TECNOLOGÍA DEL CONCRETO; RESISTENCIA O DURABILIDAD?...USTED DECIDE

HISTORIA 1000 a.C. – 300 d.C. Muchas obras construidas en el Imperio Romano elaboradas a partir de mezclas de Cal y puzolanas volcánicas (primer cemento hidráulico).

HISTORIA

“Encontramos también una clase de polvo que

encierra verdaderas maravillas de un modo natural.

Se da en la región de Bayas, en los territorios

cercanos al Vesubio. Este polvo mezclado con cal y

piedra machacada, ofrece gran solidez a los edificios

e incluso consolida construcciones que se hacen

bajo el mar…”

Marco Vitruvio Pollion

Diez libros de la arquitectura

Libro 2, capitulo 6.

(738 – 741 d.C.)

1824 – Joseph Aspdinpatenta el Cemento Portland (Inglaterra).

HISTORIA

1845 – Isaac Johnson mejora la fórmula y el proceso de fabricación.

HISTORIA EN COLOMBIA

1885 – Primera obra construida con cemento hidráulico importado de Inglaterra (Puertos de Colombia).

HISTORIA EN COLOMBIA

1909 – Primera planta de cemento en Colombia (Santa Rosa – Sector de La Calera, cerca a Bogotá).

HISTORIA EN COLOMBIA

1982 – Primeras plantas de cemento con de proceso producción por vía seca.

Se adoptan las primeras normas para cemento en Colombia. NTC 121 – NTC 321.

HISTORIA EN COLOMBIA

2012 – Inicia operaciones Cementos San Marcos

Planta cementera más moderna del país

ALGUNOS DESARROLLOS EN EL MUNDO

ALGUNOS DESARROLLOS EN COLOMBIA

INGREDIENTES DE LA RECETA

CEMENTO

PROPIEDADES DEL CEMENTO

• Aglomerante

• Adherencia

• Cohesión

• Manejabilidad

• Fraguado

• Resistencia

• Durabilidad

• Apariencia

PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL CEMENTO

Plantas en Colombia con procesos

certificados y altos controles de calidad

PROTOCOLOS DE CONTROL CALIDAD

NTC 121 : 2014 – ESPECIFICACIONES POR DESEMPEÑO PARA CEMENTO HIDRAULICO

Productos certificados

con sello de calidad

TIPOS DE CEMENTO – NTC 121: 2014

UG Uso general

ART Alta resistencia temprana

MRS Moderada resistencia a sulfatos

ARS Alta resistencia a sulfatos

MCH Moderado calor de hidratación

BCH Bajo calor de hidratación

OPCIONES ADICIONALES:

Opción BRA – Baja reactividad Álcali-SiliceOpción A – Incorporadores de aire

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Des

arr

oll

o d

e r

es

iste

nc

ias

(M

Pa

)

Días de curado

NTC 121 TIPO ART

MED. SO UG

MED. SO ART

NTC 121 TIPO ART

1 3 7 28

24

15

8

QUÍMICA DEL CEMENTO

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINKER

El Clinker es el

mineral

sintético que

tiene todas las

propiedades

químicas e

hidráulicas del

cemento.

C3S(alita)

Resistencia inicial

C2S(belita)

Resistencias tardías

C3A(celita)

Fraguado

C4AF(felita)

Fundente

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CLINKER

Ecuaciones teóricas de Bogue para calcular la mineralogía

potencial del Clinker a partir de su composición química.

(aplica para A/F ≥ 0.64)

%𝑪𝟑𝑺 = 𝟒. 𝟎𝟕𝟏𝑪 − 𝟕. 𝟔𝟎𝟎𝑺 − 𝟔. 𝟕𝟏𝟖𝑨 − 𝟏. 𝟒𝟑𝟎𝑭 − 𝟐. 𝟖𝟓𝟎𝑺

%𝑪𝟐𝑺 = 𝟐. 𝟖𝟔𝟕𝑺 − 𝟎. 𝟕𝟓𝟒𝟒𝑪𝟑𝑺

%𝑪𝟑𝑨 = 𝟐. 𝟔𝟓𝟎𝑨 − 𝟏. 𝟔𝟗𝟐𝑭

%𝑪𝟒𝑨𝑭 = 𝟑. 𝟎𝟒𝟑𝑭

COMPOSICIÓN POTENCIAL (BOGUE)

