Concreto

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CONCRETO. El concreto es una roca artificial hecha por el hombre. Está elaborado con cemento, agregados pétreos grueso y fino, agua y en ocasiones aditivos.

CEMENTO. Nota histórica.

El empleo de cementantes es muy antiguo, los egipcios ya usaban yeso calcinado impuro. Los griegos y romanos usaban caliza calcinada impura, después mezclaban cal con agua, arena y piedras trituradas o ladrillo y tejas trituradas.

Este fue el primer concreto de la historia. Un mortero de cal no endurece con el agua por lo tanto para construcciones sujetas a la acción del agua, los romanos mezclaban cal con ceniza volcánica o con tejas de arcilla calcinadas finamente trituradas. La sílice activa y la alúmina que se encuentran en las cenizas y en las tejas se combinaban con la cal para producir lo que se conoce como cemento puzolánico, proveniente del nombre del pueblo de Pozzuolli, cerca del Vesubio, donde se encontró por primera vez ceniza volcánica. El nombre de cemento puzolánico se utiliza hasta nuestros días para describir cementos obtenidos simplemente de moler materiales naturales a temperatura normal. Algunas de las estructuras romanas en las cuales la mampostería se unía con morteros, tales como el Coliseo en Roma y el Pont Du Gard, cerca de Nimes, han sobrevivido hasta esta época con su material cementante aún duro y firme. En las ruinas de Pompeya, a menudo el mortero se encuentra menos dañado por la intemperie que la piedra blanda.

En la Edad Media hubo una disminución general en la calidad y el uso del cemento y no fue sino hasta el siglo XVIII cuando se observó un progreso en el conocimiento de los cementos. En 1756 John Smeaton fue comisionado para construir el faro de Eddystone, en la costa de Cornvalles, Inglaterra y descubrió que el mejor mortero se obtenía cuando se mezclaba “puzolana” con caliza que contenía una alta cantidad de material arcilloso. Al darse cuenta del importante papel de la arcilla, que hasta entonces no se consideraba conveniente, Smeaton fue el primero en conocer las propiedades químicas de la cal hidráulica.

A partir de esto se desarrollaron otros tipos de cementos hidráulicos, como el “cemento romano” que obtuvo James Parker por calcinación de nódulos de caliza arcillosa que vinieron a culminar con la patente del cemento Portland que hizo Joseph Aspdin un constructor de Leeds, Inglaterra. Este cemento se prepara calentando una mezcla de arcilla finamente triturada y caliza dura en un horno, hasta eliminar el CO2: esta temperatura era mucho más baja que la necesaria para la formación del clínker. El prototipo del cemento moderno lo obtuvo en 1845 Issac Jonhson, quien quemó una mezcla de arcilla y caliza hasta la formación de clínker,

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con lo cual se produjo la reacción necesaria para la formación de un compuesto cementante.

El nombre de cemento Portland, concebido originalmente debido a la semejanza del color y calidad entre el cemento fraguado y la piedra de Portland una caliza obtenida en la cantera de Dorset- se ha conservado hasta nuestros días para describir un cemento que se obtiene de la mezcla minuciosa de materiales calcáreos y arcillosos u otros materiales que contienen sílice, alúmina u óxidos de fierro, quemándolos a una temperatura de formación de clínkers y mezclando el clínker resultante. Esta es la definición actual de la British Standard (BS 12:1978) la cual estipula también que ningún otro material, aparte del yeso y del agua, puede adicionarse después de la calcinación.

Fabricación del Cemento Portland.

Este cemento está compuesto principalmente por materiales calcáreos, tales como la caliza y por alúmina y sílice, que se encuentran como arcillas o pizarra. También se utiliza la marga, que es una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos. La marga se encuentra en el Sudoeste de gran Bretaña y por esta razón las fábricas se concentraron cerca de la desembocadura del río Támesis y en las orillas del Medway. La caliza se encuentra en muchas partes del sudoeste, en la región central y en el norte de Inglaterra y en Gales, y los depósitos de arcilla se extienden por toda Gran Bretaña. La materia prima para la fabricación del cemento Portland se encuentra en casi todos los países.

El proceso de fabricación del cemento consiste en moler finamente la materia prima, mezclarla minuciosamente en proporciones previamente establecidas y calcinarla en un horno rotatorio de gran dimensión a una temperatura de aproximadamente 1 400 ºC donde el material se sintetiza y se funde parcialmente formando bolitas llamadas clínker. El clínker ya frío se tritura hasta obtener un polvo fino al que se le adiciona yeso y el resultado es el producto comercial conocido como cemento Portland.

La mezcla y trituración o pulverización de las materias primas puede efectuarse tanto en condiciones secas como húmedas; de esto provienen los dos nombres asignados a los procesos “seco” y “húmedo”. En la actualidad el método de fabricación depende también de la dureza de la materia prima empleada y del contenido de humedad de la misma.

Se considerará primero el proceso húmedo. Si la materia prima es marga se tritura finamente y se dispersa en agua en un molino de lavado. El molino es un pozo circular que tiene brazos revolvedores radiales con rastrillos que romperán los aglomerados de materias primas. La arcilla también se tritura y se mezcla con agua, usualmente en un molino de lavado como el anterior. Inmediatamente se bombean las dos mezclas de tal manera que se mezclan en proporciones previamente determinadas y pasen a través de una serie de tamices. La lechada que resulta de este proceso fluye a estanques de almacenamiento.

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Si la materia prima es caliza antes deberá barrenarse, triturarse (se usan dos trituradoras) y luego se deposita en un molino de bolas, con la arcilla disuelta en agua. Allí se continúa el molido de la caliza (hasta que el tamaño de la partícula sea como la finura de la harina) y la lechada resultante se bombea a estanques de almacenamiento. A partir de este momento el proceso es el mismo independientemente de la naturaleza original de las materias primas.

La lechada original es un líquido de consistencia pastosa con un contenido de agua entre 35 y 50 % en el cual está disuelto aproximadamente el 2 % del material sólido con tamaño mayor de 90m (ASTM 170). Regularmente hay varios tanques de almacenamiento en los cuales se guarda la lechada, la sedimentación de los sólidos se impide mediante agitación mecánica o inyección de burbujas de aire comprimido. El contenido de cal contenido en la lechada queda determinado por la proporción de materiales calcáreos y arcillosos originales. Un ajuste final para obtener la composición química requerida puede efectuarse mezclando lechadas de diferentes tanques de mezclado. En la planta más nórdica del mundo en Noruega, la materia prima es una roca de tal composición que por sí sola se tritura y no requiere de ninguna combinación.

Finalmente la lechada con el contenido de cal deseado pasa a un horno rotatorio. Se trata de un cilindro de acero de gran tamaño recubierto de material refractario, con diámetro interior de hasta 7.5 metros y una longitud que aveces alcanza los 230 metros, este cilindro gira lentamente alrededor de su eje longitudinal, levemente inclinado respecto a la horizontal. La lechada se deposita en el extremo superior del horno mientras se añade carbón pulverizado mediante la inyección de aire en el extremo inferior, donde la temperatura alcanza de 1400 a 1500 ºC. El carbón empleado no debe contener un exceso de ceniza, merece especial mención, ya que se emplean de 190 a 350 kg para producir una tonelada de cemento. En lugar de carbón se puede emplear petróleo (se consumen 150 litros por tonelada de cemento) o gas natural, sin embargo recientemente las plantas que operaban con petróleo ahora trabajan con carbón.

Cuando la lechada desciende dentro del horno, encuentra progresivamente mayores temperaturas, primero se elimina el agua y se libera el CO 2; posteriormente el material seco sufre una serie de reacciones químicas hasta que finalmente en la parte más caliente del horno, del 20 al 30 % del material se vuelve líquido y la cal, el sílice y la alúmina vuelven a combinarse, después la masa se funde en bolas de diámetros que varían de 3 a 5 milímetros, conocidas como clínker. El clínker cae dentro de enfriadores de diferentes tipos que a menudo favorecen un intercambio de calor con el aire que después se usa para la combustión del carbón pulverizado, un horno de grandes dimensiones en una planta de proceso húmedo puede producir 3 600 toneladas de clínker al día.

El clínker frío, que es característicamente negro, reluciente y duro, se mezcla con yeso para evitar un fraguado relámpago del cemento, la mezcla se efectúa en un molino de bolas compuesto por diferentes compartimientos, los 3

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cuales se caracterizan por tener bolas de acero cada vez más pequeñas. En algunas fábricas se utiliza un sistema de circuito cerrado de mezcla donde el cemento descargado por el molino pasa a través de un separador y las partículas finas se trasladan a un silo de almacenamiento por medio de una corriente de aire muestras que las partículas mayores vuelven a pasar por el molino. El circuito cerrado de mezcla evita la producción de gran cantidad de material excesivamente fino o de una pequeña cantidad de material demasiado grueso; fallas que a menudo se presentan en sistemas de molido de circuito abierto.

Una vez que el cemento se ha mezclado de manera satisfactoria, cuando alcanza a tener hasta 1.1 X 10 12 partículas por kilogramo, está en condiciones de empacarse en sacos de papel ( en México los sacos son de 50 kilos así como también en el reino Unido (antes de 112 libras) y en Sudáfrica; otras capacidades de los sacos son en Estados Unidos de 94 lb, en Canadá, Nueva Zelanda y Australia de 40 kg. y en China de 45 kg.), para usos industriales se adquiere en tambores, pipas o a granel.

En los procesos seco y semiseco, las materias primas se trituran y se adicionan en las proporciones correctas en un molino de mezclado, donde se secan y se reducen su tamaño a un polvo fino. El polvo seco, llamado grano molido crudo, se bombea al silo de mezclado y se hace un ajuste final en las proporciones de los materiales requeridos para la manufactura del cemento. Para obtener una mezcla íntima y uniforme, se mezcla en grano crudo, generalmente mediante aire comprimido, induciendo un movimiento ascendente al polvo y reduciendo su densidad aparente. El aire se bombea por turnos sobre cada cuadrante del silo y esto permite al material aparentemente más pesado de los cuadrantes no aireados, moverse lateralmente hacia el cuadrante aireado., de esta manera el material aireado, tiende a comportarse como un líquido y si se airean a la vez todos los cuadrantes durante un período completo, que dura alrededor de una hora, se obtiene una mezcla uniforme. En algunas plantas de cemento se emplean sistemas de mezclado continuo.

En el proceso semiseco el grano molido y mezclado se pasa por un tamiz y se deposita en una cuba giratoria llamada granulador, al mismo tiempo se adiciona agua en una cantidad correspondiente al 12 % del material en peso del grano molido adicionado. Así se obtendrán pastillas duras de alrededor de 15 milímetros de diámetro interior, ésto es favorable ya que si se introdujera directamente el polvo frío en el horno, se impedirá el flujo del aire y el intercambio de calor necesarios para las reacciones químicas de la formación del clínker del cemento.

Las pastillas se hornean en una rejilla de precalentamiento, mediante gases calientes del horno, hasta endurecer. En seguida las pastillas se meten al horno y las operaciones posteriores son las mismas que en el proceso de fabricación en húmedo. Sin embargo como el contenido de humedad de las pastillas es sólo del 12 %, comparado con el 40 % de la lechada empleada en el proceso húmedo, el horno empleado en el proceso semiseco es bastante más pequeño, la cantidad de calor requerida es mucho más pequeña, puesto que hay que eliminar sólo un 12 % 4

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de humedad, aun que ya se ha usado previamente calor adicional para eliminar la humedad original de las materias primas (generalmente de 6 al 10 %). este proceso es por tanto más económico, pero sólo si las materias primas están relativamente más secas. En tal caso el contenido total de carbón puede ser tan pequeño como 100 kg por tonelada de cemento.

En el proceso por vía seca el grano crudo, el cual tiene un contenido de humedad de cerca del 0.2 %, se hace pasar a través de un precalentador generalmente del tipo de suspensión, donde se levará su temperatura a 800 ºC antes de introducirlo al horno. El tamaño del horno puede ser mucho menor que el empleado para el proceso por vía húmeda, ya que prácticamente no tiene que eliminarse humedad del grano crudo y éste ya ha sido precalentado. La mayor parte del grano crudo puede pasarse a través de un calcinador fluidizado (empleando una fuente de calor por separado) introducido entre el precalentador y el horno. Esto incrementa la descarbonatación (disociación del CaCO 3) del grano crudo antes de meterlo al horno contribuyendo a incrementar notablemente la eficiencia del horno. La planta de proceso por vía seca, que a la fecha es la más grande del mundo, produce cerca de 6 200 toneladas de clínker diarias, con un horno de 6.2 m de diámetro y 105 m de longitud. Esta única producción es probablemente de un séptimo del consumo de todo el Reino Unido.

El proceso por vía seca se usa actualmente con el fin de reducir la energía que se requiere para la incineración, excepto cuando la materia prima requiere de un proceso por vía húmeda. Tradicionalmente el proceso de incineración representa del 40 al 60 % del costo de producción, mientras que la extracción de las materias primas para la fabricación representa sólo el 10 % del costo total.

En 1973 el consumo promedio de energía en los Estados Unidos para la producción de una tonelada de cemento mediante el proceso de vía seca era de 1.8 MWh. El consumo de electricidad, que representa del 6 al 8 % del total de la energía utilizada es típicamente del orden de 10 KWh para la trituración de la materia prima, 28 KWh para la molienda gruesa, 24 KWh para la calcinación y 41 KWh para la molienda.

Hay también otros procesos de fabricación del cemento, en uno de ellos se utiliza yeso en lugar de cal. En un horno rotatorio se queman yeso, arcillas y coque con arena y óxido de fierro y el producto final es cemento Portland y dióxido de azufre, que posteriormente se convierte en ácido sulfúrico.

