ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD RESSITENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU ADICIONADAS...

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE 1 UNIVERSIDAD DE CARTAGENA JOSÉ MAURICIO QUIÑONES CASTILLO HERNÁN ALONSO CAUSIL BUELVAS 31/01/2012 ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON MICROSILICE

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

JOSÉ MAURICIO QUIÑONES CASTILLO

HERNÁN ALONSO CAUSIL BUELVAS

31/01/2012

ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD,DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE

CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON MICROSILICE

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Cartagena de Indias, Enero 31 de 2012

COMITÉ DE INVESTIGACIONES Y PROYECTOS DE GRADOFACULTAD DE INGENIERÍAPROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

Cordial saludo,

Muy respetuosamente nos remitimos a ustedes con el objeto de presentar el Trabajo de Grado

titulado “ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD,

RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS

CON MICROSÍLICE.”, elaborado por José Mauricio Quiñones Castillo y Hernán Alonso

Causil Buelvas, a quienes dirigiré durante todo el estudio; para la aprobación, corrección y

evaluación por parte del presente comité.

Atentamente,

_________________________________MODESTO BARRIOS FONTALVODirector del Programa de Ingeniería CivilDirector de proyecto de grado

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y

COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON MICROSÍLICE

JOSÉ MAURICIO QUIÑONES CASTILLOHERNÁN ALONSO CAUSIL BUELVAS

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERÍAS

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

CARTAGENA D. T. y C.

2012

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIAY COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON

MICROSÍLICE

JOSÉ MAURICIO QUIÑONES CASTILLO

HERNÁN ALONSO CAUSIL BUELVAS

Línea de InvestigaciónMateriales Especiales

Grupo de InvestigaciónGEOMAT

Proyecto de Grado Para Optar al Título de Ingeniero Civil

DirectorIng. Modesto Barrios Fontalvo

UNIVERSIDAD DE CARTAGENAFACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVILCARTAGENA D. T. y C.

2012

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NOTAS DE ACEPTACIÓN

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_______________________________Firma del Jurado

_______________________________Firma del Jurado

_______________________________Firma del Director del Proyecto

Cartagena de Indias D.T. y C. / Febrero de 2012

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La Ingeniería es el arte de modelar materiales que no comprendemos completamente, en

formas que no podemos analizar precisamente y soportando fuerzas que no podemos preveer

exactamente, de manera tal que el público no tenga razones para sospechar la extensión de

nuestra ignorancia.

Dr AR Dykes, British Institution of Structural Engineers, 1976.

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Filosofía del Constructor

Interpretada por: Ruskin

Toda acción humana resulta honrada, agraciada y verdaderamente

magnífica cuando se hace considerando las cosas que están por venir…

En consecuencia, cuando construyamos, Hagámoslo pensando en que

será para siempre.

No edifiquemos para el provecho y el uso actual solamente. Hagamos

tales obras que nuestros descendientes nos lo agradezcan y

consideremos, a medida que ponemos piedra sobre piedra, que llegará

el día en que esas piedras serán sagradas porque nuestras manos las

tocaron, y que la posteridad pueda decir con orgullo, al ver nuestra

labor y esencia que en ella forjamos,

“Mirad aquí el legado de quienes nos precedieron”.

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Con amor y gran afecto a la mujer más grande mi señora madre, mi fuente de inspiración para

soportar los embates de la vida, a quien le debo lo que soy ahora…

Jose Mauricio Quiñones Castillo

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A Dios y a mi madre por apoyarme siempre en todas mis decisiones.

Hernán Causil B

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AGRADECIMIENTOS

En primer lugar queremos expresar nuestros más sinceros agradecimientos a nuestro director

de proyecto el ingeniero Modesto Barrios Fontalvo por su apoyo incondicional, sus sabios

consejos y por la confianza depositada.

Queremos agradecer de una manera muy especial a la doctora Dalia Moreno Egel, por

habernos ayudado incansablemente en la realización de esta investigación, con sus valiosas y

practicas ideas.

También expresamos nuestros agradecimientos a los ingenieros Federico Vega Bula, Jairo

Alvis Ali y Esteban Puello, quienes con sus recomendaciones contribuyeron en hacer posible

este documento.

Extendemos nuestros agradecimientos a Luis M. Padilla Wong, Adriana Soto, José Rojas

Fuentes y a todos los docentes y compañeros quienes contribuyeron durante nuestro proceso de

formación profesional y humano.

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN

INTRODUCCION

OBJETIVOS

1. MARCO TEORICO......................................................................................................... 35

1.1 Generalidades ................................................................................................................... 38

1.2 El cemento....................................................................................................................... 38

1.2.1 Definición del Cemento............................................................................................. 38

1.2.2 Obtención del Cemento Portland............................................................................... 39

1.2.3 Composición Química del Cemento.......................................................................... 39

1.2.4 Propiedades Físicas y Químicas del Cemento........................................................... 39

1.2.5 Tipos de Cemento...................................................................................................... 39

1.3 El agua............................................................................................................................. 42

1.3.1 Definición .................................................................................................................. 42

1.3.2 Agua de Mezclado ..................................................................................................... 42

1.3.2.1 Efectos sobre el concreto de aguas cargadas .......................................................... 43

1.3.2.1.1 Carbonatos y Bicarbonatos y sustancias Alcalinas ............................................. 43

1.3.2.1.2 Cloruros ............................................................................................................... 43

1.3.3 Agua de Curado ......................................................................................................... 43

1.4 Agregados ....................................................................................................................... 44

1.4.1 Definición .................................................................................................................. 44

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1.4.2 Tipos de Agregados................................................................................................... 44

1.5 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LOS AGREGADOS....................................... 46

1.5.1 Propiedades físicas................................................................................................... 46

1.5.1.1 Granulometría......................................................................................................... 46

1.5.1.2 Modulo de finura .................................................................................................... 47

1.5.1.3 Tamaño máximo..................................................................................................... 47

1.5.1.4 Humedad................................................................................................................. 47

1.5.1.5 Peso Específico....................................................................................................... 47

1.5.1.6 Peso Unitario de los Agregados ............................................................................. 48

1.5.2 Propiedades químicas ................................................................................................. 48

1.5.2.1 Epitaxia................................................................................................................... 48

1.5.2.2Reacción agregado-álcali......................................................................................... 48

1.5.2.3 Reacción álcali-sílice.............................................................................................. 48

1.5.2.4 Reacción álcali-carbonato ...................................................................................... 49

1.5.3 Características de los agregados que afectan las propiedades del concreto .............. 49

1.6 ADITIVOS PARA CONCRETO.................................................................................. 51

1.6.1 Tipos o clases de aditivos .......................................................................................... 51

1.6.1.1 Plastificantes:.......................................................................................................... 51

1.6.1.2 Superplastificantes:................................................................................................. 51

1.6.1.3 Fluidificantes: ......................................................................................................... 51

1.6.1.4 Súper-fluidificantes: ............................................................................................... 51

1.6.1.5 Modificadores de fraguado:.................................................................................... 51

1.6.1.5.1 Aceleradores de fraguado: ................................................................................... 52

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1.6.1.5.2 Retardadores de fraguado: ................................................................................... 52

1.6.1.5.3 Aceleradores de endurecimiento: ........................................................................ 52

1.6.1.5.4 Modificadores contenido gases: .......................................................................... 52

1.7 MICROSILICE Ò HUMO DE SILICE ....................................................................... 52

1.7.1 Propiedades químicas ................................................................................................ 52

1.7.2 Proceso de Fabricación.............................................................................................. 53

1.7.3 Actividad puzolánica - ASTM C 311 ..................................................................... 54

1.8 CONCRETO FRESCO DE CEMENTO PORTLAND.............................................. 55

1.8.1 Definición .................................................................................................................. 55

1.8.2 Propiedades................................................................................................................ 56

1.8.2.1 Manejabilidad o trabajabilidad ............................................................................... 56

1.8.2.2 Medida de La manejabilidad .................................................................................. 57

1.8.2.3 Fluidez de la pasta .................................................................................................. 58

1.8.2.4 Gradación de los agregados.................................................................................... 59

1.8.2.5 Forma y textura superficial de los agregados ......................................................... 59

1.8.2.6 Relación pasta–agregados ...................................................................................... 60

1.8.2.7 Condiciones del clima ............................................................................................ 60

1.8.2.8 Condiciones de producción y colocación ............................................................... 60

1.8.2.9 Consolidación ......................................................................................................... 61

1.8.2.10 Segregación .......................................................................................................... 61

1.8.2.11 Exudación ............................................................................................................. 62

1.8.2.12 Temperatura.......................................................................................................... 62

1.9 CONCRETO ENDURECIDO ...................................................................................... 63

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1.9.1 Propiedades ................................................................................................................... 63

1.9.1.1Resistencia a compresión (NTC 673) ...................................................................... 63

1.9.1.2 Resistencia a flexión (NTC 663 – ASTM C293) ................................................... 64

1.9.1.3 Modulo de elasticidad............................................................................................. 66

1.9.2 Factores que influyen en la resistencia del concreto ............................................. 67

1.9.2.1 Relación agua/cemento ...................................................................................... 67

1.9.2.2 Relación agua/cemento y contenido de aire.................................................. 68

1.9.2.3 Curado del concreto............................................................................................. 69

1.9.2.4 Contenido de cemento ...................................................................................... 69

1.9.3 Propiedades de los agregados que influyen en la resistencia del concreto................ 69

1.9.4 Otros factores que afectan la resistencia del hormigón ............................................. 70

1.9.4.1 Fraguado del concreto ............................................................................................ 70

1.9.4.2 Edad del concreto ................................................................................................... 70

1.10 APARIENCIA Y PESO UNITARIO DEL CONCRETO............................ 72

1.10.1 Apariencia del concreto ..................................................................................... 72

1.10.2 Uniformidad: ......................................................................................................... 73

1.10.3 Peso unitario ............................................................................................................ 73

1.10.4 Peso unitario en el concreto fresco .......................................................................... 74

1.11 DURABILIDAD DEL CONCRETO.......................................................................... 75

1.11.1 Factores que afectan la durabilidad del concreto .................................................... 77

1.11.1.1 Permeabilidad ....................................................................................................... 78

1.11.1.2 Congelamiento y deshielo .................................................................................... 80

1.11.1.2.1 Control de la durabilidad frente al congelamiento y deshielo ........................... 80

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1.11.1.2.1.1 Aditivos incorporados de aire......................................................................... 80

1.11.1.2.1.2 Curado ............................................................................................................ 81

1.11.1.2.1.3 Diseños de mezcla .......................................................................................... 81

1.11.2 Ambiente químicamente agresivo para el concreto................................................. 82

1.11.2.1 Efecto de compuestos químicos corrientes sobre el concreto .............................. 82

1.11.2.1.1 Cloruros ............................................................................................................. 83

1.11.2.1.2 Sulfatos .............................................................................................................. 84

1.11.2.2 Control de la agresión química............................................................................. 84

1.11.2.3 Corrosión de metales en el concreto..................................................................... 87

1.11.3 Fallas por materiales................................................................................................ 87

2. METODOLOGIA ................................................................................................................ 90

2.1Elementos constantes ........................................................................................................ 91

2.2 Elemento variable............................................................................................................. 91

2.3 Recolección de información secundaria........................................................................... 92

2.4 Acopio y caracterización de materiales............................................................................ 92

2.4.1 Agregados.................................................................................................................. 92

2.4.2 Cemento..................................................................................................................... 94

2.4.3 Microsilice o humo de sílice...................................................................................... 95

2.4.4 Agua .......................................................................................................................... 95

2.5 Diseños de mezclas. ......................................................................................................... 96

2.6 Elaboración de las muestras. ............................................................................................ 96

2.7 Determinación de los ensayos a realizar .......................................................................... 98

2.7.1 Ensayo de manejabilidad (Asentamiento NTC 396 - ASTM C125)......................... 98

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2.7.2 Ensayo de peso unitario del concreto ASTM D 2937 ............................................... 99

2.7.3 Ensayo de determinación de tiempo de fraguado (NTC 110 - NTC 118)................. 99

2.7.4 Ensayo de resistencia a compresión de especímenes cilíndricos de concreto (ASTMC 31 - ASTM C 39) ............................................................................................................ 99

2.7.5 Ensayo de resistencia a flexión (NTC 663 – ASTM C 78) ..................................... 100

2.7.6 Ensayo de humedecimiento y secado de especímenes de hormigón – Durabilidad(NTC5551 – INVE 807 -07)............................................................................................. 100

2.8 Organización y análisis de la información ..................................................................... 100

3. RESULTADOS Y ANÁLISIS........................................................................................... 101

3.1 Desarrollo y optimización de mezclas de concreto in situ ............................................. 101

3.2 Determinación de la trabajabilidad y docilidad de las mezclas de hormigón. ........... 102

3.3 Consistencia normal y tiempos de fraguado............................................................... 105

3.4 Peso unitario de mezclas de hormigon ....................................................................... 108

3.5 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL CONCRETO .............................................. 110

3.5.1 Correlacion entre resistencia a compresion y contenido de microsilice de mezclas dedosificacion 1:2:3 ................................................................................................................. 117

3.5.2 Correlacion de resistencia a compresion y contenido de microsilice para dosificaciones1:2:2 ..................................................................................................................................... 121

3.5.3 Indice de actividad resistente para compresion de concreton (IAR)....................... 122

3.6. RESISTENCIA A FLEXION DE LAS MEZCLAS EVALUADAS ...................... 127

3.6.1 Correlacion existente entre la resistencia a compresion y el modulo de rotura ...... 131

3.6.2 Correlacion entre el modulo de elasticidad y porcentaje de de microsilice ............ 132

3.7 ANALISIS DE DURABILIDAD................................................................................. 134

3.7.1 Determinacion del % absorcion de agua ................................................................. 135

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3.7.2 Abrasión del concreto en ciclos de humedecimiento y secado continúo en ambientesseveros .............................................................................................................................. 138

4. EVALUACION ECONOMICA DE MEZCLAS DE CONCRETO ADICIONADASCON MICROSILICE – ANALISIS DE COSTOS ............................................................. 142

5. RESULTADOS INESPERADOS ..................................................................................... 148

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................. 149

6.1 RECOMENDACIONES................................................................................................ 153

7. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................... 154

ANEXOS

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LISTA DE FOTOGRAFIAS

Fotografía 1: Preparación de concreto por medio manual ....................................................... 55

Fotografía 2: Medida de manejabilidad mediante el ensayo de cono de Abrams. ................... 58

Fotografía 3: Falla por tensión diagonal de viga. ..................................................................... 65

Fotografía 4: tamizado de A. Grueso. ...................................................................................... 93

Fotografía 5: Tamizado de A. Fino .......................................................................................... 94

Fotografía 6: Cemento Argos de uso general – tipo I .............................................................. 94

Fotografía 7: Proceso de medición de cantidad de microsílice a emplear en una mezcla........ 95

Fotografía 8: Gran finura de las partículas de esta adición, como su coloración gris. ............. 95

Fotografía 9: proceso de llenado de cilindros y compactación para condiciones alteradas ..... 98

Fotografía 10: Elaboración de cilindros y viguetas................................................................ 101

Fotografía 11: Proceso de curado por inmersión de especímenes ......................................... 101

Fotografía 12: Determinación del slump................................................................................ 102

Fotografia 13: Expansibilidad de la mezcla 2B como tambien la poca expansión de la mezcla4B............................................................................................................................................. 104

Fotografia 14: Determinacion de la consistencia normal del cemento + microsilice ............ 105

Fotografia 15 : Determinacion de peso unitario ..................................................................... 109

Fotografía 16: Cilindros de algunas mezclas evaluadas......................................................... 111

Fotografía 17: Especímenes cilíndricos estudiados................................................................ 111

Fotografías 18: Secuencia de falla de cilindros con respecto a la edad.................................. 124

Fotografía 19: Falla por la matriz cementante para la mezcla 6A (6095 psi) a los 28 días ... 125

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Fotografía 20: serie de falla para mezcla patrón 3A – Se presenta segregación .................... 126

Fotografía 21: Vaciado de una viga........................................................................................ 127

Fotografía 22: Presencia de macroporos en algunos cilindros ............................................... 137

Fotografía 23: pesado de sal de Gluver y de Epson – Saturación de cilindros ...................... 138

Fotografía 24: Saturación de cilindros – Cepillado de probeta .............................................. 141

Fotografía 25: Secado en horno de los cilindros .................................................................... 141

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LISTA DE GRAFICAS

Grafica 1: Determinación de esfuerzo uniaxial del concreto.................................................... 64

Grafica 2: Curva teórica Resistencia – relación a/c.............................................................. 68

Grafica 3: Concretos con apariencia ideal ......................................................................... 72

Grafica 4: Influencia de la relación A/C y del curado sobre la porosidad del concreto ........... 79

Grafica 5: Curvas granulométricas de agregado grueso ........................................................... 93

Grafica 6: Curvas granulométricas de agregado fino ............................................................... 94

Grafica 7: Representación del slump mediante barras ........................................................... 103

Grafica 9: Representación de pesos unitarios ......................................................................... 109

Grafica 10: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 1:2:3......................................... 114

Grafica 11: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 4A, 5A, y 6B............................ 115

Grafica 12: Curvas de resistencia a compresión Mezclas patrón alterada Vs Óptima ........... 116

Grafica 13: Resistencia a compresión de las mezclas 1:2:3 según contenido de microsílice. 117

Grafica 14: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 1:2.2 ......................................... 118

Grafico 15: Resistencia a la compresión hormigón de prueba H-30 ...................................... 119

Grafico 16: Resistencia a compresión para mezclas 4B, 5B y 6A.......................................... 120

Grafica 17: Resistencia a compresión de mezclas 1:2:2 según contenido de microsílice ...... 121

Grafico 18: Índice de actividad puzolanica en cada mezcla................................................... 122

Grafica 19: Resistencia a flexion de mezclas 1:2:3 ................................................................ 128

Grafica 20: Modulo de rotura para mezclas de dosificacion 1:2:2......................................... 129

Grafica 21: Resistencia a flexión mezcla 2B – dosificación 1:2:2 y 9% de SiO2 .................. 130

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Grafica 22: Correlación f'c - MR............................................................................................ 131

Grafica 23: Curva de correlación modulo de elasticidad........................................................ 133

Grafico 24: Representacnion de valores de absorcion de agua .............................................. 136

Grafica 25: Correlación entre el porcentaje de absorción y el contenido de microsílice ....... 137

Grafica 26: Esquema de pérdida de pasta de cemento de todas las mezclas. ......................... 140

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LISTA DE TABLAS

Tabla1: Características de los cementos portland..................................................................... 41

Tabla 2: Clasificación del agregado según densidad ................................................................ 46

Tabla 3: Análisis químico de la microsílice (Requisitos mínimos NTC 4637) ........................ 53

Tabla 4: Definiciones de trabajabilidad de varias instituciones................................................ 57

Tabla 5. Contenido de aire en concreto para varios tamaños de agregado grueso ................... 59

Tabla 6: Efectos de sustancias químicas en el concreto ........................................................... 86

Tabla 7: Requisitos para concreto expuesto a soluciones con sulfato ...................................... 86

Tabla 8: Fases del trabajo de investigación .............................................................................. 90

Tabla 9: Características físicas de agregado grueso empleado ................................................. 93

Tabla 10: caracterizarías físicas del Agregado fino empleado ................................................. 94

Tabla 11: Dosificaciones de mezcla preestablecidas para 1m3 de concreto ............................. 96

Tabla 13: Valores de asentamien de cada mezcla................................................................... 102

Tabla 14: Tiempo de fraguado inicial del cemento con el porcentaje de adición de microsílice................................................................................................................................................. 106

Tabla 15: Peso unitario fresco de cada una de las mezclas .................................................... 108

Tabla 17: Desarrollo de resistencias a compresión con la edad.............................................. 112

Tabla 18: Criterios de aceptacion de concreto NSR 10 .......................................................... 113

Tabla 19: Resistencia a la compresión con sustitución de cemento por microsílice y pirosil 123

Tabla 20: Resultados de modulo de rotura para cada edad..................................................... 127

Tabla 21: Resistencia a compresión – modulo de rotura ........................................................ 131

Tabla 22: Modulo de elasticidad - E....................................................................................... 132

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Tabla 23: Porcentaje de absorción de agua para cada mezcla ................................................ 135

Tabla 24: Perdida de pasta de cemento por abrasión mecánica. ............................................. 139

Tabla 25: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia estimada de 3000 psi ................................ 143

Tabla26: Diseño de mezcla para resistencia de 3000 psi (No contiene adición).................... 143

Tabla 27: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia de 3000 psi ............................................... 144

Tabla 28: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 3500 psi ............................................... 144

Tabla 29: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia de 4000 psi ............................................... 145

Tabla 30: Costo de producción de mezcla de resistencia 4000 psi (No contiene adición) ..... 145

Tabla 31: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 5000 psi ............................................... 146

Tabla 32: Costo de producción de mezcla de resistencia 5000 psi (No contiene adición) ..... 146

Tabla 33: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 6000 psi ............................................... 147

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GLOSARIO

Aditivo: Compuesto químico que se agrega al hormigón antes, durante o después de su

mezclado, para mejorar sus características o cualidades.

Cal libre: Compuesto químico (CaO) que normalmente se encuentra en baja proporción en el

clinker. En concentraciones mayores, superiores probablemente a un 2%, puede ser peligrosa

porque provoca expansiones en el concreto ya endurecido.

Calor de hidratación: Es el calor liberado de las reacciones que producen el endurecimiento

del cemento portland, por su reacción con el agua.

Cementante: Cualquier producto que tenga la capacidad de unir piezas entre si mismas, por

ejemplo, el cemento portland, el asfalto, las resinas, etc.

Cemento de bajo álcali: Cemento cuyo contenido de álcalis (óxidos de sodio y potasio), no

sobrepasan un 0.6% expresados como Na2O. Este cemento debe usarse cuando los agregados

para el concreto: arena y grava, sean potencialmente reactivos con los álcalis del cemento,

causando el deterioro de la obra.

Cemento hidráulico: Cualquier cemento, que fragua y se endurece con agua debido a la

reacción química entre el agua y el cemento.

Cemento Pórtland: Cemento hidráulico producido con clinker Portland y yeso natural. Se

comercializa en cinco tipos diferentes.

Concreto: Es una mezcla de cemento como un medio aglutinador, agregados finos (arenas),

agregados gruesos (gravas) y agua.

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Concreto armado: Concreto con acero de refuerzo destinado para elementos estructurales

(trabes, losas, columnas, etc.) El armado le proporciona al concreto mayor resistencia a la

tensión.

Concreto de Alta Resistencia: Este es un concreto con resistencia a la compresión a 28 días

superiores a 420 kg/cm2. Su uso logra reducir las dimensiones de los elementos estructurales,

incrementando el área de servicio por niveles.

Contracción por secado: Propiedad del concreto que tiende a contraerse por secado. Conduce

a agrietamientos cuando existen restricciones que impidan la contracción libre.

Curado: Tratamiento que se da al concreto recién colado, para asegurar la disponibilidad

permanente de agua que permita el progreso de las reacciones químicas entre el cemento y el

agua. Este importante proceso, nos permite obtener buena durabilidad en el concreto.

Dosificación del concreto: Proceso que consiste en pesar o medir volumétricamente los

ingredientes del concreto: (arena, grava, cemento y agua), e introducirlos al mezclador.

Durabilidad: Capacidad que tiene la obra para resistir la acción del clima, el ataque químico,

abrasión y otras condiciones, a que está expuesta.

Eflorescencia: Un deposito de sales blancas, formadas en la superficie de los muros,

especialmente en lugares húmedos, cálidos y salitrosos.

Esfuerzo: Magnitud de fuerzas internas por unidad de área producidas por cargas externas.

Cuando las fuerzas son paralelas al plano, el esfuerzo es llamado esfuerzo cortante. Cuando las

fuerzas son normales al plano, el esfuerzo es llamado normal. Cuando el esfuerzo normal está

dirigido hacia la parte en que actúa, es llamado esfuerzo de compresión. Cuando está dirigido

hacia afuera de la parte en que actúa, es llamado esfuerzo de tensión.

F’C: Símbolo que nos indica cuántos kilos por centímetro cuadrado debería resistir el

concreto.

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Granulometría: Es la distribución por tamaños de las partículas de los agregados,

generalmente expresado en porcentaje.

Hidratación: Proceso muy lento durante el cual el cemento reacciona con el agua para generar

los compuestos químicos que aportan la resistencia de concreto.

Humo de sílice (sílica fume): Conocida también como microsílica, es una superpuzolana

artificial que se presenta como polvo de tamaño ultrafino, de color gris claro a oscuro, que se

obtiene como subproducto de la manufactura del silicio o de las aleaciones de ferrosilicio

Reacción Alcali-Agregado

La reacción entre los álcalis (sodio y potasio) del cemento Portland y ciertas rocas de origen

silíceo o carbonatado presentes en algunos agregados, principalmente la caliza dolomítica. Los

productos de la reacción pueden ser la causa de una expansión anormal y de una desintegración

del concreto en servicio.

Resistencia a la tensión: Máximo esfuerzo de tensión que puede soportar un material antes de

llegar a su límite de destrucción.