PROPIEDADES DEL CLINKER

Resistencia a compresión

RE

SIS

TE

NC

IA

TIEMPO

C3A

C4AF

C3S

C2S

PROPIEDADES DEL CLINKER

Calor de Hidratación

LIB

ER

AC

IÓN

DE

L C

AL

OR

TIEMPO

C2S

C3A

C4AF

C3S

Los óxidos menores de la composición química del

cementos son:

MgO (< 5%)

SO3 (< 3%)

Na20 y K2O (< 1%).

Usualmente los álcalis (Na20, K2O) se expresan como

equivalente alcalino o equivalente de sodio:

Na20-equiv = Na20 + 0.658 K2O

OXIDOS MENORES

FECHA Na2O K2O Na2O + 0,658K2O C3A

01/11/15 0,12 0,70 0,58 6,802/11/15 0,12 0,66 0,55 6,803/11/15 0,12 0,62 0,53 6,804/11/15 0,11 0,74 0,60 6,805/11/15 0,12 0,68 0,57 6,806/11/15 0,12 0,56 0,49 6,807/11/15 0,12 0,44 0,41 6,709/11/15 0,12 0,33 0,34 6,710/11/15 0,12 0,41 0,39 6,611/11/15 0,12 0,42 0,40 6,612/11/15 0,12 0,52 0,46 6,713/11/15 0,12 0,53 0,47 6,214/11/15 0,12 0,55 0,48 5,916/11/15 0,12 0,58 0,50 6,217/11/15 0,12 0,39 0,38 6,518/11/15 0,12 0,48 0,44 6,1

Análisis de requisitos para casos particulares de exposición

Caso patológico de reacción álcali-agregado

AGUA

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA – NTC 3459

- El agua debe ser

limpia, sin

contaminación de

polvo, arcillas,

materia orgánica.

- No es tan cierto

que el agua apta

para beber es apta

para los concretos

(azúcares, sales,

cítricos).

ALMACENAMIENTO

- No usar aguas estancadas.

- Si almacena agua en tanques, deben estar limpios

y se deben lavar al menos una vez por semana.

TOLERANCIA DE SUSTANCIAS EN AGUA DE MEZCLADO

SUSTANCIA TOLERANCIA UNIDAD

Carbonato de Sodio 1.000 ppm

Carbonato de Potasio 1.000 ppm

Cloruro de Sodio 20.000 ppm

Cloruro como Cl en concreto preesforzado 500 ppm

Cloruro como Cl en presencia de aluminio o metal galvanizado 1.000 ppm

Sulfato de Sodio 10.000 ppm

Sulfato como SO4 3.000 ppm

Carbonato de calcio magnesio, como ión bicarbonato 400 ppm

Cloruro de magnesio 40.000 ppm

Sulfato de magnesio 25.000 ppm

Sales de hierro 40.000 ppm

Yodato, fosfato, arsenato y borato de sodio 500 ppm

Sulfito de sodio 100 ppm

TOLERANCIA DE SUSTANCIAS EN AGUA DE MEZCLADO

SUSTANCIA TOLERANCIA UNIDAD

Acido sulfúrico 10.000 ppm

Acido clorhídrico 10.000 ppm

Partículas en suspensión 2.000 ppm

Materia orgánica 20 ppm

Azúcar 500 ppm

Agua de mar en concreto no reforzado 35.000 ppm

Concreto reforzado No recomendado

Agua con algas No usar

Cloruro de calcio (en peso del cemento) 2,0 %

Hidróxido de sodio (en peso del cemento) 0,5 %

Hidróxido de potasio (en peso del cemento) 1,2 %

Aceite Mineral (en peso del cemento) 2,0 %

pH 6,0 - 8,0

GEL DEL

CEMENTO

AGUA LIBREEVAPORABLE

AGUA CAPILAREVAPORABLE

AGUA DE ADSORCIÓNEVAPORABLE

AGUA DE HIDRATACIÓNNO EVAPORABLR

AGUA DE MEZCLADO

Relación agua/cemento

RELACIÓN AGUA/CEMENTANTE

A/C < 0,5

Concretos poco permeables (durables)

