce a la formación de una estructura martensitica muy dura, se produce añadiendo constituyentes de aleación que retardan la transformación de la austenita en perlita.

Acero calmado o reposado

Acero que ha sido completamente desoxidado antes de colarlo, mediante la adición de manganeso, silicio o aluminio. Con este procedimiento se obtienen lingotes perfectos, ya que casi no hay producción de gases durante la solidificación, lo que impide que se formen sopladuras.

Acero de construcción

Acero con bajo contenido de carbono y adiciones de cromo, níquel, molibdeno y vanadio.

Acero de rodamientos

Acero de gran dureza y elevada resistencia al desgaste; se obtiene a partir de aleaciones del 1% de carbono y del 2% de cromo, a las que se somete a un proceso de temple y revenido. Se emplea en la construcción de rodamientos a bolas y en general, para la fabricación de mecanismos sujetos al desgaste por fricción.

Acero dulce

Denominación general para todos los aceros no aleados, obtenidos en estado fundido.

Acero duro

Es el que una vez templado presenta un 90% de martensita. Su resistencia por tracción es de 70kg/mm2 y su alargamiento de un 15%. Se emplea en la fabricación de herramientas de corte, armas y utillaje, carriles, etc. En aplicaciones de choque se prefiere una gradación de dureza desde la superficie al centro, o sea, una sección exterior resistente y dura y un núcleo mas blando y tenaz.

Acero efervescente

Acero que no ha sido desoxidado por completo antes de verterlo en los moldes. Contiene gran cantidad de sopladuras, pero no grietas.

Acero fritado

El que se obtiene fritando una mezcla de hierro pulverizado y grafito, o también por carburación completa de una masa de hierro fritado.

Acero fundido o de herramientas

Tipo especial de acero que se obtiene por fusión al crisol. Sus propiedades principales son:

1) resistencia a la abrasión

2) resistencia al calor

3) resistencia al choque

4) resistencia al cambio de forma o a la distorsión al templado

5) aptitud para el corte

Contienen de 0,6 a 1,6% de carbono y grandes proporciones de metales de aleación: tungsteno, cromo, molibdeno, etc.

Acero indeformable

El que no experimenta prácticamente deformación geométrica tanto en caliente( materias para trabajo en caliente ) como en curso de tratamiento térmico de temple( piezas que no pueden ser mecanizadas después del templado endurecedor )

Acero inoxidable

Acero resistente a la corrosión, de una gran variedad de composición, pero que siempre contiene un elevado porcentaje de cromo ( 8-25% ). Se usa cuando es absolutamente imprescindible evitar la corrosión de las piezas. Se destina sobre todo a instrumentos de cirugía y aparatos sujetos a la acción de productos químicos o del agua del mar( alambiques, válvulas, paletas de turbina, cojinetes de bolas, etc. )

Acero magnético

Aquel con el que se fabrican los imanes permanentes. Debe tener un gran magnetismo remanente y gran fuerza coercitiva. Los aceros de esta clase, tratándose aplicaciones ordinarias, contienen altos porcentajes de tungsteno( hasta el 10%) o cobalto(hasta el 35% ).Para aparatos de calidad se emplean aceros de cromo-cobalto o de aluminio-níquel ( carstita, coercita ).

Acero no magnético

Tipo de acero que contiene aproximadamente un 12% de manganeso y carece de propiedades magnéticas.

Acero moldeado

Acero de cualquier clase al que se da forma mediante el relleno del molde cuando el metal esta todavía liquido. Al solidificar no trabajado mecánicamente.

Acero para muelles

Acero que posee alto grado de elasticidad y elevada resistencia a la rotura. Aunque para aplicaciones corrientes puede emplearse el acero duro, cuando se trata de muelles que han de soportar fuertes cargas y frecuentes esfuerzos de fatiga se emplean aceros al sicilio con temple en agua o en aceite y revenido.