En áreas donde sólo se requiere una pequeña producción de cemento, pude usarse un horno vertical tipo Gottlieb, que arroja nódulos de grano crudo y polvo fino de carbón combinados y produce clínker aglomerado, que se triturará posteriormente. Un horno simple de 8.5 m de altura produce 150 ton diarias de cemento.

Debe hacerse notar que todos los procesos requieren de una muy buena mezcla de las materias primas ya que parte de las reacciones en el horno se 5

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llevan a cabo por difusión en los materiales sólidos y es esencial una buena distribución uniforme para asegurar un producto que cumpla con especificaciones.

Diferentes Tipos de Cementos Portland.

Tipo I.- Cemento Pórtland Ordinario.- Apropiado para construcciones de concreto en general no expuestas a sulfatos del suelo o al agua freática. También se conoce como Normal.

Tipo II.- Cemento Pórtland de Endurecimiento (Fraguado) Rápido.Desarrolla su resistencia más rápidamente. La resistencia desarrollada a los tres días es como el normal a los 7 días, con la misma relación agua-cemento. Es más fino que el I. Se recomienda cuando la cimbra deba ser removida muy rápido ó para continuar la obra.

Tipo III.- Cemento Pórtland Especiales de Endurecimiento rápido. Alta resistencia y fraguado rápido.

Este cemento, también conocido como de endurecimiento extra rápido, se obtiene al intercalar cloruro de calcio en el molino de Cemento Pórtland de endurecimiento rápido, (no debe exceder del 2%). Es adecuado en climas frìos, la resistencia es alrededor del 25% más alta que el cemento de endurecimiento rápido a 1 ó 2 días.

Tipo IV.- Cemento Pórtland de Bajo Calor de Hidratación. La elevación de temperatura en el interior de una masa grande de concreto, debida al calor desarrollado por la hidratación del cemento, puede ocasionar agrietamientos graves. Por eso se debe cuidar el calor.

Fue producido por 1ª vez en las presas de USA. La Norma B.S. 1370:1958 limita el calor de hidratación de este cemento a 251 J/gr (60 cal/gr) a los 7 días y 293 J/gr (70 cal/gr) a los 28 días.

Tipo V.- Cemento Resistente a los Sulfatos. En el cemento endurecido, algunos compuestos (aluminato de calcio hidratado) puede reaccionar con alguna sal de sulfato que venga de fuera y entonces sobreviene una gradual desintegración del concreto. (Estos son los ataques de sulfatos). Este ataque se acelera sivá acompañado por una suceción de estados recíprocos mojados y secos, como es el caso de una estructura marina situada en la zona de mareas. El remedio es usar cemento con bajo contenido de Aluminato Tricálcio (3CaO,Al2O3) La norma inglesa estipula el contenido del aluminato (BS 4027:1966) en 3.5%. En Estados Unidos es del 5%.

También existen Cemento Pórtland de Escoria de Alto Horno, Cemento Sobresulfatado, Cemento Pórtland-PUzolánico y puzolanas. (Estos adquieren resistencia con mucha lentitud), Cemento Blanco, Cemento 6

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Antibacteriano (Fabricas de Alimentos, albercas, baños públicos, etc), Cementos Naturales (Poco comunes, se obtiene de la calcinación y molienda de una roca llamada cemento con 25% de material arcilloso), Cementos Expansivos, Cemento Aluminoso.

Diferentes Tipos de Concreto.

1. Concreto Común. Aquel que se fabrica con agregados naturales, existiendo pequeñas variantes, de acuerdo a las diferentes zonas, se divide en: a. Concreto simple. Normalmente tiene un peso volumétrico de 2200 kg/m3 y no lleva refuerzo metálico de 2200 kg/m3 y no lleva refuerzos de acero, ni ningún otro material. b. Concreto Reforzado. Tiene un peso volumétrico de 2400 kg/m3 y lleva varillas de acero de refuerzo (el refuerzo es para resistir los esfuerzos y/o el agrietamiento), en algunos casos los aceros de refuerzo dan lugar a los concretos pre-tensados y post-tensados.

2. Concreto Ciclópeo.- Es en el que se emplean agregados de grandes dimensiones para cuando se trata de volúmenes de gran tamaño (como en presas).

3. Concreto pre-empacado.- Es aquel en el que se colocan los agregados en los moldes (cimbras) y mediante tuberías especiales se inyecta a presión la lechada con bombas de pistón.

4. Concreto Ligero.- Es de peso volumétrico muy bajo, los hay desde 500 kg/m3, para su fabricación se emplean agregados ligeros como piedra pómez, tezontle, arcilla cocida y algunas veces gravas artificiales de alta resistencia estructura derivadas de polímeros.

5. Concreto Denso.- Son los de peso volumétrico alto de unos 4500 kg/m3, pero que para su fabricación se emplea como agregado grueso el hierro.

6. Concreto Lanzado.- (Techos, losas, muros) 7. Concreto Procesado en Vacío, esto le extrae agua.

8. Concreto para pozos petroleros, etc.

Composición química del cemento Portland.

Las materias primas empleadas para la fabricación del cemento Portland consisten básicamente en cal, sílice, alúmina y óxidos de fierro. Estos productos interactúan en el horno, hasta formar una serie de productos más complejos hasta alcanzar un estado de equilibrio químico, con la excepción de un residuo de cal no combinada, que no ha tenido suficiente tiempo para reaccionar. Sin embargo el 7

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equilibrio no se mantiene durante el enfriamiento y la velocidad de este afectará el grado de cristalización y la cantidad de material amorfo presente en el clínker enfriado. Las propiedades de este material amorfo conocido como vidrio, difieren en gran medida de las de los compuestos cristalinos de una composición química nominal similar. Otra complicación surge debido a la interacción de la parte líquida del clínker con los compuestos cristalinos ya presentes.

No obstante puede considerarse que el cemento se encuentra en un estado de equilibrio congelado, es decir, que los productos congelados reproducen el equilibrio existente durante la temperatura de formación de clínker. De hecho se hace esta suposición para calcular la composición de compuestos de los cementos comerciales; la composición “potencial” se calcula a partir de las cantidades precisas de óxidos que están presentes en el clínker, como si se hubiera producido una cristalización completa de los productos en equilibrio.

Se suelen considerar cuatro compuestos como los componentes principales del cemento: se les suele llamar por su composición abreviada. Esta composición abreviada empleada por los químicos del cemento, describe cada óxido con una letra: CaO = C, SiO2 = S, Al2 O3 = A y Fe2 O3 = F, el H2O del cemento hidratado se representa por una H. En realidad los silicatos presentes en el cemento no lo están de forma pura, ya que contienen pequeñas cantidades de óxidos en soluciones sólidas. Estos óxidos tienen efectos importantes en los ordenamientos atómicos, las formas cristalinas y las propiedades hidráulicas de los silicatos.

Componentes Principales del Cemento Portland.

NOMBRE

COMPOSICIÓN

ABREVIATURA

Silicato tricálcico

3CaO.SiO2

C3S

Silicato dicálcico

2CaO.SiO2

C2S

Aluminato tricálcico

3caO.Al2O3

C3A

Aluminoferrito tetracálcico

4CaO.Al2O3.Fe2O3

C4AF

Los cálculos de composición potencial del cemento Portland se basan en el trabajo de R.H. Bogue y otros y a menudo de denomina composición de Bogue.

Existen además otros métodos para calcular la composición que no se discutirán en este curso.

Además de los componentes citados en la tabla anterior existen otros componentes menores como MgO, TiO2, Mn2O3, K2O y Na2O, que generalmente no sobrepasan un pequeño porcentaje del peso del cemento. Dos de los componentes menores revisten interés: Los óxidos de sodio y de potasio ( Na 2O y 8

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K2O) conocidos como álcalis ( aunque en el cemento existen también otros álcalis). Se ha encontrado que estos componentes reaccionan con los agregados pétreos y que los productos resultantes de esa reacción desintegran el concreto, además de afectar la rapidez con la que el cemento adquiere su resistencia.

Debido a esto cabe destacar que el término de “componentes menores” se refiere principalmente a la cantidad, pero no necesariamente a la importancia. La cantidad de los álcalis y del Mn2O3 pueden determinarse con un espectrofotómetro.

El silicato tricálcico que normalmente se presenta en las mayores proporciones se encuentra por lo general en forma de granos incoloros equidimensionales. Al enfriarse a menos de 1 250 ºC se descompone lentamente, pero si el enfriamiento no es demasiado lento, el C3S permanece inalterado y es relativamente estable a temperaturas normales.

Se sabe que el Silicato dicálcico posee tres o quizá cuatro formas cristalinas:  que se presenta a altas temperaturas, se invierte en la forma  a 1 450 ºC, esta forma beta experimenta inversiones ulteriores en la forma  a 670 ºC, pero a las velocidades de enfriamiento de cementos comerciales la fase beta permanece con el clínker, la fase beta forma granos redondeados, que suelen presentarse asociados por pares.

El C3A forma cristales rectangulares pero si se enfría como si fuera un vidrio forma una fase amorfa intesticial.

El C4AF es realmente una solución sólida que fluctúa desde C2F hasta C6A2F. Las cantidades efectivas de los diferentes tipos de compuestos varían de manera considerable de un cemento a otro y realmente es posible obtener distintos tipos de cemento agregando en forma proporcional los materiales correspondientes. Hace algún tiempo se hizo un intento en los Estados Unidos de controlar las propiedades de los cementos requeridos para diferentes finalidades especificando los límites de los cuatro componentes principales, calculados a partir del análisis de los óxidos. Este proceso eliminaría muchas pruebas físicas que actualmente deben realizarse; pero por desgracia la mezcla de compuestos calculada no es lo suficientemente precisa, no considera todas las propiedades principales del cemento, por lo cual no puede servir como substituto de las pruebas directas de las propiedades requeridas.

Límites de Composición aproximados para Cemento Portland Normal.

OXIDO

CONTENIDO EN PORCENTAJE

CaO

60-67

SiO2

17-25

9

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Al 2O3

3-8

Fe2O3

0.5-6.0

MgO

0.1-4.0

Älcalis

0.2-1.3

SO3

1-3

Óxidos y Compuestos de un Cemento Portland Normal (Czernin). Öxidos y Compuestos CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K2O Na2O Otros Pérdida por ignición Residuo Insoluble C3A C3S C2S C4AF Compuestos Menores

Porcentajes 63 20 6 3 1.5 2 1 1 1 2 0.5 10.8 54.1 16.6 9.1 --

Dos términos merecen explicación. El residuo insoluble determinado por el tratamiento con ácido clorhídrico, es una medida de la adulteración del cemento que proviene principalmente de las impurezas del yeso, la BS 12:1978 limita el residuo insoluble a un 1.5 % del peso del cemento. La pérdida por ignición muestra la medida de la carbonatación e hidratación de la cal libre y de la magnesia libre, debido a la exposición del cemento a la atmósfera. La máxima pérdida por ignición, a 1000ºC del cemento permitida por la BS 12:1978 es de un tres por ciento en un clima templado y de un cuatro por ciento en clima tropical.

Influencia de la variación del contenido de óxido en la composición del compuesto (Czernin). Öxidos y Compuestos Oxidos CaO SiO2 Al2O3

Porcentaje del cemento número 1

Porcentaje del cemento número 2

Porcentaje del cemento número 3

66.0 20.0 7.0

63.0 22.0 7.7

66.0 20.0 5.5 10

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Fe2O3 Otros Compuestos : C3S C2S C3A C4AF

3.0 4.0

3.3 4.0

4.5 4.0

65 8 14 9

33 38 15 10

73 2 7 14

O2

Elementos Componentes.

Si Ca Al Fe Óxidos Componentes.

SiO2 Al2O3

CaO

Componentes del Cemento.

BetaC2S C3A

C3S

Fe2O3 C4AF

Productos de Hidratación.

Gel Ca (OH )2 TIPOS DE CEMENTO Los cementos con forme a la norma NMX-C-414-ONNCCE-1999 se clasifican en los siguientes tipos: TIPO

DENOMINACIÓN

CPO CPP CPEG CPC CPS CEG

Cemento Pórtland Ordinario Cemento Pórtland Puzolánico Cemento Pórtland con Escoria Granulada de alto horno Cemento Pórtland Compuesto Cemento Pórtland con humo de sílice Cemento con Escoria Granulada de alto horno

Estos tipos de cementos pueden presentar adicionalmente características especiales como son: NOMENCLATURA RS BRA BCH B

una o más

CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LOS CEMENTOS Resistente a los Sulfatos Baja Reactividad Álcali Agregado Bajo Calor de Hidratación Blanco

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CLASE RESISTENTE: RESISTENCIA NORMAL Es la resistencia mecánica a la compresión a los 28 días y se indica por las clases resistentes 20, 30 o 40.

RESISTENCIA RÁPIDA Cuando un cemento tiene resistencia rápida se la agrega la letra “R”, y solo se definen valores de resistencia rápida para clases como 30R y 40R. ESPECIFICACIONES MECÁNICAS Resistencia a la compresión (Kg/cm2) Clase A 3 días Resistente Mínimo 20 30 30R 40 40R

200 300

A 28 días Mínimo

A 28 días Máximo

200 300 300 400 400

400 500 500 -

CPO: Cemento Pórtland Ordinario, contiene un mínimo de 95% de la mezcla Clinker-yeso y hasta 5% de otros componentes minoritarios.

CPP: Cemento Pórtland Puzolánico : Contenido de mezclar Clinker-yeso de entre 50% y 94%, y materiales Puzolánicos de entre 6% y 50% y hasta 5% de otros componentes.