Menor cantidad de poros y capilares

Resistencia a la compresión importante

Concretos permeables (poco durables)

Porcentaje de vacíos relativamente alto

Baja resistencia a la compresión

Relación a/c incide altamente sobre la trabajabilidad

del concreto en estado fresco y la durabilidad y

resistencia en estado endurecido

A/C > 0,5

AGREGADOS

DEFINICIÓN

Los agregados son materiales que se usan de relleno en

la mezcla y aportan propiedades físicas y mecánicas,

tales como resistencia y estabilidad de volumen, sin

afectar las propiedades del cemento y contribuyendo

en buena forma con la economía de la mezcla.

CEMENTO AGUA AIRE AGREGADO FINO AGREGADO GRUESO

10 - 14% 15 - 20% 3% 20 - 30% 40 - 50%

Ocupan mayor volumen dentro de la mezcla

60 – 80%

CLASIFICACIÓN POR TAMAÑO

Arena: agregado fino; entre 0,074 mm. y 4.76 mm.

Naturales: de ríos, de canteras.

Artificiales: arcillas expandidas, limaduras de hierro, escoria, clinker, agregados sintéticos, etc.

CLASIFICACIÓN POR ORIGÉN

Tipo de

concreto

Peso

unitario del

concreto

(Kg/cm3)

Peso

unitario del

agregado

(Kg/cm3)

Ejemplo de utilizaciónEjemplo de

agregado

Liviano

400 – 800 60 – 480

Concreto para

aislamiento acústico,

rellenos livianos.

Piedra pómez.

carbonilla

900 – 1400

480 – 1040

Concreto para rellenos y

mampostería no

estructural

Perlita

1400 – 2000 Concreto estructural Grava, Caliza

Normal 2000 – 2500 1300 – 1600Concreto estructural y no

estructural

Agregado de

río, canto

rodado

Pesado 2500 – 5600 3400 – 7500

Concreto para

protección de radiación

y contrapesos.

Piedra barita,

magnetita

CLASIFICACIÓN POR PESO

Angulares

Aplanados

Redondeados

Alargados

AGREGADOS

No recomendado No recomendado

RecomendadoUsar solo bajo

ciertos cuidados

Aplanados Alargados

AGREGADOS

Colapso ocasionado por efecto de partículas planas en exceso dentro

de la masa de agregados.

OTRAS PROPIEDADES – NTC 174

Físicas

Granulometría

Modulo de Finura

Tamaño Máximo

Forma

Textura

Color

Superficie Específica

Densidad

Porosidad y Absorción

Masa Unitaria Suelta

Masa Unitaria Compacta

Índices de Forma

Caras Fracturadas

Índice de plasticidad

Mecánicas

Resistencia

Tenacidad

Dureza

Adherencia

Sanidad

Químicas

Epitaxia

Reacción Álcali Agregado

Sustancias Perjudiciales

Pasa 200

Materia Orgánica

Contaminación salina

Partículas blandas

100%

80

60

40

20

0

%

%

%

%

%

0,01 0,1 1 10

TAMIZ (mm)

% PASA % PASA MAX% PASA MIN

Ajuste de la granulometría a curvas según requisitos de uso.

• TMA: corresponde al menor tamiz por donde pasa el 100% de la muestra.

• TMN: corresponde al menor tamiz por donde pasa el 90% de la muestra.

• Para los cálculos de diseño de mezclas el tamaño que más interviene es TMN.

• A mayor TMN, menor área superficial y menor será la demanda de pasta de cemento.

• Al aumentar el TMN para una misma trabajabilidad y un mismo contenido de cemento, la resistencia del concreto aumenta.

TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO

TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO

Influencia de la resistencia a compresión a 28 días en función del

TMN

• En algunos diseños para concretos ricos en pasta, a mayor TMN, mayor concentración de esfuerzos ydisminución de resistencia. Importante buscar óptimos.

• Aumentar TMN mejora la durabilidad del concreto en la medida que se minimiza la cantidad de pasta de cemento. Excepción: condición de hielo-deshielo.

TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO

TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO

SUSTANCIAS PERJUDICIALES – NTC 174

CONTAMINANTE: AFECTA:

Materia Orgánica: Resistencia

Azucares: Fraguado

Grasas o aceites: Adherencia

Polvo y arcillas: Adherencia y resistencia

Contaminación Salina: Refuerzo acero

Partículas Blandas: Resistencia

ALMACENAMIENTO

Almacenamientos irregulares de los agregados

ALMACENAMIENTO

Construcción Bodegas Planta de reciclaje.

Agregado almacenado sobre basura y lixiviados.

RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA SEGÚN NSR

Para concretos menores a 35 Mpa (5000 PSI)

f’cr = f’c + 1,34 S (C.5-1)

f’cr = f’c + 2,33 S – 3,5 (C.5-2)

Número de ensayos Factor S

15 1,16

20 1,08

25 1,03

30 1,00

Ejemplo:

Se especifica un concreto de 3000 PSI

equivalente a 21 Mpa – Solo se cuenta

con 20 ensayos, es decir, 20 resultados

de resistencia a la compresión sobre

cilindros estandarizados.

Se deben aplicar las siguientes formulas:

f’cr = f’c + 1,34 S f’cr = 21 + 1,34 (1,08) = 22,5 MPa

f’cr = f’c + 2,33 S – 3,5 f’cr = 21 + 2,33 (1,08) – 3,5 = 20,0 Mpa

Se debe escoger el mayor, por lo tanto, se deberán diseñar concretos para 22,5 Mpa, equivalente a 3300 PSI.

Número de ensayos Factor S

15 1,16

20 1,08

25 1,03

30 1,00

RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA SEGÚN NSR

Resistencia especificada

a la compresión

f´c

(Mpa)

Resistencia promedio

requerida a la compresión

f´cr

(Mpa)

Menor que 21 f´c + 7,0

Entre 21 y 35 f´c + 8,5

Mayor que 35 1,1 f´c + 5,0

Cuando se cuenta con menos de 15 ensayos se usan las formulas de la Tabla C.5.3.2.2

Al hacer el mismo ejemplo anterior, pero contando con menos de 15 ensayos, se debe aplicar la formula:

f’cr = f’c + 8,5 f’cr = 21 + 8,5 = 29,5 MPa = 4300 PSI

RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA SEGÚN NSR

DOSIFICACIÓN POR PESO O VOLUMEN?

Tamaño máximo de los agregados?

Humedad de los agregados?

Relación a/c?

ESTADOS DE HUMEDAD DEL AGREGADO

SSS

Saturado Superficialmente Seco

ASENTAMIENTO

Diseño sin aditivo Ajuste al diseño (con aditivo)

Evitar mezclado manual

TRANSPORTE Y COLOCACIÓN

COMPACTACIÓN Y VIBRADO

Cuidado con:

• No exceder el vibrado, para

evitar segregación de la

mezcla.

• No golpear el acero de

refuerzo.

• No usar el vibrador para

extender el concreto.

• Colocar el vibrador

completamente vertical.

• No es lo mismo vibrar que

chuzar.

COMPACTACIÓN Y VIBRADO

NO SI

Usar patrones de vibrado continuos y uniformes

COMPACTACIÓN Y VIBRADO

Donde esta el vibrador???.... Palo de escoba???

PROTECCIÓN Y CURADO

• Para mantener condiciones

de humedad y temperatura

• Para favorecer la

hidratación del cemento

• Para proteger del medio

ambiente

• Para evitar fisuración

• Para incrementar

resistencia, durabilidad y

apariencia

Inundar la superficie

PROTECCIÓN Y CURADO

PROTECCIÓN Y CURADO

PROTECCIÓN Y CURADO

PROTECCIÓN Y CURADO

Tejidos o mantas de fique o húmedo

PROTECCIÓN Y CURADO

• Inundar la

superficie

• Rociar con agua

• Colocar capa de

materiales

húmedos

• Colocar películas

impermeables

• Colocar

membranas

curadoras

PROTECCIÓN Y CURADO

PROTECCIÓN Y CURADO

Rociado

directo

con agua

Mantener

humedad

con otros

materiales

PROTECCIÓN Y CURADO

Rociado

directo

con agua

Mantener

humedad

con otros

materiales

PROTECCIÓN Y CURADO

24 horas

7 días 28 días

2 a 3 horas

Grano de cemento

PROTECCIÓN Y CURADO

PROTECCIÓN Y CURADO

Permeabilidad Vs. Curado

PROTECCIÓN Y CURADO

Tiempo de curado para producir un sistema

discontinuo de poros capilares en el concreto.

