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Universidad Autónoma San Francisco
Autor:
Luis Cuéllar Yáñez
Arequipa – Perú
2018
ASPECTOS GENERALES
DEL USO DEL CONCRETO
Editor: Universidad Autónoma de San Francisco
Av. Parra Nº 219, Cercado – Arequipa
Arequipa, Febrero del 2018
INTRODUCCIÓN
Las primeras referencias sobre un aglomerante con características similares al
concreto están dadas por Plinio, autor romano, quien se refiere a las proporciones
de un aglomerante empleado en la construcción de las cisternas romanas, indicando
que deben mezclarse: cinco partes de arena de gravilla pura, dos de la cal calcinada
más fuerte y fragmentos de sílice.
En sus construcciones tanto los griegos como los romanos empleaban material
puzolánico mezclado con cal para preparar morteros hidráulicos o concretos.
Vitruvius, el gran arquitecto romano, decía de una tufa volcánica llamada puzolana:
“Hay una especie de arena la cual, por si misma, posee cualidades extraordinarias.
Si se mezcla con cal y piedra, ella endurece tan bien bajo el agua como en edificios
comunes”. Los mejores concretos empleados en las más famosas construcciones
romanas, fueron hechos de ladrillo roto, cal y puzolana. Primeras dosificaciones
cuyos buenos resultados se evidencian hasta la fecha. El panteón de Adriano es un
ejemplo de ello.
Joseph Asphin y I.C. Johnson, a mediados de 1824, patentan el denominado
cemento Portland estableciendo que este debe ser fabricado combinando
materiales calizos y arcillosos en proporciones determinadas, calentando el material
en un horno, y pulverizando el producto hasta conseguir un polvo muy fino. Aunque
existe una gran diferencia entre este material y los cementos modernos, su
descubrimiento permite el creciente desarrollo del concreto.
Hoy en día la preparación del concreto está totalmente normalizada, ya que es el
material más ampliamente usado en la construcción alrededor del mundo, por eso
que una de las finalidades de este texto universitario, es contribuir a la correcta
utilización del concreto en construcciones y acciones relativas.
2
ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCION
CAPÍTULO I: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 5
B. EL CONCRETO ....................................................................................... 5
C. RESEÑA HISTORICA ............................................................................. 6
D. NATURALEZA DEL CONCRETO ........................................................... 7
E. ANTECEDENTES EN EL PERÚ ............................................................. 8
F. EL CEMENTO ......................................................................................... 14
CAPÍTULO II: NATURALEZA DEL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 20
B. TRABAJABILIDAD .................................................................................. 20
C. ESTADO ENDURECIDO DEL CONCRETO ........................................... 22
CAPÍTULO III: CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS AGREGADOS
A. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 33
B. CONCEPTO ............................................................................................ 33
C. CLASIFICACIÓN ..................................................................................... 35
D. AGREGADOS ......................................................................................... 36
CAPÍTULO IV: EL AGUA COMO AGREGADO PARA EL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 48
B. CONCEPTOS .......................................................................................... 48
C. IMPURESA EN EL AGUA ....................................................................... 50
CAPÍTULO V: ADITIVOS PARA EL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 57
3
B. CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS PARA EL CONCRETO ................ 58
C. SISTEMA NORMATIVO .......................................................................... 72
CAPÍTULO VI: PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO FRESCO Y
ENDURECIDO
A. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 73
B. PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO FRESCO ................. 74
C. PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO ENDURECIDO ........ 81
D. ENSAYOS DE CAMPO ........................................................................... 84
CAPÍTULO VII: PERMEABILIDAD DEL CONCRETO RESISTENCIA Y DURABILIDAD
DEL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 101
B. CONCRETO PERMEABLE ..................................................................... 102
C. PROPIEDADES ....................................................................................... 104
CAPÍTULO VIII: DISEÑO DE MEZCLAS DEL CONCRETO NORMALES MÉTODO DEL
ACI
A. ESPECIFICACIONES ............................................................................. 109
B. MATERIALES .......................................................................................... 109
C. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA .... 109
CAPÍTULO IX: CONTROL DE CALIDAD
A. ESPECIFICACIONES ............................................................................. 118
B. ORGANIZACIÓN Y RESPONSABILIDAD DEL CONTROL
DE CALIDAD DEL CONCRETO .............................................................. 119
C. ENSAYOS DE CONTROL DE CALIDAD DE CONCRETO
EN ESTADO FRESCO ............................................................................ 119
D. TEMPERATURA DEL CONCRETO ........................................................ 120
E. TRABAJABILIDAD Y MANEJABILIDAD .................................................. 121
F. ENSAYOS PARA DETERMINAR LA TRABAJABILIDAD ....................... 121
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G. ENSAYO DE ASENTAMIENTO .............................................................. 122
H. SEGREGACIÓN ...................................................................................... 123
I. EXUDACIÓN ........................................................................................... 124
J. MASA UNITARIO Y RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO ............................ 124
K. CÁLCULO DE LA MASA UNITARIA Y RENDIMIENTO
VOLUMÉTRICO ...................................................................................... 125
L. FRAGUADO DEL CONCRETO ............................................................... 127
M. CONTENIDO DEL AIRE .......................................................................... 128
N. ELABORACIÓN Y CURADO DE CILINDROS DE CONCRETO ............. 128
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CAPÍTULO I: TECNOLOGÍA DEL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN
El concreto es la mezcla del cemento, agregados inertes (arena y grava) y agua, la
cual se endurece después de cierto tiempo formando una piedra artificial. Los
elementos activos del concreto son el agua y el cemento de los cuales ocurre una
reacción química que después de fraguar alcanza un estado de gran solidez, y los
elementos inertes, que son la arena y la grava cuya función es formar el esqueleto de
la mezcla, ocupando un gran porcentaje del volumen final del producto, abaratándolo
y disminuyendo los efectos de la reacción química de la “lechada”.
Este material de construcción es el más extensamente utilizado por varias razones,
primero, porque posee una gran resistencia a la acción del agua sin sufrir un serio
deterioro, además de que puede ser moldeado para dar una gran variedad de formas
y tamaños gracias a la trabajabilidad de la mezcla, siendo esta de gran popularidad
entre los ingenieros civiles por su pronta disponibilidad en las obras y su bajo costo.
Durante el proceso de fraguado y de endurecimiento del concreto ocurre un cambio
de volumen conocido como contracción por secado y que generalmente se expresan
en unidades de longitud en vez de hacerlo en unidades de volumen, debido a la
comodidad y fácil manejo de las unidades longitudinales.
B. EL CONCRETO
El concreto es el producto resultante de la mezcla de un aglomerante (generalmente
cemento, arena, grava o piedra machacada y agua) que al fraguar y endurecer
adquiere una resistencia similar a la de las mejores piedras naturales.
El cemento junto a una fracción del agua del concreto componen la parte pura cuyas
propiedades dependen de la naturaleza del cemento y de la cantidad de agua
utilizada.
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Esta pasta pura desempeña un papel activo: envolviendo los granos inertes y
rellenando los huecos de los áridos, confieren al concreto sus características:
- De resistencias mecánicas.
- De contracción
- De fisurabilidad.
CUALIDADES DEL CONCRETO FRESCO:
- CONSISTENCIA: La facilidad con que un concreto fresco se deforma nos da
idea de su consistencia. Los factores más importantes que producen esta
deformación son la cantidad de agua de amasado, la granulometría y la forma
y tamaño de sus áridos.
- DOCILIDAD: La docilidad puede considerarse como la aptitud de un concreto
para ser empleado en una obra determinada; para que un concreto tenga
docilidad, debe poseer una consistencia y una cohesión adecuada, así, cada
obra tiene un concepto de docilidad, según sus medidas y características.
- DENSIDAD: Es un factor muy importante a tener en cuenta para la uniformidad
del concreto pues el peso varía según la granulometría, y humedad de los
áridos, agua de amasado y modificaciones en el asentamiento.
C. RESEÑA HISTÓRICA
Antigua Roma: Cal, ceniza volcánica, piedra, barras metálicas
1825: El primer concreto moderno producido en América se utiliza en la construcción
del canal de Erie, se utilizó cemento de cal hidráulica. Nueva York.
1914: El Canal de Panamá fue abierto después de décadas de construcción. Ofrece
tres pares de exclusas de concreto con suelos tan gruesos como 20 pies y las paredes
tan gruesas como 60 pies en el fondo.
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1993: Museo JFK, Boston
El museo por sí mismo es una estructura dramáticamente angular de cristal verde y
concreto blanco que se aprovecha del inclinado terreno costero con dramáticas vistas
del mar y de la ciudad.
D. NATURALEZA DEL CONCRETO
El concreto es un material compuesto formado por partículas de material granular
grueso (agregados minerales o rellenador) embebidos en una matriz dura de material
(cemento o ligante) que llena los espacios vacíos entre las partículas y burbujas
manteniéndolas juntas.
Los agregados pueden ser obtenidos de diferentes tipos de materiales, sin embargo
principalmente hacemos uso de los materiales naturales, comúnmente rocas. Estos
son esencialmente materiales inertes los cuales, por conveniencia, son separados en
una fracción gruesa y en una fracción fina.
Similarmente el cemento puede ser formulado a partir de diferentes composiciones
químicas. Cemento es un nombre genérico que puede ser aplicado a cualquier
material ligante. Por lo tanto deben ser utilizados descriptores para calificar al cemento
cuando nos referimos a un cemento específico.
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E. ANTECEDENTES EN EL PERÚ
La historia del concreto está muy ligada con la historia del cemento, para ser más
específicos con el material cementante, que desde tiempos remotos ha servido para
dar mayor resistencia, ante los agentes de intemperismo, a la construcción de
viviendas, templos, palacios, etc. y por ende a una mayor comodidad social. Por
ejemplo en la cultura Egipcia se utilizaba un mortero, mezcla de arena con materia
cementosa, para unir bloques y losas de piedra al elegir sus construcciones.
Pero en el Perú a diferencia de estas culturas y a pesar de los grandes conocimientos
incaicos sobre astronomía, trazado y construcción de canales de irrigación,
edificaciones de piedra y adobe, etc. “No existen evidencias del empleo de ningún
material cementantes este periodo que se caracterizó por un desarrollo notable del
empleo de la piedra sin el elementos ligantes de unión entre piezas”.
Los materiales aglomerantes o cementantes en el Perú datan del siglo XVI, en la
Colonia, en la que los españoles implantan los conocimientos técnicos europeos a
Lima. Y a medida que el auge y la riqueza del virreinato del Perú crecen también lo
hacen en gran medida las edificaciones y el ornato de las ciudades, motivando el
empleo de materiales y técnicas más elaboradas, como lo indica el siguiente párrafo:
“…en las construcciones coloniales, generalmente de dos pisos, los
cimientos eran de piedra grande de rio amarradas y con mezcla de cal y arena
lo que se denominaba el calicanto”.
El concreto
Se denomina concreto a la mezcla de cemento, arena gruesa, piedra y agua, que se
endurece conforme avanza la reacción química del agua con el cemento.
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La cantidad de cada material en la mezcla depende de la resistencia que se indique
en los planos de estructuras. Siempre la resistencia de las columnas y de los techos
debe ser superior a la resistencia de cimientos y falsos pisos.
Después del vaciado, es necesario garantizar que el cemento reaccione
químicamente y desarrolle su resistencia. Esto sucede principalmente durante los 7
primeros días, por lo cual es muy importante mantenerlo húmedo en ese tiempo. A
este proceso se le conoce como curado del concreto.
El concreto tiene dos etapas básicas: cuando está fresco y cuando ya se ha
endurecido.
Las propiedades principales del concreto en estado fresco son:
- Trabajabilidad: Es el mayor o menor trabajo que hay que aportar al concreto
en estado fresco en los procesos de mezclado, transporte, colocación y
compactación. La forma más común para medir la "trabajabilidad" es mediante
"la prueba del slump". Los instrumentos que se necesitan son una plancha
base, un cono y una varilla de metal. Esta prueba consiste en medir la altura de
una masa de concreto luego de ser extraída de un molde en forma de cono.
Cuanto mayor sea la altura, el concreto será más trabajable. De la misma
manera, cuanto menor sea la altura, el concreto estará muy seco y será poco
trabajable.
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El primer paso para hacer esta prueba consiste en sacar una muestra de concreto de
una determinada tanda de la mezcladora. Con esta muestra se llena el cono mediante
tres capas y se chucea con la varilla, 25 veces cada una.
Inmediatamente después se nivela el cono, se levanta verticalmente y se le coloca al
lado del concreto. Por último, se mide la altura entre el cono y el concreto, colocando
la varilla horizontalmente sobre el cono:
- Segregación: Ocurre cuando los agregados gruesos, que son más pesados,
como la piedra chancada se separan de los demás materiales del concreto. Es
importante controlar el exceso de segregación para evitar mezclas de mala
calidad. Esto se produce, por ejemplo, cuando se traslada el concreto en buggy
por un camino accidentado y de largo recorrido, debido a eso la piedra se
segrega, es decir, se asienta en el fondo del buggy.
- Exudación: Se origina cuando una parte del agua sale a la superficie del
concreto. Es importante controlar la exudación para evitar que la superficie se
debilite por sobre-concentración de agua. Esto sucede, por ejemplo, cuando se
excede el tiempo de vibrado haciendo que en la superficie se acumule una
cantidad de agua mayor a la que normalmente debería exudar.
- Contracción: Produce cambios de volumen en el concreto debido a la pérdida
de agua por evaporación, causada por las variaciones de humedad y
temperatura del medio ambiente. Es importante controlar la contracción porque
puede producir problemas de fisuración. Una medida para reducir este
problema es cumplir con el curado del concreto.
Por otro lado, las propiedades del concreto en estado endurecido son:
- Elasticidad: Es la capacidad de comportarse elásticamente dentro de ciertos
límites. Es decir, que una vez deformado puede regresar a su forma original.
- Resistencia: Es la capacidad del concreto para soportar las cargas que se le
apliquen. Para que éste desarrolle la resistencia indicada en los planos, debe
prepararse con cemento y agregados de calidad. Además, debe tener un
transporte, colocado, vibrado y curado adecuado.
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Hay muchos tipos de concreto, pero para una casa generalmente se usan los
siguientes:
- Concreto Ciclópeo
Este tipo de concreto se usa en los cimientos y en los sobre cimientos:
Cuando se usa en los cimientos, la proporción recomendable es de 1
volumen de cemento por 10 volúmenes de hormigón. Esta proporción se logra
usando: 1 bolsa de cemento, con 3 1/3 buggies de hormigón y la cantidad de
agua necesaria para obtener una mezcla que permita un buen trabajo.
Adicionalmente, se debe incorporar piedra de zanja en una proporción
equivalente a una tercera parte del volumen a vaciar. Las piedras tendrán un
diámetro promedio de 25 cm., deben estar limpias y quedar completamente
rodeadas de concreto.
Cuando se usa en los sobre cimientos, la proporción recomendable es de 1
volumen de cemento por 8 volúmenes de hormigón. Esta proporción se logra
usando: 1 bolsa de cemento, con 2 1/2 buggies de hormigón y la cantidad de
agua necesaria para obtener una mezcla pastosa que permita un buen trabajo.
Adicionalmente se debe incorporar piedra de cajón en una proporción
equivalente a una cuarta parte del volumen a vaciar. Las piedras tendrán un
diámetro promedio de 10 cm, deben estar limpias y quedar completamente
rodeadas de concreto.
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- Concreto Simple
El concreto simple se usa para vaciar el falso piso y contrapiso.
En el falso piso, la proporción recomendable es de 1 volumen de cemento por
12 volúmenes de hormigón. Esta proporción se logra usando: 1 bolsa de
cemento con 4 buggies de hormigón y la cantidad de agua necesaria para
obtener una mezcla pastosa que permita un buen trabajo.
En el contrapiso, la proporción recomendable es 1 volumen de cemento por 5
volúmenes de arena gruesa. Esta proporción se logra usando 1 bolsa de
cemento con 1 1/2 buggies de arena gruesa y la cantidad de agua necesaria
que permita una mezcla pastosa y trabajable.
- Concreto Armado
Se llama concreto armado a la unión del concreto reforzado con las varillas de
acero.
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El concreto armado se usa para vaciar las columnas y techos. La proporción
recomendable para lograr una resistencia adecuada para una casa de 2 ó 3
pisos es de 1 volumen de cemento por 3 volúmenes de arena gruesa y 3
volúmenes de piedra chancada. Esta proporción se logra usando: 1 bolsa de
cemento con 1 buggy de arena gruesa, 1 buggy de piedra chancada y la
cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla pastosa que permita un
buen trabajo.
La cantidad de agua varía dependiendo del estado de humedad en que se
encuentre la arena y la piedra. Si están totalmente secas, para una bolsa de
cemento se necesitará 40 litros de agua. Pero si la piedra y la arena están
totalmente mojadas, bastará con unos 20 litros.
Con estas proporciones, la resistencia del concreto al cabo de un mes, debe ser
175 kg/cm2. Esto sólo sucederá si el concreto ha sido debidamente preparado,
colocado y mojado durante varios días después de su fraguado.
Consideraciones
Es recomendable utilizar una mezcladora que garantice la completa unión de todos
los componentes. El mezclado a mano con lampa no asegura una buena calidad.
Igualmente, es importante compactar el concreto fresco, con una vibradora. Si no se
tiene este equipo, habrá que hacerlo mediante un vigoroso chuzado*, utilizando una
varilla de fierro y golpeando el encofrado con un martillo.
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Finalmente, es importante recalcar, que para que el concreto desarrolle una
resistencia adecuada, se requiere mojarlo constantemente por lo menos durante los 7
primeros días.
F. CEMENTO
Los cementos son productos que amasados con agua fraguan y endurecen
formándose nuevos compuestos resultantes de reacciones de hidratación que son
estables tanto al aire como sumergidos en agua.
Hay varios tipos de cementos. Las propiedades de cada uno de ellos están
íntimamente asociadas a la composición química de sus componentes iniciales, que
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se expresa en forma de sus óxidos, y que según cuales sean formaran compuestos
resultantes distintos en las reacciones de hidratación.
Cada tipo de cemento está indicado para unos usos determinados; también las
condiciones ambientales determinan el tipo y clase del cemento afectando a la
durabilidad de los hormigones. Los tipos y denominaciones de los cementos y sus
componentes están normalizados y sujetos a estrictas condiciones.
La norma española establece los siguientes tipos: cementos comunes, los resistentes
a los sulfatos, los resistentes al agua de mar, los de bajo calor de hidratación, los
cementos blancos, los de usos especiales y los de aluminato de calcio. Los cementos
comunes son el grupo más importante y dentro de ellos el portland es el habitual. En
España solo pueden utilizarse los cementos legalmente comercializados en la Unión
Europea y están sujetos a lo previsto en leyes específicas.
Además del tipo de cemento, el segundo factor que determina la calidad del cemento,
es su clase o resistencia a compresión a 28 días. Esta se determina en un mortero
normalizado y expresa la resistencia mínima, la cual debe ser siempre superada en la
fabricación del cemento. No es lo mismo, ni debe confundirse la resistencia del
cemento con la del hormigón, pues la del cemento corresponde a componentes
normalizados y la del hormigón dependerá de todos y cada uno de sus componentes.
