INTRODUCCION

En los ltimos aos, en pases como Mxico, Per y Chile se ha emprendido un intenso esfuerzo para incrementar la oferta de vivienda de baja altura (uno o dos niveles) y de bajo costo. Por ejemplo, con el propsito de ofrecer una solucin a la creciente demanda de vivienda, en Mxico se planea construir aproximadamente 800,000 viviendas en promedio por ao. Cuando se emplea el proceso tradicional de construccin con mampostera, se dificulta llegar a las metas anuales debido principalmente a la escasez de mano de obra y a la lentitud del proceso de construccin. Por tanto, los procesos de construccin industrializada son considerados cada vez ms como una opcin tcnica y econmicamente viable. En el caso de la vivienda, actualmente se utiliza la construccin industrializada de viviendas de bajo costo con muros de concreto, como complemento a la construccin de la vivienda tradicional de mampostera. Los muros de concreto son delgados, con cuantas de refuerzo bajas y son colados en sitio. Algunas de lasventajas que se obtienen con la construccin industrializada son: la aceleracin de la produccin de vivienda, la reduccin de la mano de obra, el equilibrio en los niveles de calidad de construccin, la construccin sostenible, adems de la oferta econmica accesible (Snchez,2010). La creciente demanda de viviendas industrializadas ha impulsado el desarrollo de nuevos materiales y tcnicas para la construccin de viviendas de bajo costo. La entrada al mercado de estos nuevos materiales y tcnicas es una opcin para construir de manera diferente.Por ejemplo, el concreto ligero ofrece propiedades trmicas que promueven ahorro de energa para el usuario, adecuadas propiedades acsticas y de resistencia al fuego, as como la reduccin de cargas muertas en las estructuras. Adicionalmente, el concreto autocompactablemejora el acabado de los terminados aparentes y reduce los costos asociados a la colocacin, ya que no se requiere mano de obra excesiva ni vibradores para compactar el concreto (CEMEX, 2012). En general, la vivienda industrializada a base de muros delgados de concreto es una opcin eficiente para proporcionar seguridad ante eventos ssmicos (Carrillo y Alcocer, 2011), incentivar la conservacin del medio ambiente y promover la reduccin de los costos de construccin,operacin y mantenimiento (Carrillo y Alcocer, 2012). Con el propsito de desarrollar ayudas de diseo que promuevan la utilizacin de diferentes tipos de concreto en la vivienda industrializada de bajo costo, se llev a cabo un estudio experimental para caracterizar las propiedades mecnicas de los concretos de peso normal, peso ligero y autocompactable. El programaexperimental incluy el ensayo de 603 especmenes en forma de cilindros y vigas. En el estudio se determinaron las propiedades mecnicas de los tres tipos de concreto sometidos a esfuerzos de compresin, tensin y flexin. A partir de las tendencias de los resultados experimentales, se proponen correlaciones numricas para estimar las propiedades mecnicas bsicas de los concretos, tales como mdulo de elasticidad, resistencia a tensin indirecta y resistencia a tensin por flexin. Adicionalmente, en el artculo se proponen recomendaciones respecto a la resistencia mnima a compresin del concreto para vivienda y a la edad de descimbrado de los muros.

PROPIEDADES MECANICAS DEL CONCRETO

DUREZA:

Propiedad que depende de la constitucin mineralgica, la estructura y la procedencia del agregado. En la elaboracin de concretos sometidos a elevadas tasas de desgaste por roce o abrasin, como aplicaciones en pavimentos o revestimientos de canales, la dureza del agregado grueso es una propiedad decisiva para la seleccin de los materiales.La dureza generalmente se determina indirectamente, por medio de un ensayo denominado desgaste en la mquina de los Angeles, el cual se encuentra descrito en la norma NTC 93 y NTC 98. Tambin se puede determinar mediante el ensayo descrito en la norma NTC 183. Pero, los datos que se obtienen, en algunos casos no son suficientes para decidir sobre si se pueden emplear o no, por lo cual el ensayo que ms se emplea es el de desgaste en la mquina de los ngeles.

