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CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO

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CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES
ING. ANA TORRE C.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES
“CURSO BASICO DE TECNOLOGÍA DEL
CONCRETO”
Mayo del 2004
1
CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES
ING. ANA TORRE C.
INDICE
INDICE...................................................................................................................................................................................... 2
CAPITULO 1: ........................................................................................................................................................................... 5
CEMENTOS.......................................................................................................................................................................... 5
CAPITULO 2: ......................................................................................................................................................................... 29
AGUA PARA EL CONCRETO .......................................................................................................................................... 29
CAPITULO 3: ....................................................................................................................................................................... 432
AGREGADOS PARA EL CONCRETO ........................................................................................................................... 432
CAPITULO 4: ....................................................................................................................................................................... 609
ADITIVOS PARA EL CONCRETO................................................................................................................................. 609
CAPITULO 5: ......................................................................................................................................................................... 70
EL CONCRETO...................................................................................................................................................................... 70
DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ........................................................................................................................ 87
CAPITULO 7: ....................................................................................................................................................................... 106
ENSAYOS EN EL CONCRETO ...................................................................................................................................... 106
I.
II.
EL CONCRETO EN ESTADO FRESCO ....................................................................................................................... 106
EL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO ..................................................................................................... 110
CAPITULO 8: ....................................................................................................................................................................... 118
CONTROL ESTADÍSTICO EN ELCONCRETO............................................................................................................. 118
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA ....................................................................................................................................... 131
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ING. ANA TORRE C.
PROLOGO
El presente documento a sido preparado como una herramienta útil para
ampliar y profundizar los conocimientos de la tecnología del concreto, esta
dirigido a los estudiante de la facultad de ingeniería civil de la universidad
nacional de ingeniería para ser usado como documento de consulta. La ultima
edición de este libro a sido mejorada y actualizada para poder brindar un notable
incremento de productividad.
Este trabajo a sido elaborado mediante la recopilaciones de notas y apuntes de
clases del curso de tecnología del concreto I sección G con el apoyo
bibliográfico de libros relacionados con la fabricación y diseño del concreto,
manuales para supervisores y normas que rigen a la fabricación del concreto
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CEMENTOS
Profesora::
Ing. Ana Torre Carrillo
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CAPITULO 1:
CEMENTOS
1.-Antecedentes Históricos:
Se saben que desde épocas antiguas que los Romanos utilizaron como agregado ladrillos
quebrados los que eran embutidos en una mezcla de cal con polvo del ladrillo o la ceniza
volcánica de esta forma se construyeron una variedad amplia de estructuras como caminos,
acueductos, templos , palacios etc.
Se sabe también que se utilizaron losas de concreto en muchas de sus estructuras públicas
grandes como el Coliseo y el Partenón. Para lograr concretos de peso ligero, los romanos
utilizaron recipientes de barro que eran embebidos en la estructura generando vacíos en las
paredes. Y logrando así su propósito.
En 1824, el ingles J.Aspin, elaboró y patentó un producto similar al cemento, obtenido
mediante la cocción de una mezcla de calcáreos y arcilla finamente molida. Este ligante
permitió confeccionar un hormigón similar al obtenido con la piedra Pórtland (calcáreo muy
resistente de la isla de Pórtland) comúnmente utilizado en Inglaterra para la construcción.
De aquí la denominación “Cemento Pórtland”
2.-Definiciones:
Cemento Pórtland
Según la Norma Técnica Peruana NTP 334.009, el cemento Pórtland es un cemento
hidráulico producido mediante la pulverización del Clìnker compuesto esencialmente por
silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o más de las formas sulfato de
calcio como adición durante la molienda, es decir:
Cemento Pórtland = Clinker Pórtland + Yeso
El cemento Pórtland es un polvo muy fino de color verdoso. Al mezclarlo con agua forma una
masa (pasta) muy plástica y moldeable que luego de fraguar y endurecer, adquiere gran
resistencia y durabilidad.
