INTRODUCCION

Cuando se estudian los procedimientos para dosificar mezclas de concreto, se recomienda hacer mezclas de prueba, con el fin de determinar las proporciones del hormigón que cumplan con las características deseadas, para ser empleado en la construcción. Sin embargo, esto no significa, que el hormigón hecho en la obra o en la planta vaya a tener una resistencia uniforme e igual a la determinada con base en las mezclas de prueba.

Lo anterior se debe a que el concreto es un material esencialmente heterogéneo, porque sus componentes tienen características que no son constantes. No sólo son los materiales lo causantes de las variaciones en la calidad del hormigón; también influye la forma de mezclarlo, su transporte y colocación en formaletas, la compactación a que se someta y el curado que se le proporcione.

Por las razones anteriores, es necesario tomar las precauciones adecuadas para que la calidad del material producido, sea aceptable. La medida final que informa sobre la calidad obtenida,es la que resulta de los ensayos de resistencia. Aquí surge otra variable, pues la forma de hacer los ensayos y la precisión de la máquina que se use, van a influir en los resultados.

La resistencia de un concreto, normalmente aumenta con la edad. Dicho aumento se produce muy rápidamente durante los primeros días posteriores a su colocación, resultando más gradual al transcurrir el tiempo, aún continuará incrementándose en una proporción más reducida durante un período de tiempo indefinido. La resistencia a compresión de un concreto a los 28 días, determinada de acuerdo con los ensayos normalizados y suponiendo que haya sido curado en forma correcta, se emplea generalmente como índice de calidad del mismo. El mejor método para obtener un criterio sobre calidad, debido a la dispersión de los resultados, es el derivado de consideraciones estadísticas.

REDUCCION DE LA RESISTENCIA PROMEDIO

Actualmente los reglamentos de diseño por sismo permiten la existencia de deformaciones inelásticas en edificios y otros tipos de estructuras durante sismos de gran intensidad. Como resultado de esta filosofía de diseño las fuerzas laterales que se utilizan en el diseño de las estructuras no corresponden a las necesarias para mantener a la estructura elástica durante sismos severos, sino corresponden a fuerzas reducidas.

Estas fuerzas reducidas suelen ser menores, y en algunos casos mucho menores, que las necesarias para mantener a la estructura elástica. En la mayoría de los reglamentos, la reducción de fuerzas se hace a través de factores de reducción de resistencia. Estos factores deben tener en cuenta la disipación de energía y el incremento del amortiguamiento por comportamiento inelástico, así como la sobre resistencia estructural, entre otros factores. Actualmente, se reconoce que el factor de reducción de resistencia, R, es igual al producto de cuatro factores

R= Ru x Rv x Rr x Rss

Donde R es un factor de reducción por sobre resistencia; Ru es un factor de reducción debido a la disipación de energía por comportamiento no lineal de la estructura; Rv un factor de reducción para tener en cuenta sistemas de múltiples grados de libertad, y Rr un factor de redundancia. El factor Rss define como el cociente de la capacidad última de la estructura y su capacidad de diseño, o nominal.

Estudios recientes han observado que el factor R depende, principalmente, del periodo natural de vibración de la estructura y del sistema existente ante cargas laterales. Una discusión detallada de los factores que pueden contribuir a la sobre resistencia estructural .

CONCEPTO PREVIO

1.- CONCRETO

El término concreto es originario del latín: concretus, que significa "crecer unidos" o "unir".

Es un material artificial utilizado en ingeniería, El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: Agregado y pasta.

La pasta, compuesta de Cemento Portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el Cemento y el agua.Los agregados, generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos.

Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm;

Los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.

La pasta está compuesta de Cemento Portland, agua y aire, El cual constituye del 25 al 40 % del volumen total del concreto. Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, su selección es muy importante.

Existen cinco tipos de cemento;

1. Tipo I: Normal, se utiliza para la construcción ordinaria2. Tipo II: Modificado, tiene poca liberación de calor al hidratarse3. Tipo III: Alta resistencia, alcanza a los 3 días la resistencia que el tipo I da a los 7 días la

resistencia a los 7 días que el tipo I da a los 28 días.4. Tipo IV: Bajo calor, Produce poco calor al hidratarse es propio de estructuras masivas como

las presas.5. Tipo V: Resistencia a sulfatos, Utilizado en alcantarillas.