Pero si el hormigón está bien dosificado a mayor resistencia del cemento corresponde
mayor resistencia del hormigón. La norma española establece las siguientes clases
de resistencias:
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El cemento se encuentra en polvo y la finura de su molido es determinante en sus
propiedades conglomerantes, influyendo decisivamente en la velocidad de las
reacciones químicas de su fraguado y primer endurecimiento. Al mezclarse con el
agua los granos de cemento se hidratan solo en una profundidad de 0,01 mm, por lo
que si los granos fuesen muy gruesos el rendimiento de la hidratación sería pequeño
al quedar en el interior un núcleo inerte. Sin embargo una finura excesiva provoca una
retracción y calor de hidratación elevados. Además dado que las resistencias
aumentan con la finura hay que llegar a una solución de compromiso, el cemento debe
estar finamente molido pero no en exceso.
El almacenamiento de los cementos a granel se realiza en silos estancos que no
permitan la contaminación del cemento y deben estar protegidos de la humedad. En
los cementos suministrados en sacos, el almacenamiento debe realizarse en locales
cubiertos, ventilados, protegidos de la lluvia y del sol.
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Un almacenamiento prolongado puede provocar la hidratación de las partículas más
finas por meteorización perdiendo su valor hidráulico y que supone un retraso del
fraguado y disminución de resistencias.
Cemento Portland
El cemento Portland se obtiene al calcinar a unos 1500 °C mezclas preparadas
artificialmente de calizas y arcillas. El producto resultante, llamado clinker, se muele
añadiendo una cantidad adecuada de regulador de fraguado, que suele ser piedra de
yeso natural.
Esquema de un horno rotativo donde se mezcla y calcina la caliza y la arcilla para
formar el clinker de cemento.
La composición química media de un portland, según Calleja, está formada por un
62,5 % de CaO (cal combinada), un 21 % de SiO2 (sílice), un 6,5 % de
Al2O3 (alúmina), un 2,5 % de Fe2O3 (hierro) y otros minoritarios. Estos cuatro
componentes son los principales del cemento, de carácter básico la cal y de carácter
ácido los otros tres. Estos componentes no se encuentran libres en el cemento, sino
combinados formando silicatos, aluminatos y ferritos cálcicos, que son los
componentes hidráulicos del mismo o componentes potenciales. Un clinker de
cemento portland de tipo medio contiene:
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• Silicato tricálcico (3CaO·SiO2).................................. 40 % a 50 %
• Silicato bicálcico (2CaO·SiO2).................................. 20 % a 30 %
• Aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3)............................ 10 % a 15 %
• Aluminatoferrito tetracálcico (4CaO·Al2O3·Fe2O3)....... 5 % a 10 %
Las dos principales reacciones de hidratación, que originan el proceso de fraguado y
endurecimiento son:
2(3CaO·SiO2) + (x+3)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO·SiO2) + (x+1)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + Ca(OH)2
El silicato tricálcico es el compuesto activo por excelencia del cemento pues desarrolla
una resistencia inicial elevada y un calor de hidratación también elevado. Fragua
lentamente y tiene un endurecimiento bastante rápido. En los cemento de
endurecimiento rápido y en los de alta resistencia aparece en una proporción superior
a la habitual.
El silicato bicálcico es el que desarrolla en el cemento la resistencia a largo plazo, es
lento en su fraguado y en su endurecimiento. Su estabilidad química es mayor que la
del silicato tricálcico, por ello los cementos resistentes a los sulfatos llevan un alto
contenido de silicato bicálcico
El aluminato tricálcico es el compuesto que gobierna el fraguado y las resistencias a
corto. Su estabilidad química es buena frente al agua de mar pero muy débil a los
sulfatos. Al objeto de frenar la rápida reacción del aluminato tricálcico con el agua y
regular el tiempo de fraguado del cemento se añade al clinker piedra de yeso.
El aluminato ferrito tetracálcico no participa en las resistencia mecánicas, su presencia
es necesaria por el aporte defundentes de hierro en la fabricación del clinker.
Norma Técnica Peruana NTP
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Las Normas Técnicas Peruanas son documentos que establecen las
especificaciones de calidad de los productos, procesos y servicios. Existen también
NTP´s sobre terminología, métodos de ensayo, muestreo, envase y rotulado que se
complementan entre sí. Su aplicación es de carácter voluntario.
Norma ASTM
A.S.T.M. Siglas en inglés para la American Society of Testing Materials, que significa,
Asociación Americana de Ensayo de Materiales. Esta asociación radicada en Estados
Unidos se encarga de probar la resistencia de los materiales para la construcción de
bienes
Desde su fundación en 1898, ASTM International (American Society for Testing and
Materials) es una de las organizaciones internacionales de desarrollo de normas más
grandes del mundo. En ASTM se reúnen productores, usuarios y consumidores, entre
otros, de todo el mundo, para crear normas de consenso voluntarias.
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CAPÍTULO II: NATURALEZA DEL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN
El concreto es uno de los materiales de más uso en la construcción a nivel nacional y
mundial. Presenta dos características básicas que lo hacen diferente al resto de los
materiales: en primer lugar, puede ser preparado al momento, ya sea por los mismos
ingenieros de obra o en una planta de premezclado, debiendo en ambos casos
conocer las cantidades de material a mezclar para obtener el concreto apropiado; y
en segundo lugar, el concreto debe cumplir con los requisitos en dos estados, el fresco
y el endurecido, en el primero básicamente de trabajabilidad, consistencia y cohesión,
y en el segundo de resistencia y durabilidad.
• Trabajabilidad
• Consistencia
• Resistencia
• Durabilidad
B. ESTADO FRESCO DEL CONCRETO
1. TRABAJABILIDAD
El control de la trabajabilidad es uno de los problemas críticos para obtener la
calidad deseada de una estructura de concreto a un costo aceptable. La fluidez
adecuada del concreto permite la densificación de la masa del concreto en formas
muy complejas. Así pues, es crucial una comprensión de la teología del concreto y
de la aplicación de campo de los conocimientos pertinentes.
Entre los ensayos que existen para determinar la consistencia, el más empleado
es el cono de Abrams. Consiste en rellenar con
hormigón fresco un molde troncocónico de 30 cm de altura.
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La pérdida de altura que se produce cuando se desmoldea es la medida que define
la consistencia. Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos,
plásticos, blandos y fluidos tal como se indica en la tabla siguiente:
2. CONSISTENCIA
La consistencia es la mayor o facilidad que tiene el hormigón fresco para
deformarse y consiguientemente para ocupar todos los huecos del molde o
encofrado influyen en ella distintos factores, especialmente la cantidad de agua de
amasado, pero también el tamaño máximo del árido, la forma de los áridos y su
granulometría.
La consistencia se fija antes de la puesta en obra, analizando cual es la más
adecuada para la colocación según los medios que se dispone de compactación.
Se trata de un parámetro fundamental en el hormigón fresco. Entre los ensayos que
existen para determinar la consistencia, el más empleado es el cono de Abrams.
Consiste en rellenar con hormigón fresco un molde troncocónico de 30 cm de altura.
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La pérdida de altura que se produce cuando se desmoldea es la medida que define
la consistencia. Los hormigones se clasifican por consistencia en secos. Plásticos,
blandos y fluidos tal como se indica en la tabla siguiente:
PRUEBA DEL SLUMP Ó REVENIMIENTO
C. ESTADO ENDURECIDO DEL CONCRETO
1. RESISTENCIA
La resistencia del concreto es definida como el máximo esfuerzo que puede ser
soportado por dicho material sin romperse. Dado que el concreto está destinado
principalmente a tomar esfuerzos de compresión, es la medida de su resistencia a
dichos esfuerzos la que se utiliza como índice de su calidad.
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
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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.
Análisis Estadístico
Se ha comprobado que los resultados de los ensayos de resistencia de una misma
mezcla, se agrupan siguiendo una curva de distribución normal de frecuencias
(imagen N°. 03). Lo anterior ha conducido a la presentación de procedimientos
estadísticos sencillos, con base en los cuales se han fijado normas para la
producción y aceptación de mezclas de concreto.
Los valores de S o de V nos indican que tan dispersos están los resultados; así,
valores altos de S o V representan resultados muy alejados del promedio, lo que
significa baja calidad de la mezcla y por el contrario un valor pequeño representa
uniformidad en la mezcla (figura No. 6.2). En la tabla No. 6.2 se muestran valores
típicos del coeficiente de variación (V) y grado de uniformidad que puede esperarse
en el concreto, bajo diferentes condiciones de producción.
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A menor valor de S y V, menor dispersión. Los menores valores de S y V dan una
curva que representa mejor uniformidad (calidad)
donde:
V= Coeficiente de variación, expresado en porcentaje
2. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
Generalmente el diseñador de estructuras, especifica en la memoria de cálculos y
en los planos una resistencia a la compresión del concreto (F’c), la cual utilizó como
base para calcular el dimensionamiento y el refuerzo de los diferentes elementos
de una obra.
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Cuando en la obra se obtenga una resistencia menor que la especificada (F'c), se
disminuirá el factor de seguridad de la estructura. Para evitar esta posible
disminución de seguridad y debido a que en toda obra se obtienen diferentes
valores de resistencia para una misma mezcla, debido a variaciones en la
dosificación, mezcla, transporte, colocación, compactación y curado del concreto;
la mezcla deberá dosificarse para obtener una resistencia a la compresión
promedia (F’cr) mayor que F’c.
En la práctica resulta antieconómico indicar una resistencia mínima, igual a la
resistencia de diseño; puesto que de acuerdo al análisis estadístico, siempre existe
la posibilidad de obtener algunos valores más bajos.
3. DURABILIDAD
Tradicionalmente se asoció la durabilidad a las características resistentes del
concreto, y particularmente a su resistencia en compresión, pero las experiencias
prácticas y el avance de la investigación en este campo han demostrado que es
sólo uno de los aspectos involucrados, pero no el único ni el suficiente para obtener
un concreto durable.
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En consecuencia, el problema de la durabilidad es sumamente complejo en la
medida en que cada situación de exposición ambiental y condición de servicio
ameritan una especificación particular tanto para los materiales y diseño de mezcla,
como para los aditivos, la técnica de producción y el proceso constructivo, por lo
que es usual que en este campo las generalizaciones resulten nefastas.
Quienes han tenido la oportunidad de laborar en las diferentes regiones de nuestro
país, habrán podido comprobar la repetición sistemática de errores conceptuales y
prácticas constructivas inadecuadas en lo que a tecnología del concreto y
durabilidad se refiere, por el concepto equivocado de que el concreto es un material
“noble” que puede asimilar nuestras deficiencias, y que es antieconómico trabajar
con los avances de la técnica moderna.
En el desarrollo de este tema, analizaremos algunos conceptos básicos que
permitan una mejor aproximación a estos problemas y la utilización más eficiente
de nuestros recursos materiales y humanos.
El ACI (American Concrete Institute) define la durabilidad del concreto, como la
habilidad para resistir la acción del intemperismo, el ataque químico, la abrasión, o
cualquier otro proceso o condición de servicio de las estructuras, que produzca
deterioro del concreto.
La conclusión primordial que se desprende de la definición anterior, es que la
durabilidad no es un concepto absoluto que dependa solo del diseño de mezcla,
sino que está en función del ambiente de exposición y las condiciones de trabajo a
las cuales lo sometamos.
Pasos para alcanzar una adecuada Durabilidad
- Elección de materiales: El concreto difícilmente será durable, si sus materiales
constituyentes (agua, agregados, cemento, aditivos y/o adiciones); no son los
más adecuados o no cumplen con las especificaciones.
27
- Dosificación: La resistencia de un concreto, no es por sí sola, una medida de
durabilidad. Es importante diseñar la mezcla de forma adecuada, considerando
las características de los materiales que se tienen (agregados, cemento); así
como las condiciones ambientales a las que estará sometida la estructura.
- Fabricación y puesta en la obra: Es importante seguir algunas
recomendaciones básicas para garantizar la durabilidad del concreto:
- Mezclado durante el tiempo suficiente, para obtener un material homogéneo.
- Transporte que mantenga la homogeneidad, evite la segregación, y principio
de endurecimiento.
- Colocación correcta de las armaduras, utilizando elementos separadores para
garantizar que en cualquier circunstancia, van a respetarse los recubrimientos
mínimos, especificados en el proyecto.
- Vertido correcto del concreto, que impida su segregación.
- Empleo del concreto con la consistencia que permita rellenar perfectamente
todas las partes de la pieza colocada.
- Evitar la mala práctica de añadir agua para que el concreto “corra”; si fuese
necesario utilizar un aditivo, para resolver el problema de trabajabilidad y no
comprometer la resistencia y durabilidad del concreto.
- Compactación adecuada que evite la segregación y porosidad.
- Curado que garantice la hidratación suficiente del cemento y el correcto
endurecimiento del concreto.
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:
- Congelamiento y Deshielo
- Ambiente químicamente agresivo
- Abrasión
- Corrosión de metales en el concreto
28
- Reacciones químicas en los agregados.
4. Acciones De Congelación Y Deshielo
- El 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.
a. Efecto en la pasta de cemento
Existen dos teorías que explica el efecto en el concreto:
- Presión Hidráulica, considerando del grado de saturación de los poros
capilares y poros gel, la velocidad de congelación y la permeabilidad de la
pasta, al congelarse el agua en los poros esta aumenta de volumen y ejerce
presión sobre el agua aun en estado líquido, ocasionando tensiones en la
estructura resistente. Si estas tensiones superan los esfuerzos últimos de la
pasta, se producen la rotura.
- Presión Osmótica, asume las mismas consideraciones iníciales de lo anterior
pero supone que al congelarse el agua en los poros cambia la alcalinidad del
agua aun en estado líquido.
- Bajo ambas teorías al producirse el descongelamiento o deshielo, se liberan
las tensiones al repetirse este ciclo muchas veces se produce la rotura por
fatiga de la estructura de la pasta, si es que no se produjo.
b. Efecto en los agregados
En los agregados existe evidencia de que por los tamaños mayores de los
poros capilares se producen generalmente presiones hidráulicas y no
29
osmóticas; con esfuerzos internos similares a los que ocurren en la pasta de
cemento. Por otro lado cuando menor sea la capacidad del agregado para
absorber agua, menor será el efecto del congelamiento interno de la misma
que tienen baja durabilidad ante la acción de ciclos de congelación, son
aquellos con un grado de porosidad de moderado a alto, lo que les permite
retener y mantener un grado de saturación relativamente alto, cuando se
encuentran incorporados ya en el concreto.
c. Efecto entre la pasta y los agregados
Existe la denominada “Teoría Elástica” que considera un efecto mixto de los
agregados sobre la pasta; ya que al congelarse el agua dentro de ellos se
deforman elásticamente sin romperse por tener una estructura más resistente
que la del cemento y ejercen presión directa sobre la pasta generando
tensiones adicionales a las ocasionadas en el cemento independientemente.
5. Ambiente químicamente agresivo
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.
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.
30
ABRASIÓN
Se define la resistencia a la abrasión como la habilidad de una superficie de
concreto a ser desgastada por roce y fricción. Este fenómeno se origina de varias
maneras, siendo las más comunes las atribuidas a las condiciones de servicio,
como son el tránsito de peatones y vehículos sobre veredas y losas, el efecto del
viento cargado de partículas sólidas y el desgaste producido por el flujo continuo
de agua. En la mayoría de los casos, el desgaste por abrasión no ocasiona
problemas estructurales, sin embargo puede traer consecuencias en el
comportamiento bajo las condiciones de servicio o indirectamente propiciando el
ataque de algún otro enemigo de la durabilidad (agresión química, corrosión etc.)
siendo esto último más evidente en el caso de las estructuras hidráulicas.
CORROSION 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 representar una barrera protectora contra la
corrosión.
Pero si por circunstancias internas o externas se cambian estas condiciones de
protección, se produce el proceso electro químico 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 queramos 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 nos limitaremos a considerar sólo el caso de la corrosión del acero de
refuerzo
REACCIONES QUIMICAS EN LOS AGREGADOS
Se produce con algunos agregados del tipo ópalo, calcedonia, ciertas formas de
cuarzo, andesita, dacita que reaccionan con los Hidratos de Calcio del cemento
ocasionando compuestos expansivos.
31
Se han desarrollado varios métodos químicos, físicos y petrográficos para estimar
el riesgo potencial de reactividad, pero se reconoce que la mejor evaluación es la
evidencia práctica del empleo de los agregados en concreto sin problemas. Una
de las dificultades para evaluar el riesgo consiste en que el desarrollo del
fenómeno es lento, por lo que debe existir evidencia estadística de al menos cinco
años para poder opinar sobre la habilidad práctica de algún agregado en particular
sobre el que exista duda. La reacción propicia es el desarrollo de un gel expansivo
en la interface agregado – pasta, que rompe la estructura interna del concreto
provocando fisuración y desintegración.
AGREGADOS PARA EL CONCRETO
Material granular, el cual puede ser arena, piedra natural zarandeada o chancada,
empleado con un medio cementante para formar concreto o mortero.
Los agregados ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto
(70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto
recién mezclado y endurecido, en las proporciones de la mezcla:
- Pueden tener tamaños que van desde partículas casi invisibles hasta pedazos
de piedra. Junto con el agua, el cemento y aditivos, conforman el conjunto de
ingredientes necesarios para la fabricación de concreto.
- Esta identificación de los materiales se deriva de la condición mínima del
concreto convencional de dividir los agregados en dos fracciones principales
cuya frontera nominal es 4.75 mm (malla núm. 4 ASTM).
- Dependiendo del diámetro medio de sus partículas se clasifican en:
Agregado Fino: Aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido en la malla N°
200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las
rocas.
Agregado Grueso: Aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de
la desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada
y grava.
32
Características
- Los agregados tienen que ser limpios y están exentos de exceso de arcilla,
limo, mica, materia orgánica, sales químicas, granos recubiertos y reactividad
álcali-sílice.
- Se ofrece al mercado agregados de diversas granulometrías estandarizadas:
Arena: ASTM C33
Piedra ASTM C33, con los siguientes husos granulométricos:
▪ HUSO 57: tamaño máximo nominal 1” (*)
▪ HUSO 67: tamaño máximo nominal 3/4” (*)
▪ HUSO 7: tamaño máximo nominal 1/2” (*)
▪ HUSO 357: tamaño máximo nominal 2” (**)
▪ HUSO 467: tamaño máximo nominal 1 1/2”
(**) (*) Producción regular. (**) Producción a pedido.
33
CAPÍTULO III: CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS AGREGADOS
A. INTRODUCCIÓN
Antiguamente se decía que los agregados eran elementos inertes dentro
del concreto ya que no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas,
la tecnología moderna se establece que siendo este material el que mayor % de
participación tendrá dentro de la unidad cúbica de concreto sus propiedades y
características diversas influyen en todas las propiedades del concreto.
La influencia de este material en las propiedades del concreto tiene efectos importante
no sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad
y consistencia al estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia,
propiedades elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto
endurecido.
La norma de concreto E-060, recomienda que a pesar que en ciertas circunstancias
agregados que no cumplen con los requisitos estipulados han demostrado un
buen comportamiento en experiencias de obras ejecutadas, sin embargo debe
tenerse en cuenta que un comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza
buenos resultados bajo otras condiciones y en diferentes localizaciones, en la medida
de lo posible deberán usarse agregados que cumplan con las especificaciones
del proyecto.
B. CONCEPTOS
Generalmente se entiende por "agregado" a la mezcla de arena y piedra de
granulometría variable. El concreto es un material compuesto básicamente por
agregados y pasta cementicia, elementos de comportamientos bien diferenciados:
34
Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas de origen natural o
artificial cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la NTP
400.011.