El Clinker Pórtland
Es un producto semiacabado de forma de piedras negruzcas de tamaños de ¾”
aproximadamente, obtenido de la calcinación de una mezcla de materiales calcáreos y
arcillosos en proporciones convenientes, hasta llegar a una fusión incipiente (Clinkerización)
a 1450 °C. Está compuesto químicamente por Silicatos de calcio, aluminatos de calcio, ferro
aluminatos de calcio y otros en pequeñas cantidades, los cuales se forman por la combinación
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del Óxido de Calcio (CaO) con los otros óxidos: dióxido de silicio (SiO2) , óxido de aluminio
(A12O3) y óxido férrico (Fe2O3).
El Clìnker Pórtland se enfría rápidamente y se almacena en canchas al aire libre.
El cemento Pórtland es un polvo muy fino de color verdoso. Al mezclarlo con agua forma una
masa (pasta) muy plástica y moldeable que luego de fraguar y endurecer, adquiere gran
resistencia y durabilidad.
Cemento Pórtland Puzolànico:
Es aquel cemento que contiene puzolana se obtiene por la pulverización conjunta de una
mezcla de clìnker Pórtland y puzolana con adición de Sulfato de calcio : El contenido de
puzolana debe estar comprendido entre 15 y 40% en peso total. La puzolana debe ser un
material arcilloso o silico-aluminoso que por si mismo puede tener poco o ninguna actividad
hidráulica pero que finamente dividida y en presencia de humedad reacciona químicamente
con el hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen
propiedades hidráulicas.
3.-Materias primas del cemento Pórtland
Las principales materias primas necesarias para la fabricación de un cemento Pórtland son:
a. Materiales calcáreos: Deben tener un adecuado contenido de carbonato de calcio
(Co3Ca) que será entre 60% a 80%, y no deberá tener mas de 1.5% de magnesia. Aquí
tenemos a las margas, cretas v calizas en general estos materiales suministran el óxido
de calcio o cal.
b. Materiales arcillosos: Deben contener sílice en cantidad entre 60% y 70%. Estos
materiales proveen el dióxido de silicio o sílice y también el óxido de aluminio o
alúmina, aquí tenemos a las pizarras, esquistos y arcillas en general.
c. Minerales de fierro: Suministran el óxido férrico en pequeñas cantidades. En algunos
casos éstos vienen con la arcilla.
d. Yeso: Aporta el sulfato de calcio.
Nota: El yeso se añade al Clinker para controlar (retardar y regular) la fragua. Sin el yeso, el cemento
fraguaría muy rápidamente debido a la hidratación violenta del aluminato tricálcico y el ferro
aluminato tetracálcico.
4.-Proceso de Fabricaciòn
•
Extracción de la materia prima: Esta se realiza con la explotación de los
yacimientos a tajo abierto. El material resultante de la voladura es transportado en
camiones para su trituración, los mismos que son cargados mediante palas o
cargadores frontales de gran capacidad. Esta etapa comprende los procesos de
exploración, perforación, carguìo y acarreo.
•
Trituración de la materia prima: Se realiza en dos etapas, inicialmente se procesa
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en una chancadora primaria, del tipo cono que puede reducirla de un tamaño máximo
de 1.5 m hasta los 25 cm.( Chancado primario) . El material se deposita en una
cancha de almacenamiento y luego de verificar su composición química, pasa al
chancado secundario reduciéndose a tamaños de hasta ¾” aproximadamente.
•
Pre – homogenización : El material triturado se lleva a la planta propiamente dicha
por cintas transportadoras, depositándose en un parque de materias primas. En
algunos casos se efectúa un proceso de pre-homogeneización.
•
Molienda de Crudos: Este proceso se realiza por medio de molinos de bolas o
prensas de rodillos que producen un material muy fino además de dosificarse
adecuadamente los materiales para lograr un crudo optimo que será el que ingrese al
horno.
•
Homogenización: El Crudo finamente molido debe ser homogenizado a fin de
garantizar que el Clìnker sea de calidad constante es decir en esta etapa se debe
asegurar la composición química constante del crudo. Una vez homogenizado este
material es transportado mediante fajas transportadoras al intercambiador de calor.
