UNIDAD II

MATERIALES PARA EL

CONCRETO

Qu es el concreto? El concreto es el material constituido por la mezcla

en ciertas proporciones de cemento, agua,

agregados y opcionalmente aditivos, que

inicialmente denota una estructura plstica y

moldeable, que posteriormente adquiere una

consistencia rgida con propiedades aislantes y

resistentes, lo que lo hace un material ideal para la

construccin.

Conglomerado

Elementos del Concreto Cemento Portland

Agua

Agregados

Aditivos

Cemento Portland Es un aglomerante hidrfilo, resultante de la

calcinacin de rocas calizas, areniscas y

arcillas, de manera de obtener un polvo muy

fino que en presencia de agua endurece

adquiriendo propiedades resistentes y

adherentes.

Componente Procedencia

95%

5 %

xido de Calcio (CaO) Rocas Calizas

xido de Slice (SiO2) Areniscas

xido de Aluminio

(Al2O3)

Arcillas

xido de Fierro (Fe2O3) Arcillas, Mineral de Hierro,

Pirita

Componente Procedencia

95%

5 %

xidos de Magnesio,

Sodio, Potasio, Titanio,

Azufre, Fsforo y

Magnesio Minerales Varios

Composicin Cemento Portland

Compuesto Porcentaje Abreviatura

CaO 61% - 67% C

SiO2 20% - 27% S

Al2O3 4% - 7% A

Fe2O3 2% - 4% F

SO3 1% - 3%

MgO 1% - 5%

K2O y Na2O 0.25% - 1.5%

Elementos componentes del cemento

a. Silicato Triclcico:

(3CaO.SiO2 --> C3S --> Alita)

Define la resistencia inicial, importante en el calor

de hidratacin.

b. Silicato Diclcico:

(2CaO.SiO2 --> C2S --> Belita)

Define la resistencia a largo plazo

c. Aluminato Triclcico:

(3CaO.Al2O3) --> C3A

Es responsable de la resistencia del cemento a los

sulfatos

d. Alumino-Ferrito Tetracalcico:

(4CaO.Al2O3.Fe2O3 --> C4AF --> Celita)

Ttrascendencia en la velocidad de hidratacin y secundariamente en el calor de hidratacin.

e. xido de Magnesio (MgO)

Para contenidos mayores del 5% trae problemas de

expansin en la pasta hidratada y endurecida.

f. xidos de Potasio y Sodio

(K2O.Na2O -->Alcalis)

Reacciona qumicamente con algunos agregados

g. xidos de Manganeso y Titanio

(Mn2O3.TiO2)

En la coloracin, para contenidos > 5%, reducen la resistencia a largo plazo

Silicatos y aluminatos son los componentes mayores.

Las variantes en las proporciones de los componentes dan como resultado los

diferentes tipos de cemento.

Mecanismo de Hidratacin Reacciones qumicas entre el agua y los

componentes del cemento, que llevan

consigo el cambio del estado plstico al

endurecido, con las propiedades

inherentes a los nuevos productos

formados. Los componentes ya

mencionados anteriormente, al reaccionar

con el agua forman hidrxidos e hidratos

de Calcio complejos.

a. Estado plstico

Unin del agua y el polvo de cemento formando

una pasta moldeable. Dura entre 40 y 120

minutos (reacciones se atenan).

b. Fraguado inicial

Condicin de la pasta de cemento en que se

aceleran las reacciones qumicas, empieza el

endurecimiento y la prdida de la plasticidad. Se

genera el calor de hidratacin. Dura alrededor de

tres horas.

c. Fraguado final

Se obtiene al trmino de la etapa de fraguado

inicial, caracterizndose por endurecimiento

significativo y deformaciones permanentes.

d. Endurecimiento

Se produce a partir del fraguado final y es el

estado en que se mantienen e incrementan con el

tiempo las caractersticas resistentes.

El volumen de slidos crece con el tiempo

internamente.

Se necesita, agua, temperatura y tiempo para

producir la hidratacin (curado)

Volmenes de productos de hidratacin son

menores a volmenes de agua y cemento

empleados (hay contraccin de pasta endurecida)

Relacin a/c mnima para hidratacin completa:

0.35 a 0.40.

Tipos de cementos y sus

aplicaciones

Tipo I

De uso general, donde no se requieren

propiedades especiales.

Tipo II

De moderada resistencia a los sulfatos y

moderado calor de hidratacin. Para emplearse

en estructuras con ambientes agresivos y/o en

vaciados masivos.

Tipo III

Desarrollo rpido de resistencia con elevado

calor de hidratacin. Para uso en clima fro o

en los casos en que se necesita adelantar la

puesta en servicio de las estructuras.

Tipo IV

De bajo calor de hidratacin. Para concreto

masivo.

Tipo V

Alta resistencia a los sulfatos. Para ambientes

muy agresivos.

Cementos mezclado o adicionados

Tipo IS

Cemento al que se ha aadido entre un 25%

a 70% de escoria de altos hornos referido al peso

total (Material no metlico formado por silicatos y

otras bases producto de la fusin del hierro en un

alto horno).

Tipo ISM

Cemento al que se ha aadido menos de 25%

de escoria de altos hornos referido al peso total.

Tipo IP

Cemento al que se le ha aadido puzolana en un

porcentaje que oscila entre el 15% y 40% del peso

total.

Tipo IPM

Cemento al que se le ha aadido puzolana en un

porcentaje menor de 15% del peso total.

Todos estos cementos tienen variantes en que se

les aade aire incorporado (sufijo A), se induce

resistencia moderada a los sulfatos (sufijo M), o se

modera el calor de hidratacin (sufijo H).