2.1Propiedades mecánicas del acero

Límite elástico y Resistencia a la tracción

La determinación de las propiedades mecánicas en el acero, como el límite elástico (fy), la resistencia a tracción (fu), así como de otras características mecánicas del acero como el Módulo de Elasticidad (E), o el alargamiento máximo que se produce en la rotura, se efectuará mediante el anteriormente definido ensayo de tracción normalizado en la UNE-EN 10002-1.

El valor de la tensión última o resistencia a la tracción se calcula a partir de este ensayo, y se define como el cociente entre la carga máxima que ha provocado el fallo a rotura del material por tracción y la superficie de la sección transversal inicial de la probeta, mientras que el límite elástico marca el umbral que, una vez se ha superado, el material trabaja bajo un comportamiento plástico y deformaciones remanente.

Se adjunta tabla con los valores de la resistencia a la tracción, así como del límite elástico y dureza, según la norma americana AISI:

Módulo de elasticidad longitudinal o Módulo de Young

Para comprender el concepto de Módulo de Elasticidad longitudinal del material, se debe partir del ensayo de tracción ya descrito en el apartado 2 de este tutorial. De esta manera se vio que si sobre una probeta cilíndrica de acero de sección transversal A y longitud inicial L0 se le someta a una tracción F que actúa a lo

largo de su eje, ésta sufrirá, por efecto de la solicitación, un alargamiento de magnitud ΔL.

Para los estadios iniciales donde la deformación es pequeña, ΔL/L0 <<1, se obtiene experimentalmente que hasta que la fuerza aplicada F no alcance un rango limitado, éste incremento ΔL de la probeta es proporcional a la fuerza aplicada (F), a su longitud original (L0) e inversamente proporcional al área de su sección transversal (A), es decir que:

Módulo de elasticidad transversal

El módulo de elasticidad transversal, módulo de cortante o módulo de cizalla G, para la mayoría de los materiales, y en concreto para los materiales isótropos, guarda una relación fija con el módulo de elasticidad longitudinal y el coeficiente de Poisson, según la siguiente expresión:

Estricción

Para explicar el concepto de estricción en el acero, se debe acudir de nuevo al ensayo de tracción sobre la probeta cilíndrica normalizada. Así, se conoce como período de estricción al que se inicia cuando, una vez se supera el límite de fluencia, se produce una reducción gradual de la sección en la zona donde ocurrirá la rotura, una deformación permanente, hasta que se produce definitivamente el fallo. Es por tanto, un fenómeno que ocurre durante la plasticidad del acero, y sobretodo típico de los aceros suaves o dúctiles.

La estricción es la responsable del tramo de bajada en la curva tensión-deformación, y hace que se llegue a la rotura cuando la carga es inferior a la carga máxima aplicada, diferencia que se acrecienta con la tenacidad del material.

Resiliencia

Mediante la Resiliencia se mide el grado de tenacidad o de ductilidad del acero a una determinada temperatura (generalmente, se establecen valores de resiliencia a temperatura ambiente, a 0ºC, o a temperatura de -20ºC).

El ensayo que proporciona el dato de la resiliencia del acero consiste en el ensayo de flexión por choque sobre una probeta Charpa, que es una probeta entallada de medidas normalizadas según la UNE 7475-1:1992. Mediante dicho ensayo, la resiliencia, medida en julios (J), se determina a una temperatura prefijada. Frecuentemente, las normas de producto exigen que las probetas absorban una energía de impacto mayor que 27 J a una temperatura de ensayo prefijada. A dicha temperatura se le denomina entonces T27J.

De tal forma, los aceros se suelen designar identificando su tipo mediante la siguiente nomenclatura que hace referencia a su límite elástico y grado (referencia a la resiliencia), según el formato siguiente:

Tenacidad a la fractura

La tenacidad a la fractura del acero define su capacidad a soportar cualquier solicitación exterior sin que se origine ningún tipo de fractura en el interior del material. Este es un concepto aparte de la tensión de rotura del material, y ello es así porque, en ocasiones, la fractura se puede producir con la aplicación de esfuerzos menores que los que marquen la tensión de rotura del material, o incluso menores que su límite elástico. Y ello es debido porque interiormente el material puede contener pequeñas grietas o defectos que son el germen del inicio de la fractura.

