El concreto de hoy

óIng Carlos Arcila López

arcilacarlos@yahoo.es

El concreto …

•El material másEl material más usado en el mundo, después del agua!

Un maravillosoUn maravilloso

Material que permite hacer obras como Material que permite hacer obras comoestas…

Estadio, Cartagena

Puente atirantado, Rep. Dominicana

Presa en CCR, La Miel I Colombia

El concreto, un material maravilloso…

Silos, Medellín

Prefabricados para un gran puente

Dovelas para revestir un túnel

Construcción Industrializada

Colado de una plataforma marina por bombeo

Reparación de losas con Fast Track en un aeropuertop p

Y podríamos q edarnos aq í semanasY podríamos quedarnos aquí semanas …

Pero a qué no adivinan que tienen de comúnPero, a qué no adivinan que tienen de común todos estos tipos de concretos?

Todos constituyen un tipo de concreto distinto y, muy seguramente, requirieron una

l í d d dtecnología de cementante y de aditivo distintas!

Qué pasa con el concreto de hoy?Qué pasa con el concreto de hoy?

Si l t di ti t l d hSimplemente que es distinto al de hace unos años…pero seguimos especificándolo igual!

Resistencia a Muchas veces yResistencia a compresión a 28

días!

Muchas veces y casi para todo:

210 kg/cm2días! 210 kg/cm2

Agua /cemento Contenido de aire P bilid d

?Agua /cemento Contenido de aire Permeabilidad

Tipo de Cuantía máxima y Resistencia a cierto Tipo de cementante

ytipo de adición ambiente

Dar hoy en día un valor de resistencia es muy poca información para caracterizar un concreto

2727 cm 27 cm

Tanque fisurado en plena elaboraciónTanque fisurado en plena elaboración

• Cuenta con el• Cuenta con el acero necesario?necesario?

• Especificaron el concretoconcreto requerido?

Por qué especificamos como ayer?Por qué especificamos como ayer?

RAZONES:

Aú d l b d !

O i l f d l “ ” d

Aún nos ronda en la cabeza eso de que cemento es cemento!

O repetimos la frase de algunos “expertos” de que un concreto no necesita aditivos

O una razón que me impactó: ¿qué hay que estudiarle a algo que se pide por teléfono?

La principal razón: Cada vez sabemos más de diseño y menos de concreto!co c e o

La Normativa de Durabilidad actualLa Normativa de Durabilidad actual

i i d i h h í• Seguimos copiando normativas hechas para países con condiciones muy distintas a las nuestras.

• Muy poco trabajo de la industria del concreto, investigadores, universidades, institutos para g , , pgenerar resultados que permitan normalizar para un país en particular.p p

• ACI 318-08 (C.4) Problemas para aplicarlo en países tropicales (pero es la base de la normativa enpaíses tropicales (pero es la base de la normativa en casi toda Latinoamérica!)

El concreto en nuestro medioEl concreto en nuestro medio

AÑOS 50 Años 70 Años 90

Cemento Tipo I Cementos Tipo I, III, V Cementos I, I, II, VEscoria MicrosílicaEscoria, Microsílica

Arena Arena ArenaGrava Grava GravaAgua Aditivo Reductor Agua Aditivos WR, HRWR, Aireantes

Agua Agua

El concreto en nuestro medioAño 2010

Cemento I, II, ARI, adicionadosAdi i E iAdiciones Escoria

Ceniza VolanteMicrosílicaMetacaolínMetacaolínVolcánicas

ArenaGravaGravaFibrasAditivos Modificadores de fraguado

WR, HRWR, UltraHRWRAcelerantes de endurecimientoIncorporadores de aireInhibidores de corrosiónC t l d d l RAAControladores de la RAAReductores de ContracciónModificadores de viscosidadAditivos anticongelantesAditivos anticongelantesAntiespumantes (no aire)Ayudantes de molienda

Las especificaciones también han variadoLas especificaciones también han variado…

ñAños 50: • Resistencia especificada a 28 díasp• No se hablaba de relación agua/cemento• Dosificaciones por volumen (1:2:3=3000psi)• Dosificaciones por volumen (1:2:3=3000psi)• Cementos gruesos• Grandes secciones • Agregados de gran TMAgregados de gran TM• Mezclado y colocación casi manual o con carretillas

Las especificaciones también han variadoLas especificaciones también han variado…