•
Intercambiador de Calor ( Precalentador): Consiste en edificios que cuentan con
una torre de ciclones ubicados uno encima del otro al cual se le denomina
precalentador. El crudo que ya fue homogenizado ingresa por el extremo superior de
este precalentador pasando a través de los ciclones quienes captan el calor residual
evacuados con los gases de combustión salientes del horno en contracorriente con el
flujo del material que ingresa, entonces este crudo que se calienta por acción de los
gases generados en el quemador del horno e iniciándose de esta manera el proceso de
descarbonataciòn y transformación termo-químico del crudo. En esta etapa se pueden
alcanzar temperaturas hasta de 850ºC ( en la entrada al horno rotatorio ) , y en la parte
alta ( zona de salida de los gases del precalentador ) se alcanzan temperaturas
alrededor de 280ºC En la base de este edificio se encuentra un sistema de
precalcinaciòn previo a su ingreso al horno rotatorio . El intercambio de calor se
produce mediante transferencias térmicas por contacto íntimo entre la materia y los
gases calientes provenientes del horno, en un sistema de 4 a 6 ciclones en cascada, que
se encuentran al interior de una torre de concreto armado de varios pisos, con alturas
superiores a los cien metros.
•
Clinkerizaciòn: Es la zona mas importante del horno rotatorio siendo este el
elemento fundamental para la fabricación del cemento, se trata de un tubo cilíndrico
de acero con diámetros de 4 a 5 mts. y longitudes de 70 a 80 mts. los mismos que
interiormente se encuentran revestidos interiormente con materiales refractarios para
la obtención del clinker se debe alcanzar temperaturas alrededor de los 1500ºC, el
proceso en si es complejo se puede decir que se inicia con el ingreso del crudo
descarbonatado al horno rotatorio y que por efecto del calor que genera la combustión
del carbón o petróleo en un quemador situado en el extremo de la salida sufre
transformaciones físicas y químicas , llegándose a obtener el producto intermedio
llamado Clinker esto sucede a temperaturas del orden de los 1400 a 1450ºC. El horno
rotatorio de Cementos Lima alcanza una longitud de 83 mts y un diámetro de 5.25 mts
y una inclinación del 3% que permite el avance del material por deslizamiento , estos
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hornos giran a velocidades de 4.5 r.p.m y la temperaturas van desde 850ºC hasta
1450ºC . Sin embarga la fase liquida que nos indica el inicio del proceso de
sinterización tiene lugar a temperaturas de 1260ºC y que al aumentar la temperatura
aumenta también la fase liquida o fundida.
•
Temperatura
en el horno ºC
Reacciones en el interior del Horno
110
Evaporación de la humedad( secado ) de los diferentes materiales
110-450
Deshidratación de los materiales
eliminación del agua adsorbida.
600-750
Inicio de reacciones de los materiales deshidratados y formación en
pequeñas cantidades del C2S y compuestos intermedios como el
aluminato Calcico y Ferrocalcita ( CA, C2F)
900
La caliza se ha convertido en cal viva debido a la perdida de gas
carbónico ,la cal viva esta lista para reaccionar con el medio
ambiente por lo cual es llevada rápidamente a la zona de
sinterización.
1200
Las arcillas se empiezan a descomponer y liberan sílice , alumina y
Óxidos de fierro, la Sílice reacciona con la cal y se forma el C2S (
Belita)
1300
Se forma el C4AF liquido que actúa como fundente donde s e
disuelven los demás materiales , este liquido es muy adhesivo y
empezara a penetrar en los poros del ladrillo refractario , aislándolo
y enfriándolo con lo cual queda pegado y se inicia la formación de la
costra en el horno.
1340
Los materiales disueltos en el C4AF reaccionan formándose el C2S e
iniciándose el C3A
1400
Se ha formado completamente el C3A , liquido muy viscoso que le
da consistencia a la costra.