Resistencia al fuego: La propiedad de un material de resistir al fuego aplicado. En los

elementos de construcción, es la propiedad de continuar realizando una función estructural

después de estar expuesto al fuego.

Resistencia mecánica: Es la capacidad máxima de los materiales para soportar cargas o

tensiones sin llegar a su límite de destrucción.

Revenimiento: Prueba de laboratorio que indica el nivel de consistencia o capacidad de flujo

del concreto. A menor revenimiento (el mínimo es revenimiento cero) menor capacidad de

flujo. Revenimientos cercanos al máximo valor de 30, indican concretos muy aguados o muy

fluidos.

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Sangrado: Se llama así al fenómeno de separación natural del agua hacia la superficie del

concreto fresco antes de su endurecimiento.

Sanidad: Capacidad de la mezcla de conservar su volumen original, durante su paso del estado

fresco al endurecido, sin que se contraiga o se expanda.

Segregación: Tendencia a la separación natural de los ingredientes de la mezcla, por ejemplo:

los más pesados se depositan en el fondo y los más ligeros en la superficie de la mezcla.

Sulfatos: Sales de azufre, abundantes en los suelos y aguas naturales, así como en los desechos

industriales, domésticos o municipales. Estos compuestos químicos pueden dañar

considerablemente la durabilidad del concreto.

Textura: Es la separación de los constituyentes de un todo ordenado, de modo que la

distribución de los tamaños de partículas deja de ser uniforme.

Trabajabilidad o Manejabilidad

La propiedad de la mezcla de concreto que determina su facilidad de ser moldeada, colada y

acabada.

Vibrado: Acción de vibrar el concreto fresco con el objeto de expulsar el aire atrapado durante

el mezclado de la revoltura.

Vicat: Aparato de pruebas para evaluar los tiempos de fraguado: inicial, final y falso de los

cementos hidráulicos.

Yeso: Piedra natural, muy suave, de color blanco y rica en sulfatos de calcio que, en pequeña

proporción, se adiciona en la fabricación del cemento. Actúa como retardador del fraguado.

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RESUMEN

Esta investigación está motivada por la necesidad de contribuir al mejoramiento de las

construcciones que se realizan en nuestro país especialmente en sus zonas rurales, donde gran

parte de las mezclas de concreto que se preparan no cumplen con los requerimientos mínimos

establecidos por la norma NSR 10; este aporte se realiza a través de la evaluación de los

efectos causados sobre las propiedades de manejabilidad, durabilidad y resistencia mecánica de

mezclas de concreto hidráulico de cemento portland tipo I, adicionadas con microsílice.

Para tal fin se utilizo canto rodado (no fracturado) y arena extraída artesanalmente del rio

magdalena en la zona de influencia del municipio de calamar (Bolívar), efectuándose una

caracterización físico-química de los materiales empleados en los diseños de mezclas, y la

elaboración de diez tipos de mezclas con contenidos de microsílice de 1, 3, 6 y 9% , relación

agua/cemento constante (A/C = 0,45), y condiciones de manipulación alterada (dosificación,

mezclado, colocación y transporte), para simular condiciones reales de obras en aquellos

lugares, las cuales se confrontaron con tres mezclas de control o patrón.

Los resultados mostraron que los complejos de silicatos de calcio producto de la reacción entre

el dióxido de silicio (microsílice) y el hidróxido de calcio subproducto del proceso de

hidratación del cemento aumentan significativamente la resistencia mecánica (flexión,

compresión…), y su durabilidad, debido que generan mezclas con mayor grado de

autocompactabilidad y contribuye como el filler necesario para reducir los microvacios,

resultando concretos de baja permeabilidad y muy resistentes a la abrasión.

Es importante señalar que bajo las consideraciones evaluadas se obtuvo un hormigón de alta

resistencia (f'c28 = 6095 psi) para un contenido de microsílice de 9% (con relación al peso del

cemento), se puede decir que si se reduce la relación agua/cemento, y se mejora la calidad de

los agregados se obtendría resistencias superiores a las registradas en esta investigación.

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También se demostró que las dosificaciones preestablecidas 1:2:3 y 1:2:2 (con A/C = 0,45) no

dan las resistencias estimadas de 3000 y 4000 psi respectivamente con estos materiales,

recomendándose por tal motivo el empleo de microsílice en el rango (1 a 3%) para alcanzar

estas resistencias y si re requiere valores mayores se debe utilizar contenidos superiores a 3%.

Debido al sustancial incremento de resistencia que causa esta adición en las mezclas de

hormigón se puede reducir las secciones de los elementos estructurales resultando estructuras

arquitectónicamente más atractivas.

Palabras claves: Resistencia a la abrasión, permeabilidad, autocompatabilidad, microsílice,filler.

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ABSTRACT

This research is motivated by the need to contribute to the improvement of the buildings that

are performed in our country especially in rural areas, where much of the concrete mixtures are

prepared not meet the minimum requirements established by the NSR rule 10; This

contribution is made through the evaluation of the effects on the properties of workability,

durability and mechanical resistance of hydraulic concrete mixtures of Portland cement type I,

added with microsilica.

To this end, use pebbles (not broken) and sand extracted by hand the Magdalena River in the

catchment area of the municipality of squid (Bolivar), effecting a physico-chemical

characterization of materials used in the mix design and development ten types of fume

mixtures containing 1, 3, 6 and 9% water / cement ratio constant (A / C = 0.45), and altered

handling conditions (dosing, mixing, placement and transportation) tosimulate actual

conditions of work in those places, which were compared with three control mixtures or

pattern.

The results showed that complex calcium silicate product of the reaction between silicon

dioxide (microsilica) and calcium hydroxide by-product of cement hydration process

significantly increases the mechanical strength (bending, compression ...), and durability,

because they generate mixtures with higher degree of self-compacting and contribute as

necessary to reduce the filler microvacion, resulting in low permeability concrete and very

resistant to abrasion.

Importantly, under the considerations evaluated yielded a high-strength concrete (6095 psi

f'c28 =) for a microsilica content of 9% (relative to the weight of cement), one can say that if

you reduce the water / cement ratio, and improves the quality of the aggregates obtained

strengths superior to those recorded in this investigation.

It was also shown that dosages 1:2:3 and 1:2:2 preset (with A / C = 0.45) do not give the

estimated resistance of 3000 and 4000 psi respectively with these materials recommended for

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this reason the use of microsilica in the range (1 to 3%) to reach these resistances and if re

required to use higher values that exceed 3%.

Due to the substantial increase in resistance caused by this addition in concrete mixtures can be

reduced sections of the structural elements resulting most architecturally attractive structures.

Keywords: Resistance to abrasion, permeability, self-compatible, microsilica, filler.

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INTRODUCCIÓN

La investigación y el desarrollo de nuevos métodos para la obtención de un hormigón con alta

durabilidad, y resistencia mecánica, ha sido el objetivo principal para investigadores de la

industria de la construcción, por ello cada día se encuentran nuevos materiales y/o sustancias

que facilitan la manejabilidad del concreto y aumentan su durabilidad, resistencia e

impermeabilidad. Cada día tanto a cementos, como al resto de materiales ingenieriles, se les

exige un mejor desempeño. Es por esto que algunos investigadores en el mundo han realizado

ensayos adicionándoles nano partículas y sílice ultra fina (microsílice ò humo de sílice).

En general los resultados de resistencia mecánica han sido muy prometedores, algunos de los

cuales han estado por encima de los obtenidos con la adición más utilizada hoy en día que son

las puzolanas.

Las agresivas condiciones ambientales de nuestro medio, la utilización de materiales propios

de la zona donde se ubica la estructura a construir que en algunas ocasiones no son idóneos

para la elaboración de hormigón, los errores de suministro de agua para las mezclas y de

dosificación, han producido un sinnúmero de estructuras defectuosas que no cumplen con los

principios de la Ingeniería Civil en la que se utiliza el concreto “las estructuras de concreto

simple o reforzado son diseñadas y construida para satisfacer un conjunto de requisitos

arquitectónicos, funcionales, estructurales, de comportamiento, estabilidad, de seguridad

durante un cierto periodo de tiempo sin que se genere costos inesperados por mantenimiento o

reparación”.*

Estos factores especialmente inciden en las zonas rurales, lejos de las centrales de mezclas

donde es evidente una menor calidad y resistencia de las estructuras de concreto para

garantizar los requerimientos mínimos establecidos para el cumplimiento de la norma (NSR10)

y el proyecto. Observándose estructuras con un alto grado de agrietamiento, corrosión del

acero de refuerzo, reducción de sección efectiva por abrasión, eflorescencias, etc.

___________________________

*. Ing. Diego Sánchez de Guzmán Conferencia ASOCRETO Bogotá – 2002.

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Estas circunstancias afectan a la población rural que hace uso del concreto para elaboración de

sus viviendas, cuyos propietarios no cuentan con suficientes recursos para la compra de

materiales idóneos, equipos de dosificación – mezclado y uso de mano de obra calificada en la

mayoría de los casos, siendo importante determinar cómo se afecta la resistencia del concreto

en los casos en que se usan materiales no seleccionados, generándose la necesidad de analizar

posibles soluciones a esta problemática.

Es por esto, que se propuso por medio de este proyecto de investigación en la Universidad de

Cartagena, evaluar las propiedades reológicas de mezclas de concreto de cemento Portland tipo

I con estos agregados (para simular las condiciones de materiales en las pequeñas poblaciones

de Colombia) y adicionadas con microsílice mediante ensayos normalizados con mezclas de

diferentes contenidos de humo de sílice confrontadas con mezclas de control, con el fin de

desarrollar estrategias para mejorar la calidad en la producción de hormigón en aquellos

lugares debido que no se han realizado estudios del empleo de esta adición mineral a nivel

nacional e internacional con estas consideraciones. La mayoría de las investigaciones se han

centrado en la producción de concreto de alto desempeño y/o de alta resistencia a base de

microsílice en condiciones ideales de dosificación, mezclado, transporte y curado.

La presente investigación es un valioso aporte a la ciencia de los materiales y a la Ingeniería de

construcción debido que los resultados aquí planteados sirven de guía para el personal

involucrado con esta temática para garantizar diseños de mezclas de calidad.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Comparar los efectos causados sobre las propiedades de manejabilidad, durabilidad y

resistencia de mezclas de concreto hidráulico de cemento portland tipo I, adicionadas con

microsílice a través de ensayos normalizados con el fin de mejorar la calidad del concreto u

hormigón producido en obra en las zonas rurales.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar y establecer las propiedades fisicoquímicas de la microsílice a utilizar

(EUCON MSA 100P – de TOXCEMENT).

Realizar la caracterización fisicoquímica de las demás materias primas a emplear.

Determinar la resistencia a compresión y flexión de cilindros y viguetas para cada

porcentaje de microsílice y mezcla patrón en las dosificaciones establecidas.

Obtener los resultados de manejabilidad y durabilidad de las mezclas mediante ensayos

normalizados.

Medir las variaciones de resistencia, manejabilidad y durabilidad obtenidas para cada

tipo de mezcla.

Evaluar los beneficios económicos del uso de microsílice en la producción de

hormigón, teniendo en cuenta la calidad de los materiales.

Analizar los resultados y establecer conclusiones y recomendaciones del estudio.

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1. MARCO TEORICO

La experiencia en Colombia, en el uso de microsílice (humo de sílice) es reducida en cuanto a

construcciones con este material, sin embargo en el campo de la investigación, se han

comenzado a realizar proyectos sobre este tópico desde 1984, teniendo a instituciones como la

Universidad Nacional de Colombia, la Escuela Colombiana de Ingeniería, la Universidad del

Valle, y la Pontificia Universidad Javeriana; como las universidades que iniciaron con las

investigaciones sobre este material en nuestro país; hoy en día la Universidad de Cartagena se

suma a este campo del conocimiento por medio de este proyecto de investigación.

A nivel local no se tiene referencia del empleo de microsílice en obras de Ingeniería en donde

se preparen in situ las mezclas de concreto, estando disponible en el mercado por diferentes

compañías al servicio de la construcción. En este año se efectuó la investigación llamada "LA

ADICION DE MICROSILICE COMO ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO DE LA

RESISTENCIA A COMPRESION DE CONCRETOS HIDRAULICOS – (VILLALOBO

DAVID Y NULE ELDER 2011)" en la Facultad de Ingeniería en la Universidad Tecnológica

de Bolívar, alcanzando concretos de resistencia a compresión de 6000 psi, para proporciones

de finos de 40% (arena Mf = 2.1), 60% de grava (TMN 1"), A/C = 0,4, cemento tipo I y

microsílice pura, bajo estrictas condiciones de elaboración concluyendo que el contenido ideal

de microsílice es de 10% para alcanzar esta resistencia, con el agravante de una considerable

pérdida de trabajabilidad (slump ≤ 8 cm).

En junio de 2009 en la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (Sede

Medellín) se realizo un estudio denominado “EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DEL

CEMENTO PORTLAND TIPO III ADICIONADO CON SÍLICE DE DIFERENTES

TAMAÑOS DE PARTÍCULA - (MONTOYA TOBÓN LAURA M)” centrándose este

proyecto en identifica la reacción entre sílices de diferentes tamaños de Partículas, tal como el

humo de sílice (Microsílice) y el pirosil (sílice porosa) y el cemento Portland tipo III por

métodos de caracterización como Difracción de Rayos X (DRX), Termogravimetría (TG) y

ensayos de resistencia mecánica para cuantificar el incremento en la resistencia a la

compresión para materiales con un riguroso control de calidad, los resultados mostraron que la

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reacción entre las dos sílices y el hidróxido de calcio del cemento aumentan la resistencia

mecánicas, y además hacen que su reacción con el hidróxido de calcio forme complejos de

silicatos cálcicos (tobermorita), factor que se ve incrementado en ambos casos por el carácter

amorfo de los materiales utilizados y el área superficial, siendo la del pirosil 140 veces más alta

que la del cemento, la cual favorece la reactividad, y aumenta su carácter puzolánico.

En el contexto latinoamericano se puede mencionar el convenio de cooperación entre la

Universidad Nacional de Ingeniería del Perú y SIKA PERU S.A. en septiembre de 2010 el que

dio como resultado la investigación llamada "CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA

USANDO ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE, MICROSILICE Y NANOSILICE CON

CEMENTO PORTLAND TIPO I" mostrando que los concretos con agregados de forma

redondeada y textura liza con adiciones de microsílice (10, 15 y 20%) reportan resistencias a la

compresión superiores a los concretos con adiciones de nanosílice (1, 1.5 y 2%).

Debido a la gran cantidad de dinero que significa reparar y mantener la infraestructura

sometida a ambientes corrosivos la Universidad Autónoma de Zacatecas (México) en conjunto

con la sociedad Mexicana de Electroquímica en junio de 2010 realizo la investigación

“INFLUENCIA DEL MICROSÍLICE EN EL CONCRETO Y EL ESTADO DE CORROSIÓN

INICIAL DEL ACERO DE REFUERZO PARA CONCRETOS REFORZADOS EN

AMBIENTE MARINO - (M.U. Loya Tello, C. Gaona Tiburcio, F. Almeraya Calderón, A.

Martínez Villafañe).” enfocándose en estudiar de qué manera afectan el contenido de

microsílice en las mezclas del concreto que va a ser reforzado con acero estructural y el efecto

que este produce sobre la corrosión del acero desde o antes del momento de incluirlo como

refuerzo.

Como resultado obtuvieron que los valores de resistencia en elementos con microsílice

aumentaron durante algunas etapas de la experimentación y las velocidades de corrosión se

mantienen de bajas a moderadas, indicando que el proceso de corrosión está desarrollándose

muy lentamente permitiendo pronosticar larga vida útil a estos elementos bajo estas

condiciones.

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El estudio de la durabilidad en Colombia es reciente en comparación con las investigaciones

realizadas en el resto del mundo acerca del tema entre las primeras investigaciones que

comenzaron en nuestro país en la década de los noventas sobresalen los trabajos dirigidos por

el Ingeniero José Gabriel Gómez en la Universidad Nacional de Colombia. En esta

Universidad se estudiaron diferentes fenómenos y problemas de durabilidad en el hormigón

tales como la permeabilidad, ataque de sulfatos y corrosión del acero de refuerzo; años

después, en la década del dos mil, los estudios alrededor del tema aumentaron

considerablemente con investigaciones como la de Arango(2003), quien estudió, la durabilidad

del concreto por medio de su permeabilidad, Torres (2005) quien estudió el paso de los

cloruros en concretos de diferentes características, y la ingeniera Patricia Valderrama (2009),

quien estudió la permeabilidad y la penetración de cloruros en concretos con diferentes tipos de

adiciones.

La presente investigación es una importante contribución a la ciencia de los materiales

relacionada sobre el tema visto desde una perspectiva diferente debido que se considera el uso

del humo de sílice como una alternativa para compensar las disminuciones en las prestaciones

mecánicas y de propiedades reológicas del concreto por causas como bajo control de calidad en

materiales y malas técnicas de construcción, las cuales no han sido consideradas en estudios

anteriores.

A continuación se presenta brevemente los principales fundamentos teóricos en que se basa

esta investigación.

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1.1 GENERALIDADES

Desde el siglo XIX que se empezó a usar el concreto u hormigón como material de

construcción, siempre se ha buscado que los productos fabricados con él sean de la más alta

durabilidad, que perduren con el tiempo y resistan las inclemencias de la naturaleza y el medio

ambiente, cada día son mayores los esfuerzos por conseguir un concreto mucho más resistente

que a la vez sea fácil de manipular, que dure muchísimos años y para lograrlo se han hecho

múltiples estudios donde se le colocan diferentes agregados y aditivos para obtener un concreto

de la más alta durabilidad; hasta llegar al hormigón de cemento portland el cual hoy día es el

material más utilizado en la construcción por su versatilidad, durabilidad, poca necesidad de

mantenimiento lo que lo hace mucho más económico, convirtiéndose en un material de uso

universal.

1.2 EL CEMENTO

1.2.1 Definición del Cemento

Sustancia que une o cohesiona, cuya presentación es en polvo, que se obtiene al triturar piedra

caliza, rocas duras y arcilla someterlas a una temperaturas de 1.500 grados centígrados en

hornos rotatorios. Finalmente al polvo resultado de ésta cocción se le agrega yeso (éste

producto se conoce como Clinker), el clinker dependiendo de las variables a controlar, los

porcentajes y tipos de materiales añadidos, dará como resultado diferentes tipos de cemento ya

que se le adicionan sustancias o se la hacen variables en las temperaturas, que le dan

características especiales según la necesidad de uso.

Esta mezcla es muy utilizada en la construcción de grandes edificios y todo tipo de

construcciones relacionadas a las obras de la ingeniería civil y su fabricación se rige por la

norma ASTM C 150 que establece ocho diferentes tipos de cemento, de acuerdo a los usos y

necesidades del mercado de la construcción.

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1.2.2 Obtención del Cemento Portland

El cemento Portland es un cemento de alta calidad que se caracteriza porque su materia prima

tiene altos contenidos de silicato de calcio, que se obtiene al tomar las rocas calcáreas y las

arcillas en proporciones adecuadas y molerlas intensivamente, de manera que el compuesto de

la caliza (CaO) se vincule íntima y homogéneamente con los compuestos de la arcilla (SiO2,

A1203 y Fe2O3). El producto resultante es un polvo crudo que se ingresa al horno y egresa

como clinker. El proceso se completa con la molienda conjunta del clinker y yeso, obteniendo

el cemento portland.

Es el cemento más usado en ingeniería y se clasifica según los componentes que les facilitan la

manipulación y sus diferentes usos.

1.2.3 Composición Química del Cemento

Químicamente el cemento es una mezcla compleja de silicatos y aluminatos de calcio, obtenida

a través del cocido de calcáreos, arcilla y arena. Debido como la composición química de los

cementos es bastante compleja y difiere de acuerdo a los materiales utilizados en su cocción y

sus aditivos, no se usa terminologías específicas para definir las composiciones.

1.2.4 Propiedades Físicas y Químicas del Cemento

La propiedad principal del cemento es que al ser mezclado con agua se hidrata y solidifica

progresivamente, formando al hidratarse una pasta de fácil manipulación. Es un compuesto con

propiedades adhesivas que tiene la capacidad de unir fragmento en forma sólida o en forma

líquida. Ejemplo: el cemento, acrílico (pegadit), la cal y el cemento asfáltico (asfalto).

1.2.5 Tipos de Cemento

Hay varios tipos de cementos de acuerdo a su composición, propiedades y usos. Pueden ser de

colores grises o blancos; éste último se obtiene con materia prima de alta pureza. Las

concentraciones y los aditivos usados le dan al cemento las cualidades físicas, químicas y

resistencias adecuadas al uso deseado. Los más usados son los Cementos Portland.

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Tipos De Cemento Portland: Los Cementos Portland por lo general, se fabrican en cinco

tipos cuyas propiedades se han normalizado sobre la base de las especificaciones ASTEM de

normas para Cemento Portland (C150). Los tipos se distinguen según los requisitos tanto

físicos como químicos.

Portland Tipo I

Es un cemento normal, se produce por la adición de clinker más yeso. De uso general en todas

las obras de ingeniería que consigue su dureza relativa de 1 al 100% entre 1 y 28 días.

Portland Tipo II

Cemento modificado para usos generales. Que adquiere la resistencia final igual al tipo I pero

más lentamente, Resiste moderadamente la acción de los sulfatos, se emplea también cuando se

requiere un calor moderado de hidratación. Las características de este Tipo de cemento se

logran al hacer cambios en el contenido de Aluminato Tricalcico (C3A) y el Silicato Tricalcico

(C3S) del cemento. Se utiliza en alcantarillados, tubos, y zonas industriales.

Portland Tipo III

Cemento con alta resistencia inicial, recomendable para cuando se necesita una resistencia

temprana en obras de particular de construcción. Las construcciones hechas con cemento Tipo

III desarrollan una resistencia en tres días, igual a la desarrollada en 28 días por aquellas para

con cementos Tipo I y Tipo II ; se debe saber que el cemento Tipo III aumenta la resistencia

inicial por encima de lo normal, luego se va normalizando hasta alcanzar la resistencia normal.

Esta alta resistencia inicial se logra aumentando el contenido de C3S y C3A en el cemento.

Dado a que tiene un gran desprendimiento de calor el cemento Tipo III no se debe usar en

grandes volúmenes.

Portland Tipo IV

Cemento de bajo calor de hidratación se ha perfeccionado para usarse en concretos masivos. El

bajo calor de hidratación de Tipo IV se logra disminuyendo los compuestos que más influyen

en la formación de calor por hidratación, o sea, C3A y C3S. Dado que estos compuestos

también producen la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una

mezcla que gana resistencia con lentitud. El calor de hidratación del cemento Tipo IV suele ser

de más o menos el 80% del Tipo II, el 65% del Tipo I y 55% del Tipo III durante la primera

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semana de hidratación. Los porcentajes son un poco mayores después de más o menos un año.

Es utilizado en grandes obras, moles de concreto, en presas o túneles. Su resistencia relativa de

1 a 28 días es de 55 a 75%.

Portland Tipo V

Es un cemento con alta resistencia a la acción de los sulfatos, se especifica cuando hay

exposición intensa a los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las estructuras

hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y estructuras expuestas al agua de

mar. La resistencia al sulfato del cemento Tipo V se logra minimizando el contenido de C3A,

pues este compuesto es el más susceptible al ataque por el sulfato. Realiza su resistencia

relativa del 65 al 85 %.

Tabla1: Características de los cementos portland*

Tipo*Descripción

Características Opcionales

I Uso General 1, 5

II Uso general; calor de hidratación moderado y resistencia

moderada a los sulfatos 1, 4, 5

III Alta resistencia inicial 1, 2, 3, 5

IV Bajo calor dehidratación 5

V Alta resistencia a los sulfatos 5, 6

Características Opcionales1. Aire incluido, IA,IIA, IIIA.2. Resistencia moderada a los sulfatos: C3A máximo,8%.3. Alta resistencia a los sulfatos: C3A máximo, 5%.4. Calor de hidratación moderado: calor máximo de 290 kJ/kg(70cal/g) a los 7días, o la suma de C3Sy C3A, máximo 58%.5. Álcali bajo: máximo de 0.60%, expresado como Na2O equivalente.6. El límite de resistencia Alternativa de sulfatos está basado en el ensayo de expansión de barras demortero.(*) Para cementos especificados en la ASTM C 150.

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1.3 EL AGUA

Elemento esencial para la mayoría de los seres vivos.

1.3.1 Definición

Sustancia más abundante sobre la superficie terrestre incolora, inodora e insípida constituida

por dos átomos de hidrogeno y uno de Oxigeno (H2O), que generalmente se encuentra en

estado líquido, en mares y ríos, pero también abunda en estado sólido como hielo en los

glaciares polares o en estado gaseoso como vapor de agua en la atmosfera.

Siendo aquel componente del concreto en virtud del cual, el cemento experimenta reacciones

químicas que le dan la propiedad de fraguar y endurecer para formar un sólido único con los

agregados.

1.3.2 Agua de Mezclado

Cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede

utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser también

adecuadas para el concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109), producidos con ella

alcanzan la resistencia a los siete días iguales o por lo menos en un 90% de los fabricados con

agua potable o destilada. Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo

de fraguado y la resistencia del concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia,

manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad. El agua

que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente

pueden ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga más

de 2,000 ppm de sólidos disueltos deberá ser ensayada para investigar su efecto sobre la

resistencia y el tiempo de fraguado.