RESISTENCIA

El agregado grueso, en mayor medida que el fino, va a resultar relacionado con el comportamiento de las resistencias del concreto, por su aporte en tamaos de grano dentro de la masa de la mezcla. En tal sentido, una de las posibilidades de ruptura de la masa es por medio del agregado grueso (las otras son por la pasta y por la interfase de contacto entre pasta y agregado). De esta manera, la resistencia de los agregados cobra importancia y se debe buscar que ste nunca falle antes que la pasta de cemento endurezca.

TENACIDAD

La tenacidad o resistencia a la falla por impacto es una propiedad que depende de la roca de origen y se debe tener en cuenta ya que tiene mucho que ver con el manejo de los agregados, porque si estos son dbiles ante las cargas de impacto, se puede alterar su granulometra y tambin disminuir la calidad del concreto que con ellos se elabore. La manera de medirla se encuentra especificada en la norma BS-8 12.

ADHERENCIA

Se conoce con el nombre de adherencia la interaccin que existe en la zona de contacto agregado - pasta, la cual es producida por fuerzas de origen fsico - qumico. Entre ms adherencia se logre entre la pasta de cemento endurecida y los agregados, mayor ser la resistencia del concreto.La adherencia depende de la calidad de la pasta de cemento y, en gran medida, del tamao forma, rigidez y textura de las partculas del agregado, especialmente cuando se trata de resistencia a flexin. Hoy en da, no se conoce ningn mtodo que permita medir la buena o mala adherencia de los agregados, pero es claro que aumenta con la rugosidad superficial de las partculas.

RESISTENCIA MECNICA DEL CONCRETO:

La resistencia mecnica ha sido por muchos aos considerada como la propiedad mas identificada con el comportamiento del concreto como material de construccin, debido principalmente a tres razones:

- La resistencia mecnica ( a compresin o a tensin ) tiene influencia directa sobre la capacidad de carga de las estructuras.- Es la propiedad ms fcilmente determinable del concreto endurecido.- Los resultados de su determinacin pueden ser utilizados como datos ndice de otras propiedades delConcreto.

Se debe hacer notar que el uso de la resistencia mecnica del concreto como ndice general de su aptitud para prestar un buen servicio permanente, no siempre es adecuado ya que pueden presentarse situaciones en las que dominen otras caractersticas y propiedades del concreto, de acuerdo con las condiciones especificas en que se desempea la estructura.

Es comn reconocer al concreto como un material frgil debido a que su comportamiento en el rango plstico es muy limitado, es decir que una vez el concreto ha alcanzado su deformacin mxima til, tiene poca capacidad de absorber energa en deformacin, llevando que se presenta la falla sbita del material.

Un aspecto que se debe tener en cuenta es que la resistencia real de la pasta de cemento es mucho menor que la resistencia terica estimada sobre la base de la cohesin molecular, calculada a partir de la energa superficial de un solido supuesto perfectamente homogneo y sin defectos. La resistencia terica se ha estimado de 10 000 kg/cm2. Dicha discrepancia puede explicarse por la presencia incontrolada de defectos en el concreto endurecido, los cuales conducen a que cuando el material se encuentre bajo carga, se generen una serie de esfuerzos que pueden llegar a ser de grandes magnitudes, no por la magnitud de la carga sino por que se encuentran concentrados en volmenes pequeos del espcimen, causando la consecuente fractura microscpica.