Los agregados son la fase discontinua del concreto y son materiales que están
embebidos en la pasta y que ocupan aproximadamente el 75% del volumen de la
unidad cúbica de concreto.
Los agregados son materiales inorgánicos naturales o artificiales que están
embebidos en los aglomerados (cemento, cal y con el agua forman los concretos y
morteros).
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.
Los agregados conforman el esqueleto granular del concreto y son el elemento
mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de concreto, por lo que son
responsables de gran parte de las características del mismo. Los agregados son
generalmente inertes y estables en sus dimensiones.
La pasta cementicia (mezcla de cemento y agua) es el material activo dentro de la
masa de concreto y como tal es en gran medida responsable de la resistencia,
variaciones volumétricas y durabilidad del concreto. Es la matriz que une los
elementos del esqueleto granular entre sí.
Cada elemento tiene su rol dentro de la masa de concreto y su proporción en la
mezcla es clave para lograr las propiedades deseadas, esto es: trabajabilidad,
resistencia, durabilidad y economía.
35
C. CLASIFICACIÓN
Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son:
1. Por su naturaleza
Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales de uso
frecuente, además los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en:
agregado grueso, fino y hormigón (agregado global).
- El agregado fino, se define como aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido
en la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la
desintegración de las rocas.
- El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la
desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y
grava.
- El hormigón, es el material conformado por una mezcla de arena y grava este
material mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la
corteza terrestre y se emplea tal cual se extrae en la cantera.
2. Por su densidad
Se pueden clasificar en agregados de peso específico normal comprendidos entre
2.50 a 2.75, ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y agregados pesados
cuyos pesos específicos son mayores a 2.75.
36
3. Por el origen, forma y textura superficial
Por naturaleza los agregados tienen forma irregularmente geométrica compuestos
aleatoriamente por caras redondeadas y angularidades. En términos descriptivos
la forma de los agregados puede ser:
•Angular: Poca evidencia de desgaste en caras y bordes.
•Sub angular: Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes.
•Sub redondeada: Considerable desgaste en caras y bordes.
•Redondeada: Bordes casi eliminados.
•Muy Redondeada: Sin caras ni bordes
D. AGREGADOS (ARENA Y GRAVA)
1. Fino (arena)
a. Características generales, muestreo
Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada
siendo la mayoría de sus partículas menores que 5 mm. Los agregados finos
deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril óptimo: deben consistir
en partículas durables, limpias, duras, resistentes, y libre de productos químicos
absorbidos, recubrimientos de arcilla y de otros materiales finos que pudieran
afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento. Las partículas de
agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son
indeseables.
b. Análisis granulométrico. Tablas gráficas mostrando granulometría ideal
Los requisitos de la norma ASTM C 33, permiten un rango relativamente amplio
en la granulometría del agregado fino, pero las especificaciones de otras
organizaciones son a veces más limitantes.
La granulometría más conveniente para el agregado fino, depende del tipo de
trabajo, de la riqueza de la mezcla, y del tamaño máximo del agregado grueso.
37
En mezclas más pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño
pequeño, la granulometría que más se aproxime al porcentaje máximo que pasa
por cada criba resulta lo más conveniente para lograr una buena trabajabilidad.
En general, si la relación agua-cemento se mantiene constante y la relación de
agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio
rango en la granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia. En
ocasiones se obtendrá una economía máxima, ajustando la mezcla del concreto
para que encaje con la granulometría de los agregados locales. Entre más
uniforme sea la granulometría, mayor será la economía. La granulometría del
agregado fino dentro de los límites de la norma ASTM C 33, generalmente es
satisfactoria para la mayoría de los concretos. Los límites de la norma ASTM C
33 con respecto al tamaño de las cribas se indican a continuación:
Estas especificaciones permiten que los porcentajes mínimos (en peso) del
material que pasa las mallas de 0.30 mm (No.50) y de 0.15 mm (No.100) sean
reducidos a 5% y 0%, respectivamente, siempre y cuando:
- El agregado se emplee en un concreto con aire incluido que contenga más de
237 kg de cemento por metro cúbico y tenga un contenido de aire superior al
3%.
- El agregado se emplee en un concreto que contenga más de 296 kg de
cemento por metro cúbico cuando el concreto tenga inclusión de aire.
- Se use un aditivo mineral aprobado para compensar la deficiencia del material
que pase estas dos mallas.
Otros requisitos de la norma ASTM son:
38
- Que el agregado fino no tenga más del 45% retenido entre dos mallas
consecutivas.
- Que el módulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, ni que varíe en
más de 0.2 del valor típico de la fuente del abastecimiento del agregado. En el
caso de que sobrepase este valor, el agregado fino se deberá rechazar a
menos que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones del agregado
fino y grueso.
Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas de 0.30 mm (No.50) y
de 0.15 mm (No.100), afectan la trabajabilidad, la textura superficial y el
sangrado del concreto. La mayoría de las especificaciones permiten que del
10% al 30% pase por la malla de 0.30 mm (No. 50). El límite inferior puede
bastar en condiciones de colado fáciles o cuando el concreto tiene un acabado
mecánico, como ocurre en el caso de los pavimentos. Sin embargo, en los pisos
de concreto acabados a mano o donde se requiera una textura superficial tersa,
se deberá usar un agregado fino que contenga al menos un 15% que pase la
malla de 0.30 mm (No.50) y al menos un 3% que pase la malla de 0.15 mm
(No.100).
c. Módulo de finura
El módulo de finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene,
conforme a la norma ASTM C 125, sumando los porcentajes acumulados en
peso de los agregados retenidos en una serie especificada de mallas y
dividiendo la suma entre 100.
Las mallas que se emplean para determinar el módulo de finura son la de 0.15
mm (No.100), 0.30 mm (No.50), 0.60 mm (No.30), 1.18 mm (No.16), 2.36 mm
(No.8), 4.75 mm (No.4), 9.52 mm (3/8”), 19.05 mm (3/4”), 38.10 mm (1½”),
76.20 mm (3”), y 152.40 mm (6”). El módulo de finura es un índice de la finura
del agregado, entre mayor sea el módulo de finura, más grueso será el
agregado. Diferentes granulometrías de agregados pueden tener igual módulo
de finura.
39
El módulo de finura del agregado fino es útil para estimar las proporciones de
los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto. A continuación se
presenta un ejemplo de la determinación del módulo de finura de un agregado
fino con un análisis de mallas supuesto:
Módulo de Fineza
Criterio Establecido en 1925 por Duff Abrams a partir de las granulometrías del
material se puede intuir una fineza promedio del material utilizando la siguiente
expresión:
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Contenido De Finos
El contenido de finos o polvo no se refiere al contenido de arena fina ni a la
cantidad de piedras de tamaño menor, sino a la suciedad que presentan los
agregados (tamaños inferiores a 0,075 mm).
El contenido de finos es importante por dos aspectos:
- a mayor suciedad habrá mayor demanda de agua, ya que aumenta la
superficie a mojar y por lo tanto también aumentará el contenido de cemento
si se quiere mantener constante la relación agua/cemento;
- si el polvo está finamente adherido a los agregados, impide una buena unión
con la pasta y por lo tanto la interface mortero-agregado será una zona débil
por donde se puede originar la rotura del concreto.
- Es difícil de apreciar a simple vista si las arenas tienen finos, pero se puede
evaluar cualitativamente de las siguientes maneras:
- Observando los acopios, pueden notarse en su superficie costras duras
originadas por el desecamiento de estos finos.
- Haciendo una simple prueba consiste en colocar un poco de arena en un
recipiente traslúcido con agua, agitar enérgicamente y dejar reposar un par
de minutos. Si la arena está sucia se diferenciará claramente en el fondo del
recipiente el depósito de arena y sobre éste, el de material fino.
2. Agregado grueso (grava)
a. Características generales, muestreo
Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de gravas
o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5
mm y generalmente entre 9.5 mm y 38 mm. Los agregados gruesos deben
cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril óptimo: deben consistir en
partículas durables, limpias, duras, resistentes, y libre de productos químicos
absorbidos, recubrimientos de arcilla y de otros materiales finos que pudieran
41
afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento. Las partículas de
agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son
indeseables.
Principales criterios de calidad
PROPIEDADES FÍSICAS:
a. Densidad
Depende de la gravedad específica de sus constituyentes sólidos como de la
porosidad del material mismo. La densidad de los agregados es especialmente
importante para los casos en que se busca diseñar concretos de bajo o alto
peso unitario.
Las bajas densidades indican también que el material es poroso y débil y de
alta absorción.
b. Porosidad
La palabra porosidad viene de poro que significa espacio no ocupado
por materia sólida en la partícula de agregado es una de las más importantes
propiedades del agregado por su influencia en las otras propiedades de éste,
puede influir en la estabilidad química, resistencia a la abrasión, resistencias
mecánicas, propiedades elásticas, gravedad específica, absorción y
permeabilidad.
c. Peso Unitario
Es el resultado de dividir el peso de las partículas entre el volumen total
incluyendo los vacíos. Al incluir los espacios entre partículas influye la forma de
acomodo de estos. El procedimiento para su determinación se encuentra
normalizado en ASTM C29 y NTP 400.017.
Es un valor útil sobre todo para hacer las transformaciones de pesos a
volúmenes y viceversa.
d. Porcentaje de Vacíos
42
Es la medida de volumen expresado en porcentaje de los espacios entre las
partículas de agregados, depende del acomodo de las partículas por lo que su
valor es relativo como en el caso del peso unitario. Se evalúa usando la
siguiente expresión recomendada por ASTM C 29
e. Humedad
Es la cantidad de agua superficial retenida por la partícula, su influencia está en
la mayor o menor cantidad de agua necesaria en la mezcla se expresa de la
siguiente forma:
PROPIEDADES RESISTENTES:
a. Resistencia
La resistencia del concreto no puede ser mayor que el de los agregados; la
textura la estructura y composición de las partículas del agregado influyen sobre
la resistencia.
Si los granos de los agregados no están bien cementados unos a otros
consecuentemente serán débiles.
La resistencia al chancado o compresión del agregado deberá ser tal que permita
la resistencia total de la matriz cementante.
b. Tenacidad
Esta característica está asociada con la resistencia al impacto del material. Está
directamente relacionada con la flexión, angularidad y textura del material.
c. Dureza
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Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la erosión abrasión o
en general al desgaste. La dureza de las partículas depende de sus
constituyentes.
Entre las rocas a emplear en concretos éstas deben ser resistentes a procesos
de abrasión o erosión y pueden ser el cuarzo, la cuarzita, las rocas densas de
origen volcánico y las rocas silicosas.
d. Módulo de elasticidad
Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la deformación elástica,
considerándosele como una medida de la resistencia del material a las
deformaciones.
El módulo elástico se determina en muy inusual su determinación en los
agregados sin embargo el concreto experimentara deformaciones por lo que es
razonable intuir que los agregados también deben tener elasticidades acordes al
tipo de concreto. El valor del módulo de elasticidad además influye en el
escurrimiento plástico y las contracciones que puedan presentarse.
PROPIEDADES TÉRMICAS:
a. Coeficiente de expansión
Cuantifica la capacidad de aumento de dimensiones de los agregados en función
de la temperatura, depende mucho de la composición y estructura interna de las
rocas y varia significativamente entre los diversos tipos de roca.
En los agregados secos es alrededor de un 10% mayor que
en estado parcialmente saturado. Los valores oscilan normalmente entre 0.9 x
10 –6 a 8.9 x 10 –6 / °C.
b. Calor específico
44
Es la cantidad de calor necesaria para incrementar en un grado centígrado la
temperatura. No varía mucho en los diversos tipos de roca salvo en el caso de
agregados muy ligeros y porosos.
c. Conductividad térmica
Es la mayor o menor facilidad para conducir el calor. Está influenciada
básicamente por la porosidad siendo su rango de variación relativamente
estrecho. Los valores usuales en los agregados son de 1.1 a 2.7 BTU/ pie.hr. °F
d. Difusividad
Representa la velocidad con que se pueden producir cambios térmicos dentro
de una masa. se expresa como el cociente de dividir la conductividad entre el
producto de calor especifico por la densidad.
PROPIEDADES QUÍMICAS:
a. Reacción Alcali-Sílice
Los álcalis en el cemento están constituidos por el Óxido de sodio y de potasio
quienes en condiciones de temperatura y humedad pueden reaccionar con
ciertos minerales, produciendo un gel expansivo. Normalmente para que se
produzca esta reacción es necesario contenidos de álcalis del orden del 0.6%
temperaturas ambientes de 30°C y humedades relativas de 80% y un tiempo de
5 años para que se evidencie la reacción.
Existen pruebas de laboratorio para evaluar estas reacciones que se encuentran
definidas en ASTM C227, ASTM C289, ASTM C-295 y que permiten
obtener información para calificar la reactividad del agregado.
b. Reacción Alcali-carbonatos
Se produce por reacción de los carbonatos presentes en los agregados
generando sustancias expansivas, en el Perú no existen evidencias de este tipo
de reacción.
Los procedimientos para la evaluación de esta característica se encuentran
normalizados en ASTM C-586
45
POROSIDAD:
Es el volumen de espacios dentro de las partículas de agregado. Tiene una gran
influencia en todas las demás propiedades de los agregados, por ser representativa
de la estructura interna de las partículas.
No hay un método estándar ASTM para evaluarla, sin embargo existen varias
formas de determinación por lo general complejas y cuya validez es relativa. Una
manera indirecta de estimarla es mediante la determinación de la absorción, que
da un orden de magnitud de la porosidad normalmente un 10% menor que la real,
ya que como hemos indicado en el párrafo anterior, nunca llegan a saturarse
completamente todos los poros de las partículas.
Los valores usuales en agregados usuales pueden oscilar entre 0 a 15 %, aunque
por lo general el rango común es del 1 al 5%. En agregados ligeros, se pueden
tener porosidades del orden del 15 al 50%.
Normalmente, el concreto es una mezcla de cuatro ingredientes básicos: arena,
gravilla, cemento, y agua. En el proceso de mezcla, una cierta cantidad de aire se
mezcla en el concreto. El agua y el aire toman espacio dentro del concreto aún
después que el concreto es derramado en el lugar y durante las primeras etapas
de la fragua.
Cuando el concreto es trabajado en su lugar y comienza a "cuajarse" o
endurecerse, los ingredientes más pesados tienden a asentarse en el fondo
mientras los ingredientes más livianos flotan arriba. Siendo el agua el más liviano
de los cuatro ingredientes básicos, flota hacia arriba donde se evapora o se exprime
por los lados o el fondo. Según se exprime, se mueve en todas direcciones. El agua,
al ocupar espacio, deja millones de huecos entrecruzados en todas direcciones.
Según el aire escapa, tiene el mismo efecto.
46
Estos espacios huecos se atan entre sí creando lo que llamamos poros.
Frecuentemente los poros crean unas quebraduras finísimas dentro del concreto,
debilitando el concreto. Según la acción capilar del concreto atrae el agua hacia el
concreto, o la lluvia golpea los lados de la pared de concreto, o la hidrología del
agua va contra la pared de un sótano, el agua viaja por los poros a través del
concreto.
Los poros están entretejidos y entreconectados, permitiendo así el pasaje lento del
agua a través del concreto. Mientras más denso el concreto, más apretados los
poros y menos agua puede pasar a través.
IMPORTANCIA DE LA POROSIDAD
La porosidad del agregado tiene influencia sobre la estabilidad química, resistencia
a la abrasión, resistencias mecánicas, propiedades elásticas, gravedad específica,
absorción y permeabilidad de las partículas, siendo todas estas propiedades
menores conforme aumenta la porosidad del agregado.
Igualmente, las características de los poros determinan la capacidad y velocidad de
absorción, la facilidad de drenaje, el área superficial interna de las partículas, y la
porción de su volumen de masa ocupado por materia sólida.
INFLUENCIA SOBRE LAS PROPIEDADES
La velocidad de la reacción química de los agregados en el concreto, así como su
estabilidad química, están influenciadas por las características de su porosidad. Los
agregados que tienen alto porcentaje de poros, especialmente si estos son
pequeños, tienen una mayor superficie específica susceptible de ataque químicos
que aquella que pueden presentar agregados en los que hay una menor superficie
de poros o estos son de gran tamaño.
Las características térmicas del agregado están influenciadas por la porosidad.
Cambios importantes en el coeficiente de expansión, la difusibidad y la
conductividad del agregado pueden ocurrir por modificaciones del contenido de
47
humedad del mismo. En la actualidad se considera que las características de los
poros probablemente influyen en las propiedades térmicas del agregado seco.
La adherencia de la pasta a las partículas de agregado está determinada por
algunas propiedades de la superficie del mismo, incluidas la rugosidad y
características de los poros de la zona superficial, las cuales pueden afectar la
textura superficial y bondad de la adherencia de la pasta.
DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD
Los actuales métodos de laboratorio solo permiten medir la porosidad total del
agregado del agregado más no el tamaño, perfil y continuidad de los poros. Ello
nos permite establecer una forma adecuada, una correlación entre la duración del
concreto y la porosidad del agregado.
48
CAPÍTULO IV: EL AGUA COMO AGREGADO PARA EL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN
El agua es el elemento por medio del cual el cemento desarrolla sus propiedades
aglutinantes ya que en presencia de ella experimenta reacciones químicas dándole
la propiedad de fraguar y endurecer. En general el agua debe ser clara y de
apariencia limpia, libre de cantidades perjudiciales de aceites, ácido, sales,
materiales orgánicos y otras sustancias que puedan ser dañinas para el concreto o
el refuerzo. Si contiene sustancias que le produzcan color, olor o sabor inusuales,
objetables o que causen sospecha, el agua no se debe usar a menos que existan
registros de concretos elaborados con ésta, o información que indique que no
perjudica la calidad del concreto.
El agua se usa en la elaboración del concreto para propósitos diferentes: como agua
de mezclado, como agua de curado y como agua de lavado de los agregados. El
agua de mezclado forma aproximadamente el 15% del volumen total del concreto de
donde un 5% sirve para hidratar el cemento y el 10% restante lubrica al concreto y
luego se evapora durante el proceso de fraguado.
El agua de curado se utiliza después de que el concreto ha fraguado y tiene como
función seguir hidratando el cemento. El agua de lavado de los agregados no
participa activamente en la mezcla de concreto pero es importante en el
procesamiento de los agregados. En términos generales, se cree que el agua a
utilizar tanto en el mezclado como en el curado del concreto debe ser potable y
cuando se trata de utilizar aguas cuyo comportamiento es desconocido se hace
imprescindible su ensayo y comparación con agua de reconocidas características
para producir concreto.
B. CONCEPTOS
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Agua de mezclado: El agua de mezclado es aquella que se le agrega al cemento
para formar la pasta. Tiene como funciones hidratar el cemento y proporcionar una
fluidez a la mezcla tal que, con una lubricación adecuada de los agregados, se
obtenga la manejabilidad del concreto deseada cuando este se encuentre en estado
fresco. A medida que el cemento se hidrata, la mezcla plástica va pasando al estado
rígido durante el proceso de fraguado. En este proceso, la temperatura del concreto
se eleva como consecuencia de las reacciones químicas que se efectúan entre el
cemento y parte del agua, incrementando así la evaporación del resto de esta.