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.La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado está completamente cubierta con pasta y también todos los espacios entre partículas de agregado.

El concreto es casi el único material de construcción que llega en bruto a la obra. Esta característica hace que sea muy útil en construcción, ya que puede moldearse de muchas formas. Presenta una amplia variedad de texturas y colores y se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos.

Los aditivos se utilizan para modificar las características básicas, existiendo una gran variedad de ellos: colorantes, aceleradores, retardadores de fraguado, fluidificantes, impermeabilizantes, etc. Es un material profusamente utilizado en la construcción.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

Otras características favorables del concreto son su resistencia, su bajo costo y su larga duración. Si se mezcla con los materiales adecuados, el concreto puede soportar fuerzas de compresión elevadas.

1. Densidad: en torno a 2350 kg/m32. Resistencia a la compresión: de 150 a 500 kg/cm2 para el concreto ordinario.3. Existen hormigones especiales de hasta 2000 kg/cm24. Resistencia a la tracción: proporcionalmente baja, generalmente despreciable en el calculo

global, del orden de un décimo de la resistencia a la compresión.5. Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, en función de la temperatura y la

humedad del ambiente exterior.6. Tiempo de endurecimiento: progresivo, en función de la temperatura, humedad y otros

parámetros.

7. Hay que resaltar que el concreto se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatación, por loque resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción,

En cuanto a la calidad de los agregados, es importante adecuarla a las funciones que debe desempeñar la estructura, a fin de que no representen el punto débil en el comportamiento del concreto y en su capacidad para resistir adecuadamente y por largo tiempo los efectos consecuentes de las condiciones de exposición y servicio a que esté sometido.

. La resistencia y la permeabilidad del concreto poroso son sus características más importantes y deben balancearse para lograr un desempeño adecuado del material.

2.- RESISTENCIA DE DISEÑO (f’c)

El método de diseño por resistencia es que el ingeniero cuenta con una estimación definitiva del factor de seguridad aplicado al diseño que define su reserva estructural. El factor de seguridad total tiene dos componentes: uno está basado en la carga, y el otro en los materiales y fabricación. El ingeniero debe considerar el caso de una estructura más débil que la esperada, sometida a cargas más altas que las estimadas.

Para el componente del factor de seguridad basado en carga, la carga real de trabajo se incrementa por medio de factores recomendados en los reglamentos a fin de simular la carga "última". No todas las cargas se incrementan por un solo factor. En vez de ello, diferentes factores se aplican a distintos tipos de cargas, siendo las principales la carga muerta y la carga viva.

Las estructuras de concreto son diseñadas para soportar cargas vivas y muertas durante el período de construcción y de servicio. Durante la construcción se obtienen muestras de concreto y los procedimientos de las normas son utilizados para medir la resistencia potencial del concreto que es entregado. Se moldean cilindros de ensayo (probetas) y se curan a temperaturas de 60 a 80°F (17 a 27°C) durante un día y posteriormente se curan de forma húmeda en el laboratorio hasta que son rotos en un ensayo a compresión, normalmente a una edad de 7 y 28 días.

Figura 2. Curvas de desarrollo de resistencia típica del concreto permeable (f´cp = 100% a los 28 días)

La resistencia del concreto en la estructura no será equivalente a lo medido sobre los cilindros de ensayo normalizados. Las buenas prácticas de trabajo para la manipulación, el vaciado (colado), la compactación y el curado del concreto en la estructura deben asegurar un adecuado porcentaje de esa resistencia potencial en la estructura

Ecuación fundamental del Método de Diseño por Resistencia

El Método de Diseño por Resistencia provee un determinado margen de seguridad estructural mediante dos recursos :

a. Disminuye la resistencia nominal mediante el uso de un factor de reducción de la resistencia φb. Aumenta la resistencia requerida usando cargas o solicitaciones mayoradas.