La falla local comienza en un punto y esta gobernada por las condiciones de ese punto, el conocimiento del esfuerzo mximo no basta para predecir la falla; se necesita conocer tambin la distribucin de esfuerzos en un volumen suficientemente grande alrededor del punto de esfuerzo mximo, as como la respuesta del material en trminos de su deformacin; la posibilidad de que la falla se esparza esta tambin afectada por el estado del material alrededor del punto crtico.Los defectos varan en tamao y solamente los mayores causan fallas; de esta manera toma vital importancia los procesos de elaboracin y cuidado de los espcimenes de concreto, que si bien , no evitan la falla del elemento, si conducen a que la probabilidad de que se presenten estos pequeos defectos disminuya. Por lo anterior se puede concluir pues, bajo condiciones de elaboracin y cuidado controladas, que la resistencia de un espcimen de concreto se convierte en un problema de probabilidad estadstica, y el tamao del espcimen tendr una gran incidencia en la magnitud del esfuerzo potencial para el cual se presentar la falla. De esta manera la resistencia de un material frgil como el concreto, no puede describirse nicamente por un valor promedio, debe darse ademas una indicacin de la variabilidad de la resistencia, as como informacin acerca del tamao y forma de los especmenes.

En trminos generales, la resistencia mecnica que potencialmente puede desarrollar el concreto depende de:- La resistencia de los agregados.- La resistencia de la pasta de cemento endurecida.- La adherencia que se produce entre los agregados y la pasta de cemento endurecida.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA MECNICA

RESISTENCIA DE LOS AGREGADOS:

Cuando las partculas de los agregados son duras y resistentes, la resistencia mecnica del concreto tiende a ser gobernada por la resistencia de la pasta de cemento y/o por la adherencia de esta con los agregados.Los agregados de peso normal, que cumplen con los requisitos de calidad dictados por las pruebas de densidad, sanidad, absorcin, etc. suelen estar constituidos por partculas de rocas cuyas resistencias a compresin exceden a 700 kg/cm2 ( valores que oscilan entre 840 y 2100 kg/cm2 ), esto los hace aptos para permitir el desarrollo de las resistencias a compresin hasta de 500kg/cm2 que usualmente se pretenden en el concreto convencional de peso normal. Por lo anterior se puede suponer que en condiciones normales la resistencia propia de los agregados no sea la que determine la resistencia mecnica del concreto endurecido, sino que esta dependa de la resistencia de la pasta de cemento endurecida y/o de la adherencia pasta-agregado.

RESISTENCIA DE LA PASTA DE CEMENTO:

La resistencia mecnica que un concreto pueda desarrollar depende en gran medida de que los procesos de hidratacin entre el cemento y el agua de mezclado se efecten de manera adecuada dentro de las 24 horas siguientes a la labor de mezclado de todos los componentes. Por lo anterior el suministro de una cantidad ptima de agua de mezclado y de posterior curado, favorecern a que las reacciones de hidratacin de los granos de cemento sean llevadas a cabo con el fin de que los productos de hidratacin generados por las mismas, comiencen a ubicarse en los espacios intersticiales de la pasta, reduciendo su porosidad y aumentando en forma gradual su resistencia.Se puede considerar entonces que existen dos hechos fundamentales por los cuales la pasta de cemento podr llegar a desarrollar toda su resistencia potencial:1) La cantidad de productos de hidratacin que se hayan generado hasta el momento de la prueba o exigencia.2) Que los espacios intersticiales originalmente ocupados por agua sean llenados por productos deHidratacin de los granos de cemento.

En el primer caso, si se tienen condiciones controladas de curado y del ambiente exterior donde el concreto adquirir su resistencia , la capacidad de la pasta solo es funcin del tiempo transcurrido o tiempo permitido para que la pasta de cemento realice su proceso de hidratacin. Por ende toda prueba o ensayo donde se mida la resistencia mecnica del concreto debe incluir como infirmacin adicional el lapso de tiempo desde su elaboracin hasta su ensayo y las condiciones ambientales a las que se encontr sometido el elemento en ese mismo intervalo de tiempo.