Añ 80Años 80: • Resistencia especificada a 28 días• Ya se usan mezclas con retardadores y otras aceleradas con• Ya se usan mezclas con retardadores y otras aceleradas con

cloruros• Se empieza a hablar de la relac agua/cementoSe empieza a hablar de la relac agua/cemento• Dosificaciones por peso• Cementos de mayor finura, aparecen algunas adicionesy , p g• Secciones empiezan a reducirse• Agregados de TM normal (< 37 mm)g g ( )• Aparecen los Superplastificantes.• Colocación con tolvas y con bombas

Las especificaciones también han variadoLas especificaciones también han variado…

Añ 2010Años 2010: • Resistencia especificada a 1,3,7, 28, 56 y 90 días• Los aditivos empiezan a diseñarse a la medida (Tailor made)• Algunas Normas especifican relac agua/cemento para cada tipo de ambiente• Cementos de mayor finura• Uso industrial de las adiciones• Uso industrial de las adiciones• Sistemas industrializados de construcción exigen concretos de gran

rendimientoA d i d l 25• Agregados tienden a no superar los 25 mm

• Se empieza a trabajar en concretos de alto desempeño• El Fast Track y el concreto autocompactante están de moday p• La durabilidad y la sustentabilidad son el tema del día

Los materiales que componen el concretoLos materiales que componen el concreto

El más importante por su aporte a las propiedades físicas de la mezcla en estado fresco y endurecido es yel cementante….sin menospreciar los agregados que ya empiezan a jugar un rol protagónico:ya empiezan a jugar un rol protagónico:

• Ya no se consideran inertes (RAA, RAC)

• Escasea su suministro

• Interacción química con los aditivos• Interacción química con los aditivos

Tipos de Cemento PortlandTipos de Cemento Portland

ASTM C 150

• I Normal

ASTM C 150

I Normal• II Moderada resistencia a los sulfatos• III Alta resistencia inicial• III Alta resistencia inicial• IV Bajo calor de hidratación

V Alt i t i l lf t• V Alta resistencia a los sulfatos

Cementos Hidráulicos Adicionados

ASTM C 595• Tipo IS Cemento portland siderúrgico

• Tipo IP Cemento portland puzolánico• Tipo IP Cemento portland puzolánico

• Tipo P Cemento puzolánico

• Tipo I(PM) Cemento portland modificado• Tipo I(PM) Cemento portland modificado con puzolana

• Tipo S Cemento de escoria o siderúrgicoTipo S Cemento de escoria o siderúrgico

• Tipo I(SM) Cemento portland modificado con escoria

Cemento HidráulicoCemento HidráulicoASTM C 1157

• Tipo GU Uso general

• Tipo HE Alta resistencia inicial

• Tipo MS Moderada resistencia a los sulfatosp

• Tipo HS Alta resistencia a los sulfatos

• Tipo MH Moderado calor de hidratación• Tipo MH Moderado calor de hidratación

• Tipo LH Bajo calor de hidratación

Cementos por desempeño, no se juzga su composición!p p , j g p

Aplicaciones

Resistencia a

Especificación del cemento

Uso general

Moderado calor de hidratación

Alta resistencia inicial

Bajo calor de hidratación

Moderada resistencia a los sulfatos

Alta resistencia a los sulfatos

Resistencia a la reacción álcali-sílice (RAS)

ASTM C 150(AASHTO M 85)

C tI

II moderado calor de III IV II V bajo en

álcalisCementos portland

hidratación álcalis

ASTM C 595(AASHTO M 240)

Cementos

ISIP

I(PM)

IS(MH)IP(MH)

P(LH)

IS(MS)IP(MS)P(MS)

Opción de bajaCementos

hidráulicos adicionados

I(PM)I(SM)S, P

I(PM)(MH)I(SM)(MH)

P(LH) P(MS)I(PM)(MS)I(SM)(MS)

baja reactividad

ASTM C 1157Cementos hidráulicos

GU MH HE LH MS HS Rhidráulicos

Cómo es la cosa con los cementosCómo es la cosa con los cementos…

“Los últimos 60 años los dedicó la industria cementera mundial a la optimización química del p qcemento Portland”.

• Estudio de la hidratación del cemento pero en• Estudio de la hidratación del cemento pero en particular de sus fases (aluminatos, silicatos).