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1.3.2.1 Efectos sobre el concreto de aguas cargadas

1.3.2.1.1 Carbonatos y Bicarbonatos y sustancias AlcalinasEn concentraciones fuertes estas sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del

concreto. El carbonato de sodio puede causar fraguados muy rápidos, pero los bicarbonatos

pueden acelerar o retardar el fraguado, por ello se deberán realizar pruebas para analizar su

efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días.

1.3.2.1.2 ClorurosLa inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de mezclado, se debe

principalmente al posible efecto adverso que lo iones de cloruro pudieran tener en la corrosión

del acero de refuerzo, o en pre-esfuerzo. Ya que los iones cloruro atacan la capa de óxido

protectora formada en el acero por el medio químico altamente alcalino (pH 12.5) presente en

el concreto. Los cloruros se pueden introducir en el concreto, con los ingredientes separados

como aditivos, agregados, cemento, y agua o atreves de la exposición a las sales

anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas. El agua que se

utilice en concreto pre esforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no

deberá contener cantidades nocivas de ion cloruro.

1.3.3 Agua de Curado

El agua de curado, es el agua que sirve para reponer el agua que en el amasado se evapora por

el calor emanado producto de las reacciones químicas. Esta agua de curado usualmente se la

proporciona humedeciendo la superficie de los elementos de hormigón con agua rociada

directamente sobre él o colocando encima mantas humedecidas. Este procedimiento sirve para

lograr mantener la humedad y temperatura necesaria en el hormigón en edades tempranas para

que así pueda desarrollar la resistencia y durabilidad, para la cual fue diseñada su mezcla.

Porque en el secado de la mezcla del concreto se puede perder hasta un 50% del agua

indispensable para completar la hidratación que le permita desarrollar las propiedades para las

cuales fue concebida.

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1.4 AGREGADOS

1.4.1 Definición

Un agregado es un material inerte que se presta a ser ligado con una matriz para conformar una

masa aglomerada, cuya función es darle resistencia al hormigón. El que puede ser de

materiales de peso ligero o pesado y también pueden ser gruesos o finos. Todo esto dependerá

del uso que se le dará al Cemento.

La resistencia de los granos de agregados es decisiva para la resistencia del concreto fabricado

con ellos. La resistencia más crítica es la del agregado grueso. Para medirla se acude al ensayo

de desgaste que produce la máquina conocida como de Los Ángeles.

1.4.2 Tipos de Agregados

1.- Agregados gruesos: Los aglomerados gruesos son la porción de aglomerado que no

pueden pasar a través de una criba numero 4(4.75 mm). El aglomerado grueso normal consta

de grava de mina o grava triturada. Son de consistencia fuerte y durable propicios para la

elaboración del concreto. El agregado grueso consistirá en piedra picada y cantos rodados,

duros y sin costra. Deberá estar libre de materia orgánica, elementos extraños y materiales

nocivos, que afecten la calidad del hormigón.

El tamaño del agregado grueso en los miembros estructurales, no será mayor de 5 1/5 de la

dimensión menor del miembro estructural, o ¾ del menor espacio libre entre las varillas. En

losas, no será mayor de 1/3 de su espesor.

Se pueden obtener:

A.- De Canteras: Aquellos depósitos de roca , en forma consolidada , y en volumen y

características físicas y químicas suficientes como para justificar la extracción y uso en la

elaboración de agregados.

B.- De Depósitos sueltos: Que fueron formados por acción eólica, glaciar o hidrológica y se

encuentran localizados en las faldas de montañas, en lechos secos de ríos, y en antiguos valles

o canales submarinos. Estos depósitos tienen la ventaja de que su mineral se puede extraer más

fácilmente.

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C.- De ríos o lagunas: Representan fuentes de agregado procesado naturalmente por el flujo y

las corrientes de agua, y poseen una gran variedad de minerales, proveniente de todos los sitios

por donde pasa el curso del río.

2.- Agregados finos: El aglomerado fino es la porción de un aglomerado que si pasa a través

de una criba # 4. Por lo general, estos materiales se clasifican de modo bastante uniforme desde

la criba número 4 hasta la número 100. A menos que se indique otra cosa, el aglomerado fino

suele ser arena, el producto de la desintegración y abrasión natural de las rocas. Los agregados

finos son esenciales para el acabado suave y dotado de textura lisa.

El hormigón consistirá en fragmentos de roca duras de granos limpios, sin costra, libre de

cantidad de perjudiciales de limo, mica, materia orgánica u otros y tendrá un diámetro no

mayor de 5 milímetros. La arena de mar utilizarse, previo análisis de laboratorio que determine

que la cantidad de sales no afecten la resistencia del hormigón.

3.- Agregados de Alta densidad: Los materiales de este tipo son: magnetitas, barritas,

limonita, ferro fósforo y balines o rebabas de acero. Estos aglomerados de gran peso se usan en

lugar de grava a fin de producir concreto de alta densidad; por ejemplo, los que se emplean

para forrar reactores nucleares.

4.- Agregados de Baja Densidad: Estos aglomerados son materiales como perlita, vermiculita

exfoliada, piedra pómez, escorias ligeras, cenizas, finas, toba (tezontle), diatomita, arcilla,

pizarra y lutita. Al mezclar estos aglomerados con cemento, el concreto resulta también de

peso ligero y tiene muy baja conductividad térmica.

Se utilizan en fundición para hacer moldes o para fabricar cerámicas, yesos y cementos. La

arena se usa como abrasivo moledor y pulidor bajo la forma de papel de lija, hoja de papel con

una de sus caras cubierta de arena o de una sustancia abrasiva similar.

La siguiente tabla presenta la clasificación de los agregados según su densidad y el tipo de

concreto que generan.

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Tabla 2: Clasificación del agregado según densidad

Clasificación del agregado según densidad

Tipo deconcreto

Peso unitarioaproximado delconcreto kg/m3

Peso unitarioagregado

kg/m3Ejemplo de utilización Ejemplo de

agregado

Ligero500 - 800

950 - 1350450 - 1950 480 - 1040

Concreto para aislamientos.Concreto relleno y mamposteríano estructural concreto estrutural

Piedra pómezPerlita

Canto rodado

Normal 2250 - 2450 1300 - 1600 Concreto estructural y noestructural

Agregado derio, canto

rodado

Pesado 3000 – 5600 3400 – 7500Concreto para protección contraradiación gamma o X, ycontrapesas

Piedra barita,magnetita

Fuente: Sánchez de Guzmán D. "Tecnología del concreto y del mortero" 5ª Ed.

1.5 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LOS AGREGADOS

1.5.1 PROPIEDADES FÍSICAS

1.5.1.1 Granulometría

Se define por granulometría la composición del material en cuanto a la distribución del tamaño

de los granos que lo integran. Esta característica se mide haciendo pasar una muestra

representativa de agregados por una serie de tamices o cedazos de diferentes aberturas

calibradas según (Norma NTC 32), que son ordenados de mayor a menor abertura.

La granulometría se puede expresar de varias formas: retenidos parciales en cada tamiz o

cedazo, expresado en peso o porcentaje, o retenidos acumulados, o pasantes, principalmente en

porcentaje. La expresión más usual y conveniente es la que expresa el pasante total por cada

tamiz como porcentaje en peso.

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1.5.1.2 Modulo de finura

Es un parámetro que indica que tan fino o grueso es el conjunto de partículas de un agregado.

Este se obtiene sumando los porcentajes de los retenidos acumulados sobre los cedazos de la

serie normativa y dividiendo la suma entre cien. Este valor puede servir, en cierto modo, como

representativo de la finura de la arena.

Si el modulo de finura de una arena es de 2.3 se trata de una arena fina; y si el modulo se

encuentra entre 2.3 a 3.1 se trata de una arena mediana. Y si el modulo es mayor de 3.1 se trata

de una arena gruesa.

1.5.1.3 Tamaño máximo

Se denomina tamaño máximo de un agregado al tamaño de sus partículas más gruesas, medido

como abertura de un tamiz que deje pasar al menos el 95% del material combinado. Cabe

destacar que los tamaños máximos muy grandes, además de producir segregación en el

concreto, son desfavorables ante la fractura. Desde el punto de vista técnico, su relación con las

características de la mezcla es decisiva para la calidad y economía de ésta.

1.5.1.4 Humedad

La humedad se considera como la diferencia entre el material húmedo y el mismo secado al

horno. Suele expresarse como porcentaje en peso, referido al material seco. Esta humedad se

encuentra en los agregados de dos maneras diferentes: Una es rellenado los poros y los

microporos internos, y la otra es como una película envolvente, más o menos gruesa.

1.5.1.5 Peso Específico

Es una propiedad física de los agregados y está definida como la relación entre el peso y el

volumen del sólido de una masa de agregado, sin contar los espacios vacíos que quedan entre

grano y grano.

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1.5.1.6 Peso Unitario de los Agregados

Es una propiedad que indica el grado de acomodamiento de las partículas, así mientras mayor

sea éste, menor será el volumen de vacíos entre ellas. Se clasifica en:

Peso unitario suelto.- Se usa para diseños en volumen donde se supone que el agregado se

medirá sin compactación. El material se deja caer libremente dentro de un recipiente.

Peso unitario compacto.- Análogo al suelto, pero el material no se deja caer libremente al

recipiente sino que se compacta en forma similar a como se hace con el concreto.

1.5.2 PROPIEDADES QUÍMICAS

La mayoría de los agregados son inertes, es decir, que no reaccionan químicamente con los

demás constituyentes del concreto. Sin embargo, se han observado algunas reacciones

especialmente con la pasta de cemento y por lo general dañinas para el concreto.

1.5.2.1 Epitaxia

La única reacción química favorable, ya que mejora la adherencia entre ciertos agregados

calizos y la pasta de cemento, a medida que pasa el tiempo.

1.5.2.2Reacción agregado-álcali

Son otro tipo de reacciones que originan expansiones dentro de la masa endurecida del

concreto, estas inducen esfuerzos de tensión que pueden hacer fallar la integridad estructural.

1.5.2.3 Reacción álcali-sílice

Reacción existente entre los óxidos de silicios en sus formas inestables y los hidróxidos

alcalinos de la pasta del cemento. Es una reacción de tipo sólido-líquido, produce un gel de

tipo hinchable que aumenta de volumen a medida que absorbe agua, produciendo expansión,

agrietamiento y ruptura de la pasta del cemento.

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1.5.2.4 Reacción álcali-carbonato

Esta reacción es similar a la anterior, se da entre algunos tipos de caliza dolomítica y los álcalis

del cemento, produciendo esfuerzos de tensión internos originando fisuras en el concreto.

1.5.3 Características de los agregados que afectan las propiedades del concreto

Como se sabe, los agregados en el concreto están conformados por una fracción de finos,

representada por la arena y otra de gruesos que son las piedras.

Las cantidades a dosificar están definidas por el tipo de concreto que se requiere elaborar. El

tipo y volumen del agregado influye en las propiedades del concreto, en las proporciones de la

mezcla y en los costos.

Una característica de los agregados que afecta las propiedades del concreto en estado fresco y

endurecido es, entre otros, su grado de limpieza en términos de contenido fino (arcilla o limos),

que influye sobre la demanda de agua de amasado de la mezcla, afectando la durabilidad y

resistencia del concreto. También repercute en la disminución del grado de adhesión del

agregado con la pasta de cemento.

Otra característica es el tamaño y forma de la partícula, que influye sobre la trabajabilidad y

resistencia de los concretos. La forma de los agregados juega un papel importante en las

propiedades de trabajabilidad y resistencia mecánica del concreto. Aquellas varían desde la

redondeada o rodados, que proceden de ríos o costas en las que por rozamiento se eliminan los

salientes de la piedra; angulares que presentan ángulos o aristas, las cuales proceden de los

procesos de trituración; planas o laminares donde predominan dos dimensiones sobre la otra; y

aciculares, en las que predomina una dimensión sobre las otras, dando lugar a partículas en

forma de agujas.

Los agregados redondeados permiten obtener concretos más trabajables y más resistentes

cuantos más esféricos sean. Los agregados provenientes de la trituración originan concretos

menos trabajables, aunque el efecto será tanto menor, cuando su forma se aproxime a poliedros

de mayor número de caras.

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Estos, cuando tienen buena forma, dan lugar a concretos con altas resistencias a flexotracción,

esto puede ser por efecto a la mayor superficie específica y por ende mayor adherencia con la

pasta, que presenta estos agregados con respecto a los cantos rodados.

Los agregados laminares y aciculares originan concretos de peor calidad puestos que estas

formas no sólo influyen en las resistencias, sino que además, como ocurre con los agregados

laminares, tienden a orientarse en un plano, acumulándose debajo de ellos agua y aire, lo que

repercute desfavorablemente en la durabilidad de los concretos.

"El tamaño de los agregados, definido por su perfil granulométrico, tiene gran importancia en

el concreto, poniéndose de manifiesto en la influencia sobre su docilidad o trabajabilidad y por

lo tanto, en la dosificación de cemento y de agua. También la condición granulométrica afecta

la segregación y exudación de la mezcla, influyendo sobre las propiedades del concreto fresco

y endurecido a través de su participación en las resistencias, estabilidad de volumen y

durabilidad. El perfil granulométrico de una composición de agregado grueso y fino, debe ser

tal, que el material tenga el área superficial y la cantidad de huecos intersticiales más reducidos

posible, de modo que necesite la menor cantidad de agua y cemento para obtener la deseada

trabajabilidad, resistencia y otras propiedades en el concreto#".

_______________________________# PINEDA.G, Elsi."Estudio de la influencia de las propiedades físicas del agregado grueso procedente de la cantera de pertigalete sobre ladesviación standard en diseños de mezclas de concreto producidas en la planta de premezclados simpca Barcelona” – pregrado - Universidadde Oriente, Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Barcelona (Anzoátegui - Venezuela) / Diciembre de 2009.

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1.6 ADITIVOS PARA CONCRETO

Aquella sustancia o producto (inorgánicos u orgánicos) que incorporado al hormigón antes,

durante o en el trascurso del amasado o en el amasado suplementario en proporción no superior

al 5% del peso del cemento, producen la modificación deseada, en estado fresco o endurecido,

de alguna de sus características, de sus propiedades habituales o de su comportamiento.

1.6.1 TIPOS O CLASES DE ADITIVOS

Existen tres tipos o clases de aditivos: Plastificantes, Fluidificantes y Súper fluidificantes.

1.6.1.1 Plastificantes: Estos son los sólidos disueltos H2O, sus propiedades permiten más

trabajabilidad, disminuye la relación entre el agua y el cemento y disminuye la segregación

cuando el transporte es muy largo o cuando hay grandes masas de hormigón. Estos pueden ser

usados: Inyectados, proyectados, o pretensados.

1.6.1.2 Superplastificantes: también llamados "adictivos reductores de agua de alto rango*"

son sustancias químicas o combinaciones de sustancias químicas que cuando se adicionan a un

concreto normal, le imparten una manejabilidad extrema o le proporcionan una gran reducción

de agua, que sobrepasa los límites de aquella obtenida por medio de reductores de agua

normales.

1.6.1.3 Fluidificantes: Estos son formulaciones orgánicas líquidas, al igual que la anterior sus

propiedades permiten mas trabajabilidad, disminuye la relación entre el agua y el cemento.

Estos pueden ser utilizados en hormigones bombeados, largos transportes., hormigones

proyectados con

Armaduras.

1.6.1.4 Súper-fluidificantes: Estos son formulaciones orgánicas líquidas, estos pertenecen a la

tercera generación.

1.6.1.5 Modificadores de fraguado: Retardador o acelerador de fraguado − modificar

solubilidad.

__________________________________

* Comité C-9 de la ASTM

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1.6.1.5.1 Aceleradores de fraguado: Cloruros [Cl2Ca (más eficaz), ClNa, ClAl, ClFe],

Hidróxidos, Carbonatos, Silicatos.

1.6.1.5.2 Retardadores de fraguado: Existen dos tipos: Inorgánicos (ZnO, PbO, PO4H3,

BO4H3), Orgánicos (ácido orgánico, glicerina).Estos dependen del tipo, cantidad de cemento,

dosificación y la relación entre el agua y el cemento.

Consiste en reacciones químicas en las que aparece una película alrededor del cemento,

impidiendo que se hidrate.

1.6.1.5.3 Aceleradores de endurecimiento: Son los que Modifican la resistencia mecánica,

este a su vez puede producir efectos secundarios: Bajan la resistencia final y puede originar

retracciones.

1.6.1.5.4 Modificadores contenido gases: Son los que facilitan la correcta distribución del

aire ocluido.

1.7 MICROSILICE Ò HUMO DE SILICE

1.7.1 PROPIEDADES QUÍMICAS

La microsílice (o humo de sílice) suele definirse como una “súperpuzolana” por las

propiedades que proporciona al cemento.

La microsílice es un aditivo en polvo (microsílice no densificada), listo para usarse en la

elaboración del concreto. Este producto reacciona químicamente con el hidróxido de calcio en

la pasta de cemento, lo cual produce un gel de hidrato de silicato de calcio que mejora de

manera significativa su resistencia y durabilidad. Por su alta finura, la microsílice llena el vacío

entre las partículas de cemento creando los compuestos cementantes estables de silicato de

calcio hidratado (S-C-H).

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53

Lo que favorece la formación de compuestos internos, de mayor resistencia dando como

resultado un concreto muy denso y menos permeable. Los aditivos que contienen éste polvo

son utilizados en hormigones estructurales, en aplicaciones superficiales y también como

material de reparación donde se requiere resistencia a la abrasión y baja permeabilidad.

La microsílice presenta colores grises que pueden variar de claro a oscuro dependiendo de los

rellenos no silicios de la misma y pueden ser carbón u oxido de hierro por ser producto de un

proceso de alto horno. Al tener mayor contenido de carbón la microsílice será más oscura.

Tabla 3: Análisis químico de la microsílice (Requisitos mínimos NTC 4637)

La microsílice combina la propiedad puzolánica con una alta finura y no reacciona con el agua;

pero si lo hace con la cal libre, dando origen en el concreto a un incremento de la red cristalina

y de silicatos.

1.7.2 Proceso de Fabricación

Ésta se forma cuando el gas SiO producido al reducirse el cuarzo, se mezcla con el oxígeno en

la parte superior del horno; y es en este punto donde el SiO se oxida a SiO2, condensándose en

las partículas esféricas puras de micro sílice que forman la mayor parte de los vapores o humo

del horno. Estos vapores son conducidos a través de tuberías de enfriamiento y después son

llevados a filtros bolsa donde son recolectados. La calidad de la microsílice depende de la

calidad de las materias primas del proceso y también depende de los hornos. Las partículas

tienen un tamaño promedio inferior a 0,5 micras, lo cual es aproximadamente 100 veces más

pequeña que una partícula de cemento.

Sustancia Concentración

SiO2 > 85%

CaO <1,0 %

Al2O3 < 1,0 %

C <4,0 %.

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54

1.7.3 ACTIVIDAD PUZOLÁNICA - ASTM C 311

El término “actividad puzolánica” cubre todas las reacciones que ocurren entre los

componentes activos de las puzolanas, el HC y el agua. El progreso de la reacción puzolánica

es comúnmente evaluada en términos de la disminución de la cal libre en el sistema.

La actividad puzolánica incluye dos parámetros, el contenido máximo de hidratos de calcio que

una puzolana puede combinar y la tasa a la cual esta combinación ocurre. Ambos factores

dependen de la naturaleza de las puzolanas y más precisamente de la calidad y la cantidad de

las fases activas.

Puzolana + cal + agua = Silicatos y aluminatos de calcio hidratados adicionales a los

producidos por el cemento.

La actividad puzolánica depende de varios factores, entre ellos:

Naturaleza de las fases activas.

Contenido de sílice.

Contenido de puzolana.

La proporción HC/ puzolana de la mezcla.

Curado lento.

Área superficial de la puzolana.

Proporción agua/sólido de la mezcla.

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55

1.8 CONCRETO FRESCO DE CEMENTO PORTLAND

1.8.1 Definición

Es un material compuesto que consiste esencialmente de un medio ligante denominado pasta,

dentro del cual se encuentran embebidas las partículas de agregados, usualmente está

conformado por agregado fino, agregado grueso, Cemento Portland, agua, aditivos y adiciones.

(ACI 116R-00).

La pasta está compuesta de Cemento Portland, agua y aire atrapado o aire incluido

intencionalmente. Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del

concreto. El contenido de aire puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto dependiendo

del tamaño máximo del agregado grueso.

Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del

concreto, su selección es importante. Los agregados deben consistir en partículas con

resistencia adecuada así como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no

deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. Para tener un uso

eficiente de la pasta de cemento y agua, es deseable contar con una granulometría continua de

tamaños de partículas.

Fotografía 1: Preparación de concreto por medio manual

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Las propiedades del concreto en estado fresco (plástico) y endurecido, se puede modificar

agregando aditivos al concreto, usualmente en forma líquida, durante su dosificación. Los

aditivos se usan comúnmente para (1) ajustar el tiempo de fraguado o endurecimiento, (2)

reducir la demanda de agua, (3) aumentar la trabajabilidad, (4) incluir intencionalmente aire, y

(5) ajustar otras propiedades del concreto.

1.8.2 PropiedadesLas propiedades del concreto endurecido dependen de las propiedades del concreto fresco y de

otras propiedades externas como son la colocación, fabricación y curado, las cuales se explican

a continuación:

1.8.2.1 Manejabilidad o trabajabilidadPropiedad del concreto mediante la cual se determina su capacidad para ser colocado y

consolidado apropiadamente y para ser terminado sin segregación dañina alguna.

Según el Road Research Laboratory de la Gran Bretaña, se puede definir la manejabilidad o

trabajabilidad como la cantidad de trabajo interno y útil necesario para producir una

compactación completa, debido a que la fricción interna es una propiedad intrínseca de la

mezcla y no depende de ningún tipo o sistema particular de construcción.

Otras importantes instituciones han definido esta propiedad como se muestra en la tabla 4.

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Tabla 4: Definiciones de trabajabilidad de varias instituciones.

Institución Definición

AmericanConcrete Institute

(ACI)

Es la propiedad del concreto o mortero en estado fresco lacual determina la facilidad y homogeneidad con la cual puede

ser mezclado, colocado, compactado y terminado.

British StandardsInstitution

Es la propiedad del concreto o mortero en estado fresco, lacual determina la facilidad con la cual puede ser manejado ycompletamente compactado.

Association ofConcrete

engineers Japan

Es la propiedad de la mezclas de concreto o mortero quedetermina la facilidad con que puede ser mezclado, colocadoy compactado, debido a su consistencia, la homogeneidadcon la cual puede ser elaborado el concreto, y el grado con elcual puede resistir a la separación de los materiales.

Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. - Revista Construcción y Tecnología - Noviembre 1999.

En la actualidad no existe un método directo para medir la manejabilidad de una mezcla de

concreto, pero hay algunos ensayos que permiten tener una relación de esta propiedad con

alguna otra característica del concreto; entre ellos tenemos el ensayo de asentamiento, usado

ampliamente por su simplicidad y rapidez, este mide la consistencia o fluidez de una mezcla

fresca de concreto cuyo tamaño máximo de agregado grueso puede ser hasta de 50.8 mm (2”).

1.8.2.2 Medida de La manejabilidad

Obedece a los requerimientos de las especificaciones técnicas de construcción. Se relaciona

directamente con el asentamiento máximo de la mezcla (slump). Se determina mediante los

siguientes métodos: Ensayo de asentamiento por cono de Abraham (NTC 396) (el más

usado)Esfera de Kelly, Método de Vebe, Ensayo de remoldeo, Ensayo del factor de

compactación.

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Fotografía 2: Medida de manejabilidad mediante el ensayo de cono de Abrams.

1.8.2.3 Fluidez de la pasta

La fluidez de la pasta influye en la manejabilidad de la mezcla de concreto, ya que para una

cantidad determinada de pasta y de agregados, la plasticidad de la mezcla dependerá de las

proporciones de cemento y agua en la pasta. Es decir, una pasta con poco agua y mucho

cemento será muy rígido por falta de agua evaporable, haciendo a la mezcla inmanejable por

no poder lubricar los agregados; por lo contrario si el contenido de agua es alto y el del

cemento es bajo, la pasta puede llegar a ser fluida.

Contenido de aire: El aire en el concreto puede estar en forma natural atrapado en el mismo,

pero más tarde es liberado en los procesos de compactación o también podemos encontrar el

aire incorporado intencionalmente en el concreto para darle mayor durabilidad y

manejabilidad.

En general, en una mezcla de concreto, el contenido de aire aumenta cuando se presenten

mezclas pobres en cemento, agregados con tamaño máximo menor, mayor cantidad de arena,

consistencias más húmedas, operaciones de mezclado más fuertes o prolongadas e inclusiones

de aditivos incorporadores de aire.

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En la siguiente tabla se presentan las cantidades de aire naturalmente atrapado que ha indicado

la experiencia, así como la cantidad recomendada de aire total que establece el código A.C.I.,

según el tamaño máximo nominal del agregado grueso.

