Tecnología de concreto arquitectónico by Gonzalo Chong

Innovaciones Técnologícas en Diseño y Construcción de Viviendas y Edificios con Concreto Arquitectónico

Tecnología de concreto arquitectónico: diseño de mezclas e innovaciones tecnológicas en el manejo de la trabajabilidad

CAPÍTULO PERUANO DEL AMERICAN CONCRETE INSTITUTE

Ing. José Alvarez Cangahuala CIP 58077

Concreto Arquitectónico

“concreto que esta expuesto permanentemente y que por siguiente, requiere de un cuidado especial en la selección del encofrado y de los materiales que se utilizan para preparar el concreto, así como del colocado y el acabado, a fin de obtener la apariencia arquitectónica deseada”. ACI 116 R-90

Un aspecto generalmente descuidado del concreto ha sido su apariencia...

Elementos especiales ( balc贸n , maceta , adorno )

Elemento interior ( gradas , decoraci贸n , adorno )

En elementos prefabricados...

Concreto arquitectónico Factores que influyen en el logro de un buen concreto arquitectónico Composición del concreto Textura del encofrado Colocación del refuerzo El desencofrado Tratamiento Superficial Diseños de los proyectos Arquitectónicos

Concreto arquitectónico Factores que influyen en el logro de un buen concreto arquitectónico Composición del concreto Textura de la formaleta Colocación del refuerzo El desencofrado Tratamiento Superficial Diseños de los proyectos Arquitectónicos

Concreto arquitect贸nico Clasificaci贸n: Superficies no tratadas. el mortero es el principal componente visible y la textura la proporciona el encofrado

Acabados obtenidos directamente del encofrado mรกs porosos En nuestro medio: predomina el color verde grisรกceo-parduzco

agua/cemento mayor

Depende principalmente del cemento y menor grado del color del agregado

agua/cemento menor

Concreto arquitect贸nico Clasificaci贸n: Superficies que son tratadas en la obra. mediante la remoci贸n del mortero superficial

Naturaleza del Concreto %

Proporciones tĂpicas en volumen absoluto de los componentes del concreto.

60% a 75%

15% a 22%

7% a 15%

1% a 3% 0.1% a 0.3%

Aditivos

Aire

Cemento

Agua

Agregados

Materiales

Cemento Tipos y Clases de Cemento EMPRESAS Cemento Andino Cementos Lima Cementos Pacasmayo Cemento selva s.a. Cementos Sur Yura

Cemento Portland I

X ( 1)

X (1)

X ( 1)

X (1) (2)

X (2)

Cemento Albañileria

C. Portland Adicionados IP

I (PM)

I Co

X X X X X

( 1 ) De bajo contenido de álcalis ( 2 ) A pedido.

deben cumplir con los requisitos especificados en las normas ASTM C 150, ASTM C 595

Cemento Blanco norma ASTM C-150

luminosidad elementos con apariencia est茅tica 贸ptima

Características del cemento blanco •Se utiliza de la misma manera que el cemento gris •Se diferencia del cemento gris por su tono obtenido por la ausencia de óxidos colorantes •Sus características de resistencia son iguales o mayores que las del cemento gris. •Existen varios tipos: con tiempo de fragua y resistencias diferentes . •Existen bajo contenido de Alkalis para minimizar las reacciones químicas entre el cemento y los granulados CEMENTOS BLANCOS EN EL PERÙ Compañía

Producto * Cemento Blanco Huascaran Agregados Calcareos S.A. - Peru ** Cemento Blanco Nieve Cemex - Colombia

Cemento Blanco Tolteca

* Para mosaicos, terrazas y granito artificial ** Para revestimientos interiores y exteriores con marmolinas

Bls. 50 kg. 50 kg. 50 kg.