CPC: Cemento Pórtland Compuesto: Contenido de mezcla Clinker-yeso de entre 50% y 94%. El resto son al menos otros 2 componentes principales en las proporciones definidas por la tabla 3 de dicha Norma.

B: Se refiere a un cemento Blanco.

Hidratación del cemento.

La reacción mediante la cual el cemento Portland se transforma en un agente de enlace, se produce en una pasta de cemento y agua. Los silicatos y aluminatos forman productos de hidratación, los cuales con el paso del tiempo, producen una masa firme y dura que se conoce como pasta de cemento endurecida.

Los componentes pueden reaccionar de dos formas diferentes: 1.- se produce una adición directa de moléculas de agua, lo cual constituye una reacción de hidratación real, 2.- la hidrólisis. Por simplificación se aplica el término

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hidratación a todas las reacciones del cemento con el agua, es decir tanto a la hidratación real como a la hidrólisis.

Le Chatelier fue el primero en observar (hace aprox. 100 años), que los productos de la hidratación del cemento son químicamente iguales a los productos de hidratación de los componentes individuales en condiciones similares (confirmado más tarde por Steinour y por Bogue y Lerch, con la salvedad de que los productos de reacción pueden ejercer influencia unos a otros o interactuar con los demás componentes presentes). Los dos silicatos de calcio son los principales componentes cementantes del cemento y el comportamiento físico del cemento durante la hidratación es semejante al de ambos compuestos por separado.

Los productos de la hidratación del cemento poseen baja solubilidad en agua, como lo demuestra la estabilidad de la pasta del cemento endurecido en contacto con el agua. El cemento hidratado se enlaza firmemente con el cemento que no ha reaccionado.

Cualquiera que sea la forma de precipitación de los productos de la hidratación, la velocidad de la hidratación disminuye continuamente, de modo que aún después de transcurrido mucho tiempo permanece una buena cantidad de cemento deshidratado. Los principales hidratos pueden clasificarse a grandes rasgos en hidratos de silicato de calcio e hidratos de aluminato tricálcico.

Las propiedades físicas de los hidratos de silicato de calcio revisten interés en relación con las propiedades de fraguado y endurecimiento del cemento, se solían describir como amorfos pero el MEB ha demostrado que tienen carácter cristalino (estructura laminar como la montmorillonita y la haloisita), tal celosía cristalográfica aceptará diversas cantidades de cal sin cambios fundamentales.

La cantidad presente de C3A (aluminato tricálcico) en la mayoría de los cementos es comparativamente pequeña pero su comportamiento y relación estructural con las otras fases le confieren importancia. El hidrato de aluminato tricálcico forma un material intersticial prismático obscuro y a menudo se encuentra en forma de láminas planas rodeadas individualmente por los hidratos de silicio de calcio.

La reacción del C3A con el agua es muy violenta y lleva a un inmediato endurecimiento de la pasta, conocido como fraguado relámpago. Para evitar esto se añade yeso (CaSO4. 2H2O) al clínker del cemento.

La cantidad de yeso añadida al clínker del cemento debe vigilarse cuidadosamente; en particular un exceso de yeso lleva a una expansión y al rompimiento consecuente de la pasta fraguada de cemento. El contenido óptimo de yeso se determina mediante observaciones de la generación de calor de hidratación. Generalmente el máximo inmediato en la velocidad de evolución del calor va seguido por un segundo máximo, alrededor de 4 a 8 horas después de agregar agua al cemento; con la cantidad correcta de yeso deberá haber poco C 3A para la reacción después de haberse combinado todo el yeso y ya no se 13

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presentará ningún otro máximo en la liberación de calor. Por lo tanto el contenido óptimo de yeso produce una velocidad adecuada de reacción temprana y previene concentraciones altas locales de productos de la hidratación.

La cantidad de yeso que se añade al clínker del cemento se expresa generalmente como el peso de SO3 presente: éste está limitado por la BS 12: 1978 a un máximo de 2.5 % cuando el contenido de C 3A no es mayor del cinco por ciento y del tres por ciento cuando el contenido de C 3A excede al cinco por ciento.

FRAGUADO. Este es el término utilizado para describir la rigidez de la pasta del cemento, aún cuando la definición de rigidez de la pasta del cemento, aún cuando la definición de rigidez de la pasta puede considerarse un poco arbitraria. En términos generales el fraguado se refiere a un cambio físico del estado fluido al estado rígido. Aunque durante el fraguado la pasta adquiere cierta resistencia, para efectos prácticos es conveniente distinguir el fraguado del endurecimiento, pues este último término se refiere al incremento de resistencia de una pasta de cemento fraguada.

En la práctica se utilizan los términos fraguado inicial y final, para describir etapas del fraguado elegidas arbitrariamente. Al parecer el fraguado es causado por una hidratación selectiva de algunos componentes del cemento: los dos primeros en reaccionar son C3A y C3S. Además de la rapidez de formación de productos cristalinos, se han indicado también como factores del progreso del fraguado el desarrollo de películas alrededor de los granos del cemento y la coagulación conjunta de los componentes de la pasta.

El proceso del fraguado va acompañado de cambios de temperatura en la pasta del cemento: el fraguado inicial corresponde a un rápido aumento en la temperatura y el final al máximo de temperatura. En este momento también se produce una fuerte caída de la conductividad eléctrica, por lo que se han realizado algunos intentos de medir el fraguado por medios eléctricos.

El tiempo de fraguado de un cemento disminuye al aumentar la temperatura, pero sobre los 30 ºC se puede observar un efecto inverso. A bajas temperaturas el fraguado se retarda. Ver figura.

Tiempo de fraguado del cemento Portland normal a diferentes temperaturas, como una proporción del tiempo de fraguado a 15 ºC.

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Libro Tecnología del Concreto, pág. 40 cap. 7, IMCYC 1992.

Fraguado Falso. Se le da este nombre a la rigidez prematura y anormal del cemento, que se presenta dentro de los primeros minutos después de haberlo mezclado con agua. Difiere del fraguado relámpago en que no despide calor en forma apreciable y si se vuelve a mezclar la pasta de cemento, sin añadirle agua, se restablece su plasticidad y fragua normalmente sin pérdida de resistencia.

Algunas de las causas del fraguado falso pueden encontrarse en la deshidratación del yeso cuando se mezcla con un clínker demasiado caliente: se produce hemihidrato (CaSO4.1/2 H2O) o anhidrita (CaSO4) y cuando se mezcla el cemento con agua, estos compuestos se hidratan para formar yeso. De esta manera se produce un fraguado de la pasta que da como resultado una rigidización de la mezcla agua cemento.

Otra causa del fraguado falso puede asociarse con los álcalis del cemento.

Al almacenarse el cemento los álcalis pueden carbonatarse y los carbonatos alcalinos reaccionan con el Ca(OH)2 liberado por la hidrólisis del C3S para formar CaCO3. Esto precipita e induce una rigidización de la pasta.

Finura del Cemento. Una de las últimas etapas en la fabricación del cemento es la molienda del clínker y mezclado con el yeso. Puesto que la hidratación comienza sobre las partículas de cemento, el área superficial total del cemento constituye el material de hidratación. De este modo la velocidad de hidratación depende de la finura de las partículas del cemento; por lo tanto, para un desarrollo rápido de la resistencia se precisa un alto grado de finura. Ver figura.

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Relación que existe entre la resistencia del concreto a diferentes edades y la finura del cemento.

Tecnología del Concreto. Pág. 39. Cap. 1. IMCYC, 1992.

W.H.Price.”Factors influencing concrete strength” Journal Amer. Concrete Institute 47, pags 417-432, Feb 1951.

Por otro lado moler las partículas de cemento hasta obtener mayor finura representa un costo considerable; además cuanto más fino sea un cemento se deteriorará con mayor rapidez por la atmósfera. Un cemento fino sangra menos que uno más grueso.

Un aumento en la finura aumenta la cantidad de yeso requerida para propiciar un efecto retardante adecuado, puesto que en cementos más finos existe más C3A libre para la hidratación temprana.

Podemos observar entonces que la finura es una propiedad vital del cemento y tiene que someterse a un control cuidadoso. En el pasado se determinaba la fracción de cemento retenida en un tamiz experimental de 90 micras (No. 170 ASTM )y el residuo máximo estaba limitado a un diez por ciento por peso para cementos normales y a un cinco por ciento para cemento Portland de fraguado rápido. Un cemento que cumpliera con estas condiciones no contendría un exceso de granos mayores los cuales debido a su área superficial relativamente pequeña por unidad de peso solo desempeñarían un papel secundario en los procesos de hidratación y de desarrollo de resistencia.

Sin embargo las pruebas de tamizado no dan información sobre el tamaño de los granos menores que pasan por el tamiz de 9o micras ( No. 170 ASTM ) y esas partículas finas tienen el papel más importante en la hidratación temprana.

Por lo anterior la BS 4550: Parte 3 : sección 3.3 : 1978 prescribe pruebas de finura determinando la superficie específica del cemento expresada como área total superficial en metros cuadrados por kilogramo. Una aproximación directa consiste en medir la distribución del tamaño de partícula por sedimentación. Estos métodos están basados en la dependencia entre la velocidad de caída libre de la partícula y su diámetro. La Ley de Stoke da la velocidad final de caída, bajo la acción de la gravedad, de una partícula esférica en un medio fluido. Este medio por supuesto tiene que ser químicamente inerte con respecto al cemento. También es importante alcanzar una dispersión satisfactoria de las partículas de cemento, puesto que una floculación parcial produciría una disminución en la superficie específica aparente.

Un desarrollo de estos métodos es el turbidímetro de Wagner usado en los Estados Unidos (Norma ASTM C 115-79a)). En esta prueba se utiliza un haz de luz para determinar la concentración de partículas en suspensión a un nivel dado de keroseno y el porcentaje de luz transmitido se mide por medio de una celda 16

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fotoeléctrica. El turbidímetro generalmente da resultados coherentes pero se comete un error al suponer una distribución uniforme para el tamaño de las partículas menores de 7.5 micras. Precisamente esas partículas finísimas contribuyen mucho a la superficie específica del cemento y el error resulta especialmente importante con los cementos más finos usados hoy en día. Sin embargo es posible perfeccionar el método estándar si se determina la concentración de partículas de 5 micras y se efectúa una modificación en los cálculos. La distribución de tamaños de las partículas depende del método de molienda y por lo tanto varía de una fábrica a otra. ¿Deben ser todas las partículas del mimo tamaño o deberán tener una distribución tal que puedan formar una masa más densa?. La respuesta es aún confusa.

Un procedimiento más reciente para determinar la superficie específica del cemento es el método de permeabilidad al aire donde se utiliza el aparato ideado por Lea y Nurse. Método de medición prescrito por la BS 4550: Parte 3: Sección 3.3: 1978. Se basa en la relación entre el flujo de un líquido a través de un estrato granular y el área superficial de las partículas incluidas en el estrato. De esta área superficial por unidad de peso del material del estrato de una porosidad dada, es decir, con un volumen fijo de poros en el volumen total del estrato.

En estados Unidos y Alemania se usa una modificación del método de Lea and Nurse, hecha por Blaine. Aquí el aire no pasa a través del estrato o a un flujo constante, sino que un volumen conocido de aire pasa a una presión promedio determinada y el flujo disminuye continuamente.

Los métodos de lea y Nurse, y Blaine, dan valores de superficie específica muy semejantes unos a otros pero muy superiores a los valores obtenidos con el método de Wagner. Esto se debe a las suposiciones de Wagner acerca de la distribución de tamaños de partículas inferiores a 7.5 micras ya mencionados.

Una medida absoluta de la superficie específica puede obtenerse con el método de adsorción de Nitrógeno basado en los trabajos de Brunauer, Emmett y Teller.

Superficie Específica de cementos medida con diferentes métodos.

F.M. Lea, The Chemestry of Cement and Concrete (Londres, Arnold, 1970).

Cemento A B

Superficie específica, m2/kg., medida por: Método de Método de Método de Wagner Lea y Nurse Adsorción de N2 180 260 790 230 415 1000

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La BS 12 : 1978 establece la superficie específica mínima (determinada mediante el método normal de Lea y Nurse) en 225 m 2/kg para cemento Portland Normal y en 325 m2/kg para cemento Portland de fraguado rápido.

Otros requisitos mínimos son 225 m2/kg para cemento Portland de alto horno (BS 146:1973) y 275 m2/kg para cemento Portland de bajo calor ( BS 1370 : 1979 ).

Durante los últimos 20 años ha habido una tendencia de moler l cemento en forma más fina y el cemento Portland normal comercial producido en Inglaterra suele ser más fino que los mínimos estipulados por la BS 12:1978. Un valor típico aproximado es de 300 m2/kg.

Un cemento de alta alúmina generalmente es más grueso que los cementos Portland. La BS 915:1972 especifica un mínimo de 225 m 2/kg, pero suelen encontrarse en la práctica valores un poco superiores. En algunos países por ejemplo Suiza, la finura del cemento no se especifica en las normas, pero se controla de manera indirecta mediante pruebas de resistencia a edad temprana.

Calor de Hidratación del Cemento.

De acuerdo con muchas reacciones químicas la hidratación de compuestos de cemento es exotérmica y pueden liberarse hasta 120 cal/gr (500 joules /gr). >Puesto que la conductividad del concreto es relativamente baja, actúa como aislante y en el interior de una masa grande de concreto, la hidratación puede producir un fuerte gradiente de temperatura. Al mismo tiempo la masa exterior pierde algo de calor, de modo que se produce un fuerte gradiente de temperatura y durante el subsecuente enfriamiento del interior, pueden ocurrir agrietamientos.

Sin embargo este comportamiento se modifica con la fluencia del concreto.