Tabla 5. Contenido de aire en concreto para varios tamaños de agregado grueso

Tamaño máximo nominal delagregado grueso

Contenido de airenaturalmenteatrapado %

Contenido de aire totalrecomendado (atrapado +

incorporado) %

9.51 mm 3/8 in 3.0 4.5 – 7.5

12.5 mm ½ in 2.5 4.0 – 7.0

19.1 mm ¾ in 2.0 3.5 – 6.0

25.4 mm 1 in 1.5 3.0 – 6.0

38.1 mm 1 ½ in 1.0 2.5 – 5.5

50.8 mm 2 in 0.5 2.0 – 5.0

76.1 mm 3 in 0.3 1.5 – 4.5

152.0 mm 6 in 0.2 1.0 – 4.0Fuente: SÁNCHEZ de G Diego “Tecnología del concreto y del mortero”, 5ª edición, Bogotá D.C/ 2001

1.8.2.4 Gradación de los agregados

Este factor tiene gran influencia en la manejabilidad del concreto porque si los agregados han

sido mal gradados, la mezcla de concreto presenta vacíos que deben ser llenados con pasta en

el caso de la arena y con mortero en el caso de agregado grueso para que la mezcla sea

manejable y no quede porosa.

1.8.2.5 Forma y textura superficial de los agregados

La forma y la textura de los agregados influyen en la manejabilidad del concreto. Por ejemplo,

un agregado grueso rugoso con partículas alargadas y aplanadas exigirá mayor cantidad de

arena, agua y pasta en una mezcla para mantener una manejabilidad comparable con aquellas

mezclas donde se utilicen partículas lisas y redondas, debido a la fricción generada por la

trabazón existente entre las partículas.

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60

1.8.2.6 Relación pasta–agregados

Es la relación existente entre la cantidad de pasta y el área superficial de los agregados que esta

debe cubrir y lubricar. Cuando esta relación sea alta, los agregados podrán moverse libremente,

pero si la cantidad de pasta se reduce impedirá el movimiento los agregados, ocasionando que

la mezcla se vuelva rugosa y áspera.

Relación arena–agregados: Esta relación es importante en una mezcla de concreto, porque si

posee un bajo contenido de arena será difícil de manejar, colocar y terminar y además tenderá a

la segregación y exudación por ser una mezcla poco cohesiva; si por el contrario, el contenido

de arena es alto, habrá necesidad de agregar agua o pasta en exceso para que la mezcla sea

manejable, presentará tendencia a la exudación y segregación.

1.8.2.7 Condiciones del clima

Los agentes atmosféricos como el sol, la lluvia, el viento, etc., la temperatura y el tiempo

transcurrido entre el mezclado y la colocación afectan la manejabilidad de una mezcla de

concreto de tal forma que pueden cambiar la consistencia de la mezcla debido a que si hay

evaporación por causa del sol o del viento, la mezcla se endurece rápidamente y por lo tanto

pierde manejabilidad; por otro lado si hay lluvia, habrá un aumento en la relación agua–

cemento y pérdida de resistencia, aumentará la humedad de la mezcla ocasionando

segregación, etc.

1.8.2.8 Condiciones de producción y colocación

Entre estos tenemos:

Métodos de dosificación (manual, semiautomático, automático por peso, volumen y

precisión)

Métodos de mezclado (manual y mecánico)

Sistema de transporte (camión mezclador, carretilla, vagonetas, bandas, etc.)

Sistemas de colocación (baldes con grúa, bombeo, tubería, etc.)

Tipo de compactación (manual, con vibradoras de aguja, de formaleta, reglas

vibradoras, etc.).

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1.8.2.9 Consolidación

La vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo

la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades móviles de un fluido denso. La

acción vibratoria permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de

agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien

graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado en el concreto, habrá que llenar

pasta un menor volumen y existirá una menor área superficial de agregado por cubrir con

pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento es necesaria.

Con una consolidación adecuada de las mezclas más duras y ásperas pueden ser empleadas, lo

que tiene como resultado una mayor calidad y economía.

Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera

adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. De hecho,

tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. Solo al emplear mezclas más duras y ásperas se

adquieren todos los beneficios del vibrado.

1.8.2.10 Segregación#

Es la separación de los materiales que constituyen la mezcla de concreto, de manera que su

distribución deje de ser uniforme por falta de cohesión. Entre las causas inherentes al concreto

que pueden ocasionar segregación tenemos la diferencia en tamaño de las partículas y su

distribución granulométrica, la densidad y proporción de los materiales y otras ocasionadas por

un mal manejo y mezclado de la misma

La segregación se puede presentar de dos maneras: una donde las partículas gruesas tienden a

separarse por desplazamiento sobre los taludes de la mezcla amontonada o porque se asientan

más que las partículas finas por acción de la gravedad la cual ocurre en mezclas secas y poco

cohesivas; otra forma de segregación ocurre cuando se separa la pasta del concreto la cual

ocurre en mezclas húmedas y con pasta muy diluida._____________________________________________

# SÁNCHEZ de G Diego “Tecnología del concreto y del mortero”, Quinta edición, Bhandan Edictores LTDA, Santa fe de Bogotá – Colombia

2001.

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62

1.8.2.11 Exudación

Este fenómeno ocurre cuando parte del agua de mezclado tiende a elevarse a la superficie del

concreto recién colocado o durante el proceso de fraguado.

La evaporación es un factor que influye tanto en la cantidad de agua que llega a la superficie

del concreto como la velocidad con que lo hace, es decir si la velocidad de evaporación es

menor que la de exudación se formará una película de agua que aumentará la relación agua–

cemento en la superficie y posteriormente quedará porosa y con baja resistencia al desgaste.

Pero si la velocidad de evaporación es mayor que la velocidad de exudación, se pueden

producir grietas de contracción plástica.

La exudación se puede controlar por medio del uso de aditivos inclusores de aire, cementos

más finos y control del contenido de arena en su fracción más fina.

1.8.2.12 Temperatura

La temperatura es un factor que afecta las propiedades del concreto, por tal motivo es necesario

chequearla para un mejor control, según las normas la temperatura media de mezclado oscila

entre los 10 y 29ºC en clima cálido.

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63

1.9 CONCRETO ENDURECIDO

Es el material obtenido (piedra artificial), después de un riguroso proceso de diseño, el cual

debe cumplir con los requerimientos especificados por el constructor y los organismos

encargados de su producción y control como es el caso de ASOCRETO, en nuestro país.

1.9.1 Propiedades

Resistencia Del Concreto: Es la capacidad de soportar cargas tanto estáticas como dinámicas,

esta propiedad de resistencia depende de las características físicas y químicas de los elementos

que lo constituyen y de la interacción que se da entre en los mismos.

Durante el proceso de fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento, se dan adherencias

entre el agregado y los productos de hidratación. Las fuerzas que unen las partículas de

agregado y la pasta de cemento pueden ser solamente físicas debido a enlaces mecánicos y de

adherencias, o químicos debido a nuevos productos de reacción superficial y de ínter desarrollo

químico.

1.9.1.1Resistencia a compresión (NTC 673)

La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un

espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por

centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’c. Para

determinar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas especímenes de mortero o de

concreto; en Colombia, a menos de que se especifique de otra manera, los ensayes a

compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm. en tanto que los ensayos a compresión

del concreto se efectúan sobre cilindros que miden15 cm de diâmetro y 30 cm de altura, como

se muestra en el grafico 1.

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Grafica 1: Determinación de esfuerzo uniaxial del concreto

La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física fundamental, y es

frecuentemente empleada en los cálculos para diseño de puente, de edificios y otras estructuras,

el concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm².

Un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420

kg/cm². Resistencia de 1,400 kg/cm² se ha llegado a utilizar en aplicaciones de construcción.

1.9.1.2 Resistencia a flexión (NTC 663 – ASTM C293)

Se utiliza generalmente al diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la

compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, unas ves que entre ellas

se ha establecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión.

La resistencia a la flexión, también llamada modulo de ruptura, para un concreto de peso

normal se aproxima a menudo de 1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia

a la compresión.

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Fotografía 3: Falla por tensión diagonal de viga.

Si la fractura se presenta en el tercio medio del claro el módulo de ruptura se calcula como

sigue:

2**dbLPMR

Donde:

MR: Es el módulo de ruptura, en (kgf/cm2).

P: Es la carga máxima aplicada, en N (kgf).

L: Es la distancia entre apoyos, en cm.

b: Es el ancho promedio del espécimen, en cm.

d: Es al peralte promedio del espécimen, en cm.

Si la ruptura se presenta fuera del tercio medio del claro, en no más del 5% de su longitud, se

calcula el módulo de ruptura como sigue:

2**3dbaPMR

Donde:

a: Es la distancia promedio entre la línea de fractura y el apoyo más cercano en la superficie de

la viga en mm. Si la fractura ocurre fuera del tercio medio del claro en más del 5% se desecha

el resultado de la prueba.

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66

El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a 12% de su

resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la

resistencia a compresión.

Resistencia a la torsión para el concreto está relacionada con el modulo de ruptura y con las

dimensiones del elemento de concreto.

Resistencia a esfuerzos cortante puede variar desde el 35% al 80% de la resistencia a

compresión. La correlación existe entre la resistencia a la compresión y resistencia a flexión,

tensión, torsión, y cortante, de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en

que se encuentre.

1.9.1.3 Modulo de elasticidad

“Denotando por medio del símbolo E, se puedes definir como la relación del esfuerzo normal,

la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del

límite de proporcionalidad de un material. Para concretos de peso normal, E fluctúa entre

140,600 y 422,000 kg/cm², y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la raíz

cuadrada de la resistencia a compresión*”.

Los principales factores que afectan a la resistencia son la relación Agua – Cemento y la edad,

o el grado a que haya progresado la hidratación. Estos factores también afectan a la resistencia

a flexión y a tensión, así como a la adherencia del concreto con el acero.

_____________________________________________

*ALVIS ALI JAIRO - Notas de clase de Resistencia de Materiales – Universidad de Cartagena – Cartagena de Indias D. T y C /2008.

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67

1.9.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO

Entre los innumerables factores que afectan la resistencia del concreto en estado

endurecido, independientemente de la calidad y tipo de materiales que lo constituyen,

para unas propiedades dadas de sus componentes en una mezcla trabajable y bien coloca-

da se destacan los siguientes:

1.9.2.1 Relación agua/cemento

En términos generales, la resistencia del concreto se determina por la cantidad neta de agua

utilizada por cantidad unitaria de cemento, para un conjunto dado de materiales y de

condiciones. Esto es lo que se conoce hoy en día como la relación "agua-cemento", la cual está

dada en peso.

A partir de lo anterior fue que Duff Abrams, en el año de 1918, formuló su conocida ley, según

la cual, para los mismos materiales y condiciones de ensayo, la resistencia de un concreto

completamente compactado, a una edad dada, es inversamente proporcional a la relación agua-

cemento (la cual originalmente se expresaba en volumen).

Para cuantificar esto, Abrams propuso la siguiente expresión de tipo exponencial:

BAR Dónde: R es la resistencia media a la compresión en kg/cm2. A y B son constantes

empíricas que dependen de la calidad y tipo de cemento, las propiedades

de los agregados, los aditivos, y las condiciones de ensayo. α es la relación agua-cemento en

peso. Otra forma de expresar la ecuación es tomando logaritmos, con lo cual quedaría de la

siguiente manera: BAR logloglog Correspondiendo entonces a la ecuación de una recta

cuyas variables son el log y α.

En la práctica es reconocida y aceptada la relación agua-cemento como el factor individual

más importante de la resistencia del concreto totalmente compactado. Sin embargo, en la

realidad es imposible obtener un concreto completamente compactado, a pesar de los

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68

procesos de consolidación, debido a que durante la operación de mezclado queda aire

naturalmente atrapado dentro de la mezcla.

Por ello, en la práctica de la ingeniería se supone que la resistencia del concreto

endurecido a una determinada edad, con un curado y una temperatura específica, depende

principalmente de dos factores: la relación agua-cemento y el grado de compactación.

1.9.2.2 Relación agua/cemento y contenido de aire

Los diferentes agregados y cementos producen generalmente resistencias distintas con la

misma relación agua-cemento, es necesario desarrollar la correspondencia entre la

resistencia y la relación agua-cemento de los materiales que se usarán realmente en un

proyecto específico, para obtener una gráfica como la mostrada en la grafica 2 que tiene

aproximadamente la forma de una hipérbola. Adicionalmente, se debe tener en cuenta si el

concreto va a llevar aire incluido (naturalmente atrapado más incorporado), debido a que

el contenido de aire reduce la resistencia del concreto, por lo cual, para una misma

resistencia, el concreto con aire incluido debe tener una relación agua/cemento más baja.

Grafica 2: Curva teórica Resistencia – relación a/c

Fuente: www.arquigrafico.com/tipos-de-aditivos-para-hormigon

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69

1.9.2.3 Curado del concreto

El curado es el nombre que se le da a los procesos para promover la hidratación del

cemento y consiste en controlar la temperatura y los movimientos de humedad dentro y

fuera del concreto. Pero más especifica mente, el objeto del curado es mantener el

concreto saturado o tan saturado como sea posible para terminar de hidratar el cemento.

1.9.2.4 Contenido de cemento

Las características del cemento empleado tienen una enorme influencia en la resistencia

del concreto a cualquier edad, debido a que es el material más "activo" de la mezcla. Pero

desde luego, importa aún más su contenido (proporción) dentro de la mezcla, debido a que

para un determinado tipo de cemento, a medida que aumenta el contenido de éste aumenta

la resistencia. Sin embargo, las mezclas con una relación agua-cemento muy baja y un

contenido de cemento extremadamente alto (superior a 470 kg/ m3) exhiben un retroceso

de resistencia, particularmente cuando se usa agregado de gran tamaño. Este com-

portamiento puede deberse a los esfuerzos inducidos por la contracción de la pasta de

cemento al pasar del estado plástico al estado endurecido, que al ser obstruida por las

partículas de agregado causan agrietamiento de la pasta o una pérdida de adherencia en la

interface matriz-agregado.

1.9.3 Propiedades de los agregados que influyen en la resistencia del concreto

La granulometría que al ser continua permite la máxima compacidad del concreto en

estado fresco y por lo tanto la máxima densidad en estado endurecido con la

consecuente máxima resistencia.

La forma y textura de los agregados influyen, dependiendo de la forma y superficie

que tengan la adherencia de la pasta con los mismo será mejor y por lo tanto

aumentará la resistencia. La resistencia y la rigidez de los agregados inciden en la

resistencia del concreto, dependiendo si es un agregado de baja densidad y poroso, o

si es un agregado de baja porosidad y muy denso.

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Relación Arena-Agregados esta relación es importante en una mezcla de concreto,

porque si posee un bajo contenido de arena será difícil de manejar, colocar y terminar

y además tendera a la segregación y exudación por ser una mezcla poco cohesiva; si

por el contrario, el contenido de arena es alto, habrá necesidad de agregar agua o pasta

en exceso para que la mezcla sea manejable, presentara tendencia a la exudación y

segregación, afectando significativamente las propiedades mecánicas del concreto.

Relación Pasta-Agregados es la relación existente entre la cantidad de pasta y el área

superficial de los agregados que esta debe cubrir y lubricar. Cuando esta relación sea

alta, los agregados podrán moverse libremente, pero si la cantidad de pasta se reduce

impedirá el movimiento los agregados, ocasionando que la mezcla se vuelva rugosa y

áspera.

El tamaño máximo del agregado grueso incide en la resistencia del concreto ya que la cantidad

de cemento requerida para producir una resistencia a la compresión máxima, a una edad dada,

varía según el tamaño máximo del agregado grueso de la mezcla.

1.9.4 Otros factores que afectan la resistencia del hormigón

1.9.4.1 Fraguado del concreto

Es un factor importante en la resistencia del concreto, ya que es necesario determinar el tiempo

del fraguado para saber si es necesario utilizar aditivos que controlen la velocidad del fraguado

con el fin de regular los tiempos de mezclado y transporte.

1.9.4.2 Edad del concreto

Es un factor externo que afecta la resistencia de un concreto debido a que la relación que

hay entre la relación agua-cemento y la resistencia del concreto se aplica únicamente a

un tipo de cemento y a una sola edad.

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71

En términos generales, se puede decir que a partir del momento en que se presenta el

fraguado final a una resistencia a la penetración de 280 Kg./cm2, comienza el proceso de

adquisición de resistencia (correspondiente a una resistencia a la compresión de

aproximadamente 7 kg/cm2 ), la cual va aumentando con el transcurso del tiempo.

Como la resistencia es variable, es necesario escoger una edad definida para que la

resistencia en ese momento caracterice sus propiedades mecánicas. Arbitrariamente, esta

edad se ha tomado en 28 días.

Las mezclas con una relación agua-cemento baja aumentan en resistencia, expresada

como porcentaje de la resistencia a largo plazo, más rápidamente que las mezclas con

una relación agua-cemento mayor. Esto se debe a que, en el primer caso, los granos de

cemento están más cerca unos de otros y se establece más rápidamente un sistema

continuo de gel. Por esta razón, no es fácil hacer una extrapolación de la resistencia a los

7 días para obtener valores a los 28 días, aunque se trate de un solo tipo de cemento.

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72

1.10 APARIENCIA Y PESO UNITARIO DEL CONCRETO

Estas son otras de las propiedades que deben tenerse en cuenta para el diseño de

mezclas, debido que en muchas ocasiones el peso unitario del hormigón

convencional al igual que su aspecto exterior, se puede aprovechar para múltiples

usos logrando ventajas técnicas y económicas.

1.10.1 Apariencia del concreto

Es una importante característica en la industria de la construcción, dadas las

limitadas ventajas técnicas, funcionales, constructivas y económicas.

Desarrollándose los llamados concretos arquitectónicos definidos por la ACI*

como “concreto que permanentemente está expuesto (concreto a la vista) y que por

consiguiente, requiere de un cuidado especial en la selección de los materiales

(textura y color), formaletas de colocación, técnicas de moldeo, procedimientos de

compactación y acabado, a fin de obtener la apariencia deseada para ello se debe

considerar y controlar los siguientes factores.

Grafica 3: Concretos con apariencia ideal

____________________________*ACI (America Concret Institute)

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73

1.10.2 Uniformidad:

La belleza natural propia de los materiales que constituyen el concreto, como los agregados, es

la que más frecuentemente se expresa en el concreto a la vista. De modo que la gradación,

forma, textura y color de las partículas deben conservarse constantes durante el proceso de

producción y colocación del concreto, al igual que el mismo tipo y marca de cemento, de

otro modo, si no existe un estricto control sobre los materiales y los procesos de

producción y colocación, con toda seguridad se pueden producir diferencias en el color y

textura del concreto.

1.10.3 Peso unitario

Se define como la cantidad de masa por unidad de volumen y generalmente se expresa en

Kg/m3.

El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la densidad

relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado o intencionalmente incluido, y de los

contenidos de agua y de cemento, mismos que a su vez se ven influenciados por el tamaño

máximo del agregado. Para el diseño de estructuras de concreto, comúnmente se supone que la

combinación del concreto convencional y de las barras de refuerzo pesa 2400 kg/m3.

El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en otras

estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 (kg/m3).

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74

1.10.4 Peso unitario en el concreto fresco

Aunque el concreto se dosifique por peso, se suministra por volumen. De tal manera, que

el ensayo de peso unitario se emplea para calcular el volumen o el rendimiento volumétrico

producido por los pesos conocidos de cada uno de los materiales que lo constituyen y para

determinar el contenido de cemento por metro cúbico de concreto. En la norma Icontec-1926

se detallan los procedimientos a seguir.

En pocas palabras, el peso unitario se determina midiendo el peso del concreto que se requiere

para llenar un molde de volumen conocido. Al llenar el molde, el concreto se compacta con la

misma varilla del ensayo de asentamiento y en tres capas de igual altura, teniendo cuidado de

golpear ligeramente los costados del molde después de cada compactación, para cerrar los

vacíos dejados por la varilla. Como alternativa, puede emplearse la vibración. Después de la

compactación se enrasa la superficie mediante una placa plana, teniendo cuidado de que la

medida quede llena justamente al nivel de los bordes del recipiente. Es esencial el empleo de

una placa metálica o de vidrio y no una varilla o una llana para el enrasado. De lo contrario, el

apilamiento del concreto puede causar que se señale un peso unitario más alto y, por lo tanto,

que se subestime el rendimiento. Antes de pesar el molde, debe removerse todo el concreto que

se adhiera en la parte exterior.

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1.11 DURABILIDAD DEL CONCRETO

Históricamente, el diseño de las estructuras de concreto se ha realizado con el criterio de la

resistencia mecánica; gracias a este medio se han logrado tener estructuras que soportan

adecuadamente las cargas de servicio; sin embargo, se han encontrado problemas relacionados

con el medio ambiente en el que se encuentra la estructura. Era inminente la necesidad de

investigar las razones del porqué del deterioro del concreto y solucionar problemas prácticos.

Se plantearon varias preguntas: ¿Cómo evitar el deterioro del concreto? ¿Cómo eliminar la

corrosión? ¿Cómo lograr un concreto durable? De ahí se derivó el interés de estudiar la

relación y los factores que interactúan entre el concreto y su entorno; los primeros problemas

de durabilidad empezaron a surgir antes de la mitad del siglo XX, por lo que la problemática

no es nueva; sin embargo, las obras que se han realizado en las décadas más recientes siguen

presentando problemas de esta naturaleza, ya que no se ha difundido lo suficiente, por el

rechazo al tema, dada su complejidad y también a que significa generalmente un costo inicial

mayor. El inversionista o el contratista confunden un concreto económico con uno barato. Un

concreto barato puede ser resistente ante sus solicitaciones de carga, pero no necesariamente es

un concreto durable, que a largo plazo, por el mantenimiento requerido, puede resultar en un

mayor costo.

Por su parte, un concreto resistente y durable puede implicar un costo inicial mayor, pero a

futuro representa ahorros considerables.

Al concreto lo afectan muchas sustancias en variados ambientes, y de diferentes maneras los

mecanismos de corrosión son muy diversos y su complejidad se incrementa por la acción

simultánea de muchos factores. En lo que respecta a ataque del medio no existen recetas

universales, cada problema amerita un estudio detallado, la permeabilidad del concreto es el

factor fundamental en su capacidad de resistencia ante ataques del medio externo; las medidas

encaminadas a mejorar el desempeño del concreto en el ambiente marino deben dirigirse a

buscar la mezcla mas impermeable posible.

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76

Por otra parte para obtener durabilidad en los concretos empleados en obras marinas deben

tomarse las precauciones necesarias y cumplir estrictos controles.

La producción de concreto para el ambiente marino requiere sus propias normas, controles y

especificaciones, diferentes a la sola resistencia a la comprensión.

No basta con un buen diseño de mezcla y una alta calidad en la fabricación del concreto para

elaborar estructuras durables es preciso utilizar una correcta practica constructiva El

seguimiento correcto uso y mantenimiento de las obres, luego de su construcción, es tan

importante como los cuidados en su elaboración y proceso constructivo.

La relación A/C bajas y los contenidos altos de cemento (450kg/m³) presentan en general

comportamientos adecuados los contenidos de cemento de 300kg/m³ son mucho más atacables

que los anteriores.

En las obras de importancia nacional, empresarial o personal, es necesario considerar la

durabilidad del material con el que pretendemos construir una estructura. El hecho de hacerlo,

es construir responsable, profesional e inteligentemente. Asimismo, es primordial considerar la

durabilidad de las obras de concreto, ya que de ellas dependen las condiciones y el grado de

deterioro que alcanzará el concreto ante el medio ambiente al que se encuentra expuesto. Dadas

las diferencias climáticas de cada región y a las diversas condiciones de servicio, es necesario

investigar el efecto que tendrán en los materiales empleados y para las condiciones particulares

de cada obra. Las diferentes aplicaciones que tiene el concreto también requieren distintas

concepciones de durabilidad, de acuerdo con la naturaleza del uso y agresividad del medio

ambiente: una cimentación expuesta a sulfatos requiere otros aspectos a cuidar que en un

reactor nuclear o que una plataforma marítima.

La durabilidad es una propiedad importante del concreto, es indispensable que tenga la calidad

y capacidad para resistir las condiciones de servicio. En el artículo del ICPC (1997) la define

como: "la habilidad para resistir la acción del tiempo, ataque químico, abrasión o cualquier

otro proceso de deterioro. Un concreto durable mantendrá su forma, calidad y condiciones de

servicio originales, cuando se exponen a su ambiente".

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77

La naturaleza, intensidad y mecanismo implicado en cada uno de los diferentes ataques pueden

variar considerablemente, dependiendo de las condiciones de exposición de la estructura de

concreto.

Durante años se ha estudiado el tema de la durabilidad del concreto en diferentes ambientes ,

en ciertos medios se han encontrado resultados positivos al utilizar adictivos incorpora

doradores de aire en la fabricación del hormigón, particularmente cuando este ha de versé

sometido a ciclos de congelamiento deshielo y al empleo de sales deshelantes; los daños por

durabilidad en la infraestructura han afectado las estructuras de concreto en su desempeño

estructural y, en ocasiones, también tienen repercusiones económicas que son puntos clave

para determinar la rentabilidad de un proyecto.

la durabilidad de las estructuras de concreto está estrechamente relacionada con las

condiciones de exposición a dicho medio el cual puede generar deterioros por causas físicas

químicas o mecánicas por lo que se hace necesario aumentar los estándares de calidad para las

obras tanto públicas como privadas debido que se ha venido observando que en nuestro país

como en diferentes sitios la obras sufren fallas a muy temprana edad debido a la mala

coordinación, utilización de materiales constructivos de baja calidad , falta de un estudio

estructural y geotécnico eficiente, entre otros factores.