Diversidad de tonalidades Coloreado con... agregados pigmentos cemento blanco

Ventaja la superficie del concreto no es alterada los tratamientos mecรกnicos no pueden decolorarlo

Pigmentos Los aditivos colorantes son pigmentos especialmente preparados para el uso en concreto y mortero. Están hechos de óxidos metálicos sintéticos o naturales. Proporcionan un color adecuado al concreto, sin afectar de manera importante las propiedades físicas de la mezcla y mecánicas del concreto endurecido. Deben cumplir con la norma ASTM C 979-99. Además de colorear deben de resistir... a la agresividad del cemento a las reacciones álcali a los sulfatos a los rayos ultra violeta del sol al intemperismo, etc.

Pigmentos

Ventajas Garantizan la uniformidad de color en toda la mezcla. Se coloca en cualquier elemento estructural. Variedad de colores. Fraguado y desarrollo de resistencias normal. Se le puede dar el acabado deseado (lavado, sopleteado, estampado, etc.) Colores permanentes estables. Bajos costos de mantenimiento

Pigmentos El di贸xido de titanio puede usarse para blanquear una mezcla o producir tonos pastel. Colores brillantes de concreto no son posibles, ni con pigmentos naturales o sint茅ticos. Colores mas intensos pueden ser obtenidos si se usa cemento blanco en vez de gris

En cemento blanco

En cemento Gris

Pigmentos

Funciones: • Proporcionar un relleno económico • Proveer una masa de partículas aptas para resistir la acción de cargas • Reducir los cambios de volumen • Acabado estético

p.e. usados en acabados de agregado expuesto, (color y textura)

Pueden emplearse agregados de peso normal o ligero encontrados en la ASTM C33 o ASTM C330

Acabados obtenidos por la exposición del agregado El color dependerá más de la selección de la piedra que del cemento y la arena.

Los agregados de escasa durabilidad, incluyendo algunas calizas, mármoles y otros materiales con contenido de calcio elevados, no son adecuados para superficies exteriores

Los agregados gruesos pueden contener minerales que reaccionan al ser expuestos a la atmósfera y que causan manchas

Impide o retarda el fraguado Disminuye la resistencia Reduce la durabilidad Corrosi贸n del acero de refuerzo Causa eflorescencias, manchado, etc.

El agua empleada en la preparaci贸n y curado del concreto deber谩 cumplir con los requisitos de la Norma INDECOPI 334.088 y ser de preferencia potable.

Agua

aditivos

Clasificaci贸n General de Aditivos ASTM C-494 Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D Tipo E Tipo F Tipo G

Reductores de agua Retardadores Acelerantes Reductores de agua & Retardadores Reductores de Agua & Acelerantes Reductores de agua de alto rango Reductores de agua de alto rango & Retardadores ASTM C-260 Incorporadores de aire

Clasificaci贸n General de Aditivos ASTM C-494 Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D Tipo E Tipo F Tipo G

Reductores de agua se emplean normalmente en concreto Retardadores arquitect贸nico para reducir la cantidad de agua, o para incrementar la trabajabilidad Acelerantes del concreto, en particular con mezclas especiales de agregado 谩spero. Reductores de agua & Retardadores Reductores de Agua & Acelerantes Reductores de agua de alto rango Reductores de agua de alto rango & Retardadores ASTM C-260 Incorporadores de aire

Clasificación General de Aditivos ASTM C-494 Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D Tipo E Tipo F Tipo G

Reductores de agua Retardadores pueden utilizarse en el concreto Acelerantes arquitectónico para retardar o controlar Reductores de agua & Retardadoresel fraguado inicial del concreto, de manera que se reduzca al mínimo las Reductores de Agua & Acelerantes juntas frías. dosis elevadas pueden causar Reductores de agua de alto rango Las problemas de decoloración. Reductores de agua de alto rango & Retardadores ASTM C-260 Incorporadores de aire

Clasificaci贸n General de Aditivos ASTM C-494 Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D Tipo E Tipo F Tipo G