De acuerdo con esto, el agua de mezclado se puede considerar bajo dos formas:
Agua de hidratación no evaporable y evaporable. La fluidez de la pasta depende de
la cantidad de agua de mezclado. Si se aumenta esta cantidad sin modificar el
contenido de cemento, la parte de agua de hidratación del cemento permanece
constante, incrementándose así la parte de agua evaporable; cierta porción de esta
queda atrapada en el interior del concreto y al producirse la evaporación se forma
una serie de conductos capilares que se llenan de aire, generando un concreto
endurecido poroso, menos resistente y más permeable, por esto la dosificación del
agua de mezclado se debe hacer con un control muy estricto.
Agua de Hidratación: Es aquella parte del agua original de mezclado que reacciona
químicamente con el cemento para pasar a formar parte de la fase sólida del gel. Es
también llamada no evaporable porque en una proporción de pasta hidratada se
conserva a 0% de humedad del ambiente y 110ºC de temperatura.
Agua evaporable: El agua restante que existe en la pasta, es agua que puede
evaporarse a 0% de humedad relativa del ambiente y 110ºC de temperatura.
El gel de cemento cuya característica es un enorme desarrollo superficial interno,
ejerce atracción molecular sobre una parte del agua evaporable y la mantiene atraída.
El agua evaporable puede estar en tres condiciones distintas de acuerdo con la
proximidad a la superficie del gel, así: Agua de Absorción, la cual se encuentra a una
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distancia de la superficie del gel de 0 a 30 Å y se mantiene unida a la superficie por
fuerzas intermoleculares. Agua Capilar, es la que ocupa los poros capilares de la
pasta y están a distancias comprendidas entre 30 a 107 Å y está débilmente sujeta a
las fuerzas de la superficie. Y el Agua Libre, es la que se encuentra fuera de la
influencia de las fuerzas de superficie, de tal modo que tiene completa movilidad y
puede evaporarse con facilidad.
C. IMPURESAS EN EL AGUA
1. IMPUREZAS ORGANICAS
Las sustancias orgánicas contenidas en aguas, afectan considerablemente el
tiempo de fraguado inicial del cemento y la resistencia ultima del hormigón.
Las aguas que tengan un color oscuro, un olor pronunciado, o aquellas en las
cuales sean visibles lamas de algas en formación de color verde o café, deben
ensayarse. Se debe tener especial cuidado con los altos contenidos de azúcar en
el agua porque pueden ocasionar retardo en el trabajo.
2. IMPUREZAS INORGANICAS
Los límites permisibles para contenidos inorgánicos son algo amplios, pero en
algunas partes, estos pueden presentarse en cantidades suficientes para causar
un deterioro gradual del hormigón.
La información disponible respecto al efecto de los sólidos disueltos en la
resistencia y durabilidad del hormigón es suficiente para poder establecer unos
límites numéricos con base en un sistema comprensible, pero se puede
proporcionar una guía sobre niveles permisibles de ciertas impurezas.
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Los mayores iones que se presentan usualmente en aguas naturales son calcio,
magnesio, sodio, potasio, bicarbonato, sulfato, cloruro, nitrato y menos frecuente
carbonato. Las aguas que contengan un total combinado de estos iones comunes
que no sea mayor de 2 g/l (2000ppm), son generalmente adecuadas como agua de
mezcla.
La presencia de cloruros en el hormigón, ya sea que provengan del agua de mezcla,
o de otras fuentes, puede presentar problemas potenciales con algunos cementos
(generalmente con cantidades apreciables de aluminato tricalcico – C3A) o cuando
se tienen metales embebidos en el hormigón. La cantidad de cloruros que pueden
permitirse en el agua de mezcla, depende de la cantidad total de cloruros en el
hormigón considerando las demás fuentes. Como una guía, el contenido total de
cloruros del agua no debe exceder generalmente de 0.5 g/l. Algunas veces es
necesario aceptar concentraciones más altas, como en ciertas regiones áridas
donde las aguas naturales son bastantes salinas.
El agua de mar se ha empleado para producir hormigón de cemento Portland, pero
existe una tendencia para que esta cause humedad superficial y eflorescencia
(formación de depósitos salinos en la superficie del mortero o del concreto). Su uso
puede causar también una moderada reducción de la resistencia. El agua de mar
no debe emplearse en hormigón reforzado o preesforzado.
Una guía general a la aceptabilidad de los sulfatos en el agua de mezcla, es que el
contenido de sulfatos no exceda 1 g de SO3/l. Sin embargo se ha empleado
satisfactoriamente agua con un contenido de sulfatos de los agregados y el
cemento, ya que el factor crítico es la cantidad total de suslfatos en el hormigón.
El agua que contiene carbonatos y bicarbonatos de álcalis puede afectar el tiempo
de fraguado del cemento y la resistencia dl hormigón. Su presencia puede ser
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perjudicial si existe un riesgo de reacción álcalis-agregado. En general, su total
combinado no debe exceder 1 g/l de agua.
3. CONTAMINACION POR DESECHOS INDUSTRIALES
Se debe tener cuidado cuando se empleen aguas que pueden estar contaminadas
por afluentes industriales o por drenaje de minas y depósitos de minerales entre
otros; estas aguas deben ensayarse tal como se indica más adelante.
4. REQUISITOS
Como una guía, de ser posible realizar un análisis químico, se recomienda que el
agua utilizada en la preparación de mezclas de mortero o concreto, cumpla los
requisitos de la tabla N° 1. Sin embargo, es preferible ensayar el agua que se va a
emplear en la preparación de la mezcla y comparar los resultados con los de un
agua testigo (de comportamiento conocido como por ejemplo agua destilada).
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Se considera que el agua no tendrá efecto significativo en las características de
fraguado y de resistencia del mortero u hormigón, si cuando se ensaya como se
especifica en las normas NTP 339.088 respectivamente, presenta lo siguiente
Tiempo de fraguado: Los límites de fraguado inicial del cemento, determinados
a partir del agua de ensayo y del agua testigo, no deben diferir en más de 30 min.
Resistencia a la compresión: El promedio de la resistencia a la compresión de
los cubos de mortero hechos con agua de ensayo, evaluada a 7 y 28 días, deberá
ser mayor o igual al 90% de la resistencia promedio de los cubos de mortero
hechos con el agua testigo
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5. TOMA DE MUESTRAS
Se debe de tomar una muestra de agua no inferior a 5 litros por un representante
competente de las partes interesadas. La muestra debe ser representativa del agua
que se esté empleando en la elaboración de mortero u hormigón. La muestra no
debe recibir ningún tratamiento, adicionar al contemplado por el suministro en
volumen, antes de ser usada en el hormigón. La muestra debe almacenarse en un
recipiente limpio previamente lavado con agua similar.
La norma NTP 339.088 puede servir de guía sobre los métodos de muestreo.
Puede reemplazarse el uso de colectores de muestras sofisticados por cualquier
recipiente adecuado, ya que los primeros no son esenciales
6. ENSAYOS
a. Materiales
AGUA DESTILADA. Debe disponerse de una cantidad de agua destilada no
menor de 5 litros la cual debe emplearse en los ensayos testigo y almacenarse
en un recipiente limpio. Puede usarse agua desionizada.
CEMENTO. Debe disponerse de una cantidad no menor de 15 kg de cemento,
el cual debe ser del mismo tipo, en lo posible d la misma bachata o manufactura
aunque no necesariamente; se evitara que sufra alguna alteración antes de ser
empleado en el hormigón. Este cemento debe mezclarse completamente y
almacenarse en un recipiente hermético.
El cemento debe cumplir con los requisitos de la norma NTP 339.088 y deberá
tener un tiempo de fraguado inicial de por lo menos 30 min. Más que el mínimo
de fraguado especifico en la norma, el cual no debe ser menor de 45 min.
b. Procedimiento
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Ensayo de tiempo de fraguado inicial: Se debe determinar el tiempo de fraguado
inicial empleando agua de ensayo y cemento por el procedimiento descrito en la
norma NTP 339.088. Se debe determinar el tiempo de fraguado inicial con el
agua destilada y empleando el mismo cemento, siguiendo el procedimiento
anterior. Es recomendable continuar con el ensayo para determinar el tiempo de
fraguado final ya que su resultado puede ser útil.
Ensayo de resistencia a la compresión: Se debe determinar la resistencia a la
compresión empleando el método anterior, con agua destilada, el mismo
cemento y la misma arena.
Los cubos deben ensayarse a los 7 y 28 días después de su preparación. Se
debe reportar la resistencia promedio de los cubos elaborados con agua de
ensayo y con el agua testigo.
Es aconsejable a partir de las mismas mezclas de mortero, preparar cubos para
ensayarlos a otras edades.
7. CRITERIOS DE CAPTACION O RECHAZO
Los valores que estén por fuera de los valores límites establecidos anteriormente
para los tiempos de fraguado y para la resistencia a la compresión, implican que el
agua está causando un perjuicio, por lo tanto se debe conseguir una fuente
alternativa de agua, o si la resistencia es menor que el 90% de los cubos de mortero
testigos se debe contemplar la modificación de las proporciones de la mezcla.
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CAPÍTULO V: ADITIVOS PARA EL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN
Son materiales orgánicos o inorgánicos que se añaden a la mezcla durante o luego
de formada la pasta de cemento y que modifican en forma dirigida algunas
características del proceso de hidratación, el endurecimiento e incluso la estructura
interna del concreto.
El comportamiento de los diversos tipos de cemento Portland está definido dentro de
un esquema relativamente rígido, ya que pese a sus diferentes propiedades, no
pueden satisfacer todos los requerimientos de los procesos constructivos. Existen
consecuentemente varios casos, en que la única alternativa de solución técnica y
eficiente es el uso de aditivos.
Al margen de esto, cada vez se va consolidando a nivel internacional el criterio de
considerar a los aditivos como un componente normal dentro de la Tecnología del
Concreto moderna ya que contribuyen a minimizar los riesgos que ocasiona el no
poder controlar ciertas características inherentes a la mezcla de concreto original,
cono son los tiempos de fraguado, la estructura de vacíos el calor de hidratación, etc.
Cualquier labor técnica se realiza más eficientemente si todos los riesgos están
calculados y controlados, siendo los aditivos la alternativa que siempre permite
optimizar las mezclas de concreto y los procesos constructivos.
En nuestro país, no es frecuente el empleo de aditivos por la creencia generalizada
de que su alto costo no justifica su utilización en el concreto de manera rutinaria; pero
si se hace un estudio detallado del incremento en el costo del m3 de concreto
(incremento que normalmente oscila entre el 0.5 al 5% dependiendo del producto en
particular), y de la economía en mano de obra, horas de operación y mantenimiento
del equipo, reducción de lazos de ejecución de las labores, mayor vida útil de las
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estructuras etc., se concluye en que el costo extra es sólo aparente en la mayoría de
los casos, en contraposición a la gran cantidad de beneficios que se obtienen.
En las zonas de la Sierra del Perú donde se producen cielos de hielo y deshielo, así
como alternancias de temperatura que inducen fases de clima cálido y frío en un
tiempo corto, es necesario el empleo de aditivos incorporadores de aire y acelerantes
de fraguado para conjurar estos efectos, adicionalmente a las consecuencias no
investigadas aún de la implicancias de la altura en el comportamiento del concreto. En
los más de cinco mil Kilómetros de Costa con ciudades y pueblos aledaños donde se
emplea concreto armado en la construcción, es imperativo el uso de reductores de
agua que hagan el concreto más impermeable y durable contra la corrosión de las
armaduras. En la Selva lejana aún desconocida en muchos aspectos, el empleo de
agregados marginales es un reto para el desarrollo de soluciones técnicas regionales,
donde la gran cantidad de resina vegetales disponibles, ofrece un campo ideal para el
desarrollo de aditivos que pudieran colaborar en resolver dichos problemas.
B. CLASIFICACIÓN DE LOS ADITIVOS PARA EL CONCRETO
Para el desarrollo de los diferentes tipos de aditivos, los clasificaremos desde el punto
de vista de las propiedades del concreto que modifican, ya que ese es el aspecto
básico al cual se apunta en obra cuando se desea buscar una alternativa de solución
que no puede lograrse con el concreto normal.
1. Aditivos acelerantes
Sustancia que reducen el tiempo normal de endurecimiento de la pasta de cemento
y/o aceleran el tiempo normal de desarrollo de la resistencia.
Proveen una serie de ventajas como son:
a. Desencofrado en menor tiempo del usual
b. Reducción del tiempo de espera necesario para dar acabado superficial
c. Reducción del tiempo de curado
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d. Adelanto en la puesta en servicio de las estructuras
e. Posibilidad de combatir rápidamente las fugas de agua en estructuras
hidráulicas
f. Reducción de presiones sobre los encofrados posibilitando mayores alturas de
vaciado
g. Contrarrestar el efecto de las bajas temperaturas en clima frío desarrollado con
mayor velocidad el calor de hidratación, incrementando la temperatura del
concreto y consecuentemente la resistencia.
En general los acelerantes reducen los tiempos de fraguado inicial y final del
concreto medios con métodos estándar como las agujas proctor definidas en ASTM
– C – 403 que permiten cuantificar el endurecimiento en función de la resistencia a
la penetración.
Se emplean agujas metálicas de diferentes diámetros con un dispositivo de
aplicación de carga que permite medir la presión aplicada sobre mortero obtenido
de tamizar el concreto por la malla N° 4.
Se considera convencionalmente que se ha producido el fraguado inicial cuando se
necesita aplicar una presión de 500 lb/pulg2 para introducir la aguja una pulgada, y
el fraguado final cuando se necesita aplicar una presión de 4,000lb/pul2 para
producir la misma penetración.
Este método se emplea con los acelerantes denominados convencionales cuya
rapidez de acción permite mezclar y producir el concreto de manera normal, pero
en los no convencionales que se emplean para casos especiales como el del
concreto lanzado (shotcrete) se utilizan otros métodos como el de las agujas
Gillmore dado que el endurecimiento es mucho más rápido.
Una particularidad que se debe tener muy presente en los acelerante es que si bien
provocan un incremento en la resistencia inicial en comparación con un concreto
normal, por lo general producen resistencias menores a 28 días. Mientras más
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acelerante se emplea para lograr una mayor resistencia inicial, se sacrifica
acentuadamente la resistencia a largo plazo.
Tienden a reducir la trabajabilidad si se emplean solo, pero usados conjuntamente
con incorporadores de aire, la mejoran, ya que contribuyen a incrementar el
contenido de aire incorporado y su acción lubricante.
Disminuyen la exudación pero contribuyen a que aumente la contracción por
secado y consecuentemente la fisuración si no se cura el concreto apropiadamente.
Tienen una gran cantidad de álcalis por lo que aumenta el riesgo de reactividad
alcalina con cierto tipo de agregados.
Los concretos con acelerantes provocan una menor resistencia a los sulfatos y son
más sensibles a los cambios volumétricos por temperatura.
Los convencionales usualmente tienen en su composición cloruros, carbonatos,
silicatos, fluorsilicatos e hidróxidos, así como algunos compuestos orgánicos como
trietanolamina, siendo la proporción normal de uso del orden del 1% al 2% del peso
del cemento.
Los no convencionales se componen de carbonato de sodio, aluminato de sodio,
hidróxido de calcio o silicatos y su proporción de uso es variable. Sea que se
suministren líquidos o en polvo, deben emplearse diluidos en el agua de mezcla
para asegurar su uniformidad y el efecto controlado.
El acelerante más usado mundialmente o que es ingrediente de muchos productos
comerciales es el cloruro de calcio (C12Ca).
Su mecanismo de acción se da reaccionando con el Aluminato Tricálcico y
actuando además como catalizador del silicato tricálcico provocando la
cristalización más rápida en la forma de cristales fibrosos.
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Normalmente se suministra en escamas con una pureza. Al diluirse siempre debe
depositar en agua para entrar en solución y no al revés pues sino se forma una
película dura muy difícil de disolver.
El riesgo de usar cloruro de calcio reside en que aumenta la posibilidad de corrosión
en el acero de refuerzo por lo que su empleo debe efectuarse en forma muy
controlada.
2. Aditivos incorporadores de aire
El congelamiento del agua dentro del concreto con el consiguiente aumento de
volumen, y el deshielo con la liberación de esfuerzos que ocasionan contracciones,
provocan fisuración inmediata si el concreto todavía no tiene suficiente resistencia
en tracción para soportar estas tensiones o agrietamiento paulatino en la medida
que la repetición de estos cielos va fatigando el material.
A fines de los años cuarenta se inventaron los aditivos incorporadores de aire, que
originan una estructura adicional de vacíos dentro del concreto que permiten
controlar y minimizar los efectos indicados.
El mecanismo por el cual se desarrollan estas precisiones internas y su liberación
con los incorporadores de aire se explica en detalle en el Capítulo 1 en la parte
relativa a durabilidad ante el hielo y deshielo así como las recomendaciones en
cuando a los porcentajes sugeridos en cada caso, por lo que aquí sólo trataremos
sobre las características generales de este tipo de aditivos.
Existen dos tipos de aditivos incorporadores de aire:
a. Líquido, o en polvo soluble en agua
Constituidos por sales obtenidas de resinas de madera, detergentes sintéticos
sales lignosulfonadas, sales de ácidos de petróleo, sales de materiales
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proteínicos, ácidos grasosos y resinosos, sales orgánicas de hidrocarburos
sulfonados etc.
Algunos son de los llamados aniónicos, que al reaccionar con el cemento
inducen iones cargados negativamente que se repelen causando la dispersión y
separación entre las partículas sólidas y un efecto lubricante muy importante al
reducirse la fricción interna.
Existe un campo muy grande de materiales con los cuales se pueden obtener
incorporadores de aire, sin embargo no todos pueden producir la estructura de
vacíos adecuada para combatir el hielo y deshielo, lo que ha motivado una gran
labor de investigación por parte de los fabricantes y científicos para hallar las
combinaciones más eficientes contra el fenómeno.
Este tipo de incorporadores de aire son sensibles a la compactación por vibrado,
al exceso de mezclado, y a la reacción con el cemento en particular que se
emplee, por lo que su utilización debe hacerse de manera muy controlada y
supervisada para asegura los resultados pues de otro modo estaremos
incorporando menos vacíos y de calidad diferente a la requerida.
Una de las ventajas de estos incorporadores, es que el aire introducido funciona
además como un lubricante entre las partículas de cemento por los vacíos
adicionales en su estructura.
Las proporciones en que se dosifican normalmente estos aditivos oscilan entre
el 0.02% y el 0.10% del peso del cemento consiguiéndose incorporar aire en un
porcentaje que varía usualmente entre el 3% y el 6% dependiendo del producto
y condiciones particulares.
b. En partículas sólidas
Consistentes en materiales inorgánicos insolubles con una porosidad interna
muy grande como algunos plásticos, ladrillo molido, arcilla expandida, arcilla
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pizarrosa, tierra diatomácea etc. Estos materiales se muelen a tamaños muy
pequeños y o lo general deben tener una porosidad del orden del 30% por
volumen. La ventaja de estos aditivos con respecto a los anteriores escrita en
que son más estables ya que son inalterables al vibrado o al mezclado. No
obstante, al ser su obtención y uso más complicados desde el punto de vista
logístico, de fabricación y de transporte, los grandes fabricantes a nivel mundial
han desarrollado más los primeros.