PROTECCIÓN Y CURADO

AGUA/MATERIAL CEMENTANTE TIEMPO DE CURADO (días)

0,40 3

0,45 7

0,50 28

0,60 180

0,70 365

> 0,70 No es posible

40

30

25

100

40

20

5 10 15 20 25 30 35

Temperatura del aire ºC

Humedad relativa (%) Temperatura del concreto ºC

Velocidad del viento km/h

4,03,5

2,53,0

2,01,5

0,5

1,0

Evapora

ció

n

[l/(

m2h)]

3580

60

Tasas de evaporación superiores 0.5 kg/m²/hr

¡Exigen curado inmediato!

PROTECCIÓN Y CURADO

DURABILIDAD

Según ACI – 201, la durabilidad del concreto de

cemento Portland hidráulico se define como su

resistencia a la acción del clima, ataques químicos,

a la abrasión o cualquier otro proceso de deterioro.

La durabilidad depende de la permeabilidad del

concreto y de las condiciones de exposición

(condiciones ambientales).

PERMEABILIDAD

La permeabilidad del concreto, como la de

cualquier material consiste en que éste pueda ser

atravesado por un fluido (agua, aire, vapor de

agua) a causa de una diferencia de presión entre

las dos superficies opuestas del material.

La permeabilidad depende de la porosidad de la

pasta de cemento y de la porosidad de los

agregados, así como de los vacíos causados por

una compactación deficiente o por los capilares

dejados por el agua de exudación.

DURABILIDAD

DURABILIDADTipo de ataques del ambiente que rodea al concreto o condiciones de exposición:

– FísicosLluvia, viento, etc.

– QuímicosÁcidos, CO2, etc.

– MecánicosDesgaste, golpes, etc.

– BiológicosAlgas, musgos, etc.

DURABILIDAD NSR 10 – TITULO C

DURABILIDAD NTC 5551

DURABILIDAD NTC 5551

“La dama sirve para hacer mezclas”

“Ella necesita de acariciamiento y coqueteo, requiere de toda clase de tratamientos y de cortejo antes de desplegar sus cualidades, da calor, se encoge, es caprichosa y constituye el tema de libros y más libros. Hace buenas mezclas y requiere de supervisión constante.

Sobre todo, si se le presta la consideración adecuada, envejece graciosamente.

El concreto es una dama.

El maquillaje de cualquier dama consiste en el uso artístico de cremas, lociones, polvos y perfumes, los cuales pueden darle misterio, atracción y encanto.

Milady concreto, según nos cuentan, también necesita de píldoras y pociones. La palabra aditivos, puede no ser poética, pero con ella se describen tales ingredientes.

La elección de los aditivos depende, según siente uno, de una decisión igualmente racional. Sin embargo, es lamentable que milady concreto tiene que depender de su progenitor para la elección de lo que haya de hacerla encogerse o dilatarse, retardarse o acelerarse, ser fuerte, resilente, a prueba de polvo, repelente al agua, plástica… y aun adorable.

Las fórmulas que le confieren estas propiedades infinitamente deseadas son, al igual que los cosméticos, objeto de secretos guardados con todo esmero.

A los progenitores de concreto, sean arquitectos o ingenieros, se les puede confiar en forma estrictamente confidencial, a lo menos parte del secreto, pero sólo si lo solicitan.

Así pues, el concreto es una dama, pero…en ocasiones puede ser una mujer horrible; en todo caso, si se tiene calidad, requiere de poca atención o embellecimiento.”

MUCHAS GRACIASPOR SU ATENCIÓN

Roberth Alejandro Quintero RodríguezCoordinador Asesoría TécnicaPBX: (572) 4850310 Ext. 2502

Celular: 314 6502696rquintero@csmsa.co

www.cementosanmarcos.com