• Estudio de la acción del sulfatos y en particular de la importancia de la forma como es introducidoimportancia de la forma como es introducido

Jolicoeur, C et Al, “Trends in Concrete Chemical Admixtures”

La cosa con los cementosLa cosa con los cementos…Los componentes de cada tipo de cemento (I II II IV y V)Los componentes de cada tipo de cemento (I,II,II,IV y V) fueron sintonizados finamente para lograr el control de:

d d ó• Proceso de Hidratación

• Tiempo de manejabilidadp j

• Fraguados

• D ll d i t i i i i l• Desarrollo de resistencia inicial

• Bajo desprendimiento de calor

• Buen comportamiento a largo plazo

Jolicoeur, C et Al, “Trends in Concrete Chemical Admixtures”

Pero aparecen las adicionesPero…aparecen las adiciones

• Empezamos a introducir las adiciones en la tecnologíaadiciones en la tecnología del concreto; en forma tímida, al comienzo, y luegotímida, al comienzo, y luego ya en mayor proporción.

• Empieza a bajar la cuantía de cemento necesaria para l i t i t i l d dalcanzar cierta resistencia; con la ayuda de nuevos

aditivos se empieza a hacer realidad el sueño de prod cir 1 kg/cm2 con 1 kg de cementante!producir 1 kg/cm2 con 1 kg de cementante!

Ventajas comprobadas del uso de adiciones reactivasVentajas comprobadas del uso de adiciones reactivas

Adiciones como la ceniza volante (Fly Ash), la Escoria de Alto Horno ( Slag) y el Humo de Sílice (Silica Fume) se usan de manera

•Controlar el ingreso de cloruros

Horno ( Slag) y el Humo de Sílice (Silica Fume) se usan de manera creciente en el concreto para:

•Controlar el ingreso de cloruros

•Controlar la reacción álcali-agregadog g

•Controlar el ataque por sulfatos

•Reducir el calor de hidratación de la mezcla

Y desde el punto de vista del medio ambiente reducen las emisiones contaminantes!

Ataque por sulfatosAtaque por sulfatos

Procesos químicos en el concreto

Acción de los sulfatos

1) Substitución del catión Mg 2+ --> Ca 2+

MgSO4 + Ca (OH)2 + H2O --> Ca SO4 + Mg (OH)2

Yeso secundario PrecipitaYeso secundario cristaliza

expansión

Precipita

2) Acción del yeso secundario

CaSO4 + C3 A + 32 H2O --> C3A 3 Ca SO4 32 H2OCaSO4 + C3 A + 32 H2O > C3A 3 Ca SO4 . 32 H2O

Etringita

expansiónexpansión

Reactividad álcali-agregadog g

Uso de adición puzolánica para controlar el fenómeno expansivo

Ceniza de Cáscara de Arroz

Uso de adiciones puzolánicas para controlar la RAA

Uso de escoria de Alto Horno

K. Mehta y Monteiro

Ataque por cloruroscloruros

Resistencia al paso de cloruros

Problemas de las prescripciones de mezcla

Tres mezclas con igual relación agua/cementante puedenagua/cementante pueden mostrar diferente desempeño en pruebas de durabilidad, p ,dependiendo de la composición del cementante y tipo de adición puzolánica.

Permeabilidad Rápida a Cloruros

ASTM 1202-97 “Prueba Rápida de permeabilidad a cloruros”

Resultados tesis de maestría en estructuras U Andes Ing Karina SantamaríaResultados tesis de maestría en estructuras. U. Andes. Ing. Karina Santamaría

Un pequeño pecado…

• La alcalinidad que le confiere al agua de poros el Hidróxido de Calcio protege la capa pasiva del acero de refuerzo.

• Cuando se excede con la cuantía de adición, especialmente en concretos de baja resistencia:

1 Se produce menos Hidróxido de Calcio (% de reemplazo de1. Se produce menos Hidróxido de Calcio (% de reemplazo de cemento)

2. Dependiendo del tipo de adición esta consume buena2. Dependiendo del tipo de adición esta consume buena parte de dicho Hidróxido de Calcio para convertirse en pasta de cemento.

• De esta manera concretos fuertemente adicionados ven aumentar la velocidad con la cual se carbonatan.

Influencia de las adiciones puzolánicas en la carbonatacióncarbonatación

Profundidad de carbonatación vs relación a/c.

