Unidad 4Concreto endurecido

4.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Fraguado del concretoUna vez que el cemento y el agua entran en contacto, se inicia una reacción química que determina el paulatino endurecimiento de la mezcla; mientras exista agua en contacto con el cemento, progresa el endurecimiento del concreto.

Antes de su total endurecimiento, la mezcla experimenta dos etapas dentro de su proceso general que son: el fraguado inicial y el fraguado final. El primero corresponde cuando la mezcla pierde su plasticidad volviéndose difícilmente trabajable.

Conforme la mezcla continua endureciendo, esta llegará a su segunda etapa alcanzando una dureza tan apreciable que la mezcla entra ya en su fraguado final.

Concreto endurecido: es aquel que tras el proceso de hidratación ha pasado del estado plástico al estado rígido.

4.1.1 CURADO El aumento de resistencia continuara con la edad mientras esté presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanezca favorable la temperatura del concreto. Cuando la humedad relativa dentro del concreto cae aproximadamente al 80% o la temperatura del concreto desciende por debajo del punto de congelación, la hidratación y el aumento de resistencia virtualmente se detiene.

Como vimos en la unidad anterior el curado, es el procedimiento que se utiliza para hidratar el concreto y retardar su pérdida de humedad. Es decir, curado significa cubrir el concreto de modo que permanezca húmedo.

Al mantener húmedo el concreto se hace más fuerte la adherencia entre la pasta y los agregados, el concreto no se endurece apropiadamente si se le deja secar.

El curado se hace inmediatamente después de aplicar un acabado a la superficie de concreto, tan pronto como sea posible sin dañarlo.

Precauciones: Al hacer el curado deje las cimbras en su lugar para ayudar a reducir la pérdida de agua. En clima caliente (por encima de 30°c ). O cuando hay mucho viento y poca humedad, el concreto puede secarse fácilmente. En estas condiciones procure tener un cuidado especial al hacer el curado.

Curar el concreto tiene menos probabilidades de agrietarse y es más durable porque el concreto curado tiene una superficie que resiste mejor el desgaste, dura más y protege mejor el acero de refuerzo. Es más resistente el concreto, puede soportar más peso sin romperse.

PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO

DensidadLa densidad del concreto se define como el peso por unidad de volumen. Depende de la densidad real y de la proporción en que participan cada uno de los diferentes materiales constituyentes del concreto. Para los concretos convencionales, formados por materiales granulares provenientes de rocas no mineralizadas de la corteza terrestre su valor oscila entre 2.35 y 2.55 kg./dm3.

ResistenciaLa resistencia es una de las propiedades más importantes del concreto, principalmente cuando se le utiliza con fines estructurales. El concreto, en su calidad de constituyente de un elemento estructural, queda sometido a las tensiones derivadas de las solicitaciones que actúan sobre éste. Si sobrepasan su capacidad resistente se producirán fracturas, primero de origen local y posteriormente generalizadas, que podrán afectar la seguridad de la estructura.

El concreto bien hecho es un material naturalmente resistente y durable. Es denso, razonablemente impermeable al agua, capaz de resistir cambios de temperatura, así como resistir desgaste por temperatura. La resistencia y la durabilidad son afectadas por la densidad del concreto. El concreto más denso es más impermeable al agua. La durabilidad del concreto se incrementa con la resistencia. El concreto bien hecho es importante para proteger el acero en el concreto reforzado. La resistencia del concreto en el estado endurecido generalmente se mide por la resistencia a compresión usando la prueba de resistencia a la compresión.

Variaciones de volumen y fisuración

El concreto experimenta variaciones de volumen, dilataciones o contracciones, durante toda su vida útil por causas físico - químicas.

El tipo y magnitud de estas variaciones están afectados en forma importante por las condiciones ambientales existentes de humedad y temperatura y también por los componentes presentes en la atmósfera.

DurabilidadComo ya se ha indicado, un concreto será bueno si es durable. La durabilidad expresa la resistencia al medioambiente. La impermeabilidad, la cual está directamente relacionada con la durabilidad, se consigue con la consolidación, relación agua-cemento adecuada y curado conveniente, según el lugar donde se encuentre la obra. El ensayo de resistencia, es el más común de los aplicados al concreto y constituye un índice de su calidad. La resistencia final del concreto, es función de la relación agua-cemento, del proceso de hidratación del cemento, del curado, de las condiciones ambientales y de la edad del concreto.

La durabilidad expresa el comportamiento del material para oponerse a la acción agresiva del medio ambiente u otros factores como el desgaste, asegurando su integridad y la de las armaduras de refuerzo durante el período de construcción y después, a lo largo de toda la vida en servicio de la estructura.

Impermeabilidad

Es una característica estrechamente ligada a la durabilidad y la que más colabora con ésta. La impermeabilidad es el resultado de disponer de un concreto compacto y uniforme, con la suficiente cantidad de cemento, agregados de buena calidad y granulometría continua, dosificación racional, relación agua/cemento lo más baja posible dentro de las condiciones de obra para permitir un excelente llenado de encofrados y recubrimiento de jmarmadura, eliminando toda posibilidad de que queden en la masa bolsones de aire o nidos de abeja a fin de impedir que ingresen a la masa del concreto los elementos agresivos.