En efecto, supongamos una pieza sección A0 sometida a un esfuerzo F. El valor de la tensión normal media en cualquier sección perpendicular al esfuerzo sería σ = F/A0. Pues bien, si la pieza presenta una pequeña grieta o defecto, como puedan ser inclusiones de elementos extraños, ocurre entonces que alrededor de esta discontinuidad se produce un efecto amplifcador, un aumento del nivel de tensiones normal a que estaría sometida la pieza.

Para calibrar cuánto se amplifica los niveles de tensiones alrededor de una grieta o discontinuidad se define el Factor de Intensidad de Tensiones, K, mediante la siguiente expresión general:

Se denomina Tenacidad a la Fractura o intensidad del esfuerzo crítico, Kc, al valor de K requerido que origina el proceso de fractura en el interior del material, comenzando en el extremo de la grieta y propagándose hasta alcanzar la superficie de la pieza ocasionando su fractura. Es decir, que la fractura ocurre cuando K > Kc. El valor numérico de Kc dependerá del espesor de la pieza considerada.

Dureza Brinell

La dureza es una propiedad que mide la capacidad de resistencia que ofrecen los materiales a procesos de abrasión, desgaste, penetración o de rallado. Para medir la dureza de un material se emplea un tipo de ensayo consistente en calibrar la resistencia de un material a la penetración de un punzón o una cuchilla que se usa como indentador. Este indentador usualmente consta en su extremo, o bien de una esfera, o bien de una pieza en forma de pirámide, o en forma de cono y que está compuesto de un material mucho más duro que el acero que se está midiendo. La profundidad de la entalla que produce en el acero al ser rallado por este penetrador nos dará una medida de la dureza del material.

Existen varios métodos para calibrar la dureza de un material, siendo el método Brinell y el método Rockwell los más comunes.

El método Brinell (ASTM E10) es un tipo de ensayo utilizado para calcular la dureza de los materiales. Consiste en una esfera de 10 mm de diámetro, usualmente de un acero endurecido, que se presiona contra la superficie del material objeto de estudio bajo una carga estática de 3.000 kg. El tamaño de la huella nos proporcionará una medida de la dureza, denominada dureza Brinell, bajo estas condiciones del ensayo.

Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la ecuación mostrada en la figura siguiente:

Soldabilidad

La soldabilidad mide la capacidad de un acero que tiene a ser soldado, y que va a depender tanto de las características del metal base, como del material de aporte empleado.

Un parámetro útil para evaluar la soldabilidad de los aceros es el concepto de CARBONO EQUIVALENTE (CEV), que equipara las soldabilidades relativas de diferentes aleaciones de acero y las compara con las propiedades de un acero al carbono simple.

El Código API 1104- A B presenta la ecuación desarrollada por el Instituto Internacional de Soldadura, y cuya expresión es la siguiente, donde los contenidos de los elementos químicos se expresan en tanto por ciento (%):

A medida que se eleva el contenido equivalente de carbono, la soldabilidad de la aleación de acero que se trate decrece.

Aunque esta ecuación fue inicialmente desarrollada para caracterizar la tendencia a la fisuración por hidrógeno en chapas de acero, también se ha venido utilizando para evaluar el endurecimiento del acero basado en su composición química.

Como regla general, un acero se considera soldable si el carbono equivalente, obtenido según la fórmula anterior, es menor a 0,4%.

No obstante, este parámetro no es suficiente para evaluar la soldabilidad de los distintos aceros, dado que la soldabilidad no depende sólo de la composición química del acero, sino que existen otros factores como puede ser el espesor de la junta, un factor que va a condicionar la elección de la temperatura de precalentamiento y/o tratamientos térmicos post-soldadura, o la adecuada elección del material de aporte. Otros aspectos como la historia térmica del material y tensiones mecánicas desarrolladas antes, durante y después de realizada la unión, van a influir también en la soldabilidad del acero.