Hemos realizado algunos estudios preliminares con sillar de la región de
Arequipa, que como se sabe es un material de origen volcánico con porosidad
del orden del 25% al 30%, que indican que podrían ser un incorporador de aire
barato y eficiente, por lo que debería investigarse con mayor profundidad en este
sentido
En nuestro medio se emplean usualmente incorporadores de aire líquidos, ya
sea importados o de fabricación nacional con insumos importados, estando el
campo virgen para desarrollar incorporadores de aire con materiales locales de
adquisición corriente, que puedan abaratar su uso, de modo de poder difundir su
empleo normal en regiones donde por las condiciones climáticas son
imprescindibles. Un aspecto que hay que tener muy presente al usar estos
aditivos es el que ningún fabricante puede garantizar a priori el contenido del aire
que inducen, pues depende como hemos dicho de muchos factores, por lo que
se requiere un chequeo permanente con equipos para medición de aire
incorporado y compatibilizar estas mediciones con las operaciones de mezclado
y transporte, para asegurar que no hay pérdida de aire incorporado durante el
proceso constructivo.
3. Aditivos reductores de agua – plastificantes
Son compuestos orgánicos e inorgánicos que permiten emplear menor agua de la
que se usaría en condiciones normales en el concreto, produciendo mejores
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características de trabajabilidad y también de resistencia al reducirse la Relación
Agua/Cemento.
Trabajan en base al llamado efecto de superficie, en que crean una interface entre
el cemento y el agua en la pasta, reduciendo las fuerzas de atracción entre las
partículas, con lo que se mejora el proceso de hidratación.
Muchos de ellos también desarrollan el efecto aniónico que mencionamos al hablar
de los incorporadores de aire.
Usualmente reducen el contenido de agua por lo menos en un 5% a 10%.
Tienen una serie de ventajas como son:
a. Economía, ya que se puede reducir la cantidad de cemento.
b. Facilidad en los procesos constructivos, pues la mayor trabajabilidad de las
mezclas permite menor dificultad en colocarlas y compactarlas, con ahorro de
tiempo y mano de obra.
c. Trabajo con asentamientos mayores sin modificar la relación Agua/cemento.
d. Mejora significativa de la impermeabilidad
e. Posibilidad de bombear mezclas a mayores distancias sin problemas de atoros,
ya que actúan como lubricantes, reduciendo la segregación.
En general, la disminución del asentamiento en el tiempo es algo más rápida que
en el concreto normal, dependiendo principalmente de la temperatura de la mezcla.
Las sustancias más empleadas para fabricarlos son los lignosulfonatos y sus sales,
modificaciones y derivados de ácidos lignosulfonados, ácidos hidroxilados
carboxílicos y sus sales, carbohidratos y polioles etc.
La dosificación normal oscila entre el 0.2% al 0.5% del peso del cemento, y se usan
diluidos en el agua de mezcla.
4. Aditivos superplastificantes
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Son reductores de agua-plastificantes especiales en que el efecto aniónico se ha
multiplicado notablemente.
A nivel mundial han significado un avance notable en la Tecnología del Concreto
pues han permitido el desarrollo de concretos de muy alta resistencia.
En la actualidad existen los llamados de tercera generación, que cada vez
introducen mejoras adicionales en la modificación de las mezclas de concreto con
reducciones de agua que no se pensaba fueran posible de lograrse unos años
atrás. Se aplican diluidos en el agua de mezcla dentro del proceso de dosificación
y producción del concreto, pero también se pueden añadir a una mezcla normal en
el sitio de obra un momento antes del vaciado, produciendo resultados
impresionantes en cuanto a la modificación de la trabajabilidad.
Por ejemplo, para una mezcla convencional con un slump del oren de 2” a 3”, el
añadirle superplastificante puede producir asentamientos del orden de 6” a 8” sin
alterar la relación Agua/Cemento.
En efecto es temporal, durando un mínimo del orden de 30 min a 45 min
dependiendo del producto en particular y la dosificación, pero se puede seguir
añadiendo aditivo si es necesario para volver a conferirle plasticidad al concreto.
La dosificación usual es el 0.2% al 2% del peso del cemento, debiendo tenerse
cuidado con las sobre dosificaciones pues pueden producir segregación si las
mezclas tienen tendencia hacia los gruesos o retardos en el tiempo de fraguado,
que obligan a prolongar e intensificar el curado, algunas veces durante varios días,
aunque después se desarrolla el comportamiento normal.
Las mezclas en las que se desee emplear superplastificantes deben tener un
contenido de finos ligeramente superior al convencional ya que de otra manera se
puede producir segregación si se exagera el vibrado.
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Producen generalmente incremento de burbujas superficiales en el concreto por lo
que ha de optimizar en obra tanto los tiempos de vibrado como la secuencia de esta
operación, para reducir las burbujas al mínimo.
Si se desea emplear al máximo sus características de reductores de agua, permiten
descensos hasta del 20% a 30% trabajando con slumps del orden de 2” a 3”, lo que
ha permitido el desarrollo de concretos de muy alta resistencia (750 kg/cm2) con
relaciones Agua/Cemento tan bajas como 0.25 a 0.30, obviamente bajo
optimizaciones de la calidad de los agregados y del cemento.
Su empleo sólo como plastificantes permite como hemos dicho, el suministrar
características autonivelantes a concretos convencionales, lo que los hace ideales
para vaciados con mucha congestión de armadura donde el vibrado es limitado.
En nuestro medio se han utilizado relativamente poco los superplastificantes,
siendo uno de los casos más saltantes en el concreto pesado del Block del Reactor
en Huarangal – Lima, donde la alta concentración de armadura y elementos
metálicos embutidos, motivó que los empleáramos, con excelentes resultados
debido a sus características de mejoradores de la trabajabilidad.
En el Proyecto Majes Secciones D y E, hemos empleado superplastificants como
reductores de agua, para obtener Relaciones Agua/Cemento bajas con
trabajabilidades altas (Agua/Cemento < 0.50, slump 3” a 4”), al existir estos
condicionantes por razones de impermeabilidad y durabilidad de las estructuras
hidráulicas, ante el riesgo potencial de agresividad por cloruros y sulfatos de los
suelos circundantes. Los resultados obtenidos han sido muy satisfactorios.
Como complemento, debemos mencionar que son auxiliares muy buenos para las
inyecciones o rellenos (grouting), por su efecto plastificante.
En el Perú se han usado los de procedencia norteamericana y europea, pero es
interesante anotar que el Japón tiene el liderazgo actual en cuanto al desarrollo de
estos productos, con versiones sumamente especiales.
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5. Aditivos impermeabilizantes
Esta es una categoría de aditivos que sólo está individualizada nominalmente pues
en la práctica, los productos que se usan son normalmente reductores de agua, que
propician disminuir la permeabilidad al bajar la Relación Agua/Cemento y disminuir
los vacíos capilares.
Su uso está orientado hacia obras hidráulicas donde se requiere optimizar la
estanqueidad de las estructuras. No existe el aditivo que pueda garantizar
impermeabilidad si no damos las condiciones adecuadas al concreto para que no
exista fisuración, ya que de nada sirve que apliquemos un reductor de agua muy
sofisticado, si por otro lado no se consideran en el diseño estructural la ubicación
adecuada de juntas de contracción y expansión, o no se optimiza el proceso
constructivo y el curado para prevenir agrietamiento.
Hemos tenido ocasión de apreciar proyectos hidráulicos donde en las
especificaciones técnicas se indica el uso exclusivo de aditivos impermeabilizantes,
lo cual no es correcto y lleva a confusión pues esta connotación que es subjetiva,
la han introducido principalmente los fabricantes, pero en la práctica no son en
general otra cosa que reductores de agua.
Existe un tipo de impermeabilizantes que no actúan reduciendo agua sino que
trabajan sobre el principio de repeler el agua y sellar internamente l estructura de
vacíos del concreto, pero su uso no es muy difundido pues no hay seguridad de
que realmente confieran impermeabilidad y definitivamente reducen resistencia.
Las sustancias empeladas en este tipo de productos son jabones, butilestearato,
ciertos aceites minerales y emulsiones asfálticas.
Otros elementos que proporcionan características de incremento de
impermeabilidad son las cenizas volátiles, las puzolanas y la microsílice, que en
conjunción con el cemento generan una estructura mucho menos permeable que
la normal, pero su uso es más restringido.
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6. Aditivos retardadores
Tienen como objetivo incrementar el tiempo de endurecimiento normal del concreto,
con miras a disponer de un período de plasticidad mayor que facilite el proceso
constructivo.
Su uso principal se amerita en los siguientes casos:
a. Vaciado complicado y/o voluminoso, donde la secuencia de colocación del
concreto provocaría juntas frías si se emplean mezclas con fraguados normales.
b. Vaciados en clima cálido, en que se incrementa la velocidad de endurecimiento
de las mezclas convencionales.
c. Bombeo de concreto a largas distancias para prevenir atoros.
d. Transporte de concreto en Mixers a largas distancias.
e. Mantener el concreto plástico en situaciones de emergencia que obligan a
interrumpir temporalmente los vaciados, como cuando se malogra algún equipo
o se retrasa el suministro del concreto.
La manera como trabajan es actuando sobre el Aluminato Tricálcico retrasando la
reacción, produciéndose también un efecto de superficie, reduciendo fuerzas de
atracción entre partículas.
En la medida que pasa el tiempo desaparece el efecto y se desarrolla a
continuación el de hidratación, acelerándose generalmente el fraguado.
Hay que tener cuidado con las sobredosificaciones pues pueden traer
complicaciones en el desarrollo de la resistencia, obligando a adoptar sistemas de
curado adicionales.
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Usualmente tienen características plastificantes. Los productos básicos empleados
en su fabricación son modificaciones y combinaciones de los usados en los
plastificantes y adicionalmente, algunos compuestos de étercelulosa.
Se dosifican generalmente en la proporción del 0.2% al 0.5% del peso del cemento.
7. Curadores químicos
Pese a que no encajan dentro de la definición clásica de aditivos, pues no
reaccionan con el cemento, constituyen productos que se añaden en la superficie
del concreto vaciado para evitar la pérdida del agua y asegurar que exista la
humedad necesaria para el proceso de hidratación.
El principio de acción consiste en crear una membrana impermeable sobre el
concreto que contrarreste la pérdida de agua por evaporación.
Hemos creído conveniente incluirlos en este capítulo pues es importante el conocer
sus características, ya que se usan bastante en nuestro medio, donde algunos
fabricantes locales producen versiones excelentes.
Existen básicamente dos tipos de curadores químicos:
a. Emulsiones de cera, que al liberar el solvente acuoso dejan una película
protectora sobre la superficie. Normalmente son pigmentadas con color blanco
para reflejar los rayos solares y reducir la concentración local de temperatura. En
otras ocasiones el pigmento es de otro color sólo para poder controlar el progreso
de la aplicación. Al cabo de un cierto número de días el pigmento normalmente
desaparece.
Este tipo de curadores tiene la particularidad que en climas muy cálidos la
película de cera permanece en estado semisólido, debido a las temperaturas
superficiales del concreto y la acción solar, dependiendo su eficacia de la calidad
del producto en particular, ya que en algunos esto origina que sean permeables
permitiendo la fuga de agua, y en otros constituye una ventaja pues se vuelve
70
menos viscosa la cera y penetra en los poros capilares de la superficie
sellándola.
Otra particularidad es que normalmente son difíciles de limpiar, por ejemplo en
la zona de las juntas de contracción o expansión, donde se necesita tener una
superficie limpia para la colocación de sellos elásticos, siendo necesario algunas
veces recurrir al arenado para eliminar la capa de curador.
b. Soluciones de resinas sintéticas en solventes volátiles, que crean el mismo
efecto de una capa de laca o pintura sobre el concreto, sellándolo.
A diferencia de los anteriores, a mayor temperatura, el solvente se volatiliza más
rápido y la película protectora se vuelve más rígida, dependiendo su eficacia del
contenido de sólidos en la solución.
Se fabrican también con o sin pigmento y normalmente se pueden limpiar con
escobilla metálica o con gasolina.
En cualquiera de los casos, es necesario hacer pruebas de la eficiencia del curador
de acuerdo a como lo recomienda el ACI 318 obteniéndose probetas cilíndricas de
concreto, aplicándoles el curador de igual manera como se hace con las estructuras
y dejándolas al pie de obra para que estén sometidas a las mismas condiciones
ambientales. Paralelamente se curan bajo condiciones controladas en laboratorio,
otra serie de cilindros del mismo concreto, ensayándose ambas series a los 28 días.
Se considera que el sistema de curado es efectivo si la resistencia de las curadas
en obra es mayor o igual al 85% del f´c de las curadas en condiciones controladas,
no siendo necesario el cumplimiento de esta condición si la resistencia de las
curadas en obra supera en 35 kg/cm2 al f´c especificado.
La colocación de estos productos con pulverizador, brocha o rodillo de acuerdo al
caso particular, debe realizarse lo antes posible luego del desencofrado, mojando
previamente el concreto para reponer pérdidas de agua, que hayan ocurrido antes
de la operación de curado. Cuando se aplica sobre superficies frescas expuestas,
71
debe ejecutarse apenas haya desaparecido el agua superficial o esté por
desaparecer.
8. Aditivos naturales y de procedencia corriente
Esta es una clasificación que hemos introducido para hacer conocer algunos
productos de uso o disponibilidad común, que actúan modificando propiedades del
concreto y que ofrecen una fuente potencial de investigación local para desarrollar
aditivos baratos.
a. Acelerantes
El azúcar en dosificaciones mayores del 0.25% del peso del cemento, la urea, el
ácido láctico de la leche, el ácido oxálico que se halla en muchos productos
comerciales que sirven para quitar manchas y limpiar metales.
b. Incorporadores de aire
Los detergentes, las piedras porosas de origen volcánico finamente molidas, las
algas.
c. Plastificantes retardadores
Los siguientes productos en porcentajes referenciales relativos al peso del
cemento:
El almidón (0.10%), el bicarbonato de sodio (0.14%), el ácido tartárico (0.25%),
la celulosa (0.10%), el azúcar (< 0.25%), resinas de maderas.
Para concluir, debemos mencionar que las normas ASTM C-260 y C-494
establecen los requisitos que deben cumplir los aditivos para poder emplearse en
concreto, siendo una herramienta útil para verificarlos, pero que no reemplaza a la
prueba efectiva con el cemento, la mezcla y las condiciones de obra particulares
72
que enfrentemos, en que debe cuidarse de comprobar su efectividad en forma
científica, evaluando con métodos y pruebas estándar las propiedades que se
modifican , de manera de poder cuantificarlas y obtener conclusiones valederas.
C. SISTEMA NORMATIVO
Con respecto al Sistema Normativo que regula y da sostenibilidad al uso de Aditivos
para el Concreto esta norma viene hacer la Norma ASTM C494, es la más usada
aunque se presentan otras normas más.
73
CAPÍTULO VI: PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO FRESCO Y
ENDURECIDO
A. INTRODUCCIÓN
En la se puede apreciar el esquema típico de la estructura interna del concreto
endurecido, que consiste en le aglomerante, estructura básica o matriz, constituida
por la pasta de cemento y agua, que aglutina a los agregados gruesos, finos, aire y
vacíos, estableciendo un comportamiento resistente debido en gran parte a la
capacidad de la pasta para adherirse a los agregados y soportar esfuerzos de tracción
y compresión, así como a un efecto puramente mecánico propiciado por el acomodo
de las partículas inertes y sus características propias.
Una conclusión inmediata que se desprende del esquema mencionado, es que la
estructura del concreto no es homogénea, y en consecuencia no es isotrópica, es decir
no mantiene las mismas propiedades en diferentes direcciones.
Esto se debe principalmente a los diferentes materiales que intervienen, su
variabilidad individual así como al proceso mismo de elaboración, en que durante la
etapa en que la pasta es plástica, se posibilita el acomodo aleatorio de los diferentes
componentes hasta su ubicación definitiva al endurecer.
Un aspecto sumamente importante en la estructura del concreto endurecido reside en
la porosidad o sistema de vacíos. Gran parte del agua que interviene en la mezcla,
sólo cumple la función de lubricante en el estado plástico, ubicándose en líneas de
flujo y zonas de sedimentación de los sólidos, de manera que al producirse el
endurecimiento y evaporarse, quedan los vacíos o poros, que condicionan el
comportamiento posterior del concreto para absorber líquidos y su permeabilidad o
capacidad de flujo a través de él.
74
B. PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO FRESCO
1. Trabajabilidad
Está definida por la mayor o menor dificultad para el mezclado, transporte,
colocación y compactación del concreto. Su evaluación es relativa, por cuanto
depende realmente de las facilidades manuales o mecánicas de que se disponga
durante las etapas del proceso, ya que un concreto que puede ser trabajable bajo
ciertas condiciones de colocación y compactación, no necesariamente resulta tal si
dichas condiciones cambian.
Está influenciada principalmente por la pasta, el contenido de agua y el equilibrio
adecuado entre gruesos y finos, que produce en el caso óptimo una suerte de
continuidad en el desplazamiento natural y/o inducido de la masa.
Por lo general un concreto es trabajable en la mayoría de circunstancias, cuando
durante su desplazamiento mantiene siempre una película de mortero de al menos
¼” sobre el agregado grueso.
75
El método tradicional de medir la trabajabilidad ha sido desde hace muchos años
el “Slump” o asentamiento con el cono de Abrams, ya que permite una aproximación
numérica a esta propiedad del concreto, sin embargo debe tenerse clara la idea
que es más una prueba de uniformidad que de trabajabilidad, pues es fácilmente
demostrable que se pueden obtener concretos con igual slump pero
trabajabilidades notablemente diferentes para las mismas condiciones de trabajo.
Una práctica recomendada por el U.S. Bureau of Reclamation, consiste en que una
vez concluida la determinación del slump se procede a golpear con la varilla la
plancha metálica de base, provocando el desmoronamiento del concreto lo que
permite una estimación visual de la capacidad de acomodo al compactarlo.
Cuando en obra se controla la dosificación de las mezclas en peso por lo que hay
seguridad que se están midiendo los ingredientes de acuerdo al diseño y
corrigiendo por absorción y humedad, un slump mayor del que se venía registrando,
es indicativo de que la granulometría total se ha vuelto más gruesa, en
consecuencia el Módulo de fineza se incrementó y disminuyó la superficie
específica pero todo esto sin cambiar la relación Agua/Cemento.
En consecuencia el slump aumentó no porque se ha añadido más agua al diseño
sino porque la mezcla requiere menos agua debido a cambios en la gradación de
los agregados que la ha vuelo más gruesa.
En estas situaciones, no tiene fundamento técnico el rechazar el concreto en base
a la prueba de slump, pues si la dosificación está controlada, se está demostrando
que no se afectará la resistencia.
Ahora bien, si el slump que tiene actualmente la mezcla es tan alto que ocasiona
problemas de segregación o exudación, es necesario reajustar la granulometría
total recalculando las proporciones de arena y piedra (subiendo el contenido de
arena y bajando el de la piedra) para mantener constante el módulo de fineza total
del diseño y regresar al slump original, pero nunca se debe empezar a bajar agua
76
aleatoriamente pues esa es la mejor manera de perder el control del diseño ya que
no estamos atacando el problema de fondo que es la gradación.
Si se da el caso contrario de que el slump se redujo pese a estar controlada la
dosificación, es indicativo de que la granulometría total cambió volviéndose más
fina por lo que la mezcla requiere más agua y se seca.
La forma de corregir esto es hacer lo inverso al caso anterior incrementando la
proporción de piedra y disminuyendo la de la arena para mantener constante el
módulo de fineza de diseño.