T = 15 añosT = 15 años

HR = 70%

Helene P El fenómeno de la corrosión en la vida útil de las estructuras CursoHelene, P, El fenómeno de la corrosión en la vida útil de las estructuras, Curso Internacional de durabilidad, patología y rehabilitación, IMCYC, México, 1998.

Carbonatación acelerada

Sin adición puzolánica

Con 20% de adición

4 semanas de ataque con 5% de CO2

pH<10 pH>10

Medida de la profundidad de carbonatación (ataque CO2)

Control de la CarbonataciónControl de la Carbonatación

En estructuras ya viejas…barreras de CO2

AdicionesAdiciones

• Silíceas

• AlumínicasAlumínicas

• Combinaciones de estas dosLa composición determina el carácter de la puzolana!

• Actividad depende del contenido de SiO2 (mín 25%) , Al O y especialmente de la finura de molienda deAl2O3 y, especialmente, de la finura de molienda de la puzolana, entre otros.

Adiciones Puzolánicas

La norma ASTM 618-92, define las puzolanas como "materiales silíceos o alumino silíceos los cuales por sí solos poseen poco o ningún valor cementante

La norma ASTM 618-92, define las puzolanas como "materiales silíceos o alumino silíceos los cuales por sí solos poseen poco o ningún valor cementantealumino-silíceos los cuales, por sí solos, poseen poco o ningún valor cementante, pero cuando se han dividido finamente y están en presencia de agua reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio, a temperatura ambiente, para formar

i d d "

alumino-silíceos los cuales, por sí solos, poseen poco o ningún valor cementante, pero cuando se han dividido finamente y están en presencia de agua reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio, a temperatura ambiente, para formar

i d d "compuestos con propiedades cementantes". compuestos con propiedades cementantes".

Parte del problema es que el lenguaje es para especialistas…

Adiciones PuzolánicasAdiciones Puzolánicas

Cemento Portland + H O SCH + Ca (OH)Cemento Portland + H2O SCH + Ca (OH)2

Puzolana + Ca(OH)2 + H2O SCH

Curado del concretoCurado del concreto

Tabla No.1: Tiempos mínimos de curado hídrico (NBR-6118)

(Días)

Curado del concretoCurado del concreto

Correcciones a los tiempos de curado hídrico

Curado del concretoCurado del concreto

Influencia del curado en la permeabilidad de probetas de concreto

Membranas de curado

Combinación de retardador de evaporación, curador y lona

Curado del concretoCurado del concretoInfluencia del tamaño de la sección en la pérdida de agua

Control de la eficiencia del curado en obra ?del curado en obra…..?

Sika Colombia S.A

Desarrollo de resistenciasDesarrollo de resistencias

• Resistencia inicial• Resistencia inicial

• Resistencia a largo plazo

La resistencia y la temperatura tienen algo en común!

Alta resistencia inicial, menor resistencia final

Baja resistencia inicial, Alta resistencia finalresistencia final resistencia final

ADICIONES PUZOLÁNICASADICIONES PUZOLÁNICASEVOLUC IÓN D E T EM P ER A T UR A S. M EZ C LA C ON D IF ER EN T ES C ON T EN ID OS D E ESC OR IA .

C T O. C P R III. A SEN T A M IEN T O 8 C M . P LA ST IM EN T T M 7 0.7%. A / C 0.55. 26/ 08/ 05.24

22

23

21

22

19

20

Escoria 0%

Escoria 26%18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24EDAD (Horas)

Escoria 40%

Influencia en el desarrollo de calor de hidratación de una escoriaInfluencia en el desarrollo de calor de hidratación de una escoria de alto horno

Los aditivos y el concreto de hoyLos aditivos y el concreto de hoy

i d l i bilid d i h l• A consecuencia de la variabilidad inherente en la composición de los materiales cementantes, la complejidad química aumenta.

• La optimización lograda en el cemento Portland se p gpierde…

• Cómo solucionar el problemaCómo solucionar el problema– Reformulando los cementos (costo, tiempo, dudosa

utilidad por la variación de las puzolanas)utilidad por la variación de las puzolanas)– Introduciendo aditivos hechos a la medida

Desarrollo típico de resistencia con varios cementos

Cómo compensar el bajón de resistencias iniciales?Cómo compensar el bajón de resistencias iniciales?