En cuanto al segundo caso, la posibilidad de que los espacios disponibles sean ocupados por los productos de hidratacin depende directamente de la cantidad de agua que sea usada en la mezcla. El agua en la pasta semiendurecida se encuentra en tres etapas bsicas: 1) Agua que reacciona formando la gel cemento, 2) Agua absorbida por la superficie interna de la gel (agua de gel ) y 3) Agua libre que permanece en los espacios capilares no ocupados por la gel (agua capilar). Una mayor cantidad de agua pasar directamente a aumentar el espacio disponible debido a que para una misma cantidad de cemento, la cantidad de agua que se necesita para que este reacciones por completo permanece constante y por consiguiente el agua excedente se convertir en volumen de mezcla. De esta manera se hace menor el grado de ocupacin de este espacio por la gel de cemento, efecto que conlleva a un aumento en la porosidad del concreto con su consecuente disminucin en la resistencia mecnica potencial. En la figura 1 se muestra un esquema donde se representa tal situacin.

NUEVOS TIPOS DE CONCRETO PARA VIVIENDA:

Desde hace algunos aos se ha detectado un incremento en la construccin de viviendas, tanto en los sectores de inters social como de tipo medio, con muros de concreto. Por otra parte, para mejorar la calidad de las viviendas, se han incorporado al mercado los concretos de peso ligero y autocompactable, como opciones al concreto de peso normal. Independientemente del tipo de concreto, es comn en el diseo el empleo de una resistencia a compresin del concreto de 15 MPa (150 kg/cm2) en el clculo de las viviendas. Los concretos ligero y autocompactable poseen caractersticas particulares que pueden hacer ms funcional su empleo en el sector vivienda y,tal como lo demuestra Snchez (2010), se ha detectado un incremento en su empleo. A continuacin, se discuten las ventajas de los dos tipos de concreto que en los ltimosaos se han incorporado al mercado de la construccin de vivienda de bajo costo.

CONCRETO LIGERO:

Segn NTC-C (2004), el concreto ligero es un concreto con peso volumtrico en estado fresco menor o igual que 19 kN/m3 (1900 kg/m3). De esta manera, la utilizacin de este concreto permite reducir las cargas muertas en las estructuras y, por tanto, las fuerzas ssmicasse reducen. En cuanto a las propiedades trmicas, el concreto ligero tiene bajo coeficiente de conductividad trmica en comparacin con los concretos de peso normal y autocompactable, lo que permite un ahorro de energa para el usuario final, ya que la vivienda se asla de manera ms eficiente contra los cambios de temperatura. En cuanto a la facilidad de colocacin, la alta trabajabilidad del concreto ligero favorece las operaciones de colocacin y elimina la utilizacin de vibradores, por tanto, reduce los costos de construccin. Adicionalmente, este tipo de concreto ofrece adecuadas propiedades acsticas y de resistencia al fuego. Usualmente, el tamao mximo del agregado que se utiliza en el concreto ligero es de 10 mm. Este concreto se dosifica para proporcionar revenimientos que varan entre 14 y 18 cm y, por tanto, el concreto es apto paraser bombeable. En este concreto es difcil obtener resistencias a compresin mayores que 20 MPa (200 kg/cm2), sin que se alteren sus propiedades de rigidez y peso volumtrico, ya que en la medida que se incrementa la resistencia, sistemticamente se incrementan el peso volumtrico y el mdulo de elasticidad. Para una resistencia de 15 MPa (150 kg/cm2), el costo del concreto depeso ligero es alrededor de 5% mayor que el costo del concreto de peso normal (CEMEX, 2012).

CONCRETO AUTOCOMPACTABLE:

El concreto autocompactable mejora el acabado de los terminados aparentes y reduce los costos asociados a la colocacin, ya que no se requiere de mano de obra excesiva ni de vibradores para compactar el concreto. La alta trabajabilidad del concreto autocompactable permite obtener una fluidez de hasta 65 cm, conforme a la prueba de extensibilidad, y reduce los problemas de segregacin. En cuanto al peso volumtrico, ste es similar al de un concreto de peso normal. Regularmente, el tamao mximo del agregado es de 13 mm. Cuando se emplea este tipo de concreto, es posible lograr resistencias a compresin que varan entre 10 y 50 MPa (100 y 500 kg/cm2). Los mdulos de elasticidad y de ruptura no difieren significativamente de los calculados para un concreto de peso normal. Para una resistencia de 15 MPa (150 kg/cm2), el costo del concreto autocompactable es alrededor de 8% mayor que el costo del concreto de peso normal (CEMEX, 2012).