Para lograr una mayor aproximación a la trabajabilidad, la Reolongía, que es la
ciencia que estudia el flujo o desplazamiento de los materiales, ha establecido los
siguientes conceptos que permiten enfocar con más precisión el comportamiento
reológico del concreto en estado fresco y por consiguiente su trabajabilidad:
a. Estabilidad: Es el desplazamiento o flujo que se produce en el concreto sin
mediar la aplicación de fuerzas externas. Se cuantifica por medio de la exudación
y la segregación, evaluada con métodos standard que permiten comparar dichas
características entre varios diseños, siendo obvio que se debe buscar obtener
los valores mínimos. Es interesante notar que ambos fenómenos no dependen
expresamente del exceso de agua en la mezcla sino del contenido de finos y de
las propiedades adherentes de la pasta.
b. Compactabilidad: Es la medida de la facilidad con que puede compactarse el
concreto fresco. Existen varios métodos que establecen el denominado “Factor
de compactación”, que evalúa la cantidad de trabajo que se necesita para la
compactación total, y que consiste en el cociente entre la densidad suelta del
concreto en la prueba, dividido entre la densidad del concreto compactado.
En nuestro medio no es usual disponer del equipo para la prueba standard que
es Británica, no obstante no es muy difícil ni caro implementarlo ya que es muy
útil en cuanto a la información que suministra. La prueba consiste en llenar el
cono superior con concreto depositándolo sin dejarlo caer, para que no haya
77
compactación adicional. A continuación se abre la compuerta inferior para que
caiga por su peso propio y llene el segundo cono con lo que se estandariza la
condición de compactación inicial.
Finalmente luego de enrasar el cono se abre la segunda compuerta y el concreto
cae por su peso propio para llenar un molde cilíndrico estándar. Se obtiene el
peso unitario del concreto en el molde y el valor se divide entre el peso unitario
obtenido con la prueba estándar en tres capas con 25 golpes cada una.
Esta operación debe hacerla una sola persona manteniendo constantes el
equipo para el manipuleo y el procedimiento, ya que los resultados están
influenciados significativamente por estos aspectos. Hay que tener claro que los
valores obtenidos nos sirven para comparar diseños similares para elegir el
óptimo, pero no nos da un valor absoluto para comparar diseños con materiales
diferentes.
En la medida que el factor de compactación se acerque más a la unidad
obtendremos el diseño más eficiente en cuanto a la compactabilidad. En la Tabla
se pueden observar valores de revenimiento o slump comparados con
mediciones de factor de compactación para diferentes condiciones de
trabajabilidad.
De nuestra experiencia personal en el uso del método estándar hemos concluido
en que es sumamente útil para discriminar entre mezclas con grados de
compactabilidad bastante diferentes, sin embargo no es muy sensible a
pequeños cambios en granulometría.
En base a esto estamos desarrollando una alternativa en la cual cambiamos el
molde cilíndrico por un molde prismático de 0.20 x 0.20 x 0.30 m que representa
más fielmente las dificultades reales en cuanto a compactabilidad en las
esquinas de los encofrados. Aún no contamos con suficiente cantidad de
pruebas para establecer conclusiones estadísticas válidas pero las tendencias
78
indican que con esta variante se podría reflejar variaciones pequeñas en
gradación o en las consecuencias del empleo de aditivos plastificantes.
En la figura se dan las características geométricas del aparato para quien le
interesara fabricarlo y usarlo.
79
c. Movilidad: Es la facilidad del concreto a ser desplazado mediante la aplicación
de trabajo externo. Se evalúan en función de la viscosidad, cohesión y
resistencia interna al corte.
La viscosidad viene dada por la fricción entre las capas de la pasta de cemento,
la cohesión es la fuerza de adherencia entre la pasta de cemento y los
agregados, y la resistencia interna al corte la provee la habilidad de las partículas
de agregados a rotar y desplazarse dentro de la pasta.
Las pruebas desarrolladas en la actualidad para medir estos parámetros sólo
son aplicables a nivel sofisticado en laboratorio por lo que aún está a nivel de
investigación una prueba práctica para emplearse en obra, sin embargo, es
importante al momento de diseñar y comparar mezcla, realizar una evaluación al
menos cualitativa de estos parámetros, con objeto de acercarnos al óptimo.
2. Segregación
Las diferencia de densidades entre los componentes del concreto provocan una
tendencia natural a que las partículas más pesadas desciendan, pero en general,
la densidad de la pasta con los agregados finos es sólo un 20% menor que la de
los gruesos (para agregados normales) lo cual sumado a su viscosidad produce
que el agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz.
Cuando la viscosidad del mortero se reduce por insuficiente concentración la pasta,
mala distribución de las partículas o granulometría deficiente, las partículas gruesas
se separan del mortero y se produce lo que se conoce como segregación. En los
concretos con contenidos de piedra > del 55% en peso con respecto al peso total
de agregados, es frecuente confundir la segregación con la apariencia normal de
estos concretos, lo cual es muy simple de verificar obteniendo dos muestras de
concreto fresco de sitios diferentes y comparar el contenido de gruesos por lavado,
que no deben diferir en más de 6%.
3. Exudación
80
Propiedad por la cual una parte del agua de mezcla se separa de la masa y sube
hacia la superficie del concreto.
Es un caso típico de sedimentación en que los sólidos se asientan dentro de la
masa plástica. El fenómeno está gobernado por las leyes físicas del flujo de un
líquido en un sistema capilar, antes que el efecto de la viscosidad y la diferencia de
densidades.
Está influenciada por la cantidad de finos en los agregados y la finura del cemento,
por lo que cuanto más fina es la molienda de este y mayor es el porcentaje de
material menor que la malla N° 100, la exudación será menor pues se retiene el
agua de mezcla.
La exudación se produce inevitablemente en el concreto, pues es una propiedad
inherente a su estructura, luego lo importante es evaluarla y controlarla en cuanto
a los efectos negativos que pudiera tener.
No debe caerse en el error de considerar que la exudación es una condición
anormal del concreto, ni en la práctica usual de “secar” el concreto espolvoreando
cemento en la superficie ya que si esto se ejecuta mientras aún hay exudación, se
crea una capa superficial muy delgada de pasta que en la parte inferior tiene una
interface de agua que la aísla de la masa original.
En estas condiciones, al producirse la contracción por secado o cambios
volumétricos por temperatura esta película delgada de pasta se agrieta,
produciéndose el patrón de fisuración tipo panal de abeja, que los norteamericanos
denominan “crazing”.
Si se espolvorea cemento cuando la exudación ha terminado, integrado la pasta
con la mezcla original se logra reducir la relación Agua/Cemento en la superficie
con resultados positivos en cuanto a durabilidad al desgaste.
81
La prueba estándar para medir la exudación está definida por la norma ASTM C –
232 necesitándose sólo una pipeta como equipo adicional a las balanzas, moldes
y probetas graduadas que constituyen lo normal en laboratorio.
4. Contracción
Es una de las propiedades más importantes en función de los problemas de
fisuración que acarrea con frecuencia.
Ya hemos visto que la pasta de cemento necesariamente se contrae debido a la
reducción del volumen original de agua por combinación química, y a esto se le
llama contracción intrínseca que es un proceso irreversible.
Pero además existe otro tipo de contracción inherente también a la pasta de
cemento y es la llamada contracción por secado, que es la responsable de la mauro
parte de los problemas de fisuración, dado que ocurre tanto en el estado plástico
como en el endurecido si se permite la pérdida de agua en la mezcla.
Este proceso no es irreversible, ya que si se repone el agua perdida por secado, se
recupera gran parte de la contracción acaecida.
Esta propiedad se tratará con mucha amplitud al tocar el tema de los cambios
volumétricos en el concreto, siendo lo fundamental en este Capítulo, el tener claro
que el concreto de todas maneras se contrae y si no tomamos las medidas
adecuadas indefectiblemente se fisura, y en muchos casos esta fisuración es
inevitable por lo que sólo resta prevenirla y orientarla.
C. PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO ENDURECIDO
1. Elasticidad
82
En general, es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener
deformación permanente.
El concreto no es un material elástico estrictamente hablando, ya que no tiene un
comportamiento lineal en ningún tramo de su diagrama cara vs deformación en
compresión, sin embargo, convencionalmente se acostumbra definir un “Módulo de
elasticidad estático” del concreto mediante una recta tangente a la parte inicial del
diagrama, o una recta secante que une el origen del diagrama con un punto
establecido que normalmente es un % de la tensión última.
En la primera figura se esquematiza la curva Carga vs Deformación Típica del
concreto y en la segunda figura se muestran curvas Carga vs Deformación para
concretos con diferentes relaciones Agua/Cemento.
Los módulos de Elasticidad normales oscilan entre 250,000 a 350,000 kg/cm2 y
están en relación inversa con la relación Agua/Cemento.
Conceptualmente, las mezclas más ricas tienen módulos de Elasticidad mayores y
mayor capacidad de deformación que las mezclas pobres. La norma que establece
como determinar el Módulo de elasticidad estático del concreto es la ASTM C- 469.
83
2. Resistencia
Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor comportamiento
en compresión en comparación con la tracción, debido a las propiedades
adherentes de la pasta de cemento. Depende principalmente de la concentración
de la pasta de cemento, que se acostumbra expresar en términos de la relación
Agua/Cemento en peso. La afectan además los mismos factores que influyen en
las características resistentes de la pasta, como son la temperatura y el tiempo,
aunados a otros elementos adicionales constituidos por el tipo y características
resistentes del cemento en particular que se use y de la calidad de los agregados,
que complementan la estructura del concreto.
Un factor indirecto pero no por eso menos importante en la resistencia, lo constituye
el curado ya que es el complemento del proceso de hidratación sin el cual no se
llegan a desarrollar completamente las características resistentes del concreto. Los
concretos normales usualmente tienen resistencias en compresión del orden de
100 a 400 kg/cm2, habiéndose logrado optimizaciones de diseños sin aditivos que
han permitido obtener resistencia sobre 700 kg/cm2. Tecnologías con empleo de
los llamados polímeros, constituidos por aglomerantes sintéticos que se añaden a
la mezcla, permiten obtener resistencias en compresión que bordean los 1,500
kg/cm2, y todo parece indicar que el desarrollo de estas técnicas permitirá en el
futuro superar incluso estos niveles de resistencia.
3. Extensibilidad
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Es la propiedad del concreto de deformarse sin agrietarse. Se define en función de
la deformación unitaria máxima que puede asumir el concreto sin que ocurran
fisuraciones. Depende de la elasticidad y del denominado flujo plástico, constituido
por la deformación que tiene el concreto bajo carga constante en el tiempo. El flujo
plástico tiene la particularidad de ser parcialmente recuperable, estando
relacionado también con la contracción, pese a ser dos fenómenos nominalmente
independientes. La microfisuración aparece normalmente alrededor del 60% del
esfuerzo último, y a una deformación unitaria de 0.0012, y en condiciones normales
la fisuración visible aparece para 0.003 de deformación unitaria.
D. ENSAYOS DE CAMPO
1. Consistómetro Vebe
El método Vebe de medida de la consistencia, que es una variante del cono de
Abrams, es muy útil en los casos en los que el cono de Abrams carece de
sensibilidad como ocurre con los hormigones muy secos y con los reforzados con
fibras, que darían asientos nulos.
El sistema consiste en medir el tiempo que tarda un tronco de cono de hormigón,
moldeado con el cono de Abrams y colocado en el interior de un recipiente cilíndrico
situado sobre una mesa vibrante, en deformarse y tomar la forma de éste bajo la
acción de un vibrador de 3.000 c.p.m. con una aceleración máxima de 3 a 4 g. La
consistencia del hormigón se mide en segundos Vebe e indica el tiempo
transcurrido desde que se inicia la vibración hasta que el hormigón se compacta
dando una superficie horizontal, lo que se aprecia por medio de un disco de plástico
que acompaña libremente al hormigón durante su descenso.
85
El consistómetro Vebe es un aparato de ensayo de laboratorio que permite, no sólo
medir la consistencia dada por el asiento del hormigón en el cono, sino también,
dar una idea aproximada de la docilidad del hormigón fresco al indicar la facilidad
de adaptación del hormigón a un molde determinado mediante una vibración. La
consistencia de hormigón según el tiempo Vebe medido en segundos viene dada
en la tabla.
MUESTREO DE CONCRETO FRESCO
NTP 339.036 ASTM C-172
OBJETIVO DEL MUESTREO
Obtener muestras representativas de concreto fresco, sobre las cuales se realizan
ensayos para verificar el cumplimiento
EQUIPO PARA MUESTREO DE CONCRETO
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✓ Recipiente no absorbente de capacidad > 28 L
✓ Palas, cucharones
✓ Tamices estándar H
TIEMPO LÍMITE PARA EMPEZAR ENSAYOS
DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE MEZCLAS DE CONCRETO
NTP 339.184 ASTM C 1064
OBJETIVO DE MEDIR LA TEMPERATURA
Determinar la temperatura del concreto fresco para verificar el cumplimiento de los
requerimientos especificados.
87
La temperatura del concreto depende del aporte calorífico de cada uno de sus
componentes, además del calor liberado por la hidratación del cemento, la energía
de mezclado y el medio ambiente.
CRITERIOS DE ACEPTACION
EFECTOS DE LA TEMPERATURA ALTA EN EL CONCRETO
88
ASENTAMIENTO, REVENIMIENTO O SLUMP
NORMAS ASTM C 143-00 “Standard test method for slump of portland cement
concrete.”(Método estándar para la prueba de revenimiento en el concreto de
cemento portland).
OBJETIVOS
a) Que el estudiante comprenda los términos de trabajabilidad, consistencia, y
revenimiento del concreto.
b) Que el alumno aprenda a realizar la prueba de revenimiento y pueda analizar el
resultado obtenido de ella.
DISCUSION TEORICA
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(Tomado de Neville, A.M. Tecnología del concreto. Editorial Limusa, S.A. DE C.V.,
México, 1989.)
Un concreto de calidad uniforme y satisfactoria requiere que los materiales se
mezclen totalmente hasta que tenga una apariencia uniforme. La mezcla de
concreto debe tener una trabajabilidad apropiada para su fácil colocación; una vez
endurecido el concreto tendrá que cumplir con el requisito de resistencia para
soportar las distintas solicitaciones a las que podrá estar expuesto y además deberá
poseer una adecuada durabilidad frente a las condiciones de exposición a las que
será sometido.
La trabajabilidad depende de las proporciones y de las características físicas de los
materiales, y también del equipo utilizado durante el mezclado, transporte y
colocación de la mezcla. Aun así la trabajabilidad es un término relativo, porque un
concreto se podrá considerar trabajable bajo ciertas condiciones y no trabajable
para otras.
Por ejemplo, un concreto podrá ser trabajable para la hechura de un pavimento,
pero será difícil de colocar en un muro delgado con refuerzo complicado. Por ende,
la trabajabilidad debería definirse solamente como una propiedad física del
concreto fresco, sin hacerse referencia a las circunstancias específicas de un tipo
de construcción
Un componente muy importante de al trabajabilidad es la consistencia o fluidez de
la mezcla de concreto. La consistencia de una mezcla de concreto es un término
general que se refiere al carácter de la mezcla con respecto a su grado de fluidez;
y abarca todos os grados de fluidez, desde la más seca hasta la más fluida de todas
las mezclas posibles.
En general, existen varios tipos de consistencia:
90
a) Consistencia seca: aquélla en la cual la cantidad de agua es pequeña y
simplemente la suficiente para mantener las partículas de cemento y agregados
juntas.
b) Consistencia dura o rígida: posee un poco más de agua que la del tipo a).
c) Consistencia húmeda. La cantidad de agua es bastante apreciable y se trata de
un concreto fluido. La consistencia se puede medir por medio de la prueba de
revenimiento (norma ASTMC143).
Para realizar esta prueba se utiliza un molde en forma de cono truncado de 12 “de
altura, con un diámetro inferior en su base de 8”, y en la parte superior un diámetro
de 4”, tal como se muestra en la figura:
Una vez ya mezclado el concreto, se procede a llenar este molde con la mezcla.
Se le llama revenimiento a la diferencia de altura que hay entre la parte superior del
moldee y la parte superior de la mezcla fresca cuando ésta se ha asentado después
de retirar el molde.
Esta distancia se expresa generalmente en cm y varía según la fluidez del concreto.
91
La forma que adopta el cono de la mezcla de concreto puede ser:
a. Revenimiento cercano a cero: Puede ser el resultado del concreto que tiene
todos los requisitos de trabajabilidad pero con poco contenido de agua, o se trata
de un concreto hecho con agregados grueso que permiten que el agua drene
fuera de la mezcla de concreto sin que esto produzca algún cambio de volumen.
b. Revenimiento normal: Se trata de concreto con buena o excelente
trabajabilidad. El revenimiento usado para concreto estructural se sitúa entre 2 y
7 pulgadas.
c. Revenimiento por cizalladura o cortante: Indica que el concreto carece de
plasticidad y cohesión. Un resultado satisfactorio de esta prueba es cuestionable.
d. Colapso en el revenimiento: Indica un concreto obtenido con concretos pobres,
hechos con agregados gruesos en exceso o mezclas extremadamente húmedas.
En este tipo de concretos, el mortero tiende a salir del concreto, quedando el
material grueso en el centro del cono. Hay segregación. Debido a los múltiples
factores que afectan la trabajabilidad (contenido de agua de la mezcla, tamaño
máximo de los agregados, granulometría, forma y textura, etc.) la prueba 4 de
revenimiento, si bien proporciona una indicación de la consistencia y en ciertas
mezclas también de la trabajabilidad, no es capaz de distinguir entre mezclas de
características distintas, pero es muy útil para detectar las variaciones de
uniformidad y humedad de la mezcla.
92
Nota: Si el revenimiento es menor de ¼”; es decir, no tiene revenimiento
(revenimiento “cero”), este concreto puede ser ensayado por varios medios que son
descritos en ACI 211.3 “Guide for Selecting Proportions for No-Slump Concrete”
(Guía para la selección de proporciones para concreto sin revenimiento).
MATERIAL Y EQUIPO
✓ Molde con forma de cono truncado, con base de diámetro igual a 8” (203 mm),
diámetro superior de 4” (102 mm), y una altura de 12” (305 mm). Este molde debe
estar provisto de abrazaderas y su base debe ser de metal.
✓ Un cucharón
✓ Varillador: varilla lisa con punta redonda de 5/8” de diámetro y una longitud
aproximada de 24”.
✓ Cronometro
✓ Mezcla de concreto uniforme fresco con agregado grueso no mayor de 1 ½”
✓ Cinta métrica (con una precisión de al menos ¼”)
PROCEDIMIENTO
- Uniformice la mezcla con el cucharón
- Humedezca el molde troncocónico y colóquelo sobre una superficie plana,
húmeda, no absorbente y rígida. La sección de diámetro inferior debe estar en la
parte superior
93
- Sujete bien el molde; para ello presione con los pies las abrazaderas o pedales
fijados en la base del molde.
- Vierta la mezcla de concreto hasta llenar aproximadamente 1/3 del volumen del
molde (un tercio del volumen del molde de revenimiento se obtiene llenándolo a
una profundidad de 2 5/8” (70 mm))
- Varille esta primera capa con 25 golpes. Utilice una varilla de acero estándar de
diámetro 5/8” con punta redondeada. Para esta capa se debe inclinar levemente
el compactador y hacer aproximadamente la mitad de los golpes cerca del
perímetro, y el resto aplicarlos en forma de espiral hacia el centro del molde.