1.11.1 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:

permeabilidad

Congelamiento y Deshielo

Ambiente químicamente agresivo

Abrasión

Corrosión de metales en el concreto

Reacciones químicas en los agregados.

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1.11.1.1 PERMEABILIDAD

El sistema de vacíos presente en la estructura del concreto es el que le da esta propiedad, un

concreto, cuanto más poroso sea, será tanto más permeable y tendrá una posibilidad de

absorción capilar más importante. Pues la porosidad, la permeabilidad y la capilaridad,

comprenden fenómenos físicos que tienen interdependencia.

El flujo a través de las muestras de concreto es muy pequeño, si se compara con el de los

suelos, que más o menos corresponden al caso de arcillas que son consideradas como

prácticamente impermeables, debido a que la cantidad de agua que escurre del material es tan

pequeña que, en el caso de superficies expuestas al aire, esta se evapora totalmente aunque la

atmósfera esté muy húmeda y la superficie tiene aspecto de estar seca.

En la Tecnología del Concreto, importa el conocimiento de la porosidad de permeabilidad,

desde el punto de controlar los factores a los cuales se debe, por las evidentes consecuencias

negativas que trae en cuanto a la durabilidad.

La absorción& es el proceso por el cual hay movimiento de iones desde el medio ambiente

exterior hacia el concreto. Este movimiento se produce en los capilares de los poros del

concreto que están expuestos al ambiente externo. El proceso de acción capilar puede ocurrir

teniendo en cuenta dos factores: el primero tiene que ver con la estructura porosa del hormigón

y el segundo con la condición de humedad que tenga el material, es decir, se genera de manera

diferente dependiendo de las condiciones de saturación del material.

La relación agua/cemento es el factor que más influye en la porosidad del hormigón y, por lo

tanto, en todas las propiedades relacionadas con ella como la resistencia y su permeabilidad#

cuando la relación a/c excede de 0,6 la permeabilidad aumenta considerablemente debido al

incremento en la porosidad capilar.

_______________________________________

& RODRIGUEZ, F. G. "Evaluación de estructuras técnicas y materiales para su reparación," IMCYC, México D.F/2002.# FREDERICK MERRITT "Manual del ingeniero Civil". Editorial Mac. Graw Hill 4ª ISBN 970 - 10- 2251- 3. / 1999.

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La importancia de tener una pasta de cemento con baja relación agua/cemento es porque al

tener poco contenido de agua esta será más compacta, por lo que tendrá menos cantidad de

poros conectados en donde se alojará la humedad, impidiendo la difusión de iones que puedan

iniciar el proceso de corrosión. En una pasta con mayor contenido de agua habrá mayor

porosidad y mayor permeabilidad.

Esto es importante en el proceso de corrosión del acero de refuerzo ya que tanto el oxigeno

como los iones agresivos, pueden difundir más fácilmente hacia el acero a través del hormigón.

Grafica 4: Influencia de la relación A/C y del curado sobre la porosidad del concreto

En la presente investigación se estudió el estado de permeabilidad del concreto basándose en

los conceptos de absorción de agua, es así que se sometió muestras de concreto a presión de

agua y se calculó el volumen de agua retenido.

% de Absorción = (Peso saturado – Peso seco) / Peso seco

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80

1.11.1.2 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.

Este fenómeno, se da tanto a nivel de la pasta de cemento, como en los agregados de manera

independiente, así como en la interacción de ambos por lo que su evaluación debe abordar cada

uno de estos aspectos.

Efecto en la pasta de cemento, existe dos teorías que explica el efecto en el concreto. La

primera se denomina de “presión hidráulica”, que considera que dependiendo del grado de

saturación de los poros capilares y poros del gel, la velocidad de congelación y la

permeabilidad de la pasta, al congelarse el agua en los poros ésta aumenta de volumen y ejerce

presión sobre el agua aún en estado liquido, ocasionando tensiones en la estructura resistente.

Si estas tensiones superan los esfuerzos últimos de la pasta, se produce la rotura.

1.11.1.2.1 Control de la durabilidad frente al congelamiento y deshielo

1.11.1.2.1.1 Aditivos incorporados 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. Ello es debido a que los poros de aire atrapado no se encuentran lo

suficientemente cerca de todos los poros capilares, en los que el hielo puede formarse y por

tanto no son una ayuda segura en el control de los esfuerzos resultantes.

El principio de los incorporadores de aire, consiste en introducir una estructura adicional de

vacíos no interconectados, que permiten asimilar los desplazamientos generados por el

congelamiento eliminando las tensiones. Para que sea realmente efectivo el control del efecto

de congelamiento y deshielo, se requiere que la distancia máxima que debe existir entre las

partículas de la pasta y los vacíos introducidos por el incorporadores de aire, sea de 0.2 mm, al

cual se le denomina “Factor de espaciamiento”.

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81

El aire incorporado, al aumentar la porosidad de la pasta, causa reducción en las resistencias

mecánicas del concreto; pero el incremento de la trabajabilidad permite disminuir los

contenidos de agua y agregado fino de mezcla, reduciendo así la pérdida de resistencia.

1.11.1.2.1.2 Curado

No se puede pensar que sólo con los aditivos incorporadores 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.

Para que el concreto tenga un desarrollo normal de resistencia en el tiempo, debe curarse, como

referencia, a una temperatura de por lo menos 13ºC para un elemento de 30cm. de espesor y

5ºC para espesores del orden de 1.80m.; por lo que debe procurarse mantener la temperatura

adecuada mediante elementos aislantes que impidan que pierden calor y/o se evapore el agua, o

se congele hasta que haya desarrollado al menos 35 Kg/cm2.

Hay que recordar siempre el principio básico que se desprende de comprender el mecanismo

de hidratación del cemento y que consiste en que las reacciones químicas necesitan agua,

espacio para desarrollar los productos de hidratación, cierta temperatura y tiempo.

Mientras se controle los factores mencionados mediante el curado, se asegurará el desarrollo

completo de las propiedades del concreto y favoreceremos a la durabilidad.

En conclusión, el uso de los aditivos incorporadores de aire debe ir complementado con un

buen curado que asegure el desarrollo de resistencia.

1.11.1.2.1.3 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, para concretos

normales si se requiere variar las prestaciones de este material se puede evaluar con una

reducción de A/C y el uso de adictivos.

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1.11.2 AMBIENTE QUÍMICAMENTE AGRESIVO PARA EL CONCRETO

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.

Para que exista alguna posibilidad de agresión, el agente químico debe estar en solución en un

cierta concentración y además tener la opción de ingresar en la estructura de la pasta durante

un cierto tiempo, es decir debe haber un cierto flujo de la solución concentrada hacia el interior

del concreto y este flujo debe mantenerse un tiempo suficiente para que se produzca la

reacción.

Este marco de referencia reduce pues las posibilidades de ataque químico externo al concreto,

sin embargo existen agentes que incrementan la posibilidad de deterioro como son: las

temperaturas elevadas, velocidades de flujo altas, mucha absorción y permeabilidad, el curado

deficiente y los ciclos de humedecimiento y secado.

Los ambientes agresivos usuales están constituidos por el aire, agua y suelos contaminados que

entran en contacto con las estructuras de concreto.

Se puede decir pues que el concreto es uno de los materiales que demuestran mayor

durabilidad frente a ambientes químicamente agresivos, ya que si se compara estadísticamente

los casos de deterioro con aquellos en que mantiene sus condiciones iniciales pese a la

agresividad, se concluye que estos casos son excepcionales.

1.11.2.1 Efecto de compuestos químicos corrientes sobre el concreto

En el siguiente cuadro se puede apreciar el efecto de varias sustancias químicas sobre el

concreto simple, comprobándose que son muy pocas las que realmente le acusan un daño

importante.

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.

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1.11.2.1.1 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.

Como se observa en el cuadro 2.1, los cloruros tienen una acción insignificante sobre el

concreto desde el punto de vista de la agresión química directa, pero erradamente se le

considera en muchas oportunidades causantes del deterioro que es producido por otros agentes.

En este sentido hay que tener perfectamente claro que el concepto de que los cloruros no tiene

acción perjudicial directa sobre el concreto, sino a través de su participación en el mecanismo

de la corrosión de metales embebidos en el concreto, produciéndose compuestos de hierro que

al expandirse rompen la estructura de la pasta y agregados. El no entender a cabalidad este

fenómeno lleva muchas veces a confusión pues con frecuencia se descartan materiales con

cloruros para su empleo en concreto simple sin ser necesario.

Como nota interesante debemos comentar que para producir concreto no reforzado, se puede

emplear incluso agua de mar, (como en efecto se hace en algunos lugares del mundo) si la

estructura en cuestión no estará sometido posteriormente a humedecimiento que produzca que

entren en solución permanente los sulfatos que también contiene el agua marina. Empleado

complementariamente algún cemento Puzolánico o resistente a los sulfatos, en los casos más

críticos se controlaría cualquier reacción de los sulfatos, ya que estos constituirían el único

riesgo potencial de deterioro.

En el acápite correspondiente a la corrosión se tratará en detalle la función indirecta que

cumplen los cloruros en ese fenómeno.

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1.11.2.1.2 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.

El mecanismo de acción de los sulfatos considera dos tipos de reacción química:

1. Combinación del sulfato con hidróxido de calcio libre (cal hidratada) liberado durante

la hidratación del cemento, formándose Sulfato de Calcio (yeso) de propiedades

expansivas.

2. Combinación de yeso con Aluminio Cálcico Hidratado para formar Sulfoaluminio de

Calcio (Etringita) también con características de aumento de volumen. Algunos

investigadores indican que existe un efecto puramente físico causado por la

cristalización de las sales sulfatadas en los poros del concreto con aumento de volumen

y deterioro.

1.11.2.2 Control de la agresión química

La manera más directa consiste en evitar construir en ambiente agresivo, pero esto no siempre

puede llevarse a cabo, por lo que como regla general se debe procurar usar alguna barrera que

evite el contacto de los cloruros y sulfatos en solución de concreto.

Esta protección puede llevarse a cabo con pinturas bituminosas, hechas a base de caucho o

pinturas especialmente diseñadas para este tipo de agresión (normalmente de tipo epóxico),

pero que resultan usualmente soluciones caras.

Otra medida es crear drenajes adecuados entre el concreto estructural y el suelo agresivo que

corten el flujo de la solución impidiendo el contacto entre ambos. Una medida en ese sentido

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85

consiste en emplear rellenos granulares de Tamaño máximo no menor de 1” de granulometría

abierta, que limita la posibilidad de flujo por capilaridad entre el concreto y el material de

relleno.

Independientemente de lo anterior, lo básico para que el concreto reduzca las posibilidades de

ser deteriorado por agresión química consiste en; que el diseño de mezcla considere una

relación agua/cemento baja de modo que reduzca su permeabilidad; empelar agregados densos

y utilizar cementos resistentes a los sulfatos tales como los Tipo II, Tipo V, Tipo IP, Tipo IPM

o añadiendo específicamente Puzolanas

La característica principal de los cementos resistentes a los sulfatos es su bajo contenido de

Aluminio Tricálcico (máximo entre 5% a 8%) lo que disminuye la formación de compuestos

expansivos.

Los aditivos que contribuyen a reducir el agua de mezclado ayudan a incrementar la resistencia

a los negativos por lo que se recomienda prohibir su empleo en estas circunstancias.

En el cuadro 2.2 se incluye las recomendaciones que da el ACI respecto al tipo de cemento a

emplearse para los diferentes grados de exposición a sulfatos.

El hecho de que existan sulfatos en el suelo no significa necesariamente que atacarán al

concreto puesto que se trata por ejemplo de un clima muy seco donde no hay posibilidad de

que entren en solución o esta posibilidad es mínima, es obvio que resulta antieconómico

especificar cemento especial cuando se pueden tomar precauciones más baratas y eficientes.

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Tabla 6: Efectos de sustancias químicas en el concretoVELOCIDAD

DE ATAQUE A

TEMPERATURA AMBIENTE

ÁCIDOS

INORGÁNICOS

ÁCIDOS

ORGÁNICOS

SOLUCIONES

ALCANINAS

SOLUCIONES

SALINAS

Rápida

Clorhídrico

Fluorhídrico

Nítrico

Sulfúrico

Acético

Fórmico

Láctico

_ Cloruro de aluminio

Moderada Fosfórico Tánico Hidróxido de Sodio

>20%

Nitrato de amonio

Sulfato de amonio

Sulfato de sodio

Sulfato de magnesio

Sulfato de calcio

Lenta Carbónico _ Hidróxido de Sodio

10% a 20%

Hipoclorito de sodio

Cloruro de amonio

Cloruro de magnesio

Cloruro de sodio

Insignificante _ Oxálico

Tártarico

Hidróxido de Sodio

<10%

Hidróxido de amonio

Cloruro de calcio

Cloruro de sodio

Nitrato de zinc

Cromato de Sodio

Fuente: Report ACI Comité 201 2R- “Guide to Durable Concrete”- 1982

Tabla 7: Requisitos para concreto expuesto a soluciones con sulfato

TIPOS DE

EXPOSICIÓN A

LOS SULFATOS

SULFATOS

SOLUBLES EN

AGUA (S0)

PRESENTES EN

SUELOS (%

en peso)

SULFATOS(SO4) EN

AGUA

TIPO DE CEMENTO

RECOMENDADO

RELACIÓN

AGUA/CEMENTO

RECOMENDADA

concreto normal

f’c mínimo

(kg/cm2)

Despreciable 0 a 0.10 0 a 150 _ _ _

Moderada 0.10 a 0.20 150 a 1,500 II, IP(MS) 0.50 280

Severa 0.20 a 2.00 1,500 a 10,000 V 0.45 315

Muy severa >2.00 >10,000 V + Puzolana 0.45 315

Fuente: Report ACI Comité 201 2R- “Guide to Durable Concrete”- 1982

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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1.11.2.3 CORROSIÓN DE METALES EN EL CONCRETO

El 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.

En el concreto pueden incluirse una serie de metales dependiendo de la utilidad que queremos

darle, pero lo real es que el acero, es el metal de mayor uso desde que se desarrolló el concreto

reforzado y sus múltiples aplicaciones, por lo que en este acápite se tratará solo el caso de la

corrosión del acero de refuerzo.

1.11.3 FALLAS POR MATERIALES

Los materiales también han experimentado cambios significativos y su selección debe estar

basada en una calidad, una capacidad, unas experiencias y una formulación. Por ejemplo, hoy

existe una gran variedad de cementos cuyas propiedades y características permiten diferentes

usos y aplicaciones (por ello, es importante elegir el cemento apropiado por razones de

durabilidad); el agua no sólo debe cumplir con los requisitos de calidad; sino que debe ser

mesuradamente dosificada; los agregados deben tener granulometría continua y baja relación

de vacios, de lo contrario las mezclas tendrán alta tendencia a la desegregación; el uso de

aditivos debe ser racional y adecuado a las necesidades (sin excesos y sin exigir condiciones de

riesgo para la estabilidad y durabilidad del concreto); las adiciones, deben usarse cuando hay

lugar a ello y con conocimiento de causa.

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Es indispensable romper con la costumbre de utilizar recetas únicas dosificadas por volumen

en relación al diseño de mezclas. La dosificación de los ingredientes debe hacerse por peso,

con corrección de la humedad en los agregados, y con ajuste al do por absorción o aporte del

agua libre de los mismos agregados. Como fallas más usuales por materiales, se pueden

distinguir las siguientes:

Por selección inapropiada y/o falta de control de calidad de los ingredientes de la

mezcla.

Por no diseñar y/o dosificar inadecuadamente la mezcla.

Por no respetar las tolerancias permisibles en el asentamiento de la mezcla.

Por utilizar agregados de tamaño equivocado.

Por utilizar exceso de aire incluido.

Por adicionar agua a pie de obra, sin control.

Por no disponer de un factor de seguridad apropiado en el diseño de la mezcla.

Por no usar la curva de relación agua/material cementante de los materiales

disponibles.

Por utilizar poco cemento (mezclas pobres y porosas), o por emplear exceso de

cemento (mezclas ricas con alta concentración y fisuración).

Por usar mezclas pastosas (con exceso de mortero) o piedrudas (con excesos de

agregado grueso). Este tipo de mezclas tienen alta tendencia a la segregación y a la

exudación.

Por retardos excesivos en el fraguado. El retraso en el fraguado de un concreto,

puede traer como consecuencia la formación de fisuras por asentamiento y/o

concentración plástica; pero además, pude afectar a la adherencia mecánica entre el

acero de refuerzo y el mismo concreto.

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Por la presencia del fenómeno de falso fraguado, que tiende a inducir un incremento

en el agua de mezclado con la consecuente alteración de la relación agua/material

cementante.

Por fraguados acelerados que generan estructuras de pega pobres y por lo tanto

bajas resistencias mecánicas.

Por bajas resistencias en el concreto, lo cual conduce a fatigas prematuras o

detrimento de la durabilidad.

El no hacer control de calidad al concreto, con lo cual se desconoce su capacidad y

su comportamiento. - Por acero de refuerzo de calidad inapropiado o por

insuficiencia en los anclajes y/o longitudes de desarrollo (ACI 318-05) Sobre este

aspecto, por ejemplo, debe recordarse que el ASTM A616-76 estipula la

corrugación del acero.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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2. METODOLOGIA

Con el fin de determinar la influencia de la adición de diferentes contenidos de microsílice

sobre las propiedades reológicas del concreto bajo consideraciones de agregados no

seleccionados, empleo de diseños de mezclas preestablecidos y condiciones inapropiadas de

manipulación (dosificación, colocación y transporte), las cuales son muy frecuentes en obras

que se realizan en las regiones apartadas del país, se desarrolla este trabajo de investigación de

tipo experimental que incluye documentación bibliográfica, ensayos de laboratorio y análisis

de Ingeniería; durante el segundo semestre de 2011, en las instalaciones de la Universidad de

Cartagena para llevar un control de esta experiencia de acuerdo con los objetivos establecidos.

La investigación se dividió en cinco fases las cuales se presentan brevemente en la presente

tabla.

Tabla 8: Fases del trabajo de investigación

Estudio comparativo de manejabilidad, durabilidad, resistencia y costos de mezclas de concreto in situadicionadas con microsílice.

FASE DESCRIPCIÓN

Recolección de información secundariaAnálisis y recolección de literatura relacionada a

la temática.

acopio y caracterización de materias primas

Adquisición de materiales y determinación de

características físico químicas, consistencia

(Cemento + H.S), granulometría, tiempo de

fraguado.

Elaboración de mezclas y ensayos en estado

fresco.

Elaboración de 13 mezclas cada una con un

volumen de 0,23 m3; determinación de la

manejabilidad o docilidad, peso unitario fresco.

Ensayos en estado endurecido

Resistencia mecánica (flexión y compresión),

absorción de agua y abrasión mecánica con

ciclos de humedecimiento y secado.

Organización de la información primaria y

análisis de Ingeniería.

Comparación e interpretación de resultados con

investigaciones relacionadas.

Conclusiones y recomendaciones.De acuerdo a la información primaria y a una

evaluación económica y/o de costos.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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Esta experiencia se planificó tratando de abordar aquellos aspectos que proporcionen y

permitan obtener la mayor información posible, que ayuden a comprender las modificaciones y

mejoras de las propiedades del hormigón, producto de la incorporación de humo de sílice,

considerándose una serie de elementos constantes y variables.

2.1Elementos constantes

Para poder comparar los resultados obtenidos de las diferentes mezclas y visualizar en forma

clara el efecto de las adiciones, en los hormigones, se mantendrán algunos componentes y

condiciones constantes como son:

• Dosis y tipo de cemento: Para cada tipo de mezcla la proporción de cemento respectiva, se

mantuvo constante, con el fin de tener uniformidad en la cantidad de aglomerante de las

mezclas.

• Granulometría del agregado: Para todos los concretos se usó un solo tipo de árido con el

mismo origen y composición granulométrica, que corresponde a canto rodado 1” y Arena Mf =

2.6, provenientes del rio magdalena de la zona de influencia el municipio de calamar (Bolívar).

• Dosis de agua: El contenido de agua permaneció constante (A/C = 0,45), Solo para las

mezclas en condiciones optimas o ideales, para las demás se adicionó un 5% más de agua del

contenido inicial de acuerdo a la relación agua – material cementante, para simular condiciones

de obra.

Curado: Se realizó el curado mediante inmersión de los especímenes (cilindros y vigas) en

piscinas de agua durante el tiempo determinado para cada ensayo.

Condiciones de mezclado: La elaboración de las mezclas se hizo de forma manual.

2.2 Elemento variable

Contenido de microsílice: para determinar la influencia sobre las prestaciones mecánicas

del concreto se emplearon diferentes contenidos de adición (1, 3, 6, 9%), para cada

dosificación.

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A continuación se describen con más detalle las etapas del proyecto:

2.3 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN SECUNDARIA

Se comenzó con una fase exploratoria en la cual se realizo un minucioso análisis de la

literatura existente, comenzando con la recopilación de bibliografía relacionada al cemento,

concreto, aditivos, microsílice, su grados de desarrollo profundizando en la microsílice

material base de esta investigación.

Se estudio a fondo la información contenida en la ficha técnica del producto a base de

microsílice EUCON MSA (de Euclid Chemical TOXEMENT), empleado en este estudio.

2.4 ACOPIO Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES

Para la realización de este proyecto de investigación se utilizaron materiales usualmente

empleados en la industria de la construcción en el país. A continuación se da una descripción

de los materiales usados para producir cada una de las mezclas evaluadas.

2.4.1 AGREGADOS

De acuerdo con la teoría expuesta por varios autores, sobre la importancia de los agregados

pétreos en las resistencias mecánicas del concreto, se concluye que la falla de una probeta de

concreto sometido a compresión simple se presenta por lo general en la interface pasta

agregado para hormigones de resistencia normal (f'c ≤ 6000 psi), para concretos de alto

desempeño se ha demostrado que siempre se presenta en este material.

Se utilizaron agregados de origen metamórfico correspondiente a un material aluvial extraído

del rio magdalena en la zona de influencia del municipio de calamar (Bolívar).

El agregado grueso fue canto rodado comúnmente conocido en la región como (China), muy

empleado por los pobladores del lugar como también de la región Caribe para sus

construcciones por su facilidad de consecución.

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Este material se adquirió de personas dedicadas a la extracción del de forma artesanal (sin

control de calidad), el cual se utilizó para realizan las mezclas para los dos condiciones de

manipulación (alterada e ideal - óptima), para la condición óptima se le efectuó un proceso de

control de calidad.

A continuación se presenta la caracterización física realizada a este material mediante los

diferentes ensayos normalizados, NTC 32; NTC 77 y NTC 176.

Grafica 5: Curvas granulométricas de agregado grueso

Tabla 9: Características físicas de agregado grueso empleado

Fotografía 4: tamizado de A. Grueso.

El agregado fino fue arena la cual poseía cierta coloración rojiza y se encontraba un poco

húmeda presentando también rastros de material vegetal el cual fue removido manualmente.

PROPIEDADES FISICAS DEL AGREGADO GRUESOTipo de agregado Canto rodadoTextura y forma Lisa – redondeada

Densidad 1798 g/m3

Masa unitaria suelta 1480 g/m3

Tamaño máximo 1"Tamaño máximo nominal 1"

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Grafica 6: Curvas granulométricas de agregado fino

Nota: Esta arena no cumple con los requisitos de gradación según la ASTM C - 33 y NTC 174(2 - 10 %) para el tamiz Nº 100.

Tabla 10: caracterizarías físicas del Agregado fino empleado

Fotografía 5: Tamizado de A. Fino

2.4.2 CEMENTO

Se empleó cemento Argos tipo I (de uso general), el cual es muy utilizado en el sector de la

construcción tanto a nivel urbano como rural, las especificaciones técnicas se muestran en el

anexo (ver ficha técnica).

Fotografía 6: Cemento Argos de uso general – tipo I

PROPIEDADES FISICAS DEL AGREGADO FINOColor aparente Arena color rojiza

Densidad 1604 g/m3

Modulo de finura 2,6Tamaño máximo 4,76 mm (Tamiz Nº 4)

Tamaño máximo nominal 2,36 mm (Tamiz Nº 8)

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2.4.3 MICROSILICE O HUMO DE SÍLICE

La microsílice utilizada en esta investigación fue EUCON MSA 100P de la empresa Euclid

Chemical Toxement, producto que es distribuido en todas las sucursales de la empresa en todo

el país.

Toda la información de este producto se encuentra en su ficha técnica (ver anexos)

Fotografía 7: Proceso de medición de cantidad de microsílice a emplear en una mezcla.

Fotografía 8: Gran finura de las partículas de esta adición, como su coloración gris.

2.4.4 AGUA

El agua usada para este proyecto de investigación fue agua potable proporcionada por aguas de

Cartagena S.A.

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2.5 DISEÑOS DE MEZCLAS.

Se emplearon dos tipos de dosificaciones previamente establecidos por algunos centros de

investigación sobre diseño de mezclas los cuales están basados en una relación agua / cemento

de 0,45, como se muestra en la tabla.