Si la impermeabilidad es condición muy importante para el correcto funcionamiento y durabilidad de la estructura, el productor de concreto elaborado puede agregar a pedido del usuario un aditivo químico para incorporar intencionalmente la cantidad de aire -se mide en porcentaje sobre la masa total- que sea necesaria.

Se podrá aumentar la impermeabilidad del concreto si se atienden los siguientes aspectos de su fabricación por orden de importancia:

Emplear mezclas secas, de baja relación agua-cemento. Los concretos más resistentes son los menos permeables.

Lograr una granulometría con el mínimo de vacíos posible. Colar el concreto con el uso discreto de vibradores que compacten la mezcla

y expulsen parte de las burbujas de aire.

El acido define la durabilidad del concreto, como la habilidad para resistir la acción del intémperismo , el ataque químico, la abrasión, o cualquier otro proceso o condición de servicio de las estructuras, que produzca deterioro del concreto.

La conclusión primordial que se desprende de la definición anterior, es que la durabilidad no es un concepto absoluto que dependa solo del diseño de mezcla, sino que está en función del ambiente de exposición y las condiciones de trabajo a las cuales lo sometamos.

A continuación mencionaremos los factores que afectan la durabilidad, en el cual se analizarán conceptos básicos que permitan una mejor aproximación a estos problemas.

Factores que afectan la durabilidad del concreto

Los factores que afectan la durabilidad del concreto, son aquellos que producen el deterioro del mismo. Estos factores se clasifican en 5 grupos:

1. Congelamiento y deshielo

2. Ambiente químicamente agresivo

3. Abrasión

4. Corrosión de metales en el concreto

5. Reacciones químicas en los agregados.

Congelamiento y deshielo El congelamiento y deshielo, constituye un agente de deterioro que ocurre en los climas en que la temperatura desciende hasta provocar el congelamiento del agua contenida en los poros capilares del concreto.

En términos generales el fenómeno se caracteriza por introducir esfuerzos internos en el concreto que pueden provocar su figuración reiterada y la consiguiente desintegración.

Control de la durabilidad frente al congelamiento y deshielo:

a) Aditivos inclusores de aire. En concretos normales, existe un promedio de 1% de poros de aire atrapado, los cuales no son suficientes para evitar el deterioro del concreto cuando el agua llega a congelarse en los poros saturados del mismo.

b) Curado. No se puede pensar que sólo con los aditivos inclusores de aire se soluciona el problema, si no le damos al concreto la posibilidad de desarrollar resistencia, de nada servirá la precaución anterior entre la fatiga que va produciendo la alternancia de esfuerzos en los ciclos de hielo y deshielo.

c) Diseños de mezcla. Los diseños de mezcla deben ejecutarse buscando concretos con la menor permeabilidad posible, lo cual se logra reduciendo la relación agua/cemento a mínimo compatible con la trabajabilidad para lo cual el aci recomienda relaciones entre 0.45 y 0.50.

Ambiente químicamente agresivo El concreto es un material que en general tiene un comportamiento satisfactorio ante diversos ambientes químicamente agresivos. El concepto básico reside en que el concreto es químicamente inalterable al ataque de agentes químicos que se hallan en estado sólido.

Los ambientes agresivos usuales están constituidos por el aire, agua y suelos contaminados que entran en contacto con las estructuras de concreto.

Efecto de compuestos químicos corrientes sobre el concreto: Dentro de este panorama, los compuestos que por su disponibilidad en el medio ambiente producen la mayoría de casos de ataque químico al concreto están constituidos por cloruros y sulfatos.

a) Cloruros. Los cloruros se hallan en el ambiente en las zonas cercanas al mar, en el agua marina, y en ciertos suelos y aguas contaminadas de manera natural o artificial.

b) Sulfatos. Los sulfatos que afectan la durabilidad, se hallan usualmente en el suelo en contacto con el concreto, en solución en agua de lluvia, en aguas contaminadas por desechos industriales o por flujos en suelos agresivos. Por lo general consisten en sulfatos de sodio, potasio, calcio, magnesio.

Los sueldos con sulfatos se hallan normalmente en zonas áridas, y pese a que pueden no estar en muy alta concentración, si se producen ciclos de humedecimiento y secado sobre el concreto, la concentración puede incrementarse y causar deterioro.

AbrasiónSe define la resistencia a la abrasión como la habilidad de una superficie de concreto a ser desgastada por roce y fricción. Este fenómeno se origina de varias maneras, siendo las más comunes las atribuidas a las condiciones de servicio, como son el tránsito de peatones y vehículos sobre las veredas y losas, el efecto del viento cargado de partículas sólidas y el desgaste producido por el flujo continuo de agua.