En el otro extremo el calor producido por la hidratación del cemento puede impedir la congelación del agua en los capilares de concreto recién aplicado en aguas heladas y es conveniente por lo tanto que haya una fuerte dispersión de calor. Sin duda, se aconseja conocer las propiedades productoras de calor de diferentes cementos para poder elegir el cemento más adecuado para cada finalidad.

El calor de hidratación es la cantidad de calor en calorías por gramo del cemento deshidratado, dispersado por una hidratación completa a una temperatura dad. El método más común para cuantificar el calor de hidratación consiste en determinar el calor de solución de cementos no hidratados e hidratados en una mezcla de ácidos nítrico y fluorhídrico; la diferencia entre los dos valores representa el calor de hidratación. Este método se describe en la norma BS 4550: Parte 3: Sección 3.8: 1978, y es muy semejante al estipulado en la ASTM C 186-78.

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Pruebas de las Propiedades Físicas del Cemento. 

Consistencia Normal de la Pasta.

Para determinar los tiempos de fraguado inicial y final así como para realizar la prueba de Le Chatelier sobre la consistencia, se ha de utilizar una pasta pura de cemento de consistencia normal. Por lo tanto es necesario determinar para cualquier cemento dado el contenido de agua de la pasta que se necesita para producir la consistencia deseada. La consistencia se mide por medio del aparato de Vicat, utilizando un émbolo de 10 mm de diámetro, acondicionado dentro de un soporte de ahujas. Una pasta experimental de cemento y agua se mezcla en la forma prescrita y se coloca en el molde. En seguida se coloca el émbolo en contacto con la superficie superior de la pasta y se suelta. Por la acción de su propio peso el émbolo penetra en la pasta y la profundidad de penetración depende de la consistencia. Esto se considera como una norma, BS 4550: Parte 3: Sección 3.5: 1978 cuando el émbolo penetra en la pasta hasta un punto distante 5 + 1 mm del fondo del molde. El contenido de agua varía entre 26 y 33 %. 

Tiempo de fraguado.

Se mide con un aparato de Vicat. Ahuja de 1.13 + 0.5 mm. En la BS 12:1978 se describe un tiempo mínimo de 45 minutos para cemento Portland Normal, de fraguado rápido y de alto horno y para cemento Portland de bajo calor BS 1370: 1979, el tiempo mínimo es de 60 minutos. El tiempo inicial de fraguado de alta alúmina se describe en la BS 915:1972 como de 2 a 6 horas.

Respecto al fraguado final la Norma Británica especifica que no sean más de 10 horas para cementos Portland normal, de fraguado rápido, de bajo calor y de alto horno. Para el cemento de alta alúmina especifica la norma que el tiempo de fraguado final no debe sobrepasar dos horas después del fraguado inicial. 

Consistencia.

Es esencial que la pasta de cemento una vez que ha fraguado no sufra gran cambio en su volumen.

Puesto que la variación de volumen del cemento no se manifiesta sino hasta después de un período de meses o años, es esencial probar de manera apresurada la consistencia del cemento: una prueba efectuada por Le Chatelier está prescrita por BS 4550: Parte 3: Sección 3.7: 1978. El aparto de Le Chatelier consiste en un pequeño cilindro de bronce con una hendidura a lo largo de la generatriz. Dos indicadores con extremidades de punta se fijan al cilindro a ambos lados de la hendidura; de esta manera se amplifica la abertura de la hendidura causada por la expansión del cemento y se puede medir fácilmente.. El cilindro se coloca sobre una placa de vidrio, se llena con una mezcla de cemento de consistencia estándar y se cubre con otra placa de vidrio. El montaje total se sumerge en agua a 20 + 1 ºC por 24 horas. Al final de este período se mide la

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distancia entre los indicadores y el molde se sumerge nuevamente el molde en agua y se hace hervir de 25 a 30 minutos. Después de hervirlo por espacio de una hora se saca del molde y una vez que se ha enfriado se mide nuevamente la distancia entre los indicadores. El aumento de la distancia significa la expansión del cemento, que para cementos Portalnd está limitado a 10 mm. Si la prueba excede este valor, se realiza la prueba siguiente después de que el cemento ha sido expuesto y aireado durante 7 días. En este tiempo una parte de la cal puede hidratarse o aún carbonatarse y también puede producirse una degradación física en su tamaño. Al final del período de 7 días se repite el ensayo de Le Chatelier la expansión del cemento aireado no deberá exceder de 5 mm, un cemento que no satisfaga por lo menos uno de estos dos criterios no debe usarse. 

Resistencia Mecánica.

Norma BS 12: 1978. Requisitos de Resistencia para un Cemento.

Resistencia mínima a la

Resistencia mínima a la

Edad en

compresión

compresión

días

---------------------------------------------

----------------------------------------------

Prueba de Mortero

Prueba de Concreto

-------------------------------------------

---------------------------------------------

Pórtland Normal

Portland

Portland Normal

fraguado rápido kg./cm2 MPa

fraguado

kg./cm2

rápido kg./cm2 MPa

MPa

Portland

kg./cm2

MPa 3

2,320

28

23

2,953

1,336

29 4,148

41 46

13

1,828

18 4,710

2,953

29

3,374

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Tecnología del Concreto, del Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto, A.C., 1992. ISBN 968-464-079-X e ISBN 0-273-01641-5. Módulo I. Adam S. Neville.

Pág. 15-90 

Tensión

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Se hacen briquetas, mezcla mortero cemento arena 1:3 con contenido de agua 8% en peso de los sólidos se curan 24 hrs a una temperatura de 18 ac 20ºc, en atmósfera húmeda al 90%.

BS 12:1958 a un día con C.P. de rápido endurecimiento 21.1 kg/cm2.

A. Compresión Hay 2 métodos uno utiliza mortero, y el otro utiliza concreto.

Mortero C/A 1:3, 10% agua en peso del material seco y se hacen cubos de 70.6 mm. de arista, se curan y se prueban a las 24 hrs o más. Bs 12:1958.

Prueba Mortero Edad Cemento Tipo I Cemento Tipo II 3 días 150 kg/cm2 210 kg/cm2 7 días 240 kg/cm2 280 kg/cm2

Prueba en Concreto Cemento Tipo I Cemento Tipo II 85 kg/cm2 120 kg/cm2 140 kg/cm2 175 kg/cm2

Agregados Pétreos.

Puesto que el agregado ocupa, por lo menos, tres cuartas partes del volumen del concreto, no es de sorprender que su cantidad revista considerable importancia.

El agregado confiere considerablemente ventajas técnicas al concreto, el cual tiene más estabilidad de volumen y mejor durabilidad que la pasta de cemento solo.

El agregado se clasifica de acuerdo a la distribución del tamaño de las partículas ó granulometría.  

Arena ó agregado fino, su tamaño no excede de 5 mm o 3/16” Grava o agregado grueso, su tamaño no es menor de 5 mm. (En usa la división se hace con malla 4).

Los agregados adquieren su tamaño por medios naturales ó trituración.

Muestreo. Para conocer las características del material se necesita una muestra representativa, es decir se necesita estar seguros, de que la muestra es típica al promedio de propiedades del agregado.

Tamaño máx. de partículas presentes en proporción importante (en mm).

25 ò mayor

Peso mínimo de la muestra despachada para la prueba (en kg).

50

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Entre 5 y 25 5 ó menor

25 13

Estas muestras se reducen al tamaño (peso) necesario para las pruebas.

Las formas de reducir son las siguientes: I. Por cuartos. Se mezcla la muestra, se parte en cuartos y se desechan los opuestos hasta que sea necesario.

II. Por mitades. Con un instrumento que al vaciar en el descarga alternadamente a derecha e izquierda.

Forma y textura de las partículas.

Según E.U.N. Forma.     

Muy redonda. Sin caras originales.

Redonda. Casi sin caras.

Subredonda. Desgaste considerable, caras de área reducida.

Subangular. Algún desgaste, pero caras intactas.

Angular. Pocas señales de desgaste.

Textura superficial: pulida ó mate, suave o áspera.

Adherencia. Es muy importante en las mezclas de concreto, especialmente en resistencia a la flexión. Con partículas trituradas, que son más ásperas, es mayor la adherencia, también con el empleo de partículas, porosas y heterogéneas.

Densidad. La densidad (relación entre peso/volumen) absoluta se refiere al volumen del material sólido que excluye todos los poros y puede definirse como el peso del cuerpo sólido referido al vació, al peso de un volumen igual de agua destilada libre de gas, a cierta temperatura. (Para eliminar los poros, el material se pulveriza, esto es muy laborioso, pero no se necesita para las mezclas de concreto el valor).

La densidad aparente se mide incluyendo los poros impermeables pero no los capilares del cuerpo sólido. Para cuantificarla se usa el picnómetro (frasco de cristal de 1 lt con tapa de metros y deforma cónica con un agujero en el vértice). La mayoría de los agregados naturales tienen una densidad de 2.6 a 2.7.

Peso volumétrico. Es el peso que llenaría un recipiente de volumen unitario. (En el sistema métrico, la densidad de un material es numéricamente igual al peso específico). Esto se conoce como peso volumétrico del agregado y este peso se usa para convertir cantidades en peso a cantidades en volumen y viceversa.

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El peso volumétrico depende de cuan densamente se haya empacado el agregado por eso existe; suelo y varillado.

La prueba se lleva a cabo en un cilindro metálico.

Peso volumétrico suelto: El material (seco) se pone suavemente en el recipiente hasta que derrame y se enrasa posteriormente se pesa.

Peso volumétrico seco varillado ó compactada ó apisonado: el recipiente se llena en 3 etapas y con 1/3 se apisona con una varilla punta de bala con golpes. Se pesa.

Porosidad y Absorción. Los poros que presentan los agregados son los que absorberán el gel del cemento.

La porosidad depende del agregado.

La absorción de agua del agregado se determinará midiendo el incremento de peso de una muestra secada al horno después de sumergida en agua por 24 horas (el agua superficial deberá ser removida). La absorción es la relación del incremento en peso al peso de la muestra seca, expresada como porcentaje.

El mismo material petrológico absorbe más agua en estado natural que triturado.

Contenido de Humedad del Agregado.

El agregado fino retiene más la humedad que el grueso. Esto es muy importante para la relación agua/cemento de la mezcla. La humedad superficial se expresa como porcentaje del peso del agregado saturado y superficialmente seco y se llama contenidos de humedad.

Ejemplo. Si el agregado está húmedo, mojado ó saturado, habrá que ponerle menos agua en la mezcla.

Abultamiento. Fenómeno que se da en las arenas (en las gravas es despreciable) debido a la humedad: el volumen se incrementa con las películas de agua que recubren al material entre más fina sea la área mayor será la arena mayor será el abultamiento (hasta 25%).

Substancias Perjudiciales en el Agregado.

Hay 3 categorías: -Impurezas interfieren en el proceso de hidratación del cemento.

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-Recubrimiento: Impiden el desarrollo de una buena adherencia entre agregado y pasta de cemento.

-Y algunas partículas individuales que son en sí mismas debiles ó inestables.

-Impurezas orgánicas: son productos de la descomposición de la materia vegetal (sobre todo ácido tánico y sus derivados), como humus y margas (son más comunes en arena que en grava, además la grava se lava con facilidad).

No todas las materias orgánicas son perjudiciales.

Para decidir esto, se hace la prueba de colorimetría (en un recipiente se coloca arena, agua y reactivo por 24 hrs y después se observa el color, más oscuro-más impurezas). Si es poco confiable, se hacen cubod y se prueba su resistencia.

Arcilla y otros materiales finos. La arcilla, el limo y el polvo de trituraciones impiden a buena adherencia arena-cemento. Además el limo y el polvo fino elevan la cantidad de agua necesaria para humedecer la mezcla.

La norma B.S. 882:1965 limita a los 3 en conjunto a: 15 % por peso en piedra triturada.

13% por peso en arena natural ó de grava triturada.

1% por peso en agregado grueso.

En la arena pueden determinarse por la sedimentación. (arena se mezcla con agua y oxalato de sodio, se mezcla a 80rev./min. Por 15 min y se observa).

Contaminación salina puede ocurrir en arena obtenida de playas ó estuarios. Aún si se lava con agua de mar, no contiene cantidades perjudiciales de sal. Su contenido máx es el 1% del peso de cemento que se va a usar. Si no se elimina la sal, causa eflorescencias ( depósitos blancos de mal aspecto en el concreto) y ligera corrosión del refuerzo.

Partículas inestables. Hay dos clases amplias: a) Las que no mantienen su integridad b) Las que experimentan expansión destructiva.

Inestables. Pizarra, terrones de arcilla, madera y carbón, máximo 2%.

Debe evitarse la mica (puede haber alteración a otras formas).

Expansivas: piritas de hierro y marcasita. (son sulfuros).

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Si existiera plomo (Pb) diluido en agua de cal, por ejemplo, 0.1% pot peso del agregado, se demora mucha el fraguado.

Sanidad del Agregado Este es el nombre que se da a la capacidad del agregado para resistir cambios excesivos de volumen como consecuencia de cambios en las condiciones físicas (congelamiento, deshielo, etc.).

Propiedades Térmicas del Agregado.

Hay 3 propiedades térmicas del agregado que pueden resultar importantes en el concreto: el coeficiente de expansión térmica, el calos específico y la conductividad térmica. Las dos últimas revisten importancia en el concreto masivo o cuando se requiere aislamiento, pero no en el trabajo estructural ordinario.

Análisis Granulométrico.

Esto es la sencilla operación de dividir una muestra del agregado en fracciones, cada una compuesta de partículas del mismo tamaño.