Tabla 11: Dosificaciones de mezcla preestablecidas para 1m3 de concreto

MEZCLADOSIFICACIÓN

CEMENTOKg A/C

ARENAm3

TRITURADOm3

RESISTENCIA

f´c (psi)

1:2:3 350 0,45 0,555 0.835 3000

1:2:2 420 0,45 0,67 0,67 4000Tomado de SENA http://www.todoarquitectura.com/v2/publicos/SENA/Tut-Sena-CSR7.pdf

Se utilizó agregado grueso no seleccionado en el rango de los tamices N°4 – 1” (canto rodado

o china no fracturada) y agregado fino no seleccionado en el rango N°200 – N° 4 (arena), Se

empleó un producto a base de microsílice: EUCON MSA (Ver ficha técnica - anexo), con las

proporciones de 1, 3, 6 y 9% con relación al peso del cemento, para cada dosificación y

condición de manipulación evaluadas, como agua de mezclado y de curado se empleo agua

potable proporcionada por aguas de Cartagena S.A.

2.6 ELABORACIÓN DE LAS MUESTRAS.

Se procedió a elaborar dos mezclas patrón (mezclas control) de dosificación 1:2:3,

correspondiendo una en condiciones ideales y la otra para condiciones alteradas, también se

elaboró una patrón de dosificación 1:2:2 en condiciones de manipulación alterada, para

comparar con las mezclas adicionadas con cada porcentaje de microsílice correspondieron a 10

mezclas cada una con un volumen de 0,23 m3 de concreto.

En cada mezcla realizada se determinó la manejabilidad o trabajabilidad de esas, como también

su peso unitario seco, mediante los procedimientos estandarizados.

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Posteriormente se vertió cada mezcla en los cilindros y viguetas normalizadas por la ASTM

C31 (Practicas normalizadas para elaborar y curar especímenes de concreto en campo.),

dando un total de 13 mezclas de concreto y 169 cilindros y 39 viguetas.

La siguiente tabla muestra las características y cantidad de especímenes realizados.

Tabla 12: Características de las mezclas evaluadas

El sistema de vertido y colocación en los moldes fue manual realizándose desde una altura de

2,4 m para simular condiciones de obras y evaluar los posibles efecto de segregación, debido

que el ACI - 304 recomienda alturas máximas de colocación de 1,5m, se efectuó una

compactación de 15 golpes por capa lo cual está en contra de lo establecido en la norma NTC

454, todo lo anterior con la finalidad de proporcionar condiciones desfavorables (condiciones

alteradas) para el concreto y poder medir el desempeño de las mezclas bajo estas

consideraciones las cuales son típicas en muchas obras de construcción.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MEZCLAS EVALUADAS

Dosificación Mezcla Cemento(Kg)

%Microsílice A/C Condición # Cilindros # Viguetas

1:2:3 1A 25 6

0,45

alterada

13 3

1:2:2 1B 38 6 alterada1:2:3 2A 25 9 alterada1:2:2 2B 38 9 alterada1:2:3 3A 25 0 alterada1:2:2 3B 38 0 alterada1:2:3 3C 25 0 ideal1:2:3 4A 25 3 alterada1:2:2 4B 38 3 alterada1:2:3 5A 25 1 alterada1:2:2 5B 38 1 alterada1:2:2 6A 38 9 Ideal1:2:3 6B 25 3 Ideal

TOTAL 169 39

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Fotografía 9: proceso de llenado de cilindros y compactación para condiciones alteradas.

2.7 DETERMINACIÓN DE LOS ENSAYOS A REALIZAR

A continuación se presentan las pruebas y ensayos efectuados en las mezclas de hormigones.

La elección de las pruebas y ensayos se realizó con el criterio, de que estas revelen en forma

más clara las características y efectos que produce la incorporación de este producto.

Hay que señalar que los ensayos de resistencia mecánica (flexión y compresión) se efectuaron

en un laboratorio particular propiedad del ex docente de la Universidad de Cartagena Ing.

Antonio Cogollo Ahúmedo; debido que esta etapa del proyecto coincidió con el proceso de

adecuación de los laboratorios de la Facultad de Ingeniería.

Los resultados de resistencia a compresión se evaluaron para las edades de 7, 14, 21 y 28 días,

para cada edad se ensayaron tres cilindros por mezcla, para un total de 156; en la

determinación de la flexión se ensayaron una vigueta por mezcla para las edades 14, 21 y 28

días.

2.7.1 Ensayo de manejabilidad (Asentamiento NTC 396 - ASTM C125)

En una muestra de concreto recién mezclado se coloca y compacta con una varilla metálica

(chuceo) en un molde con forma de cono trunco (Cono Abrams). El molde se levanta y el

concreto fluye. La distancia vertical entre la posición original (el tamaño del molde) y la

desplazada producto del asentamiento del centro de la superficie superior del concreto es

medida y registrada como el asentamiento del concreto.

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2.7.2 Ensayo de peso unitario del concreto ASTM D 2937

Este método de ensayo cobija la determinación por metro cubico de concreto fresco mezclado

(masa unitaria). Se emplea para calcular el volumen o rendimiento volumétrico producido por

los pesos conocidos de cada uno de los materiales que lo constituye en pocas palabreras se

determina mediante el peso del concreto del concreto que se requiere para llenar un molde de

volumen conocido y dividirlo por el volumen de este, para concreto normales debe estar en un

intervalo de 2240 a 2400 kg/m3.

2.7.3 Ensayo de determinación de tiempo de fraguado (NTC 110 - NTC 118)

Para su evaluación se realizo una adaptación de las normas presentadas anteriormente, para lo

cual se le adiciono a la muestra de cemento un porcentaje de microsilice a evaluar referido al

peso de cemento. La pasta es colocada en un recipiente y almacenada a una temperatura ambiente

especificada y posteriormente se mete en horno para realizar mediciones cada 15 minutos. Se mide, a intervalos

de tiempos regulares, la resistencia a la penetración de la pasta con agujas normalizadas. Los tiempos de

fraguado inicial y final se determinan utilizando una gráfica de resistencia a la penetración contra el tiempo

transcurrido.

2.7.4 Ensayo de resistencia a compresión de especímenes cilíndricos de concreto (ASTM

C 31 - ASTM C 39)

Este método de ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a los cilindros

moldeados, a una velocidad que se encuentra dentro de un rango prescrito hasta que ocurra la

falla. La resistencia a la compresión de un espécimen se calcula dividiendo la carga máxima

alcanzada durante el ensayo por la sección transversal de área del espécimen.

Se debe tener cuidado con la interpretación del significado de las determinaciones de

resistencia a la compresión por este método de ensayo, dado que la resistencia no es una

propiedad fundamental o intrínseca del concreto hecho de materiales dados. Los valores

obtenidos dependen del tamaño y la forma del espécimen, dosificación, procedimientos de

mezclado, los métodos de muestreo, moldeo, la fabricación, la edad, temperatura y las

condicionesde humedad durante el curado.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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2.7.5 Ensayo de resistencia a flexión (NTC 663 – ASTM C 78)

La resistencia a la flexión es una medida de la resistencia a la tracción del concreto. Es una

medida de la resistencia a fallar por momento de una viga o losa de concreto no reforzada. Se

mide mediante la aplicación de cargas a vigas de concreto de 15cm x 15cm de sección

transversal y con luz por lo mínimo de tres veces el espesor, se expresa como el módulo de

ruptura (MR).

2.7.6 Ensayo de humedecimiento y secado de especímenes de hormigón – Durabilidad

(NTC5551 – INVE 807 -07)

Estos métodos de ensayo se refieren a procedimientos para determinar las pérdidas de pasta de

cemento y/o mortero, los cambios de humedad y de volumen (expansión y contracción)

producidos por el humedecimiento y secamiento repetido de especímenes endurecidos de

concreto.

Se efectuaron cinco ciclos de cepillado con un cepillo de cerdas metálicas para cuantificar el

desgaste producido en los especímenes.

2.8 ORGANIZACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN

Después de realizar todos los ensayos planteados se procedió a tabular y graficar los datos

obtenidos; para los resultados de prueba a compresión se utilizaron los criterios de aceptación y

rechazo de mezclas de concreto de la NSR 10 que se hallan en el capitulo C (calidad del

concreto, mezclado y colocación).

Luego se procedió a realizar un riguroso análisis de resultados, utilizando herramientas de

cómputo, comparando con investigaciones relacionadas y opiniones de ingenieros con amplia

experiencia en el sector de la construcción.

Por último se realiza un análisis de costos de este material para determinar la relación

costo/beneficios.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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3. RESULTADOS Y ANÁLISIS

En este capítulo se muestran los resultados de todos los ensayos ejecutados en esta

investigación:

3.1 Desarrollo y optimización de mezclas de concreto in situ

Para determinar el contenido optimo de microsílice que mejora las características físico -

mecánicas del concreto hecho en obra (in situ) con los materiales locales, en las regiones

apartadas del país se realizaron ensayos normalizados de resistencia a compresión, flexión,

manejabilidad, y durabilidad (Humedecimiento – secado y absorción), como también otras

pruebas para hallar propiedades generales del hormigón y del los agregados como peso

unitario, granulometría, consistencia normal (cemento + adición mineral), tiempo de fraguado

del material cementante para cada una de las dosificaciones utilizadas, contenidos de adición

empleado y condición de preparación.

En la elaboración de las mezclas se emplearon dosificaciones pre - establecidas por diferentes

centros de investigación de tecnologías del concreto del país.

Fotografía 10: Elaboración de cilindros y viguetas.

Fotografía 11: Proceso de curado por inmersión de especímenes

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

102

3.2 DETERMINACIÓN DE LA TRABAJABILIDAD Y DOCILIDAD DE LASMEZCLAS DE HORMIGÓN.

La determinación de la trabajabilidad de las mezclas hormigón se llevó a cabo mediante el

método de asentamiento de cono de Abrams, cuyos procedimientos se encuentran en la norma

NTC 396, este ensayo determina la docilidad del hormigón fresco por la disminución de altura

que experimenta el tronco de cono moldeado de hormigón fresco, como se observa en la

fotografía 12.

Fotografía 12: Determinación del slump

En la tabla 13 se presentan los valores obtenidos en la experimentación para cada mezcla.

Tabla 13: Valores de asentamien de cada mezcla

MANEJABILIDAD DE MEZCLAS POR EL METODO DEL CONO DE ADRAMS

Dosificación Mezcla Cemento - Kg % Microsílice Condición ASENTAMIENTOSlump - (cm)

1:2:3 1A 25 6 alterada 131:2:2 1B 38 6 alterada 17,51:2:3 2A 25 9 alterada 191:2:2 2B 38 9 alterada 211:2:3 3A 25 0 alterada 111:2:2 3B 38 0 alterada 12,41:2:3 3C 25 0 ideal 9,71:2:3 4A 25 3 alterada 121:2:2 4B 38 3 alterada 13,31:2:3 5A 25 1 alterada 10,21:2:2 5B 38 1 alterada 10,51:2:2 6A 38 9 ideal 18,61:2:3 6B 25 3 ideal 11

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

103

De la siguiente gráfica se puede decir que las mezclas con mayor contenido (≥ 6%) del

producto a base de microsílice (EUCON MSA 100P), son mucho más manejables debiéndose

este comportamiento al contenido de un adictivo superplastificante de policarboxilatos incluido

por el fabricante* (aprox. 8 – 10% del peso de la microsílice).

Grafica 7: Representación del slump mediante barras

Las mezclas 2A y 2B presentaron asentamientos de 19 y 21cm respectivamnete, teniendo una

consistencia muy humeda, siendo loable disminuir la relacion agua – cemento para producir

una reduccion del exeso de fluides si el caso lo amerita, con lo cual se generaria un aumento de

la resistencia.

Para las mezclas 4A, 4B, 5A, y 5B que tienen 3 y 1% de adicion del producto respectivamente,

se presenta una perdida en cuanto a trabajabilida debido que se encuentran con asentamientos

por debajo de las mezclas patron.

_____________________________* Consultar : www.toxement.com para anpliar esta informacion.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

104

A nivel general se infiere que con la realacion A/C empleada (ver tabla 11), materiales y

condiciones iguales o similares a las consideradas en esta investigacion se logran confecionar

concretos en el rango de consistencia# media a muy humeda. Por otro lado se puede decir que

las mezclas con contenido de adición igual a 9% presentan cierto grado de autocompactación y

disminución de la segregación siendo una propiedad positiva para el uso de este producto o

cualquier otra microsilice*.

Fotografia 13: Expansibilidad de la mezcla 2B como tambien la poca expansión de la mezcla 4B.

____________________________________________# "La adicion de microsilice puede reducir significativamente la trabajabilidad del hormigon, la gran area superficial de la microsilicerequieren grandes cantidades de superplastificantes para mejorar la manejabilidas ." - BAYASI, ZIAD "Effects of fly Ash on the propertiesof silica – fume concrete". Concrete international. Vol 14. Nº 4/1992.* Se recomienda utilizar un adictivo supeplastificante siempre y cuando se emplee un producto a base de microsilice que no lo tengaincorporado.Nota: Ver tabla 15.2 - Clasificación del concreto según consistencia de la mezcla - del texto "Tecnología del concreto y del mortero"-SANCHEZ DE GUZMAN Diego, Quinta edición, Bhandar Editores Ltda, Pág. 321; Santa fe de Bogotá – Colombia 2001.

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105

3.3 CONSISTENCIA NORMAL Y TIEMPOS DE FRAGUADO

Se determinó la consistencia normal y el tiempo de fraguado inicial del cemento con los

contenidos de microsílice utilizados para las mezclas evaluadas, realizándose una pequeña

adaptación de las normas NTC 110 y NTC118, ya que se le adicionó a los 500 g de cemento

que estas establecen para el ensayo los porcentajes de microsílice corespondientes para cada

mezcla la fotografia a cotinuación resume el procedimiento.

Fotografia 14: Determinacion de la consistencia normal del cemento + microsilice

La inclusion del producto EUCON MSA 100P genera una gran plasticidad en la pasta, la cual

es ocacionada no por el efecto de la microsilice sino por el contenido de adictivo

superplastificante a base de policarboxilatos que posee el producto.

La tabla 14 muestra los resultados de consistencia normal del cemento + microsilice y de

tiempos de fraguado.

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106

Tabla 14: Tiempo de fraguado inicial del cemento con el porcentaje de adición de microsílice

TIEMPO DE FRAGUADO INICIAL DEL CEMENTO CON EL PORCENTAJE DE ADICION DE MICROSILICE

MEZCLA CONSISTENCIA -NORMAL (%)

TIEMPOTRANSCURIDO (min)

PENETRACION(mm)

TIEMPO DEFRAGUADO

Con 6%microsílice 22

0 39

1 H - 4O min

15 38

30 36

45 32

60 29

75 28

90 26,5

120 23

Con 9%microsílice 20

0 40

1 H - 27 min

15 37

30 34

45 31

60 28

75 26

90 24

120 21

Con 0 %microsílice 29,5

0 45

2 H - 12 min

15 42

30 38

45 35

60 33

75 31

120 27

135 26

Con 3 %microsílice 26

0 43

1 H - 45min

15 40

30 37

45 34

60 30

75 29

90 27

105 26

Con 1 %microsílice 27,6

0 41

1 H - 56 min

15 40

30 38

45 37

60 35

75 31

90 28

105 27120 24

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107

Los gráficos muestran los puntos de penetración de la aguja de vicat para cada contenido demicrosilice.

Grafica 8: Penetración – tiempo de fraguado para cada contenido de microsílice

Del ánalisis de los resultados se puede expresar que la inclusión de este producto al cemento

disminuye los requerimientos de agua para que se produzca la completa hidratación de las

partículas de cemento; para las adiciones mayores de 6% se preentan consistencias normales

por debajo del rango# establecido para el cemento hidraulico de uso general (portland tipo I).

Estos resultados son coherentes con los obtenidos en la determinación de la manejabilidad, ya

que las mezclas más adicionadas fueron más dóciles, hay que tener en cuenta que el ensayo de

consistencia solo determina la viscosidad de la pasta de cemento; si se utilizara microsílice

pura la consistencia y manejabilidad de más mezclas disminuirían de forma proporcional

debido a la gran superficie especifica del silicio amorfo (aumenta los requerimientos de agua).

Con relación al tiempo de fraguado se reduce de forma directamente proporcional, siendo

positivo a nivel de construcción debió que disminuiría los tiempos de desencofrado.

_______________________________

# Consistencia normal (23 y 33%) dependiendo de las características del cemento. – SÁNCHEZ DE GUZMÁN Op.cit, pág. 44.

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108

3.4 PESO UNITARIO DE MEZCLAS DE HORMIGON

Usando el método de la ASTM D 2937 que cobija la determinación por metro cubico de

concreto fresco mezclado (masa unitaria). Se determino las densidades para cada una de las

mezclas evaluadas, este valor sirve para calcular el volumen o rendimiento volumétrico

producido por los pesos conocidos de cada uno de los materiales que lo constituye en pocas

palabreras se determina mediante el peso del concreto del que se requiere para llenar un molde

de volumen conocido y dividirlo por el volumen de este.

La tabla 14 muestra los resultados, el concreto normales debe estar en un intervalo& de 2240 a

2400 kg/m3.

Tabla 15: Peso unitario fresco de cada una de las mezclas

__________________________________& SANCHEZ DE GUZMAN Diego, Op. cit, Pág. 165.

PESO UNITARIO FRESCO DE CADA UNA DE LAS MEZCLAS

DOSIFICACION MEZCLA CEMENTO(Kg) % SiO₂ MASA

(Kg)VOLUMEN

(m³)PESO UNITARIO

(Kg/m³)

1:2:3 1A 25 6 12,26

0,0053

2313,21

1:2:2 1B 38 6 12,53 2364,151:2:3 2A 25 9 12,21 2303,771:2:2 2B 38 9 12,33 2325,471:2:3 3A 25 0 12,25 2311,321:2:2 3B 38 0 12,27 2314,151:2:3 3C 25 0 11,83 2231,131:2:3 4A 25 3 12,08 2279,251:2:2 4B 38 3 12,48 2353,771:2:3 5A 25 1 12,21 2302,831:2:2 5B 38 1 12,35 2330,191:2:2 6A 38 9 12,61 2379,251:2:3 6B 25 3 12,26 2313,21

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109

En la gráfica 9 se puede visualizar que todas las mezclas en estudio se encuentran dentro del

intervalo de concretos de peso normal propuesto por el comité de ACI, Compañías productoras

e Investigadores sobre el tema. El ingeniero diego Sánchez de Guzmán resume este consenso

dentro del rango 2240 a 2400 Kg/cm3.

Grafica 9: Representación de pesos unitarios

Se muestra una pequena tendencia en crecimiento de densidad o masa unitaria para las mezclas

de contenido de microsilise mayores con relacion a las de concrol, esto es producto de la

accion del llenado de las cavidades presentes de la interface matriz - agregado por las finas

particulas de oxido de silicio.

Fotografia 15 : Determinacion de peso unitario

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110

3.5 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL CONCRETO

Los valores de resistencia a compresión arrojados en esta investigación son el resultado de la

utilización de cilindros de control de calidad de producción para diseños de mezclas

preestablecidos junto con el empleo de cuatro porcentajes de microsílice adicionados de los

cuales se tomaron dos (6 y 9%) dentro del rango estimado por investigadores y compañías

Nacionales e Internacionales fabricantes de este producto (5 a10%), los otros dos (1 y 3%) se

tomaron para ver el comportamiento de las mezclas con contenidos bajos; teniendo en cuenta

el uso de agregados no seleccionados (bajo control de calidad) de tipo sedimentario (canto

rodado (Nº 4 a 1 “) y arena), elaborándose 13 diseños de mezclas con relación Agua –

Cemento constante de 0,45, para un total de 156 cilindro de los cuales correspondía 12

especímenes por mezclas estudiada con mediciones de evolución de resistencia de tres

cilindros para las edades 7, 14, 21, 28 días respectivamente de acuerdo a la ASTM C 31; 39 y

la NSR 10 (C.5.2 2.1).

A continuación se muestran las dosificaciones de los agregados (en volumen) junto con susrespectivos componentes de mezclas.

. Tabla 16: Dosificaciones y proporciones de mezclasDOSIFICACIONES Y PROPORCIONES DE MEZCLAS

DOSIFICACION MEZCLA CEMENTOKg

%SiO₂ SiO₂

KgA/C H₂O (L) H₂O (L)

Ext. CONDICION

1:2:3 1A 25 6 1,5 0,45 11,3 0,6 alterada1:2:2 1B 38 6 2,3 0,45 17,1 0,9 alterada1:2:3 2A 25 9 2,3 0,45 11,3 0,6 alterada1:2:2 2B 38 9 3,4 0,45 17,1 0,9 alterada1:2:3 3A 25 0 0 0,45 11,3 0,6 alterada1:2:2 3B 38 0 0 0,45 17,1 0,9 alterada1:2:3 3C 25 0 0 0,45 11,3 0 optima1:2:3 4A 25 3 0,8 0,45 11,3 0,6 alterada1:2:2 4B 38 3 1.2 0,45 17,1 0,9 alterada1:2:3 5A 25 1 0,3 0,45 11,3 0,6 alterada1:2:2 5B 38 1 0,4 0,45 17,1 0,9 alterada1:2:2 6A 38 9 3,4 0,45 17,1 0 optima1:2:3 6B 25 3 0,8 0,45 11,3 0 optima

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111

Las fotografías 16 y 17 muestran un espécimen por cada mezcla y condición (alterada y

óptima) estudiada.

Fotografía 16: Cilindros de algunas mezclas evaluadas

Fotografía 17: Especímenes cilíndricos estudiados

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112

Se emplearon los criterios de evaluación y aceptación para el concreto de la NSR 10 (CR

5.6), que se muestran a continuación:

Muchos investigadores en tecnologías del concreto y compañías productoras de este material

establecen el siguiente rango de aceptabilidad de desarrollo de resistencia a la compresión para

concretos, siendo una guía práctica para el personal involucrado en el sector de la construcción.

Tabla 17: Desarrollo de resistencias a compresión con la edad.

Fuente: ZABALETA Santiago,"Construcción en hormigón especificaciones técnicas y control de calidad", Editorial limisa, h (1986 ).

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

113

Durante la ejecucion de los ensayos se obtubieron los siguientes resultados de aceptacion y

rechazo de las mezclas evaluadas

Tabla 18: Criterios de aceptacion de concreto NSR 10

CRITERIOS DE ACEPTABILIDAD DE CONCRETO NSR 10

DOSIFICACION MEZCLA 7 días 14 días 21 días 28 días1:2:3 1A CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

1:2:2 1B CUMPLE NO CUMPLE CUMPLE CUMPLE

1:2:3 2A CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

1:2:2 2B CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

1:2:3 3A NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE

1:2:2 3B NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE

1:2:3 3C NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE

1:2:3 4A NO CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

1:2:2 4B NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE

1:2:3 5A CUMPLE CUMPLE NO CUMPLE CUMPLE

1:2:2 5B NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE

1:2:2 6A CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

1:2:3 6B CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

La siguiente grafica muestra los resultados promedios de resistencia a compresión de 7 tipos de

mezclas de dosificación 1: 2: 3; denominadas 1A, 2A, 3A, 3C, 4A, 5A y 6B que contienen 6, 9,

0, 0, 3, 1, y 9% de adición de microsílice respectivamente.

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114

Grafica 10: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 1:2:3

Observándose en la anterior grafica la influencia en la resistencia a compresión del contenido

de microsílice, limpieza de agregados y condición de manipulación (colocación, compactación

y adición extra de agua) de las mezclas tal y como lo expresa la literatura al plantear que la

limpieza de los materiales con que se preparan las mezclas, el grado de compactación y el

aumento en la producción de gel de silicatos de calcio en la pasta de cemento por la inclusión

de microsílice en conjunto con la relación A/C inciden en el desarrollo de este

comportamiento mecánico.

La mezcla 2A presenta el mayor valor de resistencia a los 28 días (4210 psi), con una clara

tendencia de incrementos sustanciales para edades superiores a las evaluadas lo cual se cree

que obedece a la hidratación tardía del alto contenido de microsílice presente. Para iguales

condiciones de manipulación (condición alterada) se produce una variación de resistencia con

base a la mezcla patrón de 33, 42.3, 25.4, 19 y 65% para las mezclas 1A, 2A, 4A, 5A, y 6B

respectivamente, se logra visualizar una tendencia de incremento de resistencia a medida que

aumenta el porcentaje# de inclusión de microsílice (humo de sílice) y mejora la condición de

manipulación la grafica 11 muestra con más detalle lo anteriormente expuesto para tres

mezclas del estudio.

_________________________________# La compañía Guatemalteca CIFA S.A establece que con un porcentaje de 5% a 6% se puede incrementar la resistencia a compresión enaprox. 1500psi.

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115

Grafica 11: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 4A, 5A, y 6B.

Con relación a las mezclas patrón para condición alterada y optima es claro que estas no

alcanzan los valores de resistencia estimados (3000 psi) en los diseños preestablecidos de la

tabla10 empleando cemento portland de uso general (tipo I). Estas dosificaciones son muy

utilizadas en la construcción de diferentes tipos de obras a nivel urbano y rural siendo

irresponsable esta forma de construir debido que las dosificaciones planteadas en la tabla10

obedecen a características específicas de materiales, mezclado, colocación, transporte y curado.