Este criterio se materializa en el Reglamento exigiendo que en todas las secciones se cumpla la siguiente inecuación:

Resistencia de Diseño ≥ Resistencia Requerida

Donde, a su vez:

Siendo:

Factor φ: Factor menor que la unidad que reduce la resistencia para considerar las incertidumbres en los materiales y en las dimensiones

Resistencia Nominal: Resistencia de un elemento o de una sección transversal antes de aplicar cualquier factor de reducción de la resistencia.

Factor de Carga: Factor que incrementa la carga para considerar las incertidumbres en la variación de las cargas de servicio.

Carga de Servicio: Carga especificada por el reglamento de acciones correspondiente (no mayorada)

Resistencia Nominal vs. Resistencia de Diseño

Las reglas para el cálculo de la resistencia nominal se basan en los estados límites Establecidos para tensión, deformación, fisuración o aplastamiento, y concuerdan con resultados experimentales para cada tipo de acción estructural. La resistencia nominal se evalúa asumiendo que la sección tendrá exactamente las dimensiones y las propiedades de los materiales supuestas en los cálculos.

La resistencia de diseño proporcionada por un elemento estructural, sus uniones con otros elementos y su sección transversal, es igual a la resistencia nominal calculada de acuerdo con las ecuaciones e hipótesis estipuladas en el Reglamento, multiplicada por un factor de reducción de la resistencia φ.

Esta reducción toma en cuenta:

o La variabilidad de la resistencia de los materialeso Los efectos de la velocidad de aplicación de cargaso La variabilidad de la resistencia in situ vs. la resistencia de una probetao Los efectos de las tensiones residuales de contraccióno Las tolerancias y errores en las dimensiones de la sección transversalo Las tolerancias y errores en la colocación de las armaduraso Las tolerancias de fabricación y laminación de las barras de armadurao Las hipótesis y simplificaciones usadas en las ecuaciones de diseñoo El tipo de falla que podría producirse (señales que permitan anticipar su ocurrencia,

existencia de recorridos de carga alternativos, potenciales pérdidas de vidas humanas, costos sociales indirectos, importancia del elemento estructural, costo de reemplazo, etc.)

Valores del factor de reducción de la resistencia φ según el tipo de solicitación

FACTORES DE REDUCCIONa) Flexión pura 0,9

b) Tracción y flexo-tracción 0,9c) Compresión y flexo compresión para miembros con refuerzo

en espiral0,75

d) Compresión y flexo compresión para otro tipo de miembros 0,7e) Corte y torsión 0,85f) Aplastamiento del concreto 0,7g) Concreto simple 0,65

En el caso de flexo-compresión, es posible incrementar el factor de reducción cuando predomina la flexión. De otro lado, en regiones de alto riego sísmico existen también provisiones adicionales en torno a estos factores:

h) En elementos diseñados para resistir sismos si su resistencia nominal al corte Vu/Ø es menor que el corte Ve correspondiente para desarrollar la resistencia a la flexión del elemento

0,6

i) En diafragmas el factor Ø no será mayor que el que se usa para elementos verticales o sea que será 0.6 cuando en muros o columnas se use 0.6 de acuerdo a lo anterior

j) Para nudos de columnas y vigas y para vigas de conexión, en muros con aberturas, con refuerzo diagonal

0,85

k) Para estructuras hidráulicas:A flexión Ø = 1/1.3 = 0.769A tracción Ø = 1/1.65 = 0.606A fuerza cortante Ø = 1/1.65 = 0.606

Observaciones:

Para aquellas combinaciones de carga que incluyan sismo, se deben utilizar los valores de φestablecidos en el Reglamento.

Para las secciones controladas por compresión se utiliza un factor φ (Reducción) menor que el correspondiente a las controladas por tracción ya que las columnas poseen menos ductilidad, son más sensibles a las variaciones de la resistencia del hormigón, y las consecuencias de la falla de una columna son más severas que las de una viga.

A las columnas zunchadas se les asigna un factor φ (Reducción) mayor que a las columnas con estribos, ya que las primeras presentan mayor tenacidad y ductilidad.

Para los elementos solicitados a flexión y carga axial simultáneas, las resistencias de diseño se determinan multiplicando tanto Pn como Mn por el único valor de φ (Reducción) apropiado.