Resistencia al desgarro

a resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparición de fisuras en piezas soldadas sometidas a tensiones de tracción en dirección perpendicular a su superficie.

Para evitar el desgarro laminar, se deberá reducir en lo posible dichas tensiones mediante un proyecto adecuado de los detalles constructivos correspondientes.

También se puede emplear otros tipos aceros que son poco susceptibles a este defecto, tales como los aceros con resistencia mejorada a la deformación en la dirección perpendicular a la superficie del producto, y que son aquellos que cumplen con unos valores mínimos de estricción mostrados en la siguiente tabla, y que han sido obtenidos sometiendo al producto a un ensayo de tracción en la dirección del espesor.

Aptitud al doblado

La aptitud al doblado es un índice de la ductilidad del material, y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado. La aptitud al doblado es una característica opcional que debe verificarse sólo si lo exige el pliego de prescripciones técnicas particulares del proyecto o si lo indica el pedido.

La determinación de la aptitud al doblado se efectuará comprobando la ausencia de fisuras en el ensayo de doblado simple, normalizado en UNE-EN ISO 7438.

CONCLUSIONES

La retracción será mayor cuanto menor sea el espesor de la pieza hormigonada, debido a que menor espesor más rápido es la deshidratación de la masa de hormigón.

A mayor temperatura ambiental también será mayor la retracción, debido a que temperaturas altas hacen que el hormigón se deshidrate más rápido.

Entre los distintos hormigones especiales diseñados para reducir la tendencia a la fisuración o incluso evitarla, hay dos grandes grupos: aquellos que mediante el uso de aditivos especiales actúan de forma de reducir la contracción (aditivos reductores de contracción) y los que la compensan, total o parcialmente, mediante la generación de expansiones controladas en la masa, y que se conocen como hormigones de contracción compensada (HCC).

Para minimizar los riesgos asociados a la aparición de fisuras de contracción se han desarrollado distintos recursos. Algunos de ellos asociados con el diseño de la mezcla, otros con el diseño estructural del elemento o simplemente previendo adecuadamente la ocurrencia de fisuras para guiarlas mediante juntas de control.

En lo que se refiere al diseño de la mezcla, la contracción está asociada con el contenido y calidad de la pasta de cemento, además del desarrollo del grado de hidratación. La solución más elemental es incrementar el tamaño máximo del agregado y emplear aditivos reductores de agua, aun cuando no esté totalmente claro si este último recurso trae ventajas significativas en lo que respecta a la reducción de la contracción .El tipo y mineralogía del agregado también influye, análogamente a lo que ocurre con los distintos tipos de cemento.

La cantidad de agua en el concreto determina en gran parte la magnitud de la contracción por secado, es por ello que debemos de saber en todo momento cuanta cantidad de agua tenemos dentro del concreto.

El tamaño y la consistencia de los agregados define de manera directa la magnitud de la contracción por secado

Los aditivos también influyen en la contracción por secado

La carbonatación impermeabiliza al concreto, impidiendo entrada o salida de agua La carbonatación puede producir fisuras en la superficie del concreto, ya que en esta zona se da la reacción

En la forma en como realicemos el curado en el concreto, dependerá de la magnitud de la contracción que tendremos al final

La forma del elemento de concreto es muy importante para la determinación de la perdida de agua por secado, además de ayudarnos a establecer tiempos respecto a la perdida de agua. Además, la humedad influye para dicha perdida

Si no se cuenta con la cantidad de agua suficiente como para disolver el hidróxido de calcio, no se lleva a cabo la carbonatación

Los puntos críticos de la carbonatación se dan entre los 45 y 75% de humedad, dado que en los extremos no se cumplen todos los requerimiento

ANEXOS