Corrosión de metales en el concretoEl concreto por ser un material con una alcalinidad muy elevada (ph > 12.5), y alta resistividad eléctrica constituye uno de los medios ideales para proteger metales introducidos en su estructura, al producir en ellos una película protectora contra la corrosión. Pero si por circunstancias internas o externas se cambian estas condiciones de protección, se producen el proceso electroquímico de la corrosión generándose compuestos de óxidos de hierro que llegan a triplicar el volumen original del hierro, destruyendo el concreto al hincharse y generar esfuerzos internos. Como combatir la corrosión: Los cloruros pueden estar dentro del concreto desde su colocación, si los agregados en el agua de mezcla o los aditivos ya la incluían, luego el primer paso consiste en evaluar los materiales del concreto para estimar si contribuirán a la corrosión; de ser así existen alternativas en cuanto a cambiarlos por otros que no lo contengan o en caso de los agregados someterlos a lavados para reducir su concentración. La otra forma como se puede incluir es entrando en la solución por los poros capilares de concreto. Esto se verifica cuando el concreto está en exposición directa a agua con cloruros como es el caso de estructuras marinas o en el aire con alta humedad relativa y en mucho caso se va depositando sobre el concreto por la humedad ambiental y el viento que arrastra partículas de suelo contaminado, introduciéndose la solución cuando llueve.

Reacciones químicas en los agregados

Las reacciones químicas en los agregados que se pueden producir desintegración han sido y continuarán siendo muy investigadas a nivel mundial en relación a su repercusión en el concreto. Las reacciones químicas que se presentan en estos agregados están constituidos por la llamada reacción sílice-álcalis y la reacción carbonatos-álcalis.

4.2 PRUEBAS DE CALIDADClasificación de las pruebas de concreto

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU NATURALEZA:

Destructivas: determinan la resistencia mediante la rotura de probetas o piezas de concreto.

No destructivas: determinan la calidad sin destruir la estructura.

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FINALIDAD:

Pruebas previas: determinan la dosificación del material de acuerdo con las condiciones de ejecución. Se realizan antes de comenzar las obras.

Pruebas características: comprueban que la resistencia y dispersión del concreto en obra se encuentran dentro de los límites del proyecto.

Pruebas de control: con probetas moldeadas en obra para comprobar que la resistencia del concreto se mantiene igual o mayor que la exigida.

Pruebas de información: pretenden conocer la resistencia del concreto correspondiente a una parte de la obra y a una edad determinada.

Calidad del concreto en estado endurecido:

El productor de concreto debe tener información de ensayes que respalden el cumplimiento de los requisitos especificados.

Cuando la resistencia es la base de la aceptación del concreto, deben elaborarse especímenes de acuerdo con la nmx-c-160-onncce-2004.

El número de muestras debe estar de acuerdo con lo indicado en una la tabla que considera para la prueba de resistencia como mínimo dos especímenes a la edad especificada, de la muestra obtenida según la nmx-c-161-1997-onncce.

El resultado de una prueba debe ser el promedio de las resistencias obtenidas en los especímenes compañeros, excepto si se observa en alguno de ellos una deficiencia de muestreo, elaboración, manejo, curado o prueba, no se tomarán en cuenta y el promedio de las resistencias de los especímenes restantes debe ser considerado como el resultado de la prueba. El que se obtenga una resistencia inferior a la especificada no es motivo para rechazar el espécimen.

4.2.1 procedimiento de muestreo4.2.2 interpretación de resultados

Pruebas al concreto endurecido: La norma ASTM c 31 describe los procedimientos para preparar los cilindros y las vigas para fallar a compresión y flexión, respectivamente. Describe los procedimientos para almacenar los especímenes en el lugar de trabajo y el transporte de ellos al laboratorio. La norma ASTM c 31 requiere que los especímenes de prueba se mantengan en una condición de humedad, en un rango de temperatura de 16ºc y 27ºc (60ºf y 80ºf) en el campo. Para mezclas de concreto con una resistencia especificada de 35 MPA (5000 psi) o mayor, la temperatura del curado inicial, debe estar entre 20ºc y 26°c (68ºf y 78°f). Se debe mantener un registro de las condiciones de temperatura durante el almacenamiento de los especímenes en el campo.

Una caja de curado con un mecanismo que regule la temperatura a un máximo y un mínimo, es generalmente requerido para verificar la conformidad de estos requisitos. La preparación de los especímenes se debe acoplar a los mismos procedimientos utilizados para otras pruebas. Los especímenes de prueba no deben permanecer en el sitio de trabajo por más de 48 horas. Se deben proteger los especímenes con almohadillas adecuadas para transportarlos al laboratorio. El tiempo de transporte del lugar de trabajo al laboratorio, no debe exceder las 4 horas. Los especímenes entregados al laboratorio deben ser despojados de sus moldes, identificados y colocados en curado húmedos, tan prontos como sea posible, a más tardar 6 horas después según lo definido en la astm c 31. Se pueden encontrar más detalles en las cipes 9 y 34.

Mientras la mayoría de las especificaciones, delega al contratista, la responsabilidad de proporcionar los medios adecuados de almacenamiento de los especímenes en el sitio de trabajo, también tiene que ver con los técnicos y los resultados de las pruebas certificadas individualmente, para asegurar que los procedimientos estándar se cumplen.