Los tamices para dividir las muestras, suelen describirse por el tamaño de la abertura en pulgadas para los tamaños grandes, y por el número de aberturas por pulgada lineal para tamices menores de 3/8”. Por ejemplo un tamicez No, tiene 100 X 100 aberturas dentro de cada pulgada cuadrada, b.s. 410:1969.

En Estados Unidas (La norma que usamos) la marca divisoria en los agregados es el Tamiz No. 4 (4 X 4 aberturas por pulgada cuadrada = 5 mm = 3/16 pulg). ASTM E11-70.

MATERIAL FINO 3/8” No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 50 No. 100 No. 200

AGREGADO GRUESO No. 4 3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 2 ½” 3 ½-4”

Con el análisis granulométrico, se obtienen los porcentajes que pasan las mallas. Con ellos se calcula el porcentaje acumulativo, de abajo 25

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hacia arriba y se trazan las curvas granulométricas. En las gráficas granulométricas, las ordenadas representan el porcentaje acumulado que para el tamiz y las abcisas, las aberturas del tamiz en escala logarítmica.

Modulo de Finura. Se define como la suma de porcentajes acumulados retenidos en los tamices de la serie estándar.

El problema para los proporcionamiento de concreto consiste en combinar agregados finos y gruesos para producir una “buena” curva granulométrica.

(Una mezcla rica necesita menor contenido de arena fina. Una mezcla áspera es cuando hay una fracción de tamaño demasiado abundante. Se ha observado que el agregado graduado para producir densidad. Se ha observado que el agregado graduado para producir densidad máxima resulta en una mezcla áspera y poco trabajable).

(La granulometría es uno de los factoras principales en la trabajabilidad de una mezcla de concreto. La trabajabilidad, a su vez, afecta las necesidades de agua y cemento, controla la segregación, etc.)

Agua.

La cantidad de agua en una mezcla es vital sobre laresistencia del concreto.

El agua que se utilice en mezclas de concreto debe ser potable, dicha agua rara vez contiene sólidos disueltos en exceso de 2000 p.p.m. (partes por millón), esto es el límite de turbiedad.

Si se utiliza agua salubre (Como última alternativa) el cloruro no excede de 500 p.p.m. y el sulfato no excede de 1000 p.p.m.

Cuando existe la duda, se hacen cubos de mortero con el agua, en cuestión y otros con agua destilada, y se prueban, su resistencia no deberá variar en +-10, +-20 %.

(Es diferente agua de mar en mezclado es inofensiva, pero en ataque al concreto endurecido es agresiva. El color oscuro ó mal olor no necesariamente quiere decir que no se use. El agua de mar con mucha sal tiende a causar humedad persistente y eflorescencia en la superficie.)

Aditivo.

Son todos los materiales que se usan para modificar algunas de las características del concreto hidráulico. Se pueden clasificar en : (Según SOP y ASTM)

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A. Aditivos reductores de agua. Son los que permiten: I. Incrementar la resistencia al reducir la relación agua-cemento, conservando la consistencia.

II. Aumentar la trabajabilidad para una resistencia dada.

B. Aditivos retardantes del fraguado. Son los que retardan el fraguado del concreto, para aumentar el tiempo de manejo, antes de su colocación.

C. Aditivos acelerantes de fraguado. Son los que aceleran el fraguado y permiten obtener mayor resistencia a corta edad del concreto.

También puede haber combinaciones, ejemplo: D. Aditivos reductores de agua y retardantes de fraguado. Son los que proporcionan efectos de A y B. E. Aditivos reductores de agua y acelerantes de fraguado.

Existen también Agentes Inclusotes de Aire, los aditivos se emplean cuando se quieren algunas propiedades del Cemento Tipo I (Normal).

Cloruro de calcio. Es un acelerante no debe usarse en cemento de aluminio. Se adiciona de 1 a 2%. Se utiliza en trabajos urgentes, como reparaciones. Aumenta también la resistencia del concreto a la abrasión y erosión.

No se debe usar en concreto presforzado (como el alambre).

Entre los retardantes están el azúcar, derivados de carbohidratos, sales solubles de zinc y otros. Ejemplo, si se usa azúcar, alrededor de 0.005% del peso del cemento, se retardará 4 hrs. (La efectividad de un aditivo depende mucho del momento en que se agrega a la mezcla. Si se agrega a 1 ó 2 después que el agua ha entrado en contacto con el cemento, aumenta mucho la demora.

Los más importantes aditivos del grupo D son:  Ácidos ligno sulfónicos y sus sales  Ácidos hidroxilados carboxílicos y sus sales.

El azúcar en pequeñas cantidades como 0.03 a 0.15 % en peso del cemento, usualmente retarda el fraguado del cemento. La resistencia a los 7 días puede reducirse pero mejorarse a los 28 días. Si se agrupan de 0.20 al 0.25 %en peso del cemento se provoca un rápido fraguado pero gran reducción de resistencia a los 28 días.

Proporcionamiento de Mezclas de Concreto.

Diseñar ó proporcionar una mezcla, consiste en determinar la cantidad de los materiales (cemento, agua, agregados y eventualmente aditivos) que deben 27

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emplearse para constituir un volumen unitario (1 m3) de concreto fresco, cuya calidad sea tal que satisfaga los requisitos especificados por la estructura en que se emplee.

Al efectuar el diseño normalmente conviene adoptar los siguientes lineamientos básicos: a) Procura emplear el mayor tamaño de grava que sea compatible con dimensiones de la estructura. b) Dar a la mezcla la consistencia más posible que permita colocarla y acomodarla; esta consistencia se expresa frecuentemente en términos del revenimiento ó manejabilidad. c) Procura obtener el concreto de la calidad especificada al costo más bajo posible. Como el cemento es lo más caro, se tiende a usarlo lo menos posible pero sin disminuir su calidad requerida (f’c ó esfuerzo de ruptura a la compresión), esto se logra limitando la proporción de agregado fino a su valor óptimo. * Los principales aspectos de la pasta y de los agregados que influyen en el comportamiento del concreto son:  Pasta de cemento: o Composición química y finura del cemento. o Calidad del agua. o Relación agua-cemento. o Contenido de vacíos.  Agregados o Tamaño máximo (de la grava). o Composición granulométrica. o Forma y textura de las partículas. o Comparación mineralógica.

Las propiedades de la pasta de cemento dependiendo fundamentalmente de su relación agua-cemento y de su contenido de vacíos. La proporción relativa entre los dos primeros elementos determina la viscosidad de la pasta fresca e influye en las propiedades mecánicas, estabilidad dimensional y durabilidad de la pasta endurecida.

Hacia 1892, Féset, en Francia, estableció que la resistencia a compresión de la pasta de cemento dependía de su grado de concentración.

En 1918 Abrams confirmó en los Estados Unidos, las previsiones de Féset a través de su Ley de la Relación agua-cemento, la cual expresa que para agregados y cementos iguales la resistencia potencial a compresión 28

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del concreto es prácticamente constante, cuando la relación entre agua y cemento se mantiene constante.

En la actualidad, la Ley de Abrams continúa siendo válida como concepto y constituye la primera premisa del planteamiento para diseño de mezclas.

Probable valor mínimo de la resistencia a compresión promedio (f’c) para diversas relaciones agua-cemento.

Relación aguacemento (A/C) en peso 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70

Resistencia a compresión a los 28 días f’c (kg/cm2) A). Concreto con aire B). Concreto sin aire incluido incluido 300 380 275 345 245 300 220 270 190 240 170 210 155 190

La pasta de cemento es el componente activo del concreto que determina las propiedades requeridas en el producto endurecido, pero también es la mas costosa, la de menor estabilidad dimensional, y la que contribuye a elevar la temperatura del concreto durante el proceso de adquisición de propiedades; por estas limitaciones se hace convenientemente reducir su contenido al valor máximo compatible con consistencia y manejabilidad en la mezcla.

A medida que aumenta el tamaño máximo del agregado grueso disminuye la cantidad de pasta requerida por volumen unitario de concreto fresco conforme aumenta la resistencia a compresión requerida en el concreto. Esto parece significar que, bajo el aspecto de resistencia a compresión puede resultar más económico emplear agregados menores cuando se trata de alcanzar resistencias altas, lo que puede ser particularmente aplicable cuando los agregados tienen formas redondas y superficies lisas.

Tamaños máximos del agregado recomendables para distintos elementos de concreto en mm Dimensión mínima de la Sección en cm 13 ó menor

Muros, vigas y Columnas reforzados -

Losas muy reforzadas

Losas poco ó nada reforzada

19 a 38

19 a 38 29

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14 a 29 30 a 74 75 ó mayor

19 a 38 38 a 76 38 a 76

38 76 76

36 a 76 76 a 152 152

A medida que la arena es más fina se incrementa su requerimiento de pasta.

Los agregados de formas angulares y superficies ásperas, usualmente requieren mayor cantidad de pasta de cemento en su combinación óptima que los de formas redondeadas y superficies lisas.

Cabe señalar que con el empleo de pastas con igual relación aguacemento, algunos agregados angulosos (no lajeados) pueden producir mayor resistencia en el concreto.

Para mezclas de concreto de consistencia seca la combinación óptima de grava y arena requieren menor contenido unitario de pasta de cemento que la considerada como óptima para mezclas de consistencia fluida, a medida que las mezclas son de consistencia más seca, admiten mayor proporción de grava.

Una forma de medir la consistencia es la prueba de revenimiento (se hace en campo y el resultado es en cms).

Revenimientos máximos recomendados para diversos tipos de elementos de concreto de estructuras hidráulicas.

Tipo de Construcción Construcción pesada en masa Revestimiento de canales Losas y plantillas de túneles Remate de muros, pilas, parapetos y guarniciones Muros laterales y arco, revestimiento de túneles.

Otras estructuras.

Revenimiento Recomendable cms.

5.0 7.5 5.0 5.0 10.0 7.5

Dependiendo de la Consistencia ó Fluidez de la Mezcla Tipo de Construcción Presas, pilas de puentes, zapatas, pavimentos, tec.

Losas, trabes, muros de grandes dimensiones.

Columnas, muros pequeñas dimensiones (cosas muy armadas)

Fluidez Mezcla Seca

Min

Máx Promedio

0

8

4

Plástica

8

12

10

Fluida

10

20

15

30

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Variación Aproximada del Consumo de Lechada en lt/m3 (A/C = 0.60) 252 254 258 264 a). Masa de b). Masa de c). Masa de d). Masa de concreto revenida concreto revenida concreto revenida, concreto revenida, sin cohesión con poca cohesión cohesión y con muy cohesiva y sin plasticidad. buena plasticidad. con muy buena plasticidad.

34 36 Porcentajes de Arena en peso

38

40

Para juzgar y seleccionar la granulometría más conveniente de la grava, existen límites empíricos para distintos tamaños máximos: pueden presentarse 2 situaciones principales: a) Si la grava procede de un depósito natural, y su curva granulométrica determinada mediante sondeos, resulta dentro de los límites aplicables, es recomendable tratar de apegarse a ella en su empleo. b) Si la grava debe obtenerse por trituración, es conveniente apegarse dentro de cierta tolerancia a determinada granulometría durante la producción. En este casa puede establecerse a priori una curva granulométrica que este dentro de los límites aplicables, para hacer mezclas.

Entre los numerosos procedimientos empiricos que existen para el diseño de mezclas de concreto uno de los más empleados es el que corresponde a “La práctica recomendada para el proporcionamiento de mezclas de concreto, según el comité ACI 613”.

Para su aplicación sólo se requiere de los siguientes datos:     

Peso específico del cemento Peso específico y absorción de los agregados.

Peso volumétrico de la grava, compactación con varilla.

Composición granulométrica (M.F.) de la arena.

Tamaño máximo de la grava.

Dos aspectos básicos en que se apoya este procedimiento: Aplicación de la llamada Ley de Lyse del contenido de agua constante, para determinar la cantidad 31

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necesaria que dé la consistencia especificada. Y el otro aspecto el la aplicación del método de valor de Talbot y Richard para determinar el volumen aparente de grava (compactada con varilla) que se requiere por volumen de concreto fresco.

La regla Lyse (1932) consiste en suponer la cantidad de agua necesaria para producir una determinada consistencia para diferentes contenidos de cemento, en tanto no cambie las características de los agregados. Es decir, que se conocen las cantidades de agua y cemento que producen una mezcla de cierta consistencia, puede estimarse el consumo de cemento para otra con los mismos materiales y consistencia, pero con diferente relación agua/cemento, suponiendo que el volumen de agua debe ser igual para ambas mezclas.

En el método de Talbot y Richard (1923), el concreto se considera formado por dos elementos básicos: mortero y agregado grueso y se supone que debajo de ciertos límites en el contenido de este última, la resistencia del concreto es igual a la del mortero que contiene. De ahí surgió el concepto de establecer la cantidad máxima de agregado grueso que se admita en un volumen unitario de concreto.

(Recordar que este ó cualquier otro método empírico es eficaz para diseñar, una mezcla de concreto que sirve de bese en la elaboración de una mezcla prueba en la que se realizan los ajustes necesarios para aproximarse más a la mezcla óptima, los ajustes deben apoyarse en los de ensayes en la mezcla.)

Procedimientos Experimentales de Diseño de Mezclas.

Se basan en la determinación del contenido óptimo de arena por medio de ensayes directos con los diversos agregados que se emplean. Se distinguen dos métodos:  

Procedimiento de mezcla seca (solamente agregados) Procedimientos de mezclas humada (incluye pasta de cemento)

El primer caso consiste en encontrar la combinación grava/arena que produzca el peso volumétrico más alto, es decir, el mínimo porcentaje de vacíos.

Como estos son los espacios que normalmente debe ocupar la pasta de cemento, se considera que dicha composición es óptima porque conduce al menor consumo de posta por volumen unitario de concreto.