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116

En la grafica a continuación se compara las dos mezclas patrones para las dos condiciones de

manipulación (óptima o ideal y alterada) establecidas, notándose una disminución gradual de

resistencia entre el 9,5% y 11% para cada edad de los especímenes pertenecientes a la mezcla

3A la cual se realizo en condiciones alteradas de compactación (15 golpes por capa – No

cumpliendo la NTC 396), colocación (altura 2,4 m) y mezclado (se mezclo con A/C = 0,45

equivalente a 11,3 L para el volumen empleado y un exceso de agua de 5%).

Grafica 12: Curvas de resistencia a compresión Mezclas patrón alterada Vs Óptima

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

117

3.5.1 CORRELACION ENTRE RESISTENCIA A COMPRESION Y CONTENIDO DEMICROSILICE DE MEZCLAS DE DOSIFICACION 1:2:3

La grafica 13 refleja la correlación existente entre la edad, contenido de microsílice y

resistencia a compresión del hormigón, apreciándose una relación directamente proporcional

de estos tres factores.

Se puede inferir que para este tipo de dosificación se produce un aumento aproximado del 20%

de resistencia por cada 7 días de curado, con respecto a la resistencia inicial el cual es

independiente de la cantidad de microsílice utilizada en la preparación de las mezclas.

Grafica 13: Resistencia a compresión de las mezclas 1:2:3 según contenido de microsílice

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

118

Para las MEZCLAS DE DOSIFICACIÓN 1:2:2 (Resistencia estimada 4000 psi), cabe

resaltar que se obtuvo un hormigón de alto desempeño Mezcla 6A (f’c = 6095.9 psi – 426,7

Kg/cm²), la cual se realizo en condiciones optimas de mezclado, colocación y materiales; los

agregados empleados fueron los mismos utilizados para las demás mezclas con la diferencia

que se le efectuó un pequeño proceso de control de calidad (lavado, secado, y retiro de

materiales extraños).

Grafica 14: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 1:2.2

La anterior grafica también puede observarse la gran diferencia en resistencia que posen las

mezclas (6A y 2B) de 9 % de microsílice, con relación a las de menor contenido de adicción

mineral, este resultado posiblemente se debe a la mayor reacción química producida entre la

cal libre (Ca (OH)2) con el dióxido de silicio amorfo durante el proceso de hidratación del

cemento, potencializado con el aumento en la densificación de la matriz cementicia debido a la

autocompactación de la misma como lo demostraron los ensayos de manejabilidad.

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119

Conservándose la tendencia de aumento significativo de resistencia para edades superiores a 28

días, la cual podemos concluir que es independiente a la dosificación y condición de

manipulación dependiendo exclusivamente del contenido de microsílice adicionado

(microsílice ≥ 6%).

Estudios realizados por la Escuela de Ingeniería Civil en Obra en el año 2006, de la Facultad

de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Austral de Chile, ratifican esta premisa como se

muestra en la grafica 15, en cuya investigación se evaluó el efecto de la incorporación de

microsílice y adictivos superplastificantes para diferentes resistencias especificadas, relación

A/C =0.42, agregado grueso tipo gravilla (TMN ¾”) y arena media, los cuales presentan

algunas similitudes con los utilizados en la presente investigación.

Grafico 15: Resistencia a la compresión hormigón de prueba H-30

Fuente: SEGUEL Claudio "Hormigón de alta resistencia H 70" – Universidad Austral de Chile/2006.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

120

Se observa que el hormigón de prueba (HP – 1) el cual tiene una incorporación de 8% de humo

de sílice presenta la mayor similitud de resistencias (f’c28 = 443 Kg/cm2 – 6329 psi) con la

mezcla 6A, como también refleja el incremento gradual de resistencia para edades superiores a

28 días.

Bajo las consideraciones del estudio las cuales procuraron simular condiciones reales de obra

especialmente en las pequeñas poblaciones del país como es lógico los controles de calidad son

menos rigurosos (en algunos casos no se aplican), la mezclas 5B (1% SiO₂) únicamente

desarrolla un nivel de resistencia a 28 días equivalente a 3532 psi (247,2 Kg/cm²) y

observándose en la grafica 14 la patrón 3B (0% SiO₂) desarrolla a esta misma edad 3419 psi,

pudiendo establecerse que para las mezclas de dosificación 1:2:2 4B y 5B no se pueden

producir concretos de resistencias iguales o superiores a 4000 psi conservando las

dosificaciones, relación A/C, materiales y proporciones de microsílice ≤ 3% , como lo muestra

la siguiente grafica.

Grafico 16: Resistencia a compresión para mezclas 4B, 5B y 6A

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121

3.5.2 CORRELACION DE RESISTENCIA A COMPRESION Y CONTENIDO DEMICROSILICE PARA DOSIFICACIONES 1:2:2

Debido a la dispersión encontrada entre los valores de correlación de resistencia, edad y %

microsílice no se puede establecer para estos tipos de mezclas un único porcentaje en el

aumento de resistencia con respecto a la edad tal y como se estableció para las mezclas de

dosificación 1:2:3 anteriormente estudiadas, ver grafica 13 (20% por cada 7 días de curado con

respecto a la resistencia inicial).

Grafica 17: Resistencia a compresión de mezclas 1:2:2 según contenido de microsílice

De la grafica 17 se puede decir que durante el periodo comprendido de 21 a 28 días los

especímenes en investigación presenta un aumento sustancial de resistencia aproximadamente

entre el (23 a 28 %) con relación a la resistencia inicial, en cuanto al periodo de 7 a 14 días , se

produce el mayor desarrollo de resistencia (68 a 76%) de f’c, en el intervalo de 14 a 21 días el

incremento de resistencia es muy discreto el cual se presume que se ocasiona por un periodo de

estabilización química de los subproductos del proceso de hidratación del cemento retardando

la actividad puzolanica del silicio amorfo, pese a estos resultados se debe tener en cuenta que

los efectos de la microsilice en la pasta de cemento se potencializan a edades# superiores de las

consideradas en este estudio.

_____________________________# Humberto R Fuchs H. “Condensed silica fume in concrete”, Ramachandram. CRC Press, Florida. EE.UU/1987.

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122

3.5.3 INDICE DE ACTIVIDAD RESISTENTE PARA COMPRESION DECONCRETON (IAR)

De acuerdo a los resultados obtenidos de las pruebas de resistencia a compresión para cada

una de las mezclas en estudio, se evidencia el alto grado de sometimiento de actividad

puzolanica de las mezclas con el producto EUCON MSA 100 P de la compañía EUCLID

CHEMICAL TOXCEMNT, debido que todas sobrepasan los valores mínimos establecidos por

las normas NTC 3823 y ASTM C311 (IAR mínimo= 75%), notándose una gran diferencia en los

valores de IAR para mezclas con contenido de adición de microsílice mayores de 6% (ver

grafica 18) con relación a las de menor porcentaje incluido.

Grafico 18: Índice de actividad puzolanica en cada mezcla.

Los especímenes de mezclas con microsílice ≤ 6% se encuentran en un rango de actividad

puzolanica (AIR) entre 100 y 150%, para los de microsílice > 6%, se ubican en el intervalo de

165 – 210 %, siendo estos resultados coherentes con investigaciones previas “ el AIR evalúa la

disminución de la cal libre en el sistema al añadir la microsílice al cemento Portland, ésta

reacciona con el hidróxido de calcio hidratado (Ca(OH)2 o portlandita), formado en la

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

123

hidratación de los silicatos de calcio anhidros C3S y C2S, disminuyendo así el contenido final

de portlandita en la mezcla.

Esta reacción llega a materializarse después de los 7 o 15 días de producida la mezcla

(dependiendo de la puzolana) y da lugar a modificaciones en las reacciones de hidratación, en

cuanto a velocidad, composición y microestructura de las fases hidratadas#”.

A nivel nacional podemos comparar los resultados de este estudio con los obtenidos en la

Investigación denominada “evaluación del desempeño del cemento portland tipo III adicionado

con sílice de diferente tamaños de partículas” realizado en la Facultas de Minas de la

Universidad Nacional de Colombia en Junio de 2009, la tabla 18 presenta los resultados

arrojados en el estudio.

Tabla 19: Resistencia a la compresión con sustitución de cemento por microsílice y pirosil

Fuente: MONTOYA TOBÓN LAURA MARIA “Evaluación del desempeño del cemento portland tipo III adicionado con sílice dediferentes tamaños de partícula"- Pregrado, Universidad Nacional de Colombia – Facultad de Minas - Medellín Colombia Junio2009.

Aunque los resultados registrados en la tabla son el producto de la sustitución de un porcentaje

de cemento por el humo de sílice (microsílice) estos muestran un incremento gradual de

resistencia con relación a la edad y contenido de microsílice en los diseños de mezclas para los

cuales se emplearon cemento tipo III, agregados de tipo sedimentario (canto rodado y arena

fina) y condiciones ideales de control de calidad.

______________________________# NEVILLE. A. M. "Properties of concrete" - Pearson Prentice Hall, /2002.

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124

Estando muy cerca los valores de la sustitución de 5% de microsílice con los resultados de

resistencia para la mezcla 2A, pudiendo deberse esta similitud a la compensación en desarrollo

de resistencia por el cemento tipo III e ideales condiciones de colocación, compactación y

curado.

Adicionalmente se puede establecer que el tipo de falla en los cilindros de ensayo depende

directamente de los materiales, nivel de segregación y edad de los mismos debidos que la edad

es directamente proporcional a la resistencia para todo tipo de hormigón hidráulico.

La fotografías 18 muestran la secuencia de fallas producidas con relación al tiempo de curado

para la mezcla 6A, destacándose que a la edad de 28 días se presenta una falla brusca la cual

obedece a la alta resistencia lograda en esta mezcla.

Fotografías 18: Secuencia de falla de cilindros con respecto a la edad.

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Se logra ver (fotografía 19) que la falla para los 28 días se produce en la fase matriz

cementante la cual es menos resistente que el agregado grueso (canto rodado), influyendo

también la forma redondeada de los mismos lo cual reduce la adherencia o trabazón entre la

matriz cementante y las partículas de agregado.

Fotografía 19: Falla por la matriz cementante para la mezcla 6A (6095 psi) a los 28 días

Para los cilindros de mezcla 3A, (fotografía 20) se refleja como característica común la forma

de falla (cónica en extremos variables) producida la cual obedece a los efectos nocivos de

segregación presente, producto de la mala colocación y compactación, validadando los

resultados obtenidos de los criterios de aceptación y rechazo expuestos anteriormente.

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Fotografía 20: serie de falla para mezcla patrón 3A – Se presenta segregación

Los resultados obtenidos demuestran que la microsilice conserva sus propiedades dentro de las

mezclas de hormigon deforma independiente a las caracteristicas de los materiales usados y

consideraciones empleadas durante el proceso de elaboracion de las mezclas; el contenido de

microsílice disminuye la segregación del concreto en estado fresco debido que le brinda mayor

densidad, “actúa aumentando la resistencia como consecuencia de la reducción de la porosidad

y de la acción puzolánica, además, proporciona el filler necesario para conseguir una cierta

autocompactabilidad y, en consecuencia, se disminuye la permeabilidad#”.

______________________________# SANJUÁN Miguel Ángel "Los cementos de adicciones en España" Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA); MadridEspaña/ 2005.

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127

3.6. RESISTENCIA A FLEXION DE LAS MEZCLAS EVALUADAS

Basados en un análisis comparativo de soporte de carga para cada una de las mezclas

realizadas, se calculo la resistencia a flexión por medio del ensayo estandarizado de la ASTM

C 78, las ecuaciones y recomendaciones de la NSR 10, dadas las condiciones físicas,

geométricas y de carga para las vigas construidas se determino la carga máxima o de rotura

para cada edad.

Fotografía 21: Vaciado de una viga.

Los resultados de de la experimentación se resumen en la siguiente tabla 19

Tabla 20: Resultados de modulo de rotura para cada edad.

__________________________________# Los valores de MR 7 se determinaron por interpolacion

RESULTADOS DE RESISTENCIA A FLEXION (MR) PARA CADA EDAD DE CURADO

MEZCLA7 días de curado 14 días de curado 21 días de curado 28 días de curado

MR (Kg/cm²) # Carga(Lb) MR (Kg/cm²) Carga

(Lb) MR (Kg/cm²) Carga(Lb) MR (Kg/cm²)

1A 11,1 1767 31,4 2234 39,7 2498 44,4

1B 12,4 2101 37,4 2432 43,2 2801 49,8

2A 11,7 2004 35,6 2119 37,7 2632 46,8

2B 14,4 2433 43,3 2659 47,3 3241 57,6

3A 7,3 1123 20,0 1342 23,9 1650 29,3

3B 10,7 1487 26,4 1281 22,8 2402 42,7

3C 8,9 1313 23,3 1699 30,2 1997 35,5

4A 11,2 1665 29,6 1789 31,8 2511 44,64B 11,9 2013 35,8 2343 41,7 2669 47,45A 9,9 1999 35,5 2082 37,0 2236 39,8

5B 10,3 1653 29,4 1810 32,2 2312 41,16A 14,7 2456 43,7 2764 49,1 3311 58,96B 10,4 1292 23,0 1927 34,3 2339 41,6

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En la siguiente grafica 19 se presenta las curvas de resistencia a flexion de las mezclas de

dosificacion 1:2:3, para cada porcentaje de adicion de microsilice y para las mezclas control.

Grafica 19: Resistencia a flexion de mezclas 1:2:3

Se logra apresiar en la anterior grafica la relacion proporcional existente entre el contenido de

microsilise y la magnitud del modulo de rotura, exepto para las mezclas 1A y 4A, que

presentan MR casi iguales 44,4 y 44,6 Kg/cm2 respectivamente, generando posiblemente por el

contenido de algun material extraño presente en la mezcla 1A.

Las mezclas de control (patro), se encuentran con valores de rotura por debajo que las

adiccionadas demostrando los efectos positivos de la utilizacion de microsilise en los diseños

de mezclas.

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Para las mezclas de dosificacion 1:2:2, se conserva la caracteristicas de proporcionaalidad (ver

grafica 20) con un significativo aumento en el desarrollo de esta propiedad mecanica, puesto

que el aumento del contenido de material cementante incrementa la produccion de hidroxido

de calcio para reaccionr con el silicio amorfo de la adicion mineral.

Grafica 20: Modulo de rotura para mezclas de dosificacion 1:2:2

Se puede establecer que el aumento de resistencia a flexion hasta los 28 dias no es significativo

para porcentajes de microsilise ≤ 3%, en las condiciones estudiadas, como se reflejan en las

curvas de las mezclas 4B y 5B.

Las mezclas de 9% de microsilise (6A y 2B) presentan presentan una exelente

comportamiento de desarrollo de resistencia, debiendo considerarce su evaluacion para edades

superiores a las planteadas en esta investigacion.

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La siguiente grafica 21 representa la curva de ensayo de modulo de rotura para la mezcla en

condiciones alterada y 9 % de adicion (2B) mostrandose claramente el potencial incremento de

resistencia a edades superiores de 28 dias, como lo demuestra la investigacion denominada

"Concreto de alta resistencia usando adictivo superplastificante, microsilice y nanosilice con

cemento portland tipo I#" realizada en septiembre de 2010 en la republica del Perù.

Grafica 21: Resistencia a flexión mezcla 2B – dosificación 1:2:2 y 9% de SiO2

__________________________________# SALVATIERRA Edher H, "Concreto de alta resistencia usando adictivo superplastificante, microsilice y nanosilice con cemento portlandtipo I" – Maestría en materiales – Convenio de cooperación: Universidad Nacional de Ingeniería del Perú y SIKA PERU S.A, Septiembre de2010.

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3.6.1 CORRELACION EXISTENTE ENTRE LA RESISTENCIA A COMPRESION YEL MODULO DE ROTURA

Apartir de los valores de resistencia a compresion de los cilindros y viguetas ensayadas

(ASTM C 78 y NTC 673) para cada mezcla en diferentes condisiones de manipulacion se

determino la relacion existente entre la resistencia a la compresion y el modulo de rotura.

En la tabla y grafica a continuacion se presentan los resultados.

Tabla 21: Resistencia a compresión – modulo de rotura

Grafica 22: Correlación f'c - MR

Amedida que aumenta la a compresion de las mezclas de

hormigon, tambien aumenta su resistencia a la flexion pero en menor medida como lo muestra

la parabola que desciben este comportamineto, coincidiendo con el planteamiento:

"Adicionalmente el modulo de rotura (MR) presenta valores que varian entre el 10% y un 20%

de la resistencia a compresion* "

___________________________________

* SÁNCHEZ de G. Diego Op, cit, pág. 143

MEZCLA % H.Sf'c 28

Kg/cm2MR 28Kg/cm2

1A 6 253,8 44,41B 6 314,6 49,82A 9 294,8 46,82B 9 400,0 57,6

3A 0 170,1 29,33B 0 239,3 42,7

3C 0 191,4 35,5

4A 3 227,9 44,64B 3 274,6 47,45A 1 210,7 39,85B 1 247,3 41,1

6A 9 426,7 58,96B 3 247,7 41,6

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132

3.6.2 CORRELACION ENTRE EL MODULO DE ELASTICIDAD Y PORCENTAJEDE DE MICROSILICE

La relación existente entre el esfuerzo aplicado y la deformación causada se denomina modulo

de elasticidad, el cual es una propiedad importante de considerar en el concreto, debido a la

complejidad de su determinación (NTC 4025) a nivel experimental no se pudo determinar, por

lo que se empleo la formula de ACI – 318 para su cálculo.

Ec = 15.100 * (f'c)½ kg/cm2

Los resultados arrojados para cada mezcla se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 22: Modulo de elasticidad - E

La grafica 23 muestra la correlación existente entre el contenido de microsílice incorporado y

la magnitud del modulo de elasticidad (modulo secante).

Modulo de elasticidad - EMezcla % Si0₂ f'c 28 - Kg/cm² E - Kg/cm²

1A 6,0 253,8 240544,81B 6,0 314,6 267811,22A 9,0 294,8 259241,42B 9,0 400,0 302013,93A 0,0 170,1 196912,73B 0,0 239,3 233600,93C 0,0 191,4 208895,74A 3,0 227,9 227952,34B 3,0 274,6 250213,95A 1,0 210,7 219167,55B 1,0 247,3 237436,76A 9,0 426,7 311920,36B 6,0 247,7 237667,0

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133

Grafica 23: Curva de correlación modulo de elasticidad

Se puede observar que el modulo de elasticidad aumenta a medida que aumenta el porcentaje

adicionado de humo de sílice (microsílice), puesto que existe una relación directa entre la

relación esfuerzo deformación y la resistencia a compresión uniaxial del concreto;

encontrándose todos los modulo de elasticidad de las mezclas evaluadas en el rango# de

140,600 a 422,000 kg/cm² para concretos de peso normal.

El Ingeniero Colombiano José Gabriel Gómez expresa "La incorporación de adiciones al

cemento no afecta las características de retracción de secado, modulo de elasticidad y flujo

plástico (creep).

No obstante hay que tener en cuenta que las adiciones pueden modificar el contenido de pasta

y por tanto del agregado (relación vol. Agregado/ vol. Hormigón), la relación agua/cemento, y

la resistencia mecánica, las cuales si tienen repercusiones en estas propiedades, como también

una necesidad de curado más adecuada.

En general, cuando disminuye la resistencia mecánica, disminuye el modulo de elasticidad y

aumenta la retracción de secado y el flujo plástico, siendo la excepción de este aserto el

hormigón de alta resistencia".

___________________________________

# ALVIS ALI Jairo, Op. Cit, 2008.

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134

3.7 ANALISIS DE DURABILIDAD

El estudio de los efectos causados sobre la durabilidad de las mezclas de concreto in situ

adicionadas con diferentes contenidos de microsílice (humo de sílice) en las condiciones

planteadas en esta investigación, se basan en el análisis de la capacidad de absorción capilar y

de resistencia a fenómenos de abrasión con ciclos de humedecimiento y secado continuo en

que estén expuestos para las diferentes condiciones de servicios.

La norma colombiana NTC 5551 y casi en todos los países actualmente se establece en los

diseños unos requerimientos mínimos de durabilidad de las estructuras de concreto.

"La durabilidad de una estructura de hormigón es su capacidad para soportar durante la vida

útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y

que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las

cargas y consideraciones en el análisis estructural &"

__________________________________&Instrucción para el hormigón estructural EHE. Comisión Permanente del Hormigón, 2º Edición Madrid – España, Ministerio de Fomento;Centro de Publicaciones (1998).NOTA: "Vida útil de una estructura es el periodo de tiempo, a partir de su puesta en servicio, durante el que debe mantener unas condicionesde seguridad, funcionalidad y aspecto aceptable. Durante este periodo requerirá una conservación normal adecuada, pero no requeriráoperaciones de rehabilitación"

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135

3.7.1 DETERMINACION DEL % ABSORCION DE AGUA

Es importante conoser el grado de absorcion de agua del concreto ya que esta intimamente

relacionado con la permeabilida del mismo, sirbiendo como punto de control y evaluación de

los factores que afectan su durabilidad.

La determinación del porcentaje de absorción para cada una de las mezclas, se logro

sometiendo muestras de concreto endurecido de 28 días a presión de agua y se calculó el

volumen de agua retenido durante tres ciclos, para posteriormente aplicar la expresión

matemática siguiente.

% de Absorción = ((Peso saturado – Peso seco) / Peso seco)* 100

En la tabla a continuación se muestran los resultados de la experiencia

Tabla 23: Porcentaje de absorción de agua para cada mezcla

% DE ABSORCION DE AGUA

MEZCLACICLO 1 CICLO 2 CICLO 3 %

ABSORCIONDE AGUAP. SECO

(Kg)

P.SATURADO

(Kg)P. SECO

(Kg)

P.SATURADO

(Kg)P. SECO

(Kg)P. SATURADO

(Kg)1A 12,38 12,52 12,40 12,56 12,41 12,56 1,211B 12,12 12,39 12,10 12,18 12,21 12,32 1,262A 11,92 12,08 12,11 12,19 12,25 12,39 1,052B 11,79 11,85 11,80 11,85 11,75 11,81 0,483A 12,70 12,88 12,62 12,90 12,73 12,87 1,583B 12,40 12,74 12,53 12,79 12,53 12,70 2,063C 11,87 12,03 12,02 12,10 11,9 12,07 1,154A 12,90 13,10 12,80 12,95 12,76 12,82 1,074B 12,78 13,00 12,80 12,92 12,75 12,82 1,075A 12,83 12,98 12,70 13,05 12,60 12,90 2,105B 12,46 12,65 11,94 12,05 12,11 12,23 1,156A 12,03 12,08 12,01 12,06 12,00 12,04 0,396B 12,70 12,90 12,20 12,40 11,97 11,95 1,03

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136

La grafica 24 contiene los valores de absorcion promedio de las mezclas en estudio notandose

que las mezclas de dosificacion 1:2:3 absorven mas agua que las de dosificacion 1:2:2,

debiendose a la mayor cantidad de poros de gel (microporos), y capilares que estos presentan,

influyendo sustancialmente la relacion agregado/cemento.

Grafico 24: Representacnion de valores de absorcion de agua

Se logra observar que las mezclas patrón presentan mayor grado de absorción que las demás,

estando en el rango de absorción de 1 a 2%, en cuanto los especímenes de 6% de adición (1A y

1B) no presentaron cambios significativos causados por su relación agregado/cemento.

Con relación a las mezclas 2B y 6A de dosificación 1:2:2 y 9% de microsilice presentan

significativas pérdidas en cuanto a su capacidad capilar debido que las partículas de dióxido de

silicio actúan como filler, dando diseños de mezclas con capacidad absorbente menores a

0,45%.

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A nivel general son evidentes las mejoras causadas por la adición de microsílice en cuanto a

disminución de capacidad absorbente y apariencia (ver fotografía 22), estableciéndose una

relación inversamente proporcional como lo muestra la grafica 25 a continuación.

Grafica 25: Correlación entre el porcentaje de absorción y el contenido de microsílice

En la fotografía se puede observar la gran cantidad de poros de compactación presente en la

mezcla patrón, en cuanto los demás especímenes muestran menor cantidad de poros en función

del contenido de microsílice y la relación agregado/cemento.

Fotografía 22: Presencia de macroporos en algunos cilindros

__________________________________

Nota: " La calidad del hormigón se encuentra influenciada fundamentalmente por su porosidad capilar, la cual está íntimamente relacionadacon el valor de la relación agua /cemento empleada en el amasado, la dosis de cemento que posee y adiciones (cenizas volante, humo desílice). También juega un papel muy importante el curado, la compactación del hormigón fresco y la fisuracion en estado endurecido(retracción de fraguado)". – Ing. José Gabriel Gómez.

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138

3.7.2 ABRASIÓN DEL CONCRETO EN CICLOS DE HUMEDECIMIENTO YSECADO CONTINÚO EN AMBIENTES SEVEROS

Se determino la capacidad de desgaste por abrasión mecánica de cilindros de concreto

endurecido (28 días) de cada mezcla analizada en este proyecto de investigación, con el fin de

obtener un indicativo de los efectos de la inclusión de humo de sílice sobre esta propiedad de

durabilidad.