El empleo de cloruro de calcio puede contribuir a la corrosi贸n de los metales y al oscurecimiento y moteado del concreto, por lo que no se recomienda para concreto arquitect贸nico

ETAPAS PRINCIPALES EN LA PRODUCCION DEL CONCRETO

selecci贸n de materiales colocado

mezclado

consolidado

dise帽o de mezclas

curado

transporte

Metodología del diseño de mezcla

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

De acuerdo al ACI 318-02... La dosificación de los materiales para el concreto debe establecerse para lograr: (a) (b) (c)

Trabajabilidad y consistencia que permita colocar fácilmente el concreto, sin segregación ni exudación Resistencia a exposiciones especiales Conformidad con los requisitos del ensayo de resistenciav

(d)

Acabado Superficial

Diseño húmedos

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

- De los materiales (p.e. Agregados: origen, tamaño y color) - Del elemento a vaciar, tamaño y forma de las estructuras - Resistencia requerida - Condiciones ambientales -Condiciones a la que estará expuesta - Aspecto agradable variaciones mín.de color y textura el menor # posible de defectos en la superficie al observarlas a una dist. de 6m..

Diseño húmedos

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

Modelos de preconstrucció preconstrucción de proporciones a escala (mismo equipo, materiales y los procedimientos de construcció construcción) Debe obtenerse de los especificadores la aprobació aprobación escrita del producto terminado antes de comenzar la estructura principal.

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

- En relación a su geometría y el refuerzo de las estructuras - Muchas veces la selección del TM esta en función de la disponibilidad del material y por su costo. - Deberá ser el mayor económicamente disponible y compatible con las dimensiones de la estructura.

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

- Examinar el tamaño de la sección que se va construir, la cantidad y espaciamiento del acero de refuerzo. - Considerar las condiciones de colocación. - Considerar el sistema de compactación.

Concretos standard <4”

Concretos superplastificados 6” a 8”

Concretos plastificados 4” a 6” Slump

Concretos rheoplasticos > 8”

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

- Está en función de las condiciones de trabajabilidad - TMN del agregado grueso - Ocasionalmente del tipo de cemento

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

El ACI 211 proporciona el porcentaje aproximado de aire total AIRE TOTAL = A. ATRAPADO + A. INCORPORADO

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

La relación a/c es función de la resistencia, durabilidad y requisitos de acabado.

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

Relación Agua - Cemento por resistencia

0.8 0.7 0.62 0.55 0.48 0.43 0.38

0.71 0.61 0.53 0.46 0.4 ……… ……..

140 175 210 245 280 315 350

0.76 0.67 0.6 0.53 0.49 0.45 0.4

0.71 0.62 0.55 0.49 0.45 0.4 …….

0.67 0.58 0.51 0.45 0.4 0.36 …….

0.6 0.51 0.45 0.37 0.33 0.29 ……..

Stanton Walker

Relación Agua - Cemento por resistencia

140 175 210 245 280 315 350

Diseño húmedos

Relación agua/cemento para diversos contenidos de aire total.

Fc ( 28 días )

comité 211 del ACI.

f´c ( 28 días )

Diseño en seco

Relación Agua - Cemento por resistencia

Relación A/C de diseño en peso f´c Concreto sin Concreto con ( 28 días ) aire incorporado aire incorporado 150 200 250 300 350 400 450

% arena % piedra

cemento

Estimación de la relación A/C en peso para agregado grueso del TMN indicado. 3/8"

3/4"

1 1/2"

0.87 0.79 0.72 0.66 0.61 0.57 0.53

0.85 0.76 0.69 0.62 0.58 0.53 0.49

0.8 0.71 0.64 0.58 0.53 0.49 0.45

Nacional Ready Mixed Concrete Association

Relación Agua - Cemento por resistencia Relación A/C 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75

Concreto sin aire incorporado f´c Cemento kg/cm2 Kg/m3 385 350 305 280 240 214 180 170

414 365 329 298 265 250 234 223

Concreto con aire incorporado f´c Cemento kg/cm2 Kg/m3 315 280 250 230 195 182 150 140

361 325 287 276 240 228 213 191

Bureau of Reclamation de los Estados Unidos

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

REQUISITOS PARA CONDICIONES DE EXPOSICION ESPECIALES

Condicion de exposición

Concreto con agregado de peso normal; relación Concreto con agregado normal y máxima agua/materiales ligero, f'c mínima, Mpa cementosos en pesos

Concreto que se pretende tenga baja permeabilidad en exposición al agua.