El segundo método determina el contenido más bajo de arena que puede emplearse en una mezcla de concreto. Como la arena presenta mayor superficie específica que la grava, su mínima proporción se considera óptima (para una mezcla de condiciones especificadas), porque ofrece menor área superficial de agregados para recubrir con pasta de cemento.

Algunas limitaciones para el Método de Mezcla Seca:

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a. Puede suceder que la combinación que produzca el peso volumétrico máximo no corresponda a la del mínimo porcentaje de vacíos (si PVs de gravas son muy diferentes). b. El modo como se conduce las partículas combinadas en seco suele diferenciar notablemente de su comportamiento en la mezcla de concreto. c. El procedimiento no toma en cuenta el efecto producido por la consistencia de la masa de concreto y la relación agua/cemento de la pasta. (a veces sólo se encuentra un valor óptimo de la arena).

Procedimiento de Mezcla Húmeda. a. Se elige la calidad de la pasta, definida por su relación agua/cemento, en función de la resistencia mecánica requerida ó de las condiciones de exposición y servicio prevalecientes. b. Se proveen determinadas cantidades de los tres componentes (grava, arena y pasta de cemento). c. Se combina en seco toda la grava con una baja proporción de arena (25%, ejemplo) y se añade pasta de cemento hasta obtener consistencia deseada. Se determina el revenimiento y se califica si la mezcla es plástica y cohesiva. d. Si la mezcla no es satisfactoria, se le adiciona determinada cantidad de arena y en seguida pasta de cemento para reponer la consistencia deseada. Se califica plasticidad y cohesión, si es la requerida. Se considera que la mezcla posee las condiciones especificadas con el mínimo contenido de arena. e. Se determina el peso volumétrico de la mezcla final y se cuantifican las cantidades consumidas de grava, arena y pasta.

(El valor mínimo suele hallarse al segundo intento.)

Práctica Recomendable para el Proporcionamiento de Mezclas de Concreto ACI 613-54 (Comité 613 en 1954).

Nota: Cuando la constitución de concreto es de alguna importancia, es conveniente efectuar por anticipado pruebas de laboratorio para establecer las proporciones requeridas.

Para la estimación de proporciones a partir de relaciones establecidas son necesarios algunos datos de laboratorio. Deben determinarse la granulometría, densidad y absorción de los agregados finos y gruesos, y el peso volumétrico del 33

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agregado grueso compactado con varilla. Debe saberse si el cemento es con inclusor de aire ó sin él. También debe conocerse la densidad del cemento, generalmente será suficientemente aproximado asignarle un valor de 3.15.

Además es necesario conocer el contenido total de humedad en cada uno de los agregados.

El proporcionamiento debe seleccionarse para producir un concreto: 1. De la consistencia más seca (menor revenimiento) que pueda colocarse eficientemente hasta obtener una pasta homogénea.

2. Con el tamaño máximo de agregado, disponible económicamente y compatible con su colocación satisfactoria.

3. De durabilidad adecuada para resistir satisfactoriamente el intemperismo y otros agentes destructores a que pueda estar expuesto.

4. De la resistencia requerida para resistir sin peligro de falla las cargas que le sean impuestas.

Tabla 1. Revenimiento Construcción.

Recomendable

para

varios

tipos

de

Tipos de Construcción

Revenimiento en cms ** Máx.

Mín.

Muros y zapatas de cimentación reforzadas.

12.5 5.0 Zapatas, cajones y muros de subestructura sin refuerzo.

10.0 2.5 Losas, vigas y muros reforzados.

10.0 7.5 Columnas de edificios.

15.0 7.5 Pavimentos 7.5 5.0 Construcción pesada de concreto en masa 7.5 2.5 ** Si se usan vibradores de alta frecuencia, los valores dados pueden reducirse a 2/3 partes aproximadamente.

Sin embargo, el T.M. no debe ser mayor que la quinta parte de la dimensión más estrecha entre los lados de las cimbras, ni mayor que las tres cuartas partes del espaciamiento mínimo entre las barras de refuerzo.

Tabla 2. Tamaños máximos de Agregados recomendados para carios tipos de construcción.

Tamaño máximo del agregado*, en mm.

Dimensión Muros Muros sin mínima de la reforzados, refuerzo. sección, cm vigas y columnas 6.5-12.5 12.7-19.0 19.0

Losas muy reforzadas 19.0-25.4

Losas con poco refuerzo ó sin el.

19.0-38.0 34

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15.0-28.0 30.0-74.0 76.0 ó más

19.0-38.0 38.0-76.0 38.0-76.0

38.0 76.0 152.0

38.0 38.0-76.0 38.0-76.0

38.0-76.0 76.0 76.0-152.0

*Basadas en tamices de agujeros cuadrados.

La cantidad de agua propuesta (requerida) por unidad de volumen de concreto para producir una mezcla de la consistencia deseada depende del tamaño máximo, la forma de la partícula y la granulometría de los agregados, y de la cantidad aire incluido. Es relativamente independiente de la cantidad de cemento.

Tabla 3. Cantidad aproximada de Agua de mezclado para diferentes revenimientos y tamaños máximos de agregados.* Revenimiento en cm

2.5 a 5.0 7.5 a 10.0 15.0 a 17.5 Cantidad aprox. De aire atrapado en concretos sin inclusor de aire, por ciento 2.5 a 5.0 7.5 a 10.0 15.0 a 17.5 Porcentaje total seco de aire incluido, por ciento.

Litros de agua por m3 de concreto para los siguientes T.M. 9.5 12.7 19.0 25.4 38.0 50.8 76.0 152.0 mm mm mm mm mm mm mm mm 206 196 182 178 162 152 142 123 226 217 202 192 177 168 158 138 241 226 212 202 187 177 168 148 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2 Concreto con aire incluido 182 177 162 152 202 192 177 168 212 202 187 177 8 7 6 5

142 158 168 4.5

133 148 158 4

123 138 148 3.5

108 118 128 3

*Estas cantidades de agua de mezclado deben usarse al calcular los factores de cemento para las mezclas de prueba. Son cantidades máximas para agregados gruesos de forma razonablemente buena y graduado dentro de límites establecidos por especificaciones aceptadas.

Si se requiere más agua de mezclado que la indicada, la cantidad de cemento, estimada a partir de estas cantidades, debe incrementarse para conservar la misma relación agua/cemento, excepto cuando las pruebas de laboratorio indican lo contrario.

Si se requieren menos agua de mezclado que la indicada, la cantidad de cemento estimada a partir de estas cantidades no debe disminuirse, excepto cuando las pruebas de laboratorio indiquen lo contrario.

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Tabla 4. Resistencia a la compresión del concreto para algunas relaciones agua-cemento* Relación A/C por Resistencia probables a la compresión a los 28 días peso Concreto sin aire incluido Concreto con aire incluido 0.36 420 340 0.45 350 280 0.53 280 225 0.62 225 180 0.71 175 140 0.80 140 110 *Estas resistencias promedio son para concretos cuyos porcentajes de aire incluido y/o atrapado sean mayores que los indicador en tabla 3. Las pruebas se hicieron en cilindros de diámetro de 15 y h=30 cm.

El consumo requerido de cemento puede calcularse, usando la relación agua/cemento máxima permisible obtenida en T-4 ó de la T-5 y la cantidad de agua obtenida de la T-3, dividiendo de en litros de agua obtenida de la T-3, dividiendo en litros de agua de mezclar requeridos por m3 de concreto entre la relación A/C. Si se ha especificado un consumo mínimo de cemento, pueden calcularse la relación agua cemento y la resistencia correspondiente, dividiendo los lts de agua por m3 de concepto entre dicho consumo. La relación del proporcionamiento de concreto debe basarse en aquellas de las limitaciones especificadas –durabilidad, resistencia ó consumo de cemento- que requieren la menor relación A/C. Tabla 5. Volumen de agregado grueso por volumen unitario del concreto* T.M. del agregado (mm) 9.5 12.7 19.0 25.4 38.0 50.8 76.0 152.0

Volumen de agregado grueso seco compactado con varilla por volumen unitario de concreto para diferentes M.F. de la arena 2.40 2.60 2.80 3.00 0.46 0.44 0.42 0.40 0.55 0.53 0.51 0.49 0.65 0.63 0.61 0.59 0.70 0.68 0.66 0.64 0.76 0.74 0.72 0.70 0.79 0.77 0.75 0.73 0.84 0.82 0.80 0.78 0.90 0.88 0.86 0.84 *Peso volumétrico seco compactado ó varillado.

Calculo del Proporcionamiento.

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Ejemplo 1. Se requiere concreto para una porción de estructura que quedará bajo el nivel del terreno y que no estará expuesta al intemperismo severo o ataque de sulfatos.

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

Cemento Tipo I % de f’c de diseño 42 54 60 66 71 74 77 80 82 84 86 87 88 89 90 92 94 95 96 97 98 98 99 99 100 100

Concreto Tipo II % f’c de diseño 81 87 91 94 97 98 100 101 102 103 104 105 105.5 106 106.5 107 107.5 108 108 108.5 109 109 109.5 109.5 110 110

Por consideraciones estructurales se requiere de una resistencia a la compresión de 250 kg/cm2 a los 28 días. Con base a la información de T-1 y T-2 así como en la experiencia previa se ha determinado que debe usarse un revenimiento de 7.5 a 10 cm conforme a las condiciones de coloración por emplear y que es adecuado en agregado grueso, entre 5 mm (No 4) y 38 mm (1 ½ pulg), disponible en la localidad se ha determinado un peso volumétrico seco varillado de 1600 kg/m3 para el agregado grueso.

Procedimiento: 1. Puesto que la estructura no estará expuesta al intemperismo severo, se usará concreto sin aire incluido y la relación A/C se establecerá únicamente base en la resistencia requerida.

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2. La relación A/C necesaria para resistir 250 kg/cm2 en un concreto sin aire incluido se encuentra igual a 0.58 en T-5.

3. La cantidad de agua de mezclado para producir un revenimiento a 7.5 a 10.0 cm en un concreto sin aire incluido, con un T.M. del agregado grueso de 38 mm, es de 177 lts/m3 en T-3.

4. De la información obtenida de (2) y (3) se encuentra el contenido de cemento requerido =(lts de agua/m3)/(Relación A/C) = 172/0.58 = 305 kg/m3.

5. De la tabla 6 puede estimarse la cantidad de agregado grueso. Para una arena con MF = 2.8 y T.M. agregado grueso de 38 mm, la tabla 6 indica que pueden usarse 0.72 m3 de agregado grueso, compactado en seco en C/m3 de concreto.

Como su peso volumétrico es de 1600 kg/m3, el peso del agregado grueso seco será de 1150 kg/m3 concreto.

6. Con las cantidades establecidas de cemento, agua y grava, y el contenido aproximado de aire atrapado en forma casual (no intencionalmente) tomado de T-3, puede calcularse el contenido de arena como sigue: Volumen sólido de cemento Volumen de agua Volumen sólido de agregado Volumen de aire atrapado Volumen total exceptuado arena Volumen sólido de arena requerida Peso requerido de arena seca

(305/3.15) (1150/2.68) (1150/2.68) (0.01 x 1000) (1000-712) (288 X 2.64)

= = = =

97 lts 177 lts 428 lts 10 lts 712 lts = 288 lts = 760 kg

7. Las cantidades estimadas para una revoltura de 1 m3 de concreto son:    

Cemento 305 kg = 97 lts = 6 sacos Agua 177 lts = 9.3 botes Arena seca 760 kg = 288 lts = 15 botes Grava (seca) 1150 kg = 428 lts = 22 ½ botes

Estos pesos por revoltura requieren ajustes en la obra para tomar en cuenta la humedad de los agregados. También puede resultar conveniente algún ajuste en las proporciones, basándose en la experiencia que se haya obtenido en las obras.

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Ejemplo 2. Se requiere concreto para una pesada pila de puente que estará expuesta al agua fresca con un clima severo. Se ha especificado una resistencia a la compresión f’c de 210 kg/cm2 a los 38 días. Las condiciones de colocación permiten un revenimiento de 2.5 a 5.0 cm y el uso de agregado grueso de tamaño grande, sin embargo, el único agregado grueso de calidad satisfactoria disponible económicamente tiene una graduación comprendida entre las mayas No 4 y de 25mm (1”). Este será el agregado que se usará. Su peso volumétrico seco varillado es de 1520 kg/m3. Las otras características son las mismas que el ejemplo 1. (MF = 2.8 PVSVseco= 2.64). Las proporciones se calculan como sigue: 1. Debido a la exposición severa debe usarse concreto con aire incluido y la T-4 indica que la relación A/C no debe exceder de 0.49.

2. La relación A/C requerida para producir f’c=210 kg/cm3 se obtiene de T-5 y es aproximado a 0.56, ya que este valor excede al máximo permisible para condición de exposición severa, debe usarse A/C=0.49.

3. De T-3 se obtiene la cantidad de agua necesaria para φ=2.5-5.0 con aire incluido y TM = 25 mm (1”) y es de 152 lts/m3, el contenido deseado de aire se indica, es 5%, el cual debe lograrse mediante el uso de un aditivo inclusor de aire (si el agente inclusor de aire se añade fluido a la mezcladora, debe incluirse como parte del volumen de agua).

4. De pasos 2 y 3 se deducirá que cantidad de cemento = lts (H2O/m3) / Relación A/C = 152/0.49 = 310 kg/m3.

5. En T-6 se encuentra que deben usarse 0.66 m3 de grava, compactada y seca, por c/m3 de concreto para arene con MF = 2.8 g, TM grava = 25 mm por lo tanto 0.66 x 1520 (PVSV) = 1000 kg.