Para aquellas situaciones intermedias entre secciones controladas por compresión y por tracción, se permite incrementar el Factor φ (Reducción) linealmente desde el valor correspondiente a secciones controladas por compresión hasta 0,90.

Factores de reducción de resistencia para hormigón estructural simple

El Reglamento especifica que para la flexión, compresión, corte y aplastamiento del hormigón simplese debe utilizar el factor de reducción de la resistencia φ = 0,65

Se considera que tanto la resistencia a la tracción por flexión, como la resistencia al corte del hormigón simple, dependen de la resistencia a la tracción del hormigón, que no posee reservas de resistencia ni de ductilidad.

Longitudes de anclaje y longitudes de empalme de la armadura

En el cálculo de las longitudes de anclaje de las armaduras, no se requiere la aplicación de un factorde reducción de la resistencia. Consecuentemente, tampoco se requieren factores φ (Reducción) para las longitudes de empalme, ya que éstas se expresan como múltiplos de las longitudes de anclaje.

3.- RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA

La resistencia a la compresión promedio requerida, la cual ha de emplearse como base para la selección de las proporciones de la mezcla de concreto, deberá ser el mayor de los valores obtenidos a partir de la solución de las ecuaciones:

Igualmente, la resistencia promedio puede obtenerse directamente a partir de los valores de la tabla (N° 2), entrando en la misma con el valor de la desviación estándar y de la resistencia de diseño especificada. Esta tabla ha sido calculada a partir de las ecuaciones anteriores.

4.- RESISTENCIA PROMEDIO POR EL MÉTODO DE WALKER

Pero, cuando no se cuente con un registro de resultados de ensayos que posibilite el cálculo de desviación estándar de acuerdo a lo indicado, la resistencia promedio requerida deberá ser determinada empleando los valores de la tabla (N°3) debiendo la documentación de la resistencia promedio estar de acuerdo con lo indicado en diseño de mezcla por el método de WALKER

Una vez iniciada la obra, se pueden ir recopilando los datos de los ensayos de resistencia hasta tener un número suficiente que permita el estudio estadístico y con él calcular una nueva resistencia f´cr menos conservadora y por tanto más económica, siguiendo el procedimiento arriba indicado.

5.- FACTORES DE SEGURIDAD

El coeficiente de seguridad (también conocido como factor de seguridad) es el cociente entre el valor calculado de la capacidad máxima de un sistema y el valor del requerimiento esperado real a que se verá sometido. Por este motivo es un número mayor que uno, que indica la capacidad en exceso que tiene el sistema por sobre sus requerimientos.

En este sentido, en ingeniería, arquitectura y otras ciencias aplicadas, es común, y en algunos casos imprescindible, que los cálculos de dimensionado de elementos o componentes de maquinaria, estructuras constructivas, instalaciones o dispositivos en general, incluyan un coeficiente de

seguridad que garantice que bajo desviaciones aleatorias de los requerimientos previstos, exista un margen extra de prestaciones por encima de las mínimas estrictamente necesarias.

Las fórmulas y criterios de diseño estructural involucran una serie de factores de seguridad que tienden a compensar las variaciones entre los resultados. El % pruebas que pueden admitirse por debajo del f"c especificado va a depender de:

- El expediente Técnico

- El Reglamento de Diseño

- El diseñador

Cualquiera que sea el criterio, se traduce como la resistencia del concreto requerida en obra f"cr debe tener un valor por encima del f"c

El segundo componente del factor de seguridad permite la reducción de la resistencia calculada de la sección mediante la aplicación de un factor de sub capacidad o de reducción de resistencia. Este factor toma en cuenta las variaciones en el material y en la fabricación, las aproximaciones en el diseño y la ductilidad e importancia relativa del elemento estructural. Al factor de reducción de resistencia se le conoce comúnmente como un "factor resistente" ya que representa una reducción de la capacidad del miembro para soportar la carga. Al factor de reducción de resistencia se le identifica con el símbolo f en la sección 9.3.2 del reglamento ACI 318-89. Para flexión, f es igual a 0.9; para cortante o torsión tiene un valor de 0.85, y para carga axial varía entre 0.7 y 0.75. Es un procedimiento común en los reglamentos de construcción de muchos países relacionar la capacidad de carga de servicio con alguna reducción de la capacidad última de la sección, aunque los reglamentos de los distintos países no se ponen de acuerdo en los valores de los factores de reducción de la resistencia ni en los valores de sobrecarga.