ESTUDIO SOBRE MUROS DE CONCRETO:

Con el propsito de incrementar y mejorar la oferta tecnolgica de las viviendas de inters social construidas con muros de concreto, en el Instituto de Ingeniera de la UNAM se desarroll un extenso programa de investigacin experimental y analtico, donde se estudi el comportamientode muros con refuerzo convencional (barras corrugadas y malla de alambre soldado). El objetivo general de la investigacin fue proponer criterios de anlisis y diseo sismorresistente aplicables a muros de concreto para viviendas de baja altura y de bajo costo. El programa experimental incluy 39 ensayos cuasi-estticos y dinmicos de muros con diferente relacin de aspectoy sistemas de muros con aberturas (Flores et al., 2007; Snchez, 2010, Carrillo y Alcocer, 2012a). Las variables de estudio se obtuvieron de las empleadas con ms frecuencia en la prctica del diseo y construccin de viviendas de concreto en algunos pases de Latinoamrica. En la tabla 1 se describen las variables de estudio y en la tabla 2 se muestra la lista de los muros de concreto.A partir del anlisis de la informacin experimental y analtica, en el estudio se comprob que las cuantas mnimas de refuerzo a cortante estipuladas en los reglamentos para diseo ssmico de viviendas de baja altura son conservadoras o muy conservadoras, especialmente para estructuras situadas en algunas zonas de amenaza ssmica baja o moderada (Carrillo y Alcocer, 2012a).Con base en lo anterior, Carrillo y Alcocer (2011) proponen recomendaciones de acuerdo con la capacidad y la demanda de las viviendas. Por ejemplo, en algunas zonas se propuso prescindir o disminuir el refuerzo a cortante en el alma del muro, a cambio de utilizar requisitosespecficos por cambios volumtricos y/o refuerzo por integridad estructural, as como parmetros particulares para diseo ssmico.

PROGRAMA EXPERIMENTAL:

Con el propsito de caracterizar las propiedades mecnicas de los tipos de concreto que se utilizan para la construccin de muros para vivienda de bajo costo, el programa experimental incluy el ensayo de 603 especmenes;486 en forma de cilindros y 117 en forma de vigas.

CARACTERISTICAS BASICAS DEL CONCRETO:

Los tres tipos de concreto utilizados en este estudio (peso normal, peso ligero y autocompactable), fueron premezclados y proporcionados por el Grupo CEMEX.Las caractersticas especificadas de los tres tipos de concreto utilizados se muestran en la tabla 3. Infortunadamente, por disposiciones del proveedor, no fue posible conocer la proporcin de agregados, agua y cemento en las mezclas.

TIPO Y CANTIDAD DE ESPECIMES DE CONCRETO:

En este estudio, los especmenes del concreto fueron del tipo de cilindros de 150 mm de dimetro por 300 mm de altura, para obtener ndices de resistencia a compresin, mdulo de elasticidad y resistencia a tensin indirecta, por medio de ensayos de compresinsimple, mdulo de elasticidad y compresin diametral, respectivamente. Adicionalmente, se obtuvieron vigas de 600 mm de longitud y 150 mm de alto y de ancho, para obtener el ndice de resistencia a tensin por flexin (o mdulo de rotura).

El muestreo del concreto se realiz simultneamente con el colado de los muros (tabla 2) y, por tanto, se obtuvieron especmenes para las tres fases del colado de los muros (hasta la mitad del muro, hasta el extremo superior del muro y hasta la losa superior). En la tabla 4.