6. Con la cantidad establecida de cemento, agua, agregado grueso y aire, el contenido de arena se calcula como sigue: Volumen sólido de cemento Volumen de agua Volumen sólido de agregado Volumen de aire atrapado Volumen total exceptuado arena Volumen sólido de arena requerida Peso requerido de arena seca

(310/3.15) (1000/2.68) (0.05 x 1000) (1000-672) (328 X 2.64)

= = = =

98 lts 152 lts 372 lts 50 lts 672 lts = 328 lts = 865 kg

7. Las cantidades estimadas para una revoltura de 1 m3 de concreto son: 39

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   

Cemento 310 kg = 98 lts Agua 152 lts Arena seca 865 kg = 328 lts Grava (seca) 1000 kg = 372 lts

Ejemplo 3. Se requiere un concreto para condiciones como el ejemplo 2.

Esto es, para una pesada pila de un puente expuesta al agua fresca y clima severo. Se requiere f’c= 280 kg/cm2 a los 28 días y φ = 2.5 – 5.0 cm, el tamaño de estructura permite uso de materiales de entre No. 4 y 76 mm (3”9 y se tiene en existencia. El PVSV grava = 1760 kg/m3.

Procedimiento: 1. Se usará concreto con aire incluido (condiciones de exposición) de T-4 se obtiene que la relación A/C no debe exceder de 0.49.

2. La relación A/C para f’c = 280 kg/cm2 se obtiene en T-5 y es A/C = 0.45 por lo tanto 0.45 < 0.49, se usará 0.45.

3. La cantidad de agua de mezclado para producir φ = 2.5 – 5.0 cms con TM = 76 mm está en T-3 y es de 123 lt/m3. El contenido de aire deseable es de 3.5 %.

4. El contenido de cemento es 123/0.45 = 274 kg/m3 5. De T-6 se obtiene que pueden usarse 0.80 m3 de grava compactada (varillada y seca por c/m3 de concreto con arena con MF = 2.8 y TM = 76 mm. El peso será 0.800 x 1760 = 1410 kg.

6. Conociendo la cantidad de cemento, agua, grava y aire, se procede a encontrar la cantidad de arena.

Volumen sólido de cemento Volumen de agua Volumen sólido de agregado Volumen de aire atrapado Volumen total exceptuado arena Volumen sólido de arena requerida Peso requerido de arena seca

(274/3.15) (1410/2.68) (0.035 x 1000) (1000-770) (230 X 2.64)

= = = =

87 lts 123 lts 525 lts 35 lts 770 lts = 230 lts = 608 kg

7. Las cantidades estimadas para una revoltura de 1 m3 de concreto son:  Cemento 274 kg = 87 lts  Agua 123 lts 40

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 

Arena seca 608 kg = 230 lts Grava (seca) 1410 kg = 525 lts

Por consecuencia, al efectuar los cálculos de las mezclas de prueba se supone que los agregados se encuentran en estado seco. En obra, generalmente se hallan húmedos, por lo que deben ajustarse las cantidades que se mezclan en la revoltura.

Con los pesos/revoltura del ejemplo 1, supóngase que las pruebas de humedad han indicado contenidos totales de 5% en arena y 1% en grava. Puesto que la cantidad requerida de arena seca fue de 760 kg, la cantidad de arena húmeda a pesarse es 760x1.05 = 798 kg. De igual modo la grava es 1150 x 1.01 = 1160 kg.

El agua libre (en exceso de la absorción de los agregados) debe considerarse como parte del agua del agua de mezclado. Como absorción de la arena es de 0.7%, la cantidad libre que contiene es de 5.0-0.7=4.3%. El agua libre de grava es 1.0-0.5 = 0.5%. Por lo tanto la aportación de la arena al agua de mezclado es igual a 0.043 x 760 = 32.7 lts y la aportación de la grava = 0.005X1150= 5.8 lts. Entonces la cantidad real de agua de mezclado es 177(32.7+5.8)=138.5 lts.

Comparación de las cantidades: Ingredientes Cemento Agua Arena Grava

Cantidades por m3 de concreto Calculadas Usadas en Obra 305 kg 305 kg 177 kg 138.5 lts 760 kg (seca) 798 kg (húmeda) 1150 kg (seca) 1160 kg (húmeda)

Rara vez es deseable ó posible mezclar el concreto en revolturas de un m3 exactamente, por lo tanto, es necesario convertir proporcionalmente estas cantidades al tamaño de revoltura que se use. Supongamos que se dispone de una revolvedora de 0.45 m3 de capacidad y que el cemento se dosifica por sacos.

Para el ejemplo 1 la cantidad de 305 kg/m3, una revoltura de 2.5 sacos ( 6 sacos = 1 m3, 2.3 sacos = 0.417 m3), casi supera la capacidad de la revoltura, para corregir se hará en proporción de 2.5/ para c/u de los ingredientes, 2.5/3=0.417.

Cemento Agua Arena (húmeda) Grava (húmeda)

= 6 sacos x = 138.5 x = 798 x = 1160 x

0.417 0.417 0.417 0.417

= = = =

2.5 sacos 58 lts 332 lts 485 lts

Ajuste de la Mezcla de Prueba.

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Al discutir la estimación de los requisitos del agua total en T-3, se preciso que n algunos casos, debe necesitarse mayor cantidad de agua que la indicada en dicha tabla. En estos casos, el consumo de cemento debe ser aumento para mantener la misma relación A/C a menor que las pruebas de laboratorio indiquen lo contrario. Este ajuste se ilustra suponiendo que el concreto del ejemplo 1, requiere en obra 189 lts de agua, en lugar de 177. En consecuencia el consumo de cemento aumentará de 305 kg a 18970.58 = 352 kg y las cantidades revoltura será recalculadas a partir de esto.

Se ha precisado también, que a veces, puede necesitarse menor cantidad de agua que la indicada en T.3, pero se recomienda no hacer ningún ajuste en la cantidad de cemento (solo si pruebas indicaran lo contrario). Sin embargar que es necesario efectuar ajustes a las cantidades de ingredientes de la revoltura para compensar la pérdida de volumen debida al agua reducida. Esto se hace incrementando el volumen en una cantidad igual al volumen de reducción del agua.

Ejemplo; supóngase que se necesitan 167 lts de agua, en lugar de 177 lts para el concreto del ejemplo 1. Entonces se sustituye 167 lts de agua en lugar de 177 lts en el cálculo de agua de la revoltura, y el volumen sólido de arena es de 298 lts en lugar de 288.

Ejemplo de Proporcionamiento para concreto por las Curvas de Abrahms.

Se requiere calcular el proporcionamieto de concreto hidráulica con los siguientes datos de proyecto: 1. f’c = 200 kg/cm2 y revenimiento = 10 cm.

Se supone que los agregados a emplear proceden del banco “Joyitas”, ubicado en el km 14+500 de la carretera Morelia-Quiroga y que tiene el siguiente reporte de laboratorio: a) Grava.  Peso volumétrico seco suelto 1063 kg/m3  Peso volumétrico seco varillado 1190 kg/m3  Densidad aparente 2.26  Absorción 7.6 %  Tamaño máximo 1 ½” b) Arena.  Peso volumétrico seco suelto 1288 kg/m3  Peso volumétrico seco varillado 1454 kg/m3  Densidad aparente 2.37  Absorción 4.45 %  Modulo de finura 2.91 42

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c) Cemento.  Peso volumétrico suelto  Densidad aparente 2. Relación Agua/Cemento en peso Para f’c=200 kg/cm2

1490 kg/m3 3.15

A/C = 0.48 (curva B)

Curva A- Muy buen control de calidad Curva B- Condiciones comunes de construcción.

3. Relación grava/arena en peso. (Ver gráfica) G/A = 1.47 MF = 2.91 TM = 1 ½” 4. Relación A/C (en volumen) = (A/C x Densidad Cemento)/Densidad del agua = (0.48 x 3.15) / 1.00 = 1.512.

Relación G/A (en volumen) = (A/C x Densidad Arena)/Densidad de la grava = (1.47 x 2.37) / 2.26 = 1.542.

5. Contenido Neto de Agua (Ver figura). Agua = 182 lt/m3 G/A (peso) = 1.47 TM = 1 ½” 6. Contenido de Cemento en volumen Agua lts/m2 C=

182 =

Relación A/C (volumen)

= 120.37 lts/m3 1.512

7. Volumen de la lechada Lc = A + C = 182 + 120 = 302 lts 8. Volumen de agregados Va = 1000 – Lc = 1000 – 302 = 698 lts 9. Volumen de arena G/A (volumen) = 1.542 ; G = 1.542 A Va = G + A = 1.542 A + A = 698 (ver. 8) 2.542 A = 698 A = 698 / 2.542 = 275 lts/m3 10. Volumen de Grava.

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G = 1.542 A = (1.542)(275) = 423 lts/m3 11. Suma de volumen absolutos:    

Cemento Agua Arena Grava

120 lts 182 lts 275 lts 423 lts 1000 lts (un metro cúbico)

12. Proporciones en Peso Materiales Cemento Agua Arena Grava

Litros 120 182 275 423

Densidad 3.15 1 2.37 2.26

Peso * 378 182 652 956

Relación en Peso 1 0.48 1.72 2.53

13. Proporciones de Materiales: a). Proporciones en peso b). Material en peso (kg) por saco de cemento c). Material en volumen por saco de cemento lts. d). Proporciones en volumen ** e). Volumen absoluto por saco de cemento f). Cantidades kg/m3 *

Cemento Agua 1 0.48 50 24

Arena Grava 1.72 2.53 86 126.5

33.5

24

66.8

119

1 19.87 378

0.72 24.00 182

1.99 36.29 651

3.55 132.13 2168

** En diversas ocasiones, se expresa el proporcionamiento del concreto en volumen, de la siguiente manera: Para este ejemplo Redondeado

Cemento : 1: 1:

Arena : 1.99 : 2:

Grava 3.55 3.5

Ajustes del proporcionamiento al efectuar la colada: Supóngase que la arena y la grava se encuentran sobresaturadas por la época de lluvias: -Humedad de la Grava: 10.2 % y determinadas en el laboratorio.

-Humedad de la Arena: 7.5 % Ph – Ps %H =

Pw 100 =

100 44

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Ps

Ps

Donde: Ph_ Peso húmedo del material.

Ps_ Peso seco del material.

Pw_ Peso del agua.

Por lo tanto el % de agua superficial será: Grava = 10.2 – 7.6 (Absorción) = 2.6 % Arena = 7.5 – 4.45 (Absorción) = 3.05 % Pw

Ps (%H)

%H =

100

; Pw =

Ps

100

De acuerdo a lo calculado en (13) se tiene: 957 kg/m3 (2.6) Para grava sobresaturada = 957 kg/m3 +

= 957+24.88 = 981.88 100

Para arena sobresaturada = 651 kg/m3 +

651 kg/m3 (3.03) = 651+19.86 = 670.86 100

Tomando en cuenta estos resultados, se corrige la tabla del paso (13).

Agua, kg/m3 = 182 - 25 – 20 = 137 lts ó kg/m3 1

2

3

4

5

6

7

8

Materiales

Vol. Absolutos (paso 11)

Peso en kg/m3

Proporcion es en peso (paso 12)

Pesos corregidos por sobresaturación

Proporciones en peso

Pesos corregidos

Pesos finales a utilizar en kg

Cemento Agua Arena Gava Suma

120 182 275 423 1000 lts

378 182 652 956 2168 kg/m3

1 0.48 1.72 2.53

378 137 671 982 2168 kg/m3

1 0.36 1.78 2.62

369 133 671 982 2155 kg/m3

369 133 676 990 2168 kg/m3

Al iniciar el proporcionamiento se dio como data el revenimiento = 10 cm.

Para mostrar cómo se corrige el proporcionamiento por revenimiento, a continuación supóngase que el revenimiento de proyectar fuera igual a 7.5 cm.

Como se indicó anteriormente para esta caso se tendría que reducir la cantidad de agua en un 3% por cada 2.5 cm (1 pulgada) de diferencia en el revenimiento.

Corrección Agua = 137 – 0.03 (137) = 133 lts.

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Al reducir el agua se tiene que reducir el peso del cemento para mantener la relación agua-cemento.

A/C = 0.36; C =

133 kg/m3 = 369 kg/m3 0.36

Columna 7. Después de anotar estas cantidades de agua y cemento se obtiene al final de la columna 6 un peso volumétrico del concreto de 2155 kg/m3 < 2168 kg/m3, por lo que es necesario corregir el peso de los agregados de acuerdo con la proporción de la dosificación: Grava + Arena = 982 + 671 = l653 kg Grava = (982 / 1662) 100 = 59.41 % Arena = (671 / 1662) 100 = 40.59 % 13 kg/m3 x 0.5941 = 8 kg (Grava) 13 kg/m3 x 0.4059 = 5 kg (Arena) Grava final = 982 + 8 = 990 kg/m3 Arena final = 672 + 5 = 676 kg/m3 Por lo tanto las cantidades finales a utilizar, ya corregidas por agua superficial y por revenimiento son: Cemento Agua Arena Grava

369 133 676 990 2168 kg/m3

Estos valores se anotan en la columna 7 y como puede observarse el peso volumétrico de 2168 kg/m3 checa con el calculado en las columnas 2 y 4 de la misma tabla.

Ejemplo 2.