6.- CALCULO DE LA DESVIACION ESTANDAR

Si la compañía constructora tiene un registro de sus resultados de ensayo de obras realizadas durante los últimos doce meses, el cual está basado en por lo menos 30 resultados de ensayos consecutivos de resistencia a compresión, o en 2 grupos de resultados de ensayos que totalizan por lo menos 30 y se han efectuado en dicho periodo, deberá calcularse la desviación estándar de estos resultados

El registro de los resultados de ensayos de resistencia en compresión, a partir del cual se calculará la desviación estándar deberá:

A) Representar materiales, procedimientos de control de calidad y condiciones de trabajo similares a aquellos que se espera en la obra que se va a iniciar. Las diferencias existentes en materiales y proporciones del registro del conjunto de ensayos no deberán ser más rigurosas a aquellas que se ha especificado para la obra propuesta.

B) Representar a concretos preparados para alcanzar una resistencia en compresión de diseño especificada del orden de la del trabajo a ser iniciado; aceptándose un rango de variación de 35 kg/cm2, para resistencias en compresión hasta de 280 kg/cm2, y de 70kg/cm2 para resistencias mayores en relación a las resistencias de diseño especificada para la obra propuesta.

C) Consistir de por lo menos 30 resultados de ensayos consecutivos, o de 2 grupos de ensayos consecutivos que totalicen por lo menos 30 ensayos

Como calcular la desviación estándar?

Si solo se posee un registro de 15 a 29 ensayos consecutivos, la desviación estándar calculada es amplificada por los factores de corrección dados por la tabla 01 obteniéndose un valor equivalente a aquel de registro de 30 ensayos

En ambos métodos la desviación estándar usada en el cálculo de la resistencia promedio requerida debe ser obtenida bajo condiciones similares a las consideradas, es importante para asegurar la aceptabilidad del concreto, lo que significa que deberán utilizarse materiales y métodos de producción similares y que la resistencia empleada en el cálculo se la desviación estándar estará dentro de un rango de 70 k/cm2 de la resistencia especificado. Cuando existan dudas el valor de la desviación estándar usado para calcular el valor de la resistencia promedio requerida debe estar siempre en el lado conservador

DURABILIDAD DEL CONCRETO

La durabilidad de una estructura de concreto o sea “su variación en el tiempo sin modificaciones esenciales en su comportamiento” es definida como “la habilidad del concreto para resistir la acción del intemperismo, ataques químicos, abrasión, o cualquier otro tipo de deterioro”.

Algunos investigadores prefieren decir que “es aquella propiedad del concreto endurecido que define

la capacidad de éste para resistir la acción del medio ambiente que lo rodea; los ataques, ya sea

químicos, físicos o biológicos, a los cuales puede estar expuesto; los efectos de la abrasión, la

acción del fuego y las radiaciones: la acción de la corrosión y/o cualquier otro proceso de deterioro”.

la durabilidad es el aspecto esencial de la calidad de una estructura siendo tan importante como la

resistencia. Los costos de mantenimiento y de reparación hacen aún más importante un adecuado

diseño, el cual exige información sobre las tensiones que plantea el medio ambiente y de su efecto

en el concreto.

El agua es un agente fundamental de la creación y destrucción del concreto – y está profundamente

involucrado en casi todas las formas de deterioro del mismo.

La experiencia en obra demuestra que, en orden decreciente de importancia, las principales causas

de deterioro son la corrosión del acero de refuerzo, la exposición a los ciclos de congelación y

descongelación, la reacción álcali-sílice, y el ataque químico. Son cada una de estas cuatro, causas

de deterioro del concreto, la permeabilidad y la presencia de agua están también implicadas en los

procesos de expansión y agrietamiento

Asegurando que el concreto es impermeable, no sólo en la superficie, sino en su interior también,

podemos evitar que las causas principales del deterioro sucedan.

Los Aditivos son agentes de impermeabilización integral que ofrecen justamente eso;

Previenen la corrosión del acero impidiendo que químicos ingresen al concreto y ayudan a mantener un ambiente alcalino.