1450
Se encuentran formados todos los compuestos
(arcillas,
yeso,
caoliita),
Enfriamiento: No todos los minerales deseados del clìnker , hidráulicamente activos,
quedan estables después del proceso de clìnkerizaciòn por lo que es necesario que el
clìnker caliente deba ser enfriado rápidamente es decir una vez que el clìnker es
descargado por el horno pasa a la tercera parte del circuito de clìnkerizaciòn que se
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dan en los enfriadores. Estos enfriadores se encuentran a la salida del horno y
recibirán toda la carga del material que sale del horno a temperaturas entre 1000 a
1100ºC , constan de varias superficies escalonadas compuestas por placas fijas y
placas móviles alternadas con unos pequeños orificios por donde pasa el aire que es
insuflado por la parte inferior por la acción de ventiladores con el objeto de enfriar el
clìnker hasta aproximadamente 120ºC para ser almacenado posteriormente a esta
temperatura el material en las canchas de almacenamiento. Si el clinker formado por
el proceso de sinterización se enfría lentamente puede invertirse el sentido de las
reacciones de equilibrio y podrían disolverse en la fase liquida una parte del silicato
Tricàlcico ( compuesto importante para el desarrollo de resistencias en el cemento ) ,
por lo tanto un proceso de enfriamiento lento podría bajar la resistencia del cemento
por otro lado un proceso de enfriamiento rápido el cual es deseable por los efectos que
podrían causar en el cemento tales como: mejor molturabilidad por la existencia de
fisuras tensionales en el clìnker , menor proporción de alita disuelta.
•
Molienda del clìnker: Mediante un proceso de extracción controlado el clìnker entra
a los molinos de bolas o prensa de rodillos donde se obtendrá una superficie especifica
alta de los granos del cemento.
•
Envasado y despacho: Generalmente el cemento se comercializa en bolsas de 42.5
Kg., de acuerdo a los requerimientos del usuario también puede despacharse a granel.
Las bolsas, son de en papel krap extensible tipo Klupac con contenido de hojas, entre
dos y cuatro de acuerdo a los requerimientos de transporte o manipuleo. Solo en casos
muy especiales y necesarios, estas bolsas van provistas de un refuerzo interior de
polipropileno.
Estas bolsas de cemento son periódicamente controladas mediante la verificación de su
porosidad al aire, absorción, impermeabilidad y resistencias mecánicas. Las fábricas
cementeras también comercializan el cemento en bolsones con capacidad de 1.5
toneladas. Dichos bolsones son conocidos como big bag.
Todas las fábricas de cementos del Perú despachan cemento a granel. De esta forma se
despacha la cantidad mínima de 25 a 30 toneladas. Durante mucho tiempo, el cemento ha
sido suministrado en sacos de papel. Sin embargo, la tendencia mundial es el de
distribuirlo a granel, transportándolo en camiones cisterna y almacenándose en silos.
Ventajas de adquirir el cemento a granel:
•
•
•
•
•
Economía en la compra de cemento, mano de obra en la descarga, almacenamiento y
manipulación.
Economía por pérdidas, debido a deterioros en las bolsas.
Incremento en la productividad de la obra, se cuenta con el cemento iinmediatamente
Mínimo riesgo de robos.
Además que significa para un país ahorro de sus divisas por la disminución de la
importación de insumo para fabricación del envase.
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5.-Composición Química
a. Componentes Químicos
Los componentes químicos del cemento Pórtland se expresan por el contenido de óxidos, en
porcentajes. Los principales óxidos son: la cal, sílice, alúmina y el óxido férrico, siendo el
total de éstos del 95% al 97%. En pequeñas cantidades también se presentan otros óxidos: la
magnesia, el anhídrido sulfúrico, los álcalis y otros de menor importancia. Así tenemos:
Oxido Componente
Porcentaje Típico
Abreviatura
CaO
58% - 67%
C
SiO2
16% - 26%
S
Al2O3
4% - 8%
A
Fe2O3
2% - 5%
F
SO3
0.1% - 2.5%
MgO
1% - 5%
K2O y Na2O
0% - 1%
Mn2O3
0% - 3%
TiO2
0% - 0.5%
P2O5
0% - 1.5%
Pérdida x Calcinación
0.5% - 3%
b. Compuestos Químicos
Durante la calcinación en la fabricación del clinker de cemento Pórtland los óxidos se
combinan con los componentes ácidos de la materia prima entre si dando lugar a cuatro
importantes compuestos . Los principales compuestos que constituyen aproximadamente el
90-95% del cemento, también se presentan en menores cantidades, otros compuestos
secundarios.