1. f’c = 250 kg/cm2 y revenimiento = 7.5 cm. a) Grava.  Peso volumétrico seco suelto 1480 kg/m3  Peso volumétrico seco varillado 1600 kg/m3  Densidad aparente 2.68  Absorción 6.0 %  Tamaño máximo 1 ½”

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b) Arena.  Peso volumétrico seco suelto 1530 kg/m3  Peso volumétrico seco varillado 1710 kg/m3  Densidad aparente 2.64  Absorción 3.0 %  Modulo de finura 2.8 c) Cemento.  Peso volumétrico suelto  Densidad aparente

1490 kg/m3 3.15

2. Relación Agua/Cemento en peso Para f’c=250 kg/cm2

A/C = 0.415 (curva B)

Curva A- Muy buen control de calidad Curva B- Condiciones comunes de construcción.

3. Relación grava/arena en peso. (Ver gráfica) G/A = 1.57 MF = 2.8 TM = 1 ½” 4. Relación A/C (en volumen) = (A/C x Densidad Cemento)/Densidad del agua = ( 0.415 x 3.15) / 1.0 = 1.307 Relación G/A (en volumen) = (A/C x Densidad Arena)/Densidad de la grava = (1.57 x 2.64) / 2.68 = 1.547.

5. Contenido Neto de Agua (Ver figura). Agua = 174 lt G/A (peso) = 1.57 TM = 1 ½” Contenido de Cemento en volumen Agua lts/m2 C=

174 =

Relación A/C (volumen)

= 133.13 lts/m3 1.307

6. Volumen de la lechada Lc = A + C = 174 + 133 = 307 lts 7. Volumen de agregados

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Va = 1000 – Lc = 1000 – 307 = 693 lts 8. Volumen de arena G/A (volumen) = 1.547; G = 1.547 A Va = G + A = 1.547 A + A = 693 (ver. 8) 2.547 A = 693 A = 693 / 2.547 = 272.09 lts/m3 9. Volumen de Grava.

G = 1.547 A = (1.547) (272.09) = 420.78 = 421 lts/m3 10. Suma de volumen absolutos:    

Cemento Agua Arena Grava

133 lts 174 lts 272 lts 421 lts 1000 lts (un metro cúbico)

11. Proporciones en Peso Materiales Cemento Agua Arena Grava

Litros 133 174 272 421

Densidad 3.15 1 2.64 2.68

Peso * 419 174 718 1128

Relación en Peso 1 0.415 1.714 2.692

12. Proporciones de Materiales: Cemento Agua a). Proporciones en peso 1.0 0.415 b). Material en peso (kg) por saco de 50 21 cemento c). Material en volumen por saco de 33.5 21 cemento lts. d). Proporciones en volumen ** 1 0.627 e). Volumen absoluto por saco de cemento 15.87 21 f). Cantidades kg/m3 * 419 174

Arena Grava 1.71 2.69 86 135 56

91

1.672 32.6 718

2.716 57 1128

Curado del Concreto.

Después de haber calculado el proporcionamiento (ó dosificar) del concreto y colocarlo en los moldes que lo contendrán (cimbras, metálicas ó de madera) el siguiente paso es tratar de evitar la evaporación del agua, eso es el curado del concreto.

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Las propiedades del concreto, como la resistencia al congelamiento y la fusión, resistencia a los esfuerzos, impermeabilidad, resistencia al desgaste y estabilidad de volumen, mejoran con la edad, mientras que las condiciones para la continua hidratación del cemento sean favorables. Al principio la mejora es rápida, pero continúa más despacio durante un periodo indefinido, se requieren 2 condiciones para que se produzca esta mejora en la calidad: (1) presencia de humedad y (2) temperatura favorable.

La evaporación excesiva de agua en el concreto recién colado puede retardar mucho el proceso de hidratación del cemento al principio, la perdida de agua hace que el concreto se contraiga creando así esfuerzos de tensión en la superficie que se vea. Si estos esfuerzos se producen antes de que el concreto haya alcanzado la resistencia adecuada puede agrietarse la superficie.

Métodos de Curado 1. Métodos en los que aumenta la humedad en la superficie del concreto durante el principio del periodo de endurecimiento. Entre estos se incluyen la inundación, la aspersión y el uso de cubiertas mojadas. Producen enfriamiento y eso es benéfico en climas calientes.

2. Métodos que cubren la superficie de concreto herméticamente con papel impermeable, hojas de plástico, compuestos líquidos que forman membranas y moldes que se dejan en su lugar.

3. Métodos en los que se acelera el endurecimiento aplicando calor y humedad al concreto.

Inundación: En las superficies planas como pavimentos, banquetas y pisos de concreto puede curarse por inundación. Por medio de bordos perimetrales de tierra o arena y se inundan.

Aspersión: Es un método excelente de curado pero costoso, Si el rociado se hace en forma intermitente deberá tenerse cuidado de evitar que el concreto se seque entre las aplicaciones del agua.

Cubiertas Mojadas: Las cubiertas mojadas las de algodón u otros tejido que retienen la humedad se usa mucho para el curado (no en México). Otra forma de de cubierta es con tierra ó arena húmeda de 2” de espesor (su desventaja es que pueden decolorar el concreto). Papel impermeable, es eficaz en superficies horizontes y de formas relativamente sencillas. Una ventaja en que no requiere adiciones periódicas de agua.

Hojas de Plástico, Son barreras ligeras y efectivas para evitar la pérdida de humedad y se aplican con facilidad lo mismo en formas sencillas ó complejas.

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Compuestos para Curar Concreto. Estos forman membranas que retardan o impiden la evaporación de agua, son de 4 tipos generales: claros ó traslucidos, con pigmentos blancos, gris claro y negro (ó rojo). El mejor es el blanco porque refleja los rayos del sol.

Curado dejando los moldes en el lugar; los moldes son muy buena protección contra la perdida de humedad, si las superficies que se dejan expuestas se mantienen mojadas, las mangueras para regar son excelentes.

Curado con vapor; El curado con vapor puede usarse con ventaja cuando es importante adquisición rápida de la resistencia o cuando se requiere más calor para efectuar la hidratación, como cuando se suela en clima frío.

Hay dos Métodos de Curado con Vapor Vivo a la Presión Atmosférica (Para estructuras encerradas, coladas en el lugar y unidades fabricadas de concreto) y curado de vapor a alta presión (Para pequeñas unidades prefabricadas).

Duración del periodo de Curado El tiempo de curado que el concreto debe protegerse contra la perdida de humedad depende del tipo de cemento de las proporciones de la mezcla, de la resistencia necesaria, del tamaño y forma de la masa de concreto del tiempo y de las futuras condiciones de exposición.

En la mayor parte de sus aplicaciones estructurales, el periodo de curado para el concreto colado en el lugar es de 3 días a 2 semanas, lo que depende de condiciones tales como la temperatura, tipo de cemento, proporciones usadas en la mezcla, etc.

Agrietamiento por contracción debido a plasticidad.

La contracción que algunas veces ocurre en la superficie del concreto fresco poco después de haber sido colado y cuando todavía esta fresco, poco después de haber sido colado y cuando todavía esta en estado plástico se le llama “agrietamiento por plasticidad”. Estas grietas aparecen en su mayor parte en la superficies horizontales y pueden prácticamente eliminarse si se toman medidas adecuadas para disminuir sus causas al mínimo.

El agrietamiento por contracción debida a la plasticidad se asocia usualmente a los colados hechos en tiempo caluroso; sin embargo, pueden ocurrir en cualquier tiempo, cuando las circunstancias producen una rápida evaporación de la humedad de la superficie del concreto. Estad grietas pueden aparecer cuando la evaporación excede a la rapidez del agua par subir a la superficie del concreto. Las siguientes condiciones solas ò combinadas aumentan la

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evaporación de la humedad superficial y aumentan la posibilidad de la contracción por plasticidad: 1.

2.

3.

4.

La elevada temperatura del concreto.

La elevado temperatura del aire La baja humedad Vientos fuertes

Las sencillas precauciones cuya lista se da en seguida pueden disminuir al mínimo la posibilidad de que se produzca agrietamiento por contracción debida al a plasticidad. Deberán tomarse en cuenta cuando se este planificando la construcción de una obra de concreto o cuando se este tratando el problema si ocurre después de haber comenzado la construcción. No se enumeran en orden de importancia, sino más bien en el orden en que se pueden efectuar durante la construcción: 1. Humedecer la subrasante y los moldes.

2. Humedecer los agregados si están secos y son absorbentes.

3. Levantar rompevientos para reducir los vientos sobre la superficie de concreto.

4. Disminuir la temperatura del concreto fresco durante clima caliente, usado agregados y agua de mezcla fríos.

5. Proteger el concreto con cubiertas mojadas temporales, cuando se produzcan retrasos apreciables entre el colado y el acabado.

6. Reducir el tiempo entre el colado y el principio del curado, mejorando los procedimientos de construcción.

7. Proteger el concreto durante las primeras horas después del colado y acabado para disminuir la evaporación al mínimo, Cambios de Volumen en el Concreto.

Si el concreto tuviera libertad para deformarse, los cambios de volumen normales serían de poca importancia, pero como al concreto usualmente lo sujetan cimentaciones, subrasantes, acero de refuerzo o miembros de conexión, pueden desarrollarse en él esfuerzos importantes. Esto sucede especalmente cuando se desarrollan tensiones; por tanto son más importantes las contracciones que producen esfuerzos de tensión que las dilataciones que producen esfuerzos de compresión.

Por comodidad, la magnitud de los cambios de volumen generalmente se expresa en unidades de longitud en vez de unidades de volumen.

En el concreto, los cambios de volumen normales los producen las variaciones de temperatura y humedad, y los esfuerzos sostenidos.

El concreto se dilata cuando la temperatura sube y se contrae cuando la temperatura baja. La dilatación y la contracción térmica del concreto varían con 51

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factores como el tipo de agregado, riqueza de la mezcla, relación agua cemento, variación de temperatura, edad del concreto y humedad relativa. De todos estos factores el tipo de agregado es el que tiene más influencia.

La contracción del concreto puede continuar durante varios años, lo que depende del tamaño y forma de la masa del concreto. La rapidez y la cantidad total recontracción son menores en las grandes masas de concreto que en las pequeñas, aunque la contracción continua más tiempo en las masas grandes.

El factor controlable más importante que afecta la contracción es la cantidad de agua por unidad de volumen en el concreto. Puede disminuirse la contracción manteniendo la proporción de agua de la pasta tan baja como sea posible y la proporción total de agregado tan elevada como sea posible, El uso de bajos revenimientos y métodos de colado en los que se disminuye al mínimo el agua necesaria son, por tanto, factores importantes para el control de la contracción.

Cualquier técnica con la que se aumente el agua necesaria en la pasta de cemento; como el uso de revenimiento elevados, temperaturas en el concreto fresco excesivamente bajas o agregado grueso más pequeño, aumenta la contracción.

Los agregados en el concreto evitan la contracción de la pasta de cemento, aumentando la proporción de agregado se origina disminución en la contracción.

La contracción se puede reducir al mínimo al usar tamaño máximo posible en el agregado.

Efecto que tiene la Aplicación Continua de Esfuerzos.

Cuando se carga el concreto, las deformaciones producidas pueden dividirse en dos partes; una deformación que ocurre inmediatamente y otra deformación que depende del tiempo, que comienza inmediatamente pero que continúa durante años. A esta última deformación se le llama “flujo plástico” ó deformación plástica. La American Society for Testing and Materials (ASTM) define la deformación plástica como la deformación que depende del tiempo, que continúa después de la aplicación de la carga que se mantiene sobre un material sólido.

En el concreto recién colado, el cambio de volumen ó longitud a la deformación plástica en gran parte irrecuperable. Sin embargo, las deformaciones plásticas que ocurren en el concreto viejo o seco son recuperables en gran parte.

La deformación plástica depende de: F. La magnitud de los esfuerzos.

G. De la edad y resistencia del concreto cuando se aplica el esfuerzo.

H. Del tiempo que dure la aplicación de esfuerzo en el concreto.

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También lo afectan otros factores relacionados con la calidad del concreto y con la condición de la exposición. Algunos de estos factores son la clase, cantidad y tamaño máximo del agregado, tipo de cemento, cantidad de pasta de cemento, tamaño y forma de la mas de concreto, cantidad de acero de refuerzo y condiciones de curado.

Bajo carga continua, la deformación plástica continúa durante muchos años, pero la rapidez disminuye con el tiempo. La deformación plástica es proporcional al esfuerzo.

Efecto de curado en la magnitud del flujo plástico para concreto típico de peso normal.

D E F O R M A C I Ó N

P L A S T I S T I C A

.

7 Días Curado Humado Curado con vapor presión atmosférica

Curado con vapor a alta presión

100

0 50

200 150

300 250

350

A resistencias iguales, las muestra cargadas a mucha edad se deforman manos que las cargadas a edad menor.

En los cambios de volumen influyen muchos factores diferentes. Las investigaciones han indicado, que cuando actúan varios factores diferentes al mismo tiempo para aumentar la contracción por secado, el resultada neto es el producto, en vez de la suma, de los efectos individuales.

En las regiones en que las propiedades de los materiales disponibles son tales que el concreto tiene inherentemente una elevada contracción por secado, los efectos de los factores adversos adicionales pueden ser muy críticos. Los métodos que pueden servir de ayuda para disminuir al mínimo los cambios volumétricos son: 1. Limitar la proporción de agua en el concreto, al mínimo necesario para un buen colado.

2. Evitar las condiciones que aumenten la demanda de agua del concreto, como revenimientos elevados y elevadas temperaturas en el concreto.

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3. Usar la mayor cantidad total de agregado en la mezcla, en lo que sea posible.

4. Usar agregado grueso del tamaño máximo que se adapte a las condiciones de la obra.

5. Usar agregados finos y gruesos que tengan características de poca contracción cuando se usen en el concreto.

6. Evítense agregados que contengan cantidades excesivas de arcilla.

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