Previenen los daños de la congelación-descongelación ya que el concreto se encuentra seco en su interior .

Previenen la reacción álcali-sílice al inhibirla por causar la ausencia del agua que ésta requiere.

Previenen el ingreso de productos químicos al concreto sellando los tractos capilares y los poros .

La incorporación de aditivos al concreto aumenta considerablemente su durabilidad. Esto significa que la vida del diseño de la estructura se extiende, así mismo se generara un gran ahorro en la reparación y mantenimiento posterior.

la perdida del concreto se produce en las siguientes condiciones:

- Abrasión - Pavimentos - Erosión de estructuras hidráulicas - Cavitación - Agresión química Ataque de Sulfato - Exposición al agua de mar - Ataque de ácidos - Carbonatación - Corrosión de metales en el concreto - Acción de los cloruros - Carbonatación - Helada y deshielo - Agresión de la helada Sales de deshielo - Reacción química del agregado - Reacción álcali sílice - Reacción álcali carbonato

DEL TRATAMIENTO DE LA DURABILIDAD

El tratamiento de la durabilidad puede efectuarse en tres niveles, como sigue.

• La estructura en su conjunto • Los elementos de la estructura; sea vigas de concreto pretensado, muros de concreto armado, etc • Los materiales constitutivos; tal como el concreto, acero, etc.

La experiencia ha llevado a un consenso metodológico para el estudio de la durabilidad, en las siguientes etapas:

• Realizar una buena caracterización de las pruebas y ensayos de materiales y componentes sujetos

a la investigación.

• Identificar los requerimientos de performance de los materiales. • Identificar los posibles mecanismos de deterioro. • Caracterizar cabalmente las propiedades y performances atribuidas a los materiales y

componentes estudiados.

ABRASIO Pese al titulo no existe una forma característica de abrasión y el comportamiento del concreto varía de acuerdo al tipo de solicitación a que está sujeto. Se considera como los más importantes los siguientes:

• En pavimentos de concreto, debido al tráfico peatonal, camiones ligeros y arrastre, raspadura ydeslizamiento de objetos sobre la superficie (frotamiento). • En pavimentos de concreto debido a montacargas, camiones pesados y automóviles, con o sin cadenas (frotamiento, raspadura y percusión) • Estructuras hidráulicas corno vertederos, estribos de puentes y túneles, debido a la acción de materiales abrasivos transportados por corrientes lentas de agua (frotamiento más raspadura). • Diques, vertederos, túneles y otros sistemas transportadores de agua, donde la alta velocidad y la

presión negativa están presentes. A esto por lo general se le conoce como erosión por cavilación.

Las normas son importantes pues en un problema tan variado permiten comparar comportamientos y resultados de las medidas de protección. De tal manera, que pueden utilizarse con los siguientes propósitos

• Evaluar, predecir o aceptar la calidad de las superficies de concreto, • Evaluar los efectos específicos de materiales para mejorar el concreto, curado, procedimientos De acabado, endurecedores de superficie o materiales de cobertura;

• Comparar los diversos tipos de superficies de concreto bajo condiciones abrasivas simuladas • Verificar los productos y sistemas que cumplen con las especificaciones.

ATAQUE DE SULFATOS Los sulfatos en estado sólido no afectan el concreto, pero en solución producen un fuerte ataque que se manifiesta en deformaciones y fisuras. Los sulfatos se encuentran en la naturaleza en forma sólida (yeso, anhidrita, etringita) o disueltos en aguas superficiales y subterráneas, así como en los suelos. Sus concentraciones difieren considerablemente.

CONCRETO EXPUESTO A SOLUCIONES DE SULFATOS

Exposición a sulfatos

Sulfato soluble en agua (SO4)1, presente en el

suelo, % en peso

Sulfato (SO4) En

agua p.p.m.