- Vierta concreto nuevamente hasta llenar 2/3 del volumen del cono
(aproximadamente 6 1/8” (160 mm)) y varille de nuevo con 25 golpes a través de
esta capa, de tal forma que los golpes apenas penetren en la capa anterior.
- Llenar y varillar la capa superior con 25 golpes; para esta última capa, amontone
el concreto sobre el molde antes de empezar a varillar. Si la operación de
varillado provoca que el concreto de los bordes superiores del molde se caiga,
agregue concreto adicional a fin de mantener todo el tiempo un exceso de
concreto sobre la superficie del molde.
94
- Después de que la capa superior ha sido varillada, enrase la superficie del molde
por medio de un movimiento simultáneo de aserrado y rodado con la varilla
compactadora. Limpie el área de la base de cualquier escurrimiento de concreto
que haya caído durante el enrasamiento.
- Retire el molde del concreto, levantándolo cuidadosamente en dirección vertical.
Eleve el molde una distancia de 30 cm en 5 ± 2 segundos, firmemente y evitando
cualquier movimiento lateral o de torsión.
- Inmediatamente mida el revenimiento, determinando la diferencia vertical entre
la altura de la parte superior del molde y el centro del desplazamiento en la
superficie del cono de concreto revenido. Utilice una escala graduada (cinta
métrica). El tiempo transcurrido desde que se llena el molde hasta su
levantamiento no deberá ser mayor de 2 ½ minutos.
95
NOTA: si buena parte del concreto se desmorona o se produce revenimiento por
cortante, deseche la prueba y haga una nueva con otra porción de mezcla. Si
persiste el revenimiento por cortante (la mitad del cono se desliza en un plano
inclinado), es un indicio de falta de cohesión y plasticidad en la mezcla.
CALCULOS
Anotar en pulg (mm) el revenimiento que obtuvo en la prueba, con aproximación de
¼” (5mm).
Revenimiento =_______________ pulg (mm)
PESO UNITARIO Y RENDIMIENTO
NTP 339.046 ASTM C 138
OBJETIVO DEL ENSAYO DE PESO UNITARIO
Determinar el peso de 1m3 de concreto. El peso unitario normalmente está entre
2240kg/m3 a 2460kg/m3
Determinar el rendimiento del concreto
96
EQUIPO – PESO UNITARIO
PROCEDIMIENTO – PESO UNITARIO
PROCEDIMIENTO – PESO UNITARIO
97
CÁLCULO - PESO UNITARIO Y RENDIMIENTO
CONTENIDO DE AIRE EN EL CONCRETO FRESCO
98
METODO PRESIÓN
NTP 339.083 ASTM C 231
METODO VOLUMÉTRICO
NTP 339.081 ASTM C 173
CONTENIDO DE AIRE DEL CONCRETO FRESCO
Generalmente ocupa del 1% al 3% del volumen de la mezcla
Está en función de las proporciones, las características físicas de los agregados y
del método de compactación
En algunas condiciones se incorpora aire adicional para mejorar la durabilidad
La inclusión de aire es necesaria en concreto que estará expuesto a ciclos de
congelación y deshielo o a químicos descongelantes.
CONTENIDO DE AIRE DEL CONCRETO FRESCO POR MÉTODO DE PRESIÓN
Objetivo: El método que se describe para determinar el contenido de aire del
concreto fresco, se basa en la medición del cambio de volumen del concreto
sometido a un cambio de presión. El equipo que se especifica para este ensayo es
un aparato tipo Washington, el cual cuenta con un manómetro que registra
directamente el contenido de aire, en %, con respecto al volumen de concreto
Equipo que se utiliza:
• Equipo de medición de aire, que consta de un recipiente con tapa de acero cuya
capacidad mínima es de 6 litros. Cuenta con una tapa hermética, una par de llaves
de agua, cámara de presión con dial, bomba manual, válvulas y accesorios.
• Accesorios, como varilla punta de bala, regla para enrasar, mazo, recipientes, etc.
99
Procedimiento:
- La muestra de concreto fresco deberá ser superior a 30 lts.
- Colocación y compactación de la muestra: se llena el recipiente con la
muestra de concreto según el asentamiento del cono:
- Apisonado: aplicable cuando el revenimiento obtenido es mayor a 5 cm. Se
coloca el concreto en tres capas de igual volumen; se apisona cada capa con 25
golpes de pisón distribuidos en toda el área. La capa inferior se apisona en toda
su altura sin golpear el fondo y las capas superiores se apisonarán de modo que
el pisón penetre aproximadamente 3 cm en la capa subyacente. Después de
apisonar, golpear los costados del recipiente 10 a 15 veces con un mazo.
- Vibrado: aplicable con revenimiento máximo de 10cms. Llenar en dos capas de
igual volumen, vibrando cada capa con una o dos inserciones del vibrador, sin
tocar con éste las paredes ni el fondo del recipiente. La vibración se aplicará
hasta que la superficie del concreto tenga una apariencia suave y brillante,
100
retirando lentamente el vibrador. Una vez compactada la muestra, se enrasa y
alisa la superficie.
- Medida del contenido de aire: Limpiar los bordes y en especial la goma de
sello, se coloca la tapa y se ajusta herméticamente con las llaves de apriete.
- Cerrar las válvulas para aire y abrir las llaves para agua. Mediante una jeringa
de goma introducir agua por una de las llaves de agua hasta que fluya por la otra
llave. Golpear lateralmente con un mazo para expulsar burbujas de aire
atrapadas en el agua introducida.
- Bombear aire a la cámara de presión hasta que la aguja del dial llegue a la marca
de presión inicial. Reposar algunos segundos para enfriar el aire comprimido.
Estabilizar la aguja mediante bombeo, en la marca de presión inicial. Ing.
Abraham Polanco Rodríguez 39 Manual de Prácticas de Laboratorio de Concreto
- Cerrar las dos llaves de agua y abrir la válvula de entrada de aire comprimido de
la cámara de aire ala recipiente. Golpear suavemente los costados del recipiente,
como también la tapa del dial para estabilizar la lectura.
- Leer con aproximación a 0,1% el contenido de aire registrado en el manómetro.
Antes de abrir la tapa, mantener cerradas las válvulas de aire y abrir las llaves
de agua para liberar la presión de aire existente en el recipiente.
101
CAPÍTULO VII: PERMEABILIDAD DEL CONCRETO. RESISTENCIA Y DURABILIDAD
DEL CONCRETO
A. INTRODUCCIÓN
La principal virtud del concreto permeable es el adecuado manejo del agua de lluvia,
cualidad reconocida positivamente por organismos internacionales como la Agencia
de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés). El concreto permeable no
tiene finos o posee pocos finos. Este concreto se usa principalmente como pavimento
en aplicaciones de vialidades de bajo tráfico, áreas de estacionamientos, senderos y
caminos para peatones o ciclistas. Es un concreto especial, resultado de la
combinación de agregado grueso, cemento y agua que favorece la creación de una
estructura de tipo porosa que permite el paso de agua a través de él. Es de baja
resistencia; con revenimiento cero; es seco y poroso y puede usarse como pavimento
de aceptable calidad estructural, que permita filtrar el agua de lluvia, y evitar el
escurrimiento superficial. En los últimos años, el concreto permeable se ha usado
como una alternativa a la típica solución de construir pozos para retención o
almacenamiento de aguas pluviales. En general, ha tenido éxito en la construcción de
áreas de estacionamiento con pavimentos de concreto permeable que permiten la
filtración del agua al subsuelo, reduciendo el escurrimiento superficial, evitando la
contaminación, el encharcamiento y la erosión de áreas aledañas (Fotos 1 y 2).
102
El procedimiento constructivo de un sistema de pavimento de concreto permeable es
diferente al empleado en la creación de pavimentos de concreto convencional;
además, su criterio de aceptación no está basado en la resistencia a compresión, sino
en la porosidad y permeabilidad, por lo tanto tiene una perspectiva diferente. A
continuación se presenta una revisión de algunos aspectos importantes relacionados
con el uso del concreto permeable.
B. CONCRETO PERMEABLE
De acuerdo con el ACI-522R, el concreto permeable es un material de estructura
abierta con revenimiento cero, compuesto por cemento Portland, agregado grueso,
poco o nada de finos, aditivos y agua. La combinación de estos ingredientes produce
un material endurecido con poros interconectados, cuyo tamaño varía de 2 a 8 mm lo
que permite el paso de agua. El contenido de vacíos puede variar de un 18 a un 35
por ciento, con resistencias a compresión típicas de 2.8 a 28 MPa. Su velocidad de
drenaje depende del tamaño del agregado y de la densidad de la mezcla, pero
generalmente varía en el rango de 81 a 730 L/min/m2.
En general, como ya se ha comentado, se emplean los mismos materiales que en el
concreto convencional; es decir, materiales cementantes, agregados grueso y fino,
aditivo y agua. Sin embargo, el agregado fino está limitado a pequeñas cantidades o
se elimina de la composición de la mezcla. Si bien, al añadir agregado fino se
incrementa la resistencia puede reducir el contenido de vacíos y por lo tanto la
permeabilidad del concreto, la cual es la principal característica de estos concretos.
Como materiales cementantes se pueden emplear: el cemento Portland de uso
general (ASTM 150 y C1157); cementos adicionados (ASTM C595 y C1157), así como
materiales suplementarios como la ceniza volante, humo de sílice y escorias de alto
horno (ASTM C618, C1240 y C989). Cabe subrayar que por lo general se emplean
agregados gruesos de 9.5, 19.0 y hasta 25.4 mm de tamaño máximo (ASTM C33),
que puede ser de peso normal o ligero, y de forma redondeada o triturada. Los
103
agregados de forma redondeada producen mayores resistencias; los de mayor
tamaño superficies más ásperas, mientras que los de tamaño pequeño y textura suave
son más fáciles de colocar aunque requieren de mayor cantidad de cemento.
Respecto al agregado fino, es común que no se use; sin embargo, en caso necesario
se recomienda su uso en bajos contenidos, cuidando que no se reduzca la
permeabilidad del concreto.
El agua potable es adecuada para la elaboración del concreto permeable. Se puede
emplear agua de otras fuentes o reciclada; sin embargo debe cumplir con lo
especificado en la ASTM C1602, y se debe verificar que su empleo no influya en el
tiempo de fraguado, resistencia y durabilidad. Debido a la ausencia o limitada cantidad
de agregado fino, la cantidad de agua es un factor determinante en el concreto
permeable. La resistencia del concreto depende de la adherencia entre la pasta de
cemento y las partículas de agregado grueso. La falta de agua provocará la falta de
adherencia, mientras que el exceso de agua puede generar la obstrucción de los
poros. En el primer caso se puede presentar la falla prematura de la superficie, y en
el segundo se perderá la capacidad de filtración de la superficie, es decir, perderá
permeabilidad.
La mezcla de concreto permeable es más rígida y su tiempo de fraguado es menor
comparado con la del concreto convencional, por lo que en caso necesario se pueden
emplear aditivos retardantes de fraguado, muy recomendable en climas calurosos
104
para facilitar la entrega y su colocación. Para prolongar la condición fresca de la
mezcla y facilitar la descarga se pueden emplear estabilizadores de hidratación o
aditivos retardantes de larga duración. En todos los casos se debe verificar que los
aditivos cumplan lo especificado en la ASTM C494
C. PROPIEDADES
En la Tabla 1 se presenta las propiedades típicas de las mezclas de concreto
permeable.
1. Propiedades en estado fresco
a. Revenimiento: En general, es cero; sin embargo se han usado valores en el
rango de 20 a 50 mm. La prueba del revenimiento –que se puede realizar de
acuerdo con la ASTM C143– no es una prueba que se considera para fines de
control de calidad, como en el caso del concreto convencional, sólo se considera
como un valor de referencia, debido principalmente a que la mezcla es
demasiado rígida y la medición del revenimiento en la mayoría de casos no es
aplicable.
b. Peso unitario: El peso unitario del concreto permeable es del orden del 70% del
concreto convencional. Su determinación se hace de acuerdo con lo especificado
en la ASTM C1688.
c. Tiempo de fraguado: El tiempo de fraguado se reduce en el concreto
permeable, por lo que en algunos casos se deben usar aditivos químicos para
permitir la adecuada colocación.
2. Propiedades en estado endurecido
105
a. Porosidad: La porosidad es una medida de los espacios vacíos entre los
agregados. La condición para que un concreto sea permeable es que el
contenido de vacíos sea mayor al 15%.
b. Permeabilidad: La permeabilidad al igual que la porosidad depende de las
propiedades de los materiales, la proporción de la mezcla y de los métodos de
colocación y compactación. Una excesiva compactación reducirá la
permeabilidad al sellar los poros necesarios para la filtración del agua.
3. Propiedades mecánicas
La resistencia a compresión típica es del orden de 17 MPa; sin embargo, se pueden
desarrollar resistencias hasta de 28 MPa. La resistencia a compresión está
influenciada por los materiales componentes, el esfuerzo de compactación y por el
contenido de vacíos. La Tabla 2 muestra la relación entre la resistencia a
compresión y el contenido de vacíos para 2 tamaños de agregado, 19.0 y 9.5 mm
(ASTM C33, No. 67, y 8, respectivamente).
La resistencia a flexión varía entre 1 y 3.8 MPa. Su determinación puede estar
sujeta a importante variabilidad, por lo que es común medir la resistencia a
compresión y usar relaciones empíricas para estimar su valor. Por su parte, la
contracción por secado en el concreto permeable se presenta más pronto, sin
embargo, es menor, del orden de la mitad de lo esperado en el concreto
convencional. La menor contracción permite eliminar el número de juntas, o en todo
caso, respecto a los pavimentos construidos con concretos convencionales,
colocarlas más espaciadas.
4. Beneficios
106
a. Medioambientales: La elevada permeabilidad del concreto permeable, es una
solución al problema del escurrimiento superficial proveniente de las aguas
pluviales, cuando se usa como sistemas de pavimentos de concreto permeable,
evitando los encharcamientos. Otro beneficio asociado a su uso está relacionado
con su capacidad de permitir la filtración de los contaminantes de los
automóviles, lo que impide la contaminación de áreas adyacentes, como sucede
con las superficies impermeables. Además, cuando se usa en combinación con
áreas verdes, la estructura porosa permite el ingreso de agua y oxígeno,
necesario para el crecimiento de las plantas que dan sombra y calidad al aire.
Además, el efecto de isla de calor, que es un fenómeno asociado a las
urbanizaciones y que está relacionado a la construcción de estructuras que
tienden a retener calor, disminuye por el mayor albedo del concreto permeable,
dado que su estructura de poros permite la circulación de aire y por lo tanto
menor retención de calor. Asimismo, la luz que refleja el concreto permeable
hace que disminuya la temperatura ambiental, especialmente en las zonas
urbanas; en la noche, los pavimentos de concreto permeable requieren de menor
iluminación debido a la mayor reflexión que tienen a la luz.
b. Económicos: El concreto permeable puede usarse como una alternativa en
áreas de estacionamiento y reducir la necesidad de construir pozos de retención
para almacenar el agua pluvial. El mismo pavimento actuará como área de
retención, lo que reducirá el costo de la construcción de pozos de retención, la
instalación de bombas, los tubos de drenaje, y su mantenimiento o permitir
sistemas de alcantarillado de menor tamaño.
c. Estructurales: La textura porosa del concreto permeable proporciona la tracción
suficiente para los vehículos y reduce el hidroplaneo, aún con lluvia, permitiendo
seguridad a los conductores y a los peatones. El concreto permeable es durable
y resistente al tiempo, pudiendo durar muchos años (20 a 30 años) con el
mantenimiento adecuado.
107
5. Conclusiones
El concreto permeable es un tipo especial de concreto con alto grado de porosidad
cuya principal característica es permitir el paso del agua a través de su estructura
porosa, por lo que es considerado como un material de construcción sustentable,
por su buen manejo de las aguas de pluviales.
Es un material que puede ser proporcionado por cualquier contratista de concreto;
sin embargo, deberá tener experiencia y familiaridad con este tipo de concreto para
asegurar su calidad. Cuando se use como sistema de pavimentos, es de vital
importancia darle mantenimiento, cuando lo requiera, para así asegurar que cumpla
con su función de permeabilidad.
Los métodos de proporcionamiento convencionales no son aplicables al concreto
permeable, tampoco los métodos de prueba; debido a lo anterior grupos de trabajo
de la ASTM y ACI vienen trabajando arduamente en estos apartados.
Recientemente se han publicado los primeros resultados de estos trabajos; el ACI
ha publicado una Guía para el Proporcionamiento de Concreto Permeable, mientras
108
que la ASTM publicó los nuevos métodos de prueba para determinar el Peso
Unitario y la Velocidad de Infiltración.
Cabe subrayar que en el pasado se ha realizado mucha investigación relacionada
con el concreto permeable; sin embargo, es necesario que ésta se intensifique
alrededor del mundo, a fin de que se impulse su desarrollo y que en el futuro sea
un material de construcción de uso común.
109
CAPÍTULO VIII: DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMALES MÉTODO DEL
ACI
A. ESPECIFICACIONES
Se desea calcular las proporciones de los materiales de una mezcla de concreto a ser
empleada en las vigas y columnas de un edificio de departamentos a ser construido
en la ciudad de Arequipa: Las especificaciones de obra indican:
1. No existen limitaciones en el diseño por presencia de procesos de congelación;
presencia de ion cloruro o ataques por sulfatos.
2. La resistencia en compresión de diseño especificada es de 210 kg/cm2, este es a
los 28 días. La desviación estándar es de 20 kg/cm2
3. Las condiciones de colocación requieren que la mezcla tenga una consistencia
plástica.
4. El tamaño máximo nominal del agregado grueso es de 1 1/2"
B. MATERIALES
C. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA
110
Conociendo que la resistencia en compresión de diseño especificada es de 210
kg/cm2 y que la desviación estándar de la compañía constructora es de 20 kg/cm2.
aplicamos para el cálculo de la resistencia promedio el criterio del Código 318 del ACI
entrando a las ecuaciones (i y ii)
1. Cuando tenemos la DESVICION ESTANDAR
2. Cuando no tenemos registro de resistencia de probetas correspondientes a
obras anteriores
3. Teniendo en cuenta el control de calidad en la Obra
Reemplazando valores en el punto 1
111
4. Selección del tamaño máximo nominal del agregado
De acuerdo a las especificaciones de obra, a la granulometría del agregado grueso
le corresponde un tamaño máximo nominal de 1 1/2".
5. Selección del asentamiento
De acuerdo a las especificaciones, las condiciones de colocación requieren que la
mezcla tenga una consistencia plástica, correspondiente a un asentamiento de 3"
@ 4".
6. Volumen unitario de agua
En la tabla 10.2.1 se determina que el volumen unitario de agua, necesario para
una mezcla de concreto cuyo asentamiento es de 3" @ 4", en una mezcla sin aire
incorporado cuyo agregado grueso tiene un tamaño máximo nominal de 1 1/2", es
de 181 lt/m3.
112
7. Contenido de aire
Desde que la estructura a ser vaciada no va a estar expuesta a condiciones de
intemperismo severo, no se considera necesario incorporar aire a la mezcla. De la
Tabla 11.2.1 se determina que el contenido de aire atrapado para un agregado
grueso de tamaño máximo nominal de 1 1/2".