Para incrementar el nivel de exposición en ambientes agresivos los especímenes de cada

mezcla se sumergieron en una solución# preparada con sulfato de sodio (Na2SO4) y sulfato de

magnesio (Mg SO4), la fotografía 20 muestra el pesaje de los químicos empleados como

también algunas probetas sumergidas en la solución acuosa.

Fotografía 23: pesado de sal de Gluver y de Epson – Saturación de cilindros

Los cilindros permanecieron en la solución durante un día para cada ciclo, con el fin de lograr

una completa saturación de estos.

_________________________________________

# Concentración empleada 1600 ppm, dentro del rango de exposición severa de sulfatos planteado por el ACI.

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139

La Tabla a continuación presenta los resultados del porcentaje de pérdida de pasta de cemento obtenidos mediante la

adaptación del ensayo de humedecimiento y secado de mezclas de suelo cemento (INVE 807-07).

Tabla 24: Perdida de pasta de cemento por abrasión mecánica.

% DE PÉRDIDA DE PASTA DE CEMENTO POR ABRASIÓN MECÁNICA CON CICLOS DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO EN AMBIENTES CON SULFATOS Y CLORUROS

MEZCLA % SiO₂1 CICLO 2 CICLO 3 CICLO 4 CICLO 5 CICLO %

PERDIDADE PASTA

PESOSECO

SATURADO CEPILLADOPESOSECO

SATURADO CEPILLADOPESOSECO

SATURADO CEPILLADOPESOSECO

SATURADO CEPILLADOPESOSECO

SATURADO CEPILLADO

1A 6 12,408 12,442 12,399 12,4 12,405 12,387 12,375 12,438 12,356 12,347 12,365 12,338 12,329 12,334 12,327 0,08406

1B 6 12,52 12,526 12,491 12,396 12,474 12,389 12,396 12,419 12,394 12,398 12,429 12,389 12,375 12,435 12,373 0,07892

2A 9 11,905 11,925 11,897 11,887 11,915 11,885 11,868 11,875 11,848 11,839 11,841 11,836 11,836 11,838 11,835 0,05730

2B 9 11,951 11.974 11,949 11,959 11,968 11,949 11,938 11,944 11,918 11,916 12,005 11,917 11,917 11,918 11,916 0,05361

3A 0 12,942 12,967 12,895 12,874 12,879 12,87 12,821 12,831 12,814 12,803 12,805 12,795 12,798 12,799 12,79 0,11519

3B 0 12,904 12,807 12,802 12,801 12,799 12,798 12,799 12,801 12,797 12,798 12,799 12,795 12,792 12,798 12,79 0,17474

3C 0 12,785 12,789 12,699 12,696 12,699 12,678 12,679 12,681 12,678 12,677 12,679 12,675 12,676 12,678 12,675 0,17004

4A 3 12,693 12,697 12,692 12,691 12,694 12,691 12,689 12,692 12,688 12,688 12,689 12,686 12,685 12,688 12,642 0,07407

4B 3 12,6 12,602 12,598 12,595 12,599 12,577 12,576 12,579 12,585 12,587 12,586 12,58 12,581 12,586 12,578 0,0333

5A 1 12,781 12,773 12,772 12,772 12,775 12,77 12,769 12,772 12,765 12,765 12,766 12,764 12,763 12,768 12,762 0,02662

5B 1 12,732 12,733 12,731 12,73 12,732 12,729 12,73 12,727 12,726 12,725 12,727 12,725 12,724 12,726 12,721 0,01414

6A 9 11,916 11,917 11,915 11,916 11,918 11,915 11,914 11,916 11,914 11,916 11,918 11,915 11,917 11,918 11,915 0,0083

6B 3 12,876 12,877 12,875 12,876 12,877 12,875 12,874 12,876 12,873 12,873 12,875 12,872 12,871 12,872 12,87 0,00776

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON MICROSILICE

140

La grafica 26 muestra los valores de pérdida de pasta de cemento para cada una de las mezclas

evaluadas.

Grafica 26: Esquema de pérdida de pasta de cemento de todas las mezclas.

Se observa a nivel general que las muestras de control (patrón) presentan mayor pérdida de pasta

de cemento que las adicionadas, como también la relación de pérdida de sección efectiva por

abrasión mecánica es inversamente proporcional con el contenido de microsílice empleado en

cada mezcla.

En las mezclas de 9% de microsílice y de dosificación 1:2:2 (2B y 6A) se nota la fuerte influencia

de las condiciones de calidad de materiales, dosificación, colocación y curado, sobre las

características que influyen en la durabilidad del concreto, presentando una diferencia de pérdida

de pasta de cemento aproximada de 0,04% del espécimen 2B con relación al de la mezcla 6A.

La investigación realizada en el 2003 por el Departamento de Materiales, de la Universidad

Autónoma de México (UAM) Azcapotzalco. México, D.F. denominada " Abrasión en concreto

de alta resistencia" arrojaron resultados similares de desgaste de superficie expuesta en pisos

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141

industriales con agregados de textura lisa, en el cual los ensayos se efectuaron bajo la norma

ASTM C779.

Las fotografías a continuación muestran parte de las etapas de ejecución del ensayo.

Fotografía 24: Saturación de cilindros – Cepillado de probeta

Las mezclas con contenido de silicio amorfo ≥ 6% presentaron alta resistencia a la abrasión y

excelente terminado (no mostraron poros de gravedad – de aire atrapado).

Se sometieron los cilindros a una temperatura de 120 ºC (La Norma INVE 807 - 07 plantea 70ºC

para especímenes de suelo cemento) durante un periodo de tiempo de 60 minutos para

proporcionar el secado como se muestra en la fotografía.

Fotografía 25: Secado en horno de los cilindros

____________________________Nota: La microsílice no densificada ha sido utilizada con propósitos estructurales, aplicaciones superficiales y como material de reparación ensituaciones en donde se requiera resistencia a la abrasión y baja permeabilidad./Espinoza Montenegro Ana A "Estudio de dosificación dedosificación de hormigón de ultra alta resistencia, basado en el empaquetamiento de los áridos" tesis magistral – Universidad Politécnica deMadrid /2009.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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4. EVALUACION ECONOMICA DE MEZCLAS DE CONCRETO ADICIONADAS CONMICROSILICE – ANALISIS DE COSTOS

De acuerdo al análisis de costo podemos decir que se puede utilizar el diseño de mezcla

preestablecido 1:2:3 A/C= 0,45 para resistencia estimada de 3000 psi (No cumple, solo máximo

alcanza f'c = 2700 psi); al cual le adicionamos 1% de microsílice y obtenemos la resistencia de

3000 psi con sustanciales mejoras en durabilidad, sin tener incrementos significativos de costos

debido que para un concreto hecho con los materiales de la región y sin adición se emplea una

dosificación de 1:2:2 A/C = 0,5; teniendo un costo de preparación in situ de 361,600 pesos

colombianos y el concreto de la misma resistencia con 1% de humo de sílice tiene un costo de

376,051 pesos colombianos.

Para resistencias mayores se produce un incremento aproximado por metro cubico del 20% con

relación a aun diseño de mezcla de la misma resistencia sin esta adicción.

Hay que tener en cuenta que únicamente no se evalúa el costo de producción, sino que debe

sopesar los beneficios en cuanto a durabilidad y arquitectura y aprovechamiento de expansión

puesto que por los sustanciales incrementos de resistencias que genera la microsílice se reducen

las secciones de los miembros estructurales.

A continuación se presentan unas tablas de costos de producción con relación a la resistencia

desarrollada.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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Tabla 25: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia estimada de 3000 psi

(No cumple con la resistencia).MEZCLA CONTROL 1:2:3 f'c = 2600 psi – 1m3

Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $

cemento Kg 350 405 141,750

Agregado Fino Kg 802 15 12,030

Agregado Grueso Kg 1438 32 46,016

Agua Lt 170 20 3,400Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000

COSTO TOTAL 353,196

Tabla26: Diseño de mezcla para resistencia de 3000 psi (No contiene adición)

DOSIFICACION 1:2:2 A/C = O,5 f'c = 3000 psi - 1m3

Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $cemento Kg 350 405 141,750

Agregado Fino Kg 835 15 12,525

Agregado Grueso Kg 1678 32 53,696

Agua Lt 180 20 3,600Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000

COSTO TOTAL 361,571Proporcionado por: Ing. Modesto Barrios Fontalvo

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

144

Tabla 27: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia de 3000 psi

DOSIFICACION 1:2:3 CON 1% MICROSILICE f'c = 3000 psi – 1m3

Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $cemento Kg 350 405 141,750

Microsilice (Eucon MSA 100P)- Toxcement Kg 3.5 6,530 22,855

Agregado Fino Kg 802 15 12,030Agregado Grueso Kg 1438 32 46,016

Agua Lt 170 20 3,400Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000COSTO TOTAL 376,051

Tabla 28: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 3500 psi

DOSIFICACION 1:2:2 CON 1% MICROSILICE f'c = 3533 psi – 1m3

Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $cemento Kg 420 405 170,100

Microsilice (EUCON MSA100P) - Toxcement Kg 4.2 6,530 27,426

Agregado Fino Kg 802 15 12,030Agregado Grueso Kg 1438 32 46,016

Agua Lt 170 20 3,400Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000COSTO TOTAL 408,972

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Tabla 29: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia de 4000 psi

DOSIFICACION 1:2:2 CON 3% MICROSILICE f'c = 3968 psiMateriales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $

cemento Kg 420 405 170,100Microsilice (EUCON MSA

100P) - Toxcement Kg 12.6 6,530 82,278

Agregado Fino Kg 802 15 12,030Agregado Grueso Kg 1438 32 46,016

Agua Lt 170 20 3,400Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000COSTO TOTAL 463,824

Tabla 30: Costo de producción de mezcla de resistencia 4000 psi (No contiene adición)

DOSIFICACION 1:1.5:2 A/C = 0,4 f'c = 4000 psi – 1m3

Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $cemento Kg 400 405 162,000

Agregado Fino Kg 805 15 12,075Agregado Grueso Kg 1738 32 55,616

Agua Lt 160 20 3,200Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000

COSTO TOTAL 382,891Proporcionado por: Ing. Modesto Barrios Fontalvo

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Tabla 31: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 5000 psi

DOSIFICACION 1:2:2 CON 6% MICROSILICE f'c = 4985 psi – 1m3

Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $cemento Kg 420 405 170,100

Microsilice (EUCON MSA100P) - Toxcement Kg 25.2 6,530 164,556

Agregado Fino Kg 802 15 12,030Agregado Grueso Kg 1438 32 46,016

Agua Lt 170 20 3,400Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000COSTO TOTAL 546,102

Tabla 32: Costo de producción de mezcla de resistencia 5000 psi (No contiene adición)

DOSIFICACION 1:1:1 A/C = 0,32 f'c = 5000psi – 1m3

Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $cemento Kg 500 405 202,500

Agregado Fino Kg 1525 15 22,875Agregado Grueso Kg 1535 32 49,120

Agua Lt 160 20 3,200Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000COSTO TOTAL 427,695

Proporcionado por: Ing. Modesto Barrios Fontalvo

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

147

Tabla 33: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 6000 psi

DOSIFICACION 1:2:2 CON 9% MICROSILICE f'c = 6096 psi – 1m3

Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $

cemento Kg 420 405 170,100Microsilice (EUCON MSA

100P) - Toxcement Kg 37.8 6,530 246,834

Agregado Fino Kg 802 15 12,030Agregado Grueso Kg 1438 32 46,016

Agua Lt 170 20 3,400Mezcladora día 1 70,000 70,000

Mano de obra m3 1 80,000 80,000COSTO TOTAL 628,380

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

148

5. RESULTADOS INESPERADOS

Durante la determinación de la manejabilidad de las mezclas se presentó un resultado

incoherente ya que las mezclas de 1% de microsílice 5A y 5B, presentaron trabajabilidad

menores que la 3A y 3C (mezclas de control), saliéndose de la tendencia seguida por las

demás, esto posiblemente se debió a algún error de medición o a cambios bruscos de la

temperatura ambiente.

En el cálculo del peso unitario el resultado inesperado se presentó con la mezcla 4B (3%

de microsílice) la cual presentó mayor masa unitaria que las de contenido de microsílice

superiores como la 1A, 2A y 2B. Se presume que este valor corresponde, o a la presencia

de mayor cantidad de agregado grueso.

A nivel de resistencia a flexión la incompatibilidad presentada en la mezcla patrón 3C, en

la cual el ensayo de flexión para los 21 días reportó menor magnitud que el realizado a los

14 días de curado.

Probablemente se deba esta incoherencia a algún error en el vaciado de la viga o la

presencia de elementos extraños.

En la medición de pérdida de pasta de cemento por abrasión se encontró que las mezclas

5A y 5B reportaron pérdidas de pasta de cemento menores que todas las demás mezclas

excepto para las 6A y 6B. Posiblemente se deba a que se efectuó manualmente, por los

autores.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

149

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Después de realizarse un riguroso análisis de los resultados arrojados durante la ejecución de los

ensayos para cada una de las mezclas en estudio, con limitaciones técnicas y económicas de

cantidad de especímenes por mezcla evaluada no se logró realizar un análisis estadístico de estas

mezclas valiéndonos para ello de los criterios de aceptación y rechazo de concretos de la NSR10

(C 5.3.2.2).

Obteniéndose las siguientes conclusiones y recomendaciones.

Para contenidos de microsílice de 9% o más y condiciones ideales de dosificación,

mezclado, colocación, compactación y curado empleando los materiales de la región

(canto rodado no fracturado y arena de gradación media) se obtienen concretos de

resistencias considerables (≥ 6000 psi), baja permeabilidad (debido a la poca capacidad de

absorción de líquidos), de consistencia muy húmedas (está en función de la cantidad de

superplastificante utilizado dependiendo del requerimiento de obra) y con menos de

0,001% de pérdida de sección efectiva por abrasión mecánica siendo un concreto de alta

durabilidad; por todo lo anterior se dificultará el paso de sustancias químicas agresoras

como sulfatos y cloruros al acero de refuerzo, reduciendo al máximo los daños causados

por corrosión en las armaduras.

Este resultado es semejante al obtenido en el estudio "evaluación de microsílice en la

reparación de vigas de hormigón armado contaminado con cloruro©" realizado en España

y Venezuela, el cual arrojó que al trabajar con relaciones A/C ≤ 0,4 en ambientes

tropicales como el de Venezuela, no se deben utilizar altos contenidos de microsílice,

siendo el 10% un contenido suficiente y adecuado para garantizar una alta durabilidad.

__________________________________© Hernández L Yolanda Eugenia "Evaluación de microsilice en la reparación de vigas de hormigón armado contaminado con cloruros" - TesisDoctoral - Universidad de Granada Departamento de Ingeniería Civil, Granada – España 2009.

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150

El humo de sílice actúa aumentando la resistencia como consecuencia de la reducción de

la porosidad y de la acción puzolánica, además, proporciona el filler necesario para

conseguir una cierta autocompactabilidad y, en consecuencia, se disminuye la

permeabilidad.

El elevado aumento de resistencia mecánica resultado del uso de microsílice contribuye a

facilitar la reducción de las secciones de miembros estructurales en los diseños, haciendo

estructuras arquitectónicamente más agradables.

Con las dosificaciones de mezclas pre-establecidas (1:2:3 y 1:2:2 con A/C = 0.45) muy

utilizadas para diferentes tipos de construcciones en las regiones apartadas del país, el

empleo de cemento hidráulico de uso general y agregados de la región (canto rodado y

arena con Mf = 2.5 a 2.7), no se obtienen las resistencias estimadas (3000 y 4000 psi).

Las mezclas de dosificación 1:2:2 con microsílice ≤ 3% en desfavorables condiciones de

preparación y colocación no desarrollan resistencias superiores a 4000 psi a la edad de 28

días.

La relación A/C en los tipos de mezclas analizados influyó en las resistencia a compresión

y flexión, ajustándose la premisa fundamental de la tecnología del concreto, que plantea la

disminución de la resistencia a compresión, al generar un aumento de la relación A/C.

Para obras de Ingeniería de elevado nivel de importancia como puentes, acueductos,

embalses y pavimentos, en estas regiones se recomienda el empleo de mezclas con

contenidos de microsílice ≥ 3% con el fin de garantizar los requerimientos de resistencia y

durabilidad establecidos por la NSR10 y del proyecto. En obras de tipo residencial de

máximo tres plantas elaboradas con

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

151

materiales del sitio se puede usar contenidos de humo de sílice ≤ 3%, para garantizar la

resistencia estimada en las dosificaciones preestablecidas; teniendo en

cuenta un adecuado manejo la relación A/C (considerando el uso o no de aditivos

plastificantes o superplastificantes) con el fin de producir la manejabilidad deseada.

Las mezclas con adición de microsílice presentaron un fraguado más rápido, comparado

con el de un concreto convencional, sin embargo este efecto también se debió a la

influencia del aditivo supeplastificante incluido en el producto a base de microsílice

(EUCON MSA 100P).

La inclusión de microsílice reduce la exudación produciendo que el acabado superficial

puede ser dado más pronto que en el caso de concretos sin microsílice.

Las mezclas con contenidos de humo de sílice ≥1% presentan una reducción significativa

de la segregación causada por problemas de manipulación durante los procesos

constructivos, aportando al incremento de resistencia y conservación de la estructura

ejecutada.

A nivel de costos no se produce un incremento significativo para diseños de resistencia

especificada de 3000 psi comparado con una mezcla sin esta adicción, en cuanto para mezclas

de resistencias superiores a 3500 psi se genera un aumento de costos aproximadamente del

20% con relación a un diseño de mezcla de la misma resistencia especificada pero sin esta

adición minera, este incremento de costo es compensado con los beneficios en cuanto a

durabilidad, y ganancia de resistencia mecánica a edades superiores a 28 días, por lo que se

pueden reducir las secciones de los elementos estructurales, haciéndose estructuras

arquitectónicamente más agradables.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

152

Los resultados de este proyecto de investigación garantizan con estos diseños de mezclas la

utilización de concreto de calidad realizado en obra (in situ) disminuyéndose los efectos

colaterales a los que está expuesto el hormigón durante su proceso de fabricación, convirtiéndose

en un importante aporte para la ciencia de los materiales de construcción y al mejoramiento del

ejercicio de la Ingeniería especialmente en los lugares donde es prácticamente "imposible"

emplear concretos premezclados, sirviendo de guía para el personal involucrado en el sector de la

construcción en zonas rurales del departamento de Bolívar o en cualquier otro lugar de la

geografía nacional.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

153

6.1 RECOMENDACIONES

Se sugiere evaluar la resistencia mecánica de los diseños de mezclas que contengan esta

adición para edades superiores a 28 días# con el fin de maximizar su aprovechamiento

debido que con la edad el cemento genera hidróxido de calcio durante el proceso de

hidratación que reacciona con el dióxido de silicio presente aumentando la resistencia.

Se recomienda realizar estudios con otras adicciones, con el fin de observar las influencias

de las nuevas adiciones en todas las propiedades analizadas en este proyecto de

investigación.

Evaluar también el efecto del aditivo superplastificante incorporado en el producto a base

de microsílice usado si se emplea microsílice no densificada en estado pura.

Se recomienda realizar ensayos de tracción indirecta y relación de Poisson con el fin de

obtener datos de los efectos de esta adición sobre el diseño de mezcla a utilizar.

Procurar mantener una inspección permanente de calidad de materiales, dosificación y

mezclado, para garantizar los resultados estimados en la ejecución del proyecto.

Brindar capacitación al personal involucrado en el sector de la construcción en el empleo

de esta adición y en buenas prácticas de construcción, con el fin de reducir los errores

causados por el factor entrópico en las propiedades reológicas de las mezclas de concreto.

Debido a las alta finura de la microsílice se debe utilizar el equipo de seguridad personal(tapa boca, guantes, gafas…).

______________________________# Concreto de alta resistencia XIII edición coloquio de química del cemento – Universidad mayor de San Marcos – Lima, Perú. Enero de 2011.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

154

7. BIBLIOGRAFIA

ACI (America Concret Institute) Report Comité 201 2R- “Guide to Durable

Concrete”/ 1982.

ALVIS ALI JAIRO - Notas de clase de Resistencia de Materiales – Universidad de

Cartagena – Cartagena de Indias D T y C /2008.

ARANGO, O. J "Valoración de la permeabilidad al agua en concretos con diferentes

características" - Maestría en Ingeniería ‐ Estructuras Universidad Nacional de Colombia.

Bogotá D.C /2003.

Asociación Argentina del Hormigón; STAFF revista HORMIGONAR “Hormigones clase

H60 en Argentina: utilización en edificios de grandes alturas” pág.10 Buenos Aires

argentina /2004.

BAYASI, ZIAD. "Effects of fly Ash on the properties of silica – fume concrete".

Concrete international. Vol 14. Nº 4/1992.

BELTRAN Gloria “El concreto en la vida moderna” CONSTRUCCIÓN PAN –

AMERICANA; Santa fe de Bogotá 2010.

BUCHAS, J.; BUCHAS, F.. Hormigones De Alta Performance - Un Nuevo Desafió

Tecnológico Para La Construcción En La Presente Década. IX Jornadas Chilenas del

Hormigón. La Serena, Chile 2000.

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Institute, and Farmington Hills/2008.

Centro de Investigaciones avanzadas en Hormigón – Universidad Nacional de Córdoba

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CFE, Instituto de Ingeniería UNAM. Manual de Tecnología del Concreto. Sección

primera edición, Limusa, México /1994.

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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ANEXOS

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CONMICROSILICE

163

Resultados de ensayos a compresion para cada mezcla evaluada.

MEZCLA CARGA 7 Fc 7 psi Fc 7kg/cm2

CARGA14 Fc 14 Psi Fc 14 Kg/cm2 CARGA

21 Fc 21 Psi Fc 21Kg/cm2 CARGA 28 Fc 28 Psi Fc 28 Kg/cm2

1A

66383,0

2381,9 166,7

76455,0

2810,7 196,7

90864,0

3258,2 228,1

97260,0

3625,3 253,869058,0 78700,0 92141,0 98614,0

59778,0 75211,0 84033,0 101253,0

1B

80006,0

3004,7 210,3

84569,0

3171,8 222,0

108977,0

3661,1 256,3

118013,0

4493,7 314,683670,0 84530,0 93087,0 107966,0

82587,0 90859,0 97996,0 142326,0

2A

95347,0

3299,5 231,0

94418,0

3419,6 239,4

98815,0

3572,6 250,1

99866,0

4210,7 294,885811,0 96225,0 96865,0 125556,0

89265,0 89630,0 97132,0 119689,0

2B

131612,0

4379,9 306,6

125753,0

4968,9 347,8

122575,0

5346,6 374,3

144389,0

5714,8 400,0109326,0 138299,0 162312,0 163009,0

118037,0 143201,0 153321,0 160988,0

3A

51007,0

1841,2 128,9

54402,0

2045,6 143,2

62292,0

2270,8 159,0

66432,0

2429,4 170,154244,0 54559,0 65259,0 65349,0

45657,0 58695,0 58564,0 67331,0

3B

59600,0

2265,7 158,6

76897,0

2658,1 186,1

84324,0

3041,8 212,9

86565,0

3419,0 239,362306,0 76973,0 81977,0 95313,0

63790,0 63989,0 83006,0 98342,0

3C

57405,0

2060,2 144,2

64983,0

2250,2 157,5

69365,0

2515,2 176,1

73032,0

2734,1 191,456100,0 60786,0 67609,0 74839,0

55352,0 58654,0 69168,0 76212,0

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ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CONMICROSILICE

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MEZCLA CARGA 7 Fc 7 psi Fc 7kg/cm2

CARGA14 Fc 14 Psi Fc 14

Kg/cm2CARGA

21 Fc 21 Psi Fc 21Kg/cm2 CARGA 28 Fc 28 Psi Fc 28 Kg/cm2

4A

56921,0

2085,2 146,0

66687,0

2521,8 176,5

72111,0

2791,1 195,4

88976,0

3255,6 227,953246,0 68764,0 77746,0 84645,0

60733,0 71232,0 78900,0 93211,0

4B

61067,0

2560,5 179,2

68999,0

2785,1 195,0

83115,0

3267,6 228,7

113244,0

3922,6 274,673220,0 80343,0 97989,0 109486,0

75573,0 78922,0 86708,0 98764,0

5A

53415,0

2014,0 141,0

63987,0

2410,1 168,7

72112,0

2652,8 185,7

79677,0

3009,5 210,755670,0 67432,0 76543,0 86997,0

55981,0 66111,0 68765,0 79988,0

5B

66033,0

2467,5 172,7

85076,0

2987,9 209,2

91589,0

3284,8 229,9

94500,0

3532,2 247,367211,0 83006,0 88987,0 97432,0

68994,0 76809,0 88643,0 97566,0

6A

130655,0

4850,6 339,5

135612,0

5342,1 373,9

144902,0

5697,6 398,8

162998,0

6095,9 426,7140032,0 159906,0 166197,0 159507,0

126870,0 142321,0 155877,0 177112,0

6B

58990,0

2196,9 153,8

67897,0

2577,9 180,5

78211,0

2881,8 201,7

110987,0

3539,0 247,761097,0 69981,0 75947,0 83429,0

59972,0 73409,0 82033,0 95644,0