Tipo de cemento

Concreto con agregado de peso normal

Relación máxima agua/cemento en

peso1

Concreto con agregados de peso

normal y ligero Resistencia mínima a compresión, f’c Mpa1

Despreciable 0,00 SO4 < 0,10

0,00 SO4 < 150 -- -- --

Moderado2 0,10 SO4 < 0,20

150 SO4 < 1500

II, IP(MS), IS(MS),

P(MS), I(PM) (MS), I(SM)

(MS)

0,50 28

Severo 0,20 SO4 < 2,00

1500 SO4 < 10000

V 0,45 31

Muy Severo SO4 > 2,00 SO4 > 1000

V más puzolana3 0,45 31

1 Puede requerirse una relación agua-cemento menor o una resistencia más alta para lograr baja permeabilidad, protección contra la corrosión de elementos metálicos embebidos, o contra congelamiento y deshielo (Tabla 4.4.2). 2 Agua de mar.3 Puzolana que se ha determinado por medio de ensayos o por experiencia que mejora la resistencia a sulfatos cuando se usa en concretosque contienen Cementos Tipo V.

EXPOSICION AL AGUA DE MAR La durabilidad de los concretos expuestos a la acción directa de¡ agua de mar es significativa, pasando los cincuenta años sin mostrar desarreglos importantes, pese a la aparente severidad de su entorno. Las estructuras de concreto en medio marino son afectadas por una serie de factores: • De orden químico, en razón en que el agua de mar contiene iones variados, que afectan al concreto, pero en este caso su efecto no es acumulativo • Factores intrínsecos a la naturaleza de¡ concreto, como se da en la zona de mareas, con inmersión alternada en la cual se experimenta deformaciones de contracción - expansión y difusión de sales.

• Factores físicos, como ocurren en zonas cálidas, en las que la temperatura acelera las reacciones químicas. • Factores mecánicos, en cuanto la energía cinética de las olas y de los eventuales materiales sólidos que ellas transportan, causan la erosión y fisuración del concreto, favoreciendo el posterior ataque químico.

En las zonas de inmersión total, el ataque químico es moderado. Mayor efecto se presenta en las zonas de inmersión alterna o semiinmersión, cuando se conjugan las acciones físicas y los ataques químicos enumerados anteriormente. En esta zona se presenta el problema de la corrosión de las barras de refuerzo de concreto por acción de los cloruros -Caso especial es la corrosión por ambiente marino donde el viento crea una atmósfera cargada de sales que afectan las estructuras situadas a varios kilómetros de distancia de la costa, al potenciarse los fenómenos de corrosión.

CONDICIONES ESPECIALES DE EXPOSICION

CONDICIONES DE EXPOSICIÓN

RELACIÓNAGUA/CEMENT

OMÁXIMA

Concreto de baja permeabilidad:a. Expuesto a agua dulce: b. Expuesto a agua de mar o aguas salobres: c. Expuesto a la acción de aguas cloacales (*):

0,500,450,45

Concreto expuesto a procesos de congelación y deshielo en condición húmeda:a. Sardineles, cunetas, secciones delgadas:b. Otros elementos:

0,450,50

Protección contra la corrosión de concreto expuesto a la acción de agua de mar, aguas salobres o neblina o rocío de esta agua: Si el recubrimiento mínimo se incrementa en 15 mm:

0,400,45

(*) La resistencia f´c no deberá ser menor de 245 Kg/cm2, por razones de durabilidad.

ATAQUE POR ACIDOS La acción de los ácidos sobre el concreto endurecido produce la conversión de todos los compuestos cálcicos hidratados (el hidróxido cálcico, el silicatos cálcico y el aluminato cálcico) en sales cálcicas del ácido actuante. El ácido clorhídrico origina cloruro cálcico, muy soluble.

El ácido sulfúrico produce sulfato cálcico (yeso) El ácido nítrico da nitrato cálcico, muy soluble. Las sales de magnesio y amonio reaccionan como los ácidos correspondientes: El cloruro amónico como el ácido clorhídrico y el nitrato amónico como el ácido nítrico. Con ácidos orgánico, el resultado es el mismo. El ácido láctico conduce a lactatos cálcicos. El ácido acético da lugar a acetato cálcico.