Aire = 1.0%
113
8. Relación agua/cemento
No presentando en este caso problemas de intemperismo ni de ataques por sulfatos
u otro tipo de acciones que pudieran dañar al concreto, se seleccionara la relación
agua/cemento únicamente por resistencia.
Entrando a la Tabla 12.2.2 para una resistencia promedio correspondiente a 237
kg/cm2 en un concreto sin aire incorporado, se encuentra una relación
agua/cemento por resistencia de 0.64.
114
9. Factor Cemento
El factor cemento se determina dividiendo el volumen unitario de agua entre la
relación agua/cemento:
10. Peso del agregado grueso
Para determinar el contenido de agregado grueso, empleando el método del ACI
se debe de entrar a la Tabla 16.2.2 con un módulo de Finura de 2.80 y un tamaño
máximo nominal del agregado grueso de 1 1/2" encontrándose un valor de
b/bo= 0.71 metros cúbicos de agregado grueso seco compactado por unidad de
volumen de concreto.
115
11. Cálculo de volúmenes absolutos
12. Contenido de Agregado fino
El volumen absoluto de agregado fino será igual a la diferencia entre la unidad y
la suma de los volúmenes absolutos conocidos. El peso del agregado fino será
igual a su volumen absoluto multiplicado por su peso específico.
13. Valores de diseño en estado seco
Las cantidades de materiales a ser empleadas como valores de diseño en estado
seco serán:
14. Corrección por humedad del agregado
Las proporciones de los materiales que integran la unidad cubica de concreto debe
ser corregida en función de las condiciones de humedad de los agregados fino y
grueso, a fin de obtener los valores a ser utilizados en obra.
116
15. Proporción en peso
117
La proporción en peso de los materiales sin corregir, y ya corregida por humedad
del agregado, serán:
16. Pesos por tanda de una bolsa
Para conocer la cantidad de materiales que se necesitan en una tanda de una
bolsa, es necesario multiplicar la proporción en peso, ya corregida por humedad
del agregado, por el de una bolsa de cemento.
118
CAPÍTULO IX: CONTROL DE CALIDAD
A. ESPECIFICACIONES
Como es sabido, el concreto es una masa endurecida de materiales heterogéneos y
sus propiedades están sujetas a una gran cantidad de variables, las cuales dependen
de los materiales que lo constituyen y de los procedimientos de producción, transporte
y colocación del concreto. Por esta razón, es muy importante la elaboración y
cumplimiento de un plan de control de calidad para el concreto y los materiales que lo
componen, con el fin de poder predecir las propiedades del concreto en estado
endurecido y garantizar que se cumpla con las especificaciones (necesidades)
previamente definidas al menor costo posible.
Existe un aspecto propio del concreto, que lo distingue de los demás productos
manufacturados, y es que el principal parámetro para definir su calidad, es la
resistencia a la compresión, la cual se ha establecido a los 28 días de edad, lo que
constituye un inconveniente para el control, porque en el tiempo de espera para
obtener este resultado, las obras siguen su curso normal y los datos que se obtengan
respecto a la resistencia del concreto van a ser extemporáneos. Por este motivo, el
control de calidad debe tener un carácter preventivo y no curativo, y por ello no se
debe limitar solamente a la verificación de las propiedades en estado endurecido sino
también se deben controlar diferentes características en estado fresco como son el
asentamiento, peso unitario, contenido de aire, tiempos de fraguado y temperatura,
que permiten anticipar las propiedades del concreto en estado endurecido.
119
B. ORGANIZACIÓN Y RESPONSABILIDAD DEL CONTROL DE CALIDAD DEL
CONCRETO CUANDO LLEGA A LA OBRA
En el desarrollo de un proyecto de construcción es indispensable que el control de
calidad contemple ciertas actividades que en la obra se deben realizar.
- Seleccionar un tomador de muestras de concreto calificado, que será la
persona encargada de realizar todos los ensayos de concreto en estado
fresco: ASTM C 172 Toma de muestras de concreto, ASTM C 31 Temperatura
del concreto fresco, ASTM C 1064 Asentamiento del concreto, ASTM C 143
Masa unitaria y rendimiento volumétrico y ASTM C 138 Elaboración y curado
de especímenes de concreto.
- Selección de un laboratorio idóneo.
- Procesos de calidad debidamente documentados.
C. ENSAYOS DE CONTROL DE CALIDAD DE CONCRETO EN ESTADO FRESCO
Como ya se mencionó, el control de calidad del concreto debe ser preventivo más que
curativo, por tanto es de vital importancia la realización de ensayos al concreto en
estado fresco con los que se busca garantizar el cumplimiento de las especificaciones
en estado endurecido. Los principales ensayos que se debe realizar son:
- Temperatura del concreto
- Trabajabilidad o manejabilidad
120
- Segregación Exudación o sangrado
- Masa unitaria y rendimiento volumétrico
- Tiempo de fraguado del concreto
- Contenido de aire
- Elaboración y curado de especímenes de concreto
Es claro que las propiedades del concreto en obra no pueden ser obtenidas
directamente del concreto en estado fresco, puesto que las características de los
elementos estructurales de concreto se ven afectadas por las prácticas constructivas
en la obra. Sin embargo, el control de calidad en estado fresco es la única herramienta
para tomar decisiones rápidas, durante la colocación de concreto.
D. TEMPERATURA DEL CONCRETO
El concreto después de mezclado se rigidiza con el tiempo, fenómeno que no debe
ser confundido con el fraguado del cemento. Lo que ocurre es que el agua de
mezclado se pierde, porque los agregados absorbe parte ella, se evapora,
especialmente si el concreto está expuesto al sol y al viento y otra parte es eliminada
por las reacciones químicas iniciales.
Más importante que la temperatura ambiente es la del concreto, ya que ésta es la que
controla las reacciones químicas que se producen en la mezcla y por tanto modifica
las propiedades del concreto en estado fresco y endurecido. La norma ASTM C 1064
fija los límites de la temperatura del concreto fresco. La medición de la temperatura se
hace cuando el concreto es recibido en la obra, mientras se coloca, con termómetros
de vidrio o con corazas, los cuales deben tener una precisión de 1ºC y deben ser
introducidos dentro de la muestra representativa por mínimo dos minutos o hasta que
la lectura se estabilice.
También es posible determinar la temperatura mediante medidores electrónicos de
temperatura con pantallas digitales de precisión.
121
E. TRABAJABILIDAD O MANEJABILIDAD
Es la capacidad del concreto que le permite ser colocado y compactado
apropiadamente sin que se produzca segregación alguna.
La trabajabilidad está representada por el grado de compatibilidad, cohesividad,
plasticidad y consistencia.
Compatibilidad: Es la facilidad con la que el concreto es compactado o consolidado
para reducir el volumen de vacíos y, por lo tanto, el aire atrapado.
Cohesividad: Aptitud que tiene el concreto para mantenerse como una masa estable
y sin segregación.
Plasticidad: Condición del concreto que le permite deformarse continuamente sin
romperse.
Consistencia: Habilidad del concreto fresco para fluir, es decir, la capacidad de
adquirir la forma de los encofrados que lo contienen y de llenar espacios vacíos
alrededor de elementos embebidos.
F. ENSAYOS PARA DETERMINAR LA TRABAJABILIDAD
Las propiedades tales como cohesión y adhesión son las que determinan el grado de
trabajabilidad y usualmente son evaluadas por examen visual y manipulación del
concreto con herramientas para dar acabados, debido a que hasta el momento no se
conoce ninguna prueba que las mida directamente; sin embargo, se han desarrollado
una serie de ensayos con los cuales se puede determinar o correlacionar las
propiedades del concreto en estado plástico en términos de consistencia, fluidez,
cohesión y grado de compactación en otras.
122
G. ENSAYO DE ASENTAMIENTO
El asentamiento es una medida de la consistencia del concreto, que se refiere al grado
de fluidez de la mezcla, es decir que indica que tan seca o fluida está cuando se
encuentra en estado plástico y no constituye por sí mismo una medida directa de la
trabajabilidad.
Las características del cono de Abrams se presentan en la figura 1 y el método de
ensayo que esta descrito en la norma ASTM C 143 en términos generales consiste en
lo siguiente:
Se coloca el molde sobre una superficie horizontal, plana y no absorbente,
presionando con los pies las agarraderas para que no se salga el concreto por la parte
inferior del molde.
123
Enseguida, se llena el cono en tres capas cada una de aproximadamente igual
volumen, apisonándose cada capa con 25 golpes dados con una varilla de 16 mm de
diámetro, 60 cm de longitud y con al menos uno de sus extremos redondeado. La
introducción de la varilla se debe hacer en diferentes sitios de la superficie y hasta una
profundidad tal que penetre ligeramente en la capa inferior con el objeto que la
compactación se distribuya uniformemente sobre la sección transversal. Al terminar la
tercera capa, se enrasa la superficie, bien sea con la varilla o con un palustre. Se retira
la mezcla que haya caído al suelo en la zona adyacente a la base del molde y el cono
se levanta cuidadosamente en dirección vertical, sin movimientos laterales o de torsión
y sin tocar la mezcla con el molde cuando éste se ha separado del concreto.
Una vez retirado el molde, la muestra sufre un asentamiento (y de aquí el nombre del
ensayo) el cual se mide inmediatamente como diferencia entre la altura del molde y la
altura medida sobre el centro de la base superior del espécimen. El ensayo de
asentamiento está ampliamente difundido en nuestro medio debido la facilidad y
rapidez con que se realiza, sin embargo, no se puede aplicar en algunos casos, tales
como concretos muy secos con asentamiento inferior a 10 cm y concretos elaborados
con agregados livianos.
H. SEGREGACIÓN
Un aspecto importante de la trabajabilidad y que generalmente se considera como otra
propiedad, es la tendencia a la segregación, la cual se define como la tendencia de
separación de las partículas gruesas de la fase mortero del concreto y la colección de
esas partículas deficientes de mortero en el perímetro del concreto colocado, debido
a falta de cohesividad, de tal manera que su distribución y comportamiento deja de
ser uniforme y homogéneo. Esto conduce a que la no segregación es una condición
implícita del concreto para mantener una trabajabilidad adecuada.
De otra parte, las principales causas de segregación en el concreto son la diferencia
de densidades entre sus componentes, el tamaño y forma de las partículas y la
124
distribución granulométrica, así mismo pueden influir otros factores como un mal
mezclado, un inadecuado sistema de transporte, una colocación deficiente y un
exceso de vibración en la compactación.
La segregación se puede presentar de dos formas. La primera ocurre cuando se usan
mezclas pobres y demasiado secas, de tal manera que las partículas gruesas tienden
a separarse bien sea porque se desplazan a lo largo de una pendiente o porque se
asientan más que las partículas finas. El segundo tipo se presenta particularmente en
mezclas húmedas, y se manifiesta por la separación de una parte de los agregados.
I. EXUDACIÓN
Es una forma de segregación o sedimentación, en la cual parte del agua de mezclado
tiende a elevarse a la superficie de una mezcla de concreto recién colocado. Esto se
debe a que los constituyentes sólidos de la mezcla no pueden retener toda el agua
cuando se asientan durante el proceso de fraguado.
La exudación del concreto está influenciada por las proporciones de la mezcla y las
propiedades de los materiales, el contenido de aire, forma y textura de los agregados,
calidad del cemento y el uso de los aditivos.
Cuando este proceso se presenta en una alta tasa, se convierte en poco deseable,
especialmente para bombear y dar acabados al concreto, adicionalmente traen otras
consecuencias como el debilitamiento, mayor porosidad, menor resistencia a la
abrasión y ataque de agentes agresivos presentes en el medio ambiente.
J. MASA UNITARIA Y RENDIMIENTO VOLUMETRICO
Recordemos que el concreto se dosifica por peso y se suministra por volumen, por
tanto es importante determinar la masa unitaria del concreto para calcular el volumen
o el rendimiento volumétrico producido por los pesos conocidos de cada uno de los
125
materiales que lo constituyen y para determinar el contenido de cemento por metro
cúbico de concreto.
El procedimiento de ensayo se describe en la norma ASTM C 138. Adicionalmente
para ciertas aplicaciones el concreto puede usarse, en principio, en función de sus
características de peso, por ejemplo como contrapeso de puentes elevadizos y
puentes colgantes, para hundir tuberías bajo el agua; por tanto es importante
determinar su masa unitaria.
Definiciones
Masa Unitaria:
Se define como la cantidad de masa por unidad de volumen, y se expresa en kg/m3.
Rendimiento volumétrico:
Se define como la relación que existe entre el volumen de concreto producido y el
volumen de diseño de la mezcla.
La masa unitaria del concreto convencional, y del concreto en general, depende de la
densidad de los agregados, la cantidad de aire atrapado o intencionalmente incluido y
de la cantidad de agua y cemento contenidos en la mezcla de concreto. Los valores
típicos de masa unitaria varían entre 2200 a 2400 kg/m3.
K. CÁLCULO DE LA MASA UNITARIA Y RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO
126
Tanto para el productor de concreto como para el consumidor, es muy importante
entender los resultados que se obtienen de los cálculos anteriores, con el fin de poder
tomar decisiones acertadas.
En la práctica, se debe entender que el volumen del concreto después de que este ha
fraguado tal vez sea o parezca ser menor que el esperado por causa de diferentes
factores como desperdicio, separaciones, irregularidades en el terreno, deformaciones
en la formaleta, pérdida de aire incluido o asentamiento de la mezcla, por tanto es de
vital importancia calcular con precisión el volumen necesario de concreto a ser
127
utilizado en la obra y con base en lo anterior asumir un porcentaje de desperdicio con
el fin de no tener faltantes de volumen durante la ejecución de la obra.
L. FRAGUADO DEL CONCRETO
El fraguado del concreto, corresponde al proceso de endurecimiento de la mezcla de
concreto, donde se experimenta una transición de estado plástico a estado endurecido
bajo ciertas condiciones de tiempo y temperatura. El tiempo de fraguado es un valor
arbitrario que se ha tomado durante el proceso de endurecimiento del concreto, y la
norma NTC 890 describe el procedimiento para su cálculo.
Se han definido dos medidas del fraguado del concreto, fraguado inicial y fraguado
final. A continuación se explica cada una de ellas.
Fraguado inicial del concreto
El fraguado inicial corresponde al punto en el cual el concreto deja de ser un material
blando para convertirse en un cuerpo rígido pero frágil. De acuerdo con la norma
ASTM C 403, el fraguado inicial se da cuando una muestra de mortero (concreto
tamizado por la malla No 4) ofrece una resistencia a la penetración de 35 kg/cm2.
Fraguado final del concreto
El fraguado final corresponde al punto máximo de liberación de calor como
manifestación de la reacción química entre el agua y el cemento, y el concreto
comienza la etapa de endurecimiento., de acuerdo con la norma el fraguado final se
da cuando una muestra de mortero (concreto tamizado por la malla No 4) ofrece una
resistencia a la penetración de 280 kg/cm2.
El tiempo de fraguado influye en otras propiedades del concreto, como son la
manejabilidad y la resistencia, por lo tanto su determinación es importante para saber
si es necesario utilizar aditivos que controlen la velocidad de fraguado (retardantes o
acelerantes), y así poder regular los tiempos de mezclado, transporte y colocación del
128
concreto, de tal forma que no se afecten ni la manejabilidad ni la resistencia del
concreto.
M. CONTENIDO DE AIRE
Este elemento está presente en todos los tipos de concreto, localizado en los poros
no saturables de los agregados y formando burbujas entre los componentes del
concreto, bien sea porque es atrapado durante el mezclado del concreto o al ser
incorporado por medio del uso de agentes inclusores de aire, tales aditivos
incorporadores de aire. El contenido de aire de un concreto si agentes inclusotes
normalmente esta entre el 1% y 3% del volumen de la mezcla, mientras que un
concreto con inclusores de aire puede obtener contenido de aire entre 4% y el 8%.
Ensayos para determinar el contenido de aire. Las Normas Técnicas presentan
procedimientos para medir el contenido de aire del concreto en estado fresco, el
método de presión ASTM C 231.
N. ELABORACIÓN Y CURADO DE CILINDROS DE CONCRETO
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Los ensayos de compresión del concreto se efectúan para determinar la calidad
general del concreto. Si se permite que varíen las condiciones de curado, toma de
muestras y métodos de llenado y acabado de las probetas, los resultados obtenidos
carecen de valor, porque no se puede determinar si una resistencia baja es debida
falla en la confección de las probetas
Nota. Como buena práctica es recomendable antes de iniciar el ensayo humedecer
con agua las herramientas que van a estar en contacto con el concreto.
Elaboración de muestras
Lugar de moldeo: Moldee las muestras tan cerca como sea posible del lugar donde
ellas van a estar almacenadas durante las primeras 24 h. Si no es factible moldear las
muestras donde ellas van a estar almacenadas, lleve al lugar de almacenamiento
inmediatamente después de elaborarlos. Coloque los moldes sobre una superficie
rígida libre de vibración u otras alteraciones.
Evite sacudidas, golpes, inclinaciones o rayado de la superficie de las muestras
cuando éstas son cambiadas a otro lugar de almacenamiento.
Colocación (fundida): Coloque el concreto en los moldes utilizando un cucharón o
palustre despuntado. Escoja cada cucharada, palustrada o palada de concreto del
recipiente de mezclado para asegurar que ésta es representativa de la bachada.
Puede ser necesario remezclar el concreto en el recipiente de mezclado con un
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palustre o una pala para impedir la segregación durante el moldeo de las muestras.
Mueva el cucharón o el palustre alrededor de la parte superior del molde cuando el
concreto es descargado con el fin de asegurar una distribución simétrica del concreto
y minimizar la segregación del agregado grueso dentro del molde. Además, distribuya
el concreto utilizando la varilla de compactación antes de iniciar la consolidación. El
tomador de muestras debe procurar añadir, al colocar la última capa, una cantidad de
concreto que llenará exactamente el molde después de la compactación. No añada
muestras de concreto no representativo aun molde durante el llenado.
Todos los moldes se llenan uniformemente, es decir colocación y compactación de la
primera capa en todos los moldes, después la segunda capa y posteriormente la
tercera capa. Cada capa deberá ser apisonada uniformemente con una varilla metálica
de 16 mm de diámetro y una longitud de 60 cm las apisonadas serán 25 por capa y
además se le darán 10 a 15 golpes con un martillo de caucho que tenga una masa
entre 200 a 800 g
Después de la compactación se procederá a retirar el concreto sobrante, alisándose
su superficie y manipulando lo menos posible para dejar la cara lisa de tal forma que
cumpla con las tolerancias de acabado
Curado de especímenes de concreto
Protección después del acabado: Para evitar la evaporación de agua del concreto sin
endurecer, cubra los especímenes inmediatamente después del acabado,
preferiblemente con una lámina no absorbente y no reactiva, o con una lámina de
plástico duro, durable e impermeable.
Se permite el uso de lona húmeda para la protección, pero se debe tener cuidado para
mantener la lona húmeda. Hasta que los especímenes sean removidos de los moldes.
La colocación de una sábana de plástico sobre la lona facilitará mantenerla húmeda.
Remoción de los moldes: Remueva las muestras de los moldes 24 h ± 8 h después
de fundidos.
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Se tiene que tener mucho cuidado en el manejo de las probetas, ya que las probetas
que se dejen mover en una caja o ir bailando en una camioneta pueden sufrir daños
considerables y afectar la resistencia del concreto.
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