0.50

28.00

Concreto expuesto a congelación y deshielo en condición húmeda o a productos químicos descongelantes.

0.45

31.00

Para proteger de la corrsión del refuerzo en el concreto expuesto a cloruros de sales desongelantes, sal, agua salobre o salpicaduras del mismo origen.

0.40

35.00

ACI 318-02 Capítulo 4

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Por durabilidad

Diseño húmedos

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

Cemento = agua / (a/c)

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

Agregado fino Agregado fino y grueso

Agregado grueso

a/c

cemento

? ?

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

Análisis de la capacidad de acomodamiento y compactación de las partículas

lograr una máxima densidad y por ende una máxima resistencia

Para una distribución uniforme del agregado expuesto se recomienda una graunulometría abierta

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

CURVA FULLER THOMPSON Fórmula de Fuller Thompson P=100 (d/D)1/2

100

Donde: d: Abertura del Tamiz P: Porcentaje de material que pasa por el tamiz de abertura d D: Tamaño Máximo del agregado

90 80 70

T.M. :

25.4 1

d (m m )

% Pasa

76.1

100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 86.49 70.71 61.19 43.29 30.61 21.64 15.31 10.81 7.66

62.5

50.80

38.10 25.40

TAMAÑO MAXIMO

19.05 12.70

9.53

4.75 2.36

Granulometria

100.00

10.00

1.00

0.10

0.01

Limite

1.18 0.59 0.30 0.15

mm Pulg

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

CURVA NTP 400.037 NTP 400.037 100 90

TAMIZ Pulg 76.1 3" 62.5 2 1/2" 50.8 2" 38.1 1 1/2" 25.4 1" 19.05 3/4" 1/2" 12.7 9.525 3/8" 4.75 No 4 2.36 No 8 1.18 No 16 0.59 No 30 0.295 No 50 0.1475 No 100

80 70 60 50 40 30 20 10

Granulometria

Limite Superior

Limite Inferior

100.00

10.00

1.00

0.10

0.01

%MIN

LIMITES %MAX

100.00

95.00

100.00

70.00

88.00

55.40

75.00

35.00

55.00

28.10

50.00

18.20

40.00

10.00

35.00

6.00

20.00

0.00

8.00

Diseño húmedos

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

CURVA BOLOMEY Fórmula de Bolomey P = f + (100 – fi) x (d / D) 1/2

100

donde: P = porcentaje de material que pasa por el tamiz de abertura d. D = tamaño máximo del agregado. f = constante empírica que indica el grado de trabajabilidad de una mezcla de concreto para una consistencia y una forma determinada de las partículas . Valores de f

90 80 70 60 50 40

Consistencia del concreto en estado plástico

Forma Redonda Cúbica

30 20

Seca 6–8 8 – 10

Normal 10 12 – 14

10 0

Granulometria

Limite

100.00

10.00

1.00

0.10

0.01

Ingresar valor de f : 8

Húmeda 12 14 – 16

T.M. :

25.4 1

d (m m )

% Pasa

76.1

100.0

62.5

100.0

50.80

100.0

38.10

100.0

25.40

100.0

19.05

87.7

12.70

73.1

9.53

64.3

4.75

47.8

2.36

36.0

1.18

27.8

0.59

22.0

0.30

17.9

0.15

15.0

0.07

13.0

mm Pulg

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

Aspecto de una mezcla de concreto con granulometría clasificada, vaciada en obra, después del sopleteado con arena. Obsérvese la preponderancia de material de un tamaño.