La Puzolana es el nombre que recibe la ceniza

volcnica, que proviene de la poblacin de

Puzzuoli, en las faldas del Vesubio, donde ya era

explotada en tiempos de los romanos. Las

puzolanas son materiales inertes silceos y/o

aluminosos, que individualmente tienen

propiedades aglomerantes casi nulas, pero que

finamente molidas y al reaccionar qumicamente

con hidrxidos de Calcio y agua adquieren

propiedades aglomerantes.

La puzolana en las que el constituyente amorfo

es vidrio producido por enfriamiento brusco de

la lava. Por ejemplo las cenizas volcnicas, las

tobas, la escoria y obsidiana.

Mayor defensa frente a los sulfatos y cloruros.

Mayor resistencia frente al agua de mar.

Aumento de la impermeabilidad ante la reduccin de

grietas en el fraguado.

Reduccin del calor de Hidratacin.

Incremento en la resistencia a la compresin.

Incrementa la resistencia del acero a la corrosin.

Aumenta la resistencia a la Abrasin.

Aumento en la durabilidad del cemento.

Disminuye la necesidad de agua.

Funcin de la puzolana en el cemento

Agua de mezcla

Elemento indispensable para la hidratacin del

cemento.

Funciones:

1. Reaccionar con el cemento para hidratarlo

2. Actuar como lubricante para contribuir a la

trabajabilidad del conjunto

3. Procurar la estructura de vacos necesaria en la

pasta para que los productos de hidratacin

tengan espacio para desarrollarse

Regla emprica: Si es apta para el consumo

humano, es apta para el concreto !

Efectos ms perniciosos del agua con

impurezas:

1. Retardo en el endurecimiento

2. Reduccin de las resistencias

3. Manchas en el concreto endurecido

4. Eflorescencias

5. Contribucin a la corrosin del acero

6. Cambios volumtricos

Descripcin Lmite permisible

Slidos en suspensin 5000 ppm mximo

Materia orgnica 3 ppm mximo

Carbonatos y bicarbonatos alcalinos (alcalinidad total

expresada en NaHCO3) 1000 ppm mximo

Sulfatos (in SO4) 600 ppm mximo

Cloruros (in Cl) 1000 ppm mximo

pH Entre 5.5 y 8

Norma ITINTEC 339.088

Efectos de las impurezas:

Exceso de cloruros, sulfatos y carbonatos (ms de 5000 ppm) reducen la resistencia

hasta en 30%

Materia orgnica por encima de 1000 ppm, reduce resistencia e incorpora aire

Para evaluar, se elaboran cubos de morteros

que se comparan, los del agua experimental

deben alcanzar el 90% de resistencia que

alcanzan los cubos con agua normalizada

Agregados

Elementos inertes del concreto que son

aglomerados por la pasta de cemento para formar

la estructura resistente. Ocupan alrededor de las

3/4 partes del volumen total.

Se ha establecido convencionalmente la distincin

entre agregado grueso (piedra) y agregado fino

(arena) en funcin de las partculas mayores y las

menores de 4.75 mm (Malla Standard ASTM # 4).

Deben conformar una estructura densa y trabajable

Caractersticas fsicas

Peso especfico

Es el cociente entre el peso de las partculas

dividido entre el volumen de los slidos

Peso unitario

Es el cociente entre el peso de las partculas

dividido entre el volumen total

Anlisis granulomtrico

Es la representacin numrica de la distribucin

volumtrica de las partculas por tamaos.

Mdulo de fineza

Suma de los porcentajes retenidos acumulativos de

la serie Standard hasta el Tamiz N 100 dividido

entre 100.

Est demostrado que independientemente de la

granulometra, los concretos con agregados de

igual modulo de fineza, mantienen las mismas

condiciones de trabajabilidad y resistencia.

Debe evitarse contaminaciones de manera similar al

caso del agua.

Debe observarse los agregados reactivos con lcalis,

para prevenir aparicin de gel expansivo (algunas

andesitas)

Aditivos Son sustancias que se aaden al concreto para

modificar adrede algunas de sus propiedades.

Los aditivos actan sobre el cemento, excepto los

curadores qumicos.

El uso de aditivos cobra auge en la dcada del 50

al descubrirse los incorporadores de aire. Se

investigan nuevos productos como los reductores

de agua, acelerantes, retardantes, plastificantes,

expansivos, etc.

Actualmente ya no es considera una opcin

alternativa sino un ingrediente bsico.

En Per dicho criterio an no se asimila.

Propiedades y comportamiento del

concreto

El comportamiento resistente

se deber a cmo se adhieren

la pasta y los agregados y al

acomodo de las piezas

La estructura del concreto no

es homognea ni isotrpica

El agua y el cemento ocupan

el 30% del volumen pero son

los que principalmente

condicionan el resultado final

El agua que interviene

condiciona la porosidad del

concreto y su

comportamiento final

Propiedades del concreto fresco

Trabajabilidad

Es la mayor o menor dificultad para el mezclado,

transporte, colocacin y compactacin del

concreto.

Segregacin

Es la tendencia natural de las partculas ms

pesadas a descender en la pasta de concreto

Exudacin

Propiedad por la cual una parte del agua de

mezcla se separa de la masa y sube hacia la

superficie del concreto.

Contraccin

Contraccin por secado, que es la responsable de

la mayor parte de los problemas de figuracin,

dado que ocurre tanto en el estado plstico como

en el endurecido si se permite la perdida de agua

en la mezcla.

Propiedades del concreto fresco

Propiedades del concreto endurecido

Elasticidad

En general, es la capacidad del concreto de

deformarse bajo carga, sin tener deformacin

permanente.

Resistencia

Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos

Extensibilidad

Es la propiedad del concreto de deformarse sin

agrietarse.