CARBONATACION El concreto es un material poroso y por lo tanto, el C02 del aire puede penetrar a través de los poros hacia su interior. Allí se produce una reacción química, inicialmente con el hidróxido cálcico que puede describirse como sigue Ca(OH)2 + Col --> CaCO3 + H 20 Fenómeno similar se produce con los silicatos y aluminatos cálcicos. La velocidad de penetración, por difusión, del C02 Y' por consiguiente, de la profundidad de la carbonatación es una ley, función de la d = k√t en donde tiempo = t. L a carbonatación actúa en el concreto: En las primeras edades originando, la contracción Por carbonatación que se suma a la, contracción por secado. Eventualmente pueden devenir en fisuración del concreto joven. La carbonatación puede eventualmente aumentar la resistencia del: concreto y reducir de su permeabilidad meabilidad. La carbonatación origina la corrosión del acero al reducir el pH del concreto que protege la armadura entre valores de 12,8 a 8,00 de pH. La película que recubre las barras se disuelven y a superficie queda desprotegida.

EXPOSICIÓN A CONGELAMIENTO Y DESHIELO.•Concreto normal y ligero incluir aire.

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL (*)

CONTENIDO DE AIRE, EN %EXPOSICIÓN

SEVERA EXPOSICIÓN MODERADA

TOTAL ATRAPADO TOTAL ATRAPADO3/8” 7,5 3,0 6,0 3,0½” 7,0 2,5 5,5 2,5¾” 6,0 2,0 5,0 2,01” 6,0 1,5 4,5 1,5

1 ½” 5,5 1,0 4,5 1,02” (**) 5,0 0,5 4,0 0,53” (**) 4,5 0,3 3,5 0,36” (**) 4,0 0,2 3,0 0,2

Cuando se ensaya estos concretos, sin embargo, el agregado mayor de 1 ½” es removido manualmente o por cernido húmedo y el contenido de aire es determinado para la fracción menor de 1 ½”, aplicándose las tolerancias en el contenido de aire a este valor. El contenido total de aire de la mezcla es calculado a partir del valor de la fracción menor de 1 ½”.

CONDICIONES ESPECIALES DE EXPOSICION

CONDICIONES DE EXPOSICIÓN

RELACIÓNAGUA/CEMENT

OMÁXIMA

Concreto de baja permeabilidad:a. Expuesto a agua dulce: b. Expuesto a agua de mar o aguas salobres: c. Expuesto a la acción de aguas cloacales (*):

0,500,450,45

Concreto expuesto a procesos de congelación y deshielo en condición húmeda:a. Sardineles, cunetas, secciones delgadas:b. Otros elementos:

0,450,50

Protección contra la corrosión de concreto expuesto a la acción de agua de mar, aguas salobres o neblina o rocío de esta agua: Si el recubrimiento mínimo se incrementa en 15 mm:

0,400,45

(*) La resistencia f´c no deberá ser menor de 245 Kg/cm2, por razones de durabilidad.

CONTENIDO MAXIMO DE ION CLORURO

TIPO DE ELEMENTO

Contenido máximo deión cloruro soluble enagua en el concreto,expresado como % en

peso del cemento

Concreto pretensado: 0,06Concreto armado expuesto a la acción de cloruros: 0,10Concreto armado no protegido que puede estar sometido a un ambiente húmedo pero no expuesto a cloruros (incluye ubicaciones donde el concreto puede estar ocasionalmente húmedo tales como cocinas, garajes, estructuras ribereñas y áreas con humedad potencial por condensación):

0,15

Concreto armado que deberá estar seco o protegido de la humedad durante su vida por medio de recubrimientos impermeables: 0,80

CONCLUSIONES

El acelerado deterioro de las estructuras de concreto es la causa fundamental para que se dé un cambio en el diseño y construcción de las mismas. Dicho cambio tiene la obligación de analizar en forma particular las condiciones de exposición y servicio de cada elemento y ejecutarlas mediante la aplicación de las prácticas constructivas recomendadas por los comités internacionales de construcción.

La evaluación sistemática de las solicitudes de cada estructura de concreto redundará en beneficios económicos para todas las partes involucradas al hacer estructuras más duraderas y seguras.

El concreto debe sorportar la corrosión, los ciclos de hielo y deshielo, los químicos agresivos, el ataque de sulfatos, la abrasión, la erosión, los cambios de temperatura y la reacción alcali-agregado