Recordemos cómo trabajan los componentes del cemento!

Fórmula abreviada C3S C2S C3A C4AFNombre común Alita Belita no Ferrita

Principales compuestos del Cemento Portland y sus características

Nombre común Alita Belita no FerritaProporción en el cemento 55 20 8 8Rapidez de reacción con agua Rápida Lenta Rápida Moderada

Contribución a la ResistenciaTemprana edad Buena Pobre Buena BuenaÚltima Buena Excelente Media MediaCalor de hidratación Medio Bajo Alto MedioCalorías por gramo 120 60 320 100Calorías por gramo 120 60 320 100

Una primera opción es bajarle al lento y subirle a los rápidosUna primera opción es bajarle al lento y subirle a los rápidos

Mehta y MonteiroMehta y Monteiro

Cambios en el concreto al modificar los compuestos del cemento!

C3S

K Metha y MonteiroK. Metha y Monteiro

La tercera opción es moler más fino el clinker!

• Aumenta la finura

• Aumenta la velocidad de hidratación

A t l l• Aumenta el calor

• La mezcla pide más agua

Portland Cement Association

Ayudantes de moliendaAyudantes de molienda

• Algunos además de aumentar la finura del cemento para igual tiempo de moliendatiempo de molienda, incrementan las resistencias inicialesresistencias iniciales.

Curvas Temperatura vs Tiempo con aditivos

Una opción fácil de implementar: usar aditivos!

Reductor de agua +Acelerante

Acelerante

Adicionado

Aditivos indispensables en el Concreto de Hoy!

• HRWR: no es posible pensar en un concreto de alto desempeño, y en concretos con grandes cantidades p y gde adiciones o con dosis altas de humo de sílice sin el empleo de un reductor de agua de alto poder yael empleo de un reductor de agua de alto poder, ya que en ambos casos crece la demanda de agua.

bl bl• No es posible pensar en concretos durables sin que nos veamos obligados a trabajar con relaciones a/c bajas.

Aditivos indispensablesAditivos indispensables

INCORPORADORES DE AIRE d d l t• INCORPORADORES DE AIRE: de gran ayuda en la tarea de impermeabilizar el concreto y aumentar su resistencia ciclos de hielo-deshieloresistencia ciclos de hielo deshielo.

• MODIFICADORES DE VISCOSIDAD: Indispensables para los concretos autocompactantes para el concretolos concretos autocompactantes, para el concreto lanzado.

• ACELERANTES DE ENDURECIMIENTO: No tocan losACELERANTES DE ENDURECIMIENTO: No tocan los fraguados (no alteran la manejabildad) pero permiten alcanzar grandes resistencias en muy poco tiempo,

d bl l k lindispensables para el Fast Track y los sistemas industrializados (Contech / Outinord)

Porosidad

Permeabilidad

Resistencia

Fraguado InicialFraguado Inicial

Fraguado FinalFraguado FinalSólido Rígido

Portland Cement Association

Agua dosificada al ojo!

Condiciones de la obra (Tº,HR)Especificaciones y

requerimientos del cliente (Tiempo de manejabilidad,

Fraguados, Resistencia inicial, resistencia final.

Espec. Durabilidad

Aditivos hechos “a la medida”d t os ec os a a ed da

La piel del concreto

Colocación y compactación manual. Mezcla de bajo asentamiento, exige muy buena compactación

El recubrimiento debe ser mínimo de 5 cm sobre el acero más expuesto. Muy importante un excelente curado hídrico los primeros 3 días.

Ensayos y equipamiento para medir las bondades del concreto de hoy

Ensayo LeChatelier Anstett Sulfatos

Ensayos y equipamiento para medir las bondades del concreto de hoy

Expansión en morteros RAA / RAC

Equipo de seguimiento térmico para determinar la resistencia in situ Aidetherm

Retracción plástica (LVDT 400)

Retracción de concreto endurecido

Ensayos y equipamiento para medir las bondades del concreto de hoy

Permeabilidad (RCPT) Cloruros

Estudio del CCR con Energía UltrasónicaEstudio del CCR con Energía Ultrasónica

Algo positivo de todo este asuntoAlgo positivo de todo este asunto

La tecnología del concreto va camino deLa tecnología del concreto va camino de volverse, por fin, un trabajo para….

especialistas!

Compresión

Flexión

Gracias por su atención!G p e