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

Cálculo teórico para (vólumenes absolutos)

cemento

m3.

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

Especificac. Técnicas

TMN

Slump

Agua

Aire

a/c

cemento

% arena % piedra

Diseño en seco

Diseño húmedos

Previa corrección por el aporte de humedad de los agregados.

Agua de diseño

= +

corrección por absorción

Agua corregida por absorción

corrección por contenido de humedad

Agua efectiva

Concreto Autocompactante

Slump

Concreto Seco 0â&#x20AC;? de slump.

Concreto convencional de 4” de slump

Concreto Rheoplástico de 8” de slump.

Concreto Autocompactado de 70cm. de extensibilidad

Concreto Autocompactante Colocar concretos en sitios en los que es imposible la vibración y consolidación es un reto que aún no se ha superado con todo éxito, más aún cuando se presentan formas arquitectónicas complejas

Concreto Autocompactante Aplicaciones:

Concreto Autocompactante

Optimizar el sistema o proceso constructivo

Minimizar y/o absolver algún defecto en el proceso constructivo Diseño Estructural Especificaciones Técnicas Encofrados Propiedades del Concreto Fresco Colocación Compactación Condiciones Especiales de Construcción

Concreto Autocompactante

Optimizar el sistema o proceso constructivo

Minimizar y/o absolver algún defecto en el proceso constructivo

Concreto Autocompactante

Optimizar el sistema o proceso constructivo

Diseño Estructural Especificaciones Técnicas Encofrados Propiedades del Concreto Fresco Colocación Compactación Condiciones Especiales de Construcción

En estado fresco: Autocompactante Mezcla de alta fluidez Concreto cohesivo, sin segregación No requiere vibración

Concreto Autocompactante

Optimizar el sistema o proceso constructivo

En estado endurecido: Baja permeabilidad Matriz homogénea Alta resistencia a ataques químicos y carbonatación Excelente acabado superficial Baja contracción

Recomendaciones para el Diseño de Mezcla No se pueden generalizar. Realizar diferentes tandas de pruebas. Emplear tablas del ACI 211 Tener en cuenta los pesos específicos, por ejemplo el cemento Portland tiene 3150 kg/cm3 en promedio, y los cementos adicionados entre 2850 y 3000 kg/cm3. Se requiere mayor contenido de agua. Comparado con un D.M. normal, son más cohesivos, por lo tanto requiere mayor energía de compactación. Tener un asentamiento mayor de 8”.

concreto sin asentamiento

+ agua

concreto fluído segregación

+ superplastificante

concreto rheoplástico

ensayos en estado fresco...

extendido

Cuantifica la fluidez de la masa con la viscosidad de este. Debe alcanzar un diĂĄmetro de masa de 65 â&#x20AC;&#x201C; 80 cm.

ensayos en estado fresco...

ensayo U

U - box : Relaciona la capacidad de fluir.. h2 - h1 = 30 mm máx. h2 – h1 = 0 mm mín.

ensayos en estado fresco...

ensayo L

L - box : Relaciona la resistencia a la segregaciĂłn del concreto al traspasar zonas de armadura. h2 / h1 (autonivelaciĂłn) > 0.8 â&#x20AC;&#x201C; 1

ensayos en estado fresco...

Ensayo VFunnel

V â&#x20AC;&#x201C; Funnel : Cuantifica la deformabilidad del concreto en estado fresco, se relaciona con la capacidad de acomodarse a la geometrĂa del encofrado. Debe cumplir un tiempo de descarga de 6 â&#x20AC;&#x201C; 12 seg.

EQUIPOS PARA ENSAYOS DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO

COMPARATIVO CONCRETO AUTOCOMPACTADO CON TRADICIONAL

Muchas Gracias

FIN