Designación
Fórmula
Abreviatura
Porcentaje
Silicato tricálcico
3CaO.SiO2
C3S
30% a 50%
Silicato dicálcico
2CaO.SiO2
C2S
15% a 30%
Aluminato tricálcico
3CaO.Al2O3
C3A
4% a 12%
Ferro aluminato tetracálcico
4CaO.Al2O3.Fe2O3
C4AF
8% a 13%
Cal libre
CaO
Magnesia libre (Periclasa)
MgO
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Estos compuestos en presencia del agua se hidratan y forman nuevos compuestos que forman
la infraestructura de la pasta de cemento endurecido en el concreto .
6.-Propiedades de los compuestos principales
a. Silicato Tricálcico (C3S), conocido también como alita.
•
•
Se hidrata y endurece rápidamente
Es el más importante de los compuestos del cemento
•
Determina la rapidez o velocidad de fraguado
•
Determina la resistencia inicial del cemento
•
Libera gran cantidad de calor de hidratación es equivalente a 120 cal/gr. Este
compuesto tiene mucha importancia en el calor de hidratación de los cementos
•
Contribuye una buena estabilidad de volumen
•
Contribuye a la resistencia al intemperismo
b. Silicato Dicálcico (C2S), conocido también como belita.
•
•
•
•
•
•
•
Contribuye con las resistencias a edades mayores a una semana
Por su porcentaje en el clinker es el segundo en importancia
Se hidrata y endurece con lentitud
Alcanza elevada resistencia a la compresión a largo plazo (después de
prolongado endurecimiento)
El valor de hidratación es equivalente a 63 cal/gr
Contribuye a la resistencia al intemperismo junto al C3S
Su contribución a la estabilidad de volumen es regular
c. Aluminato Tricálcico (C3A)
•
•
•
•
•
•
•
Es el primero en hidratarse, o sea fragua con mucha rapidez (hidratación
violenta)
Libera gran cantidad de calor durante los primeros días de la hidratación
Incide levemente en la resistencia mecánica
Tiene baja resistencia al intemperismo (acción del hielo y deshielo)
Tiene mala estabilidad de volumen
Escasa resistencia a la acción del ataque de los sulfatos y ataques químicos
Calor de hidratación equivalente a 207 cal /gr
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d. Ferro Alumínato Tetra calcico (C4AF)
•
•
•
•
•
•
Reduce la temperatura de formación del clinker
Rápida velocidad de hidratación
El calor de hidratación es equivalente a 100 cal/gr (moderado)
En la resistencia mecánica no esta definida su influencia
La estabilidad de volumen es mala
Influye en el color final del cemento
Nota : El Silicato Tricálcico (C3S) y el Silicato Dicálcico (C2S) constituye el 75% del
cemento. Por eso la resistencia mecánica se debe a éstos dos compuestos.
7.-Propiedades del cemento
a. Finura o Fineza
Referida al grado de molienda del polvo, se expresa por la superficie específica, en m²/kg. En
el laboratorio existen 2 ensayos para determinarlo
• Permeabilimetro de Blaine
• Turbidimetro de Wagner
Importancia: A mayor finura, crece la resistencia, pero aumenta el calor de hidratación y
cambios de volumen. A mayor finura del cemento mayor rapidez de hidratación del cemento
y mayor desarrollo de resistencia.
Ejemplo:
Tipo de cemento
I
II
III
IV
V
Finura Blaine m2 / kg
370
370
540
380
380
b. Peso Especifico
Referido al peso del cemento por unidad de volumen, se expresa en gr/cm³. En el laboratorio
se determina por medio de:
•
Ensayo del Frasco de Le Chatelier (NTP 334.005)
Importancia: Se usa para los cálculos en el diseño de mezclas
Los pesos específicos de los cementos Pórtland son de aproximadamente 3.15
c. Tiempo de Fraguado
Es el tiempo entre el mezclado (agua con cemento) y la solidificación de la pasta. Se expresa
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en minutos. Se presenta como: El tiempo de Fraguado Inicial y El tiempo de Fraguado Final.
En el laboratorio existen 2 métodos para calcularlo
•
Agujas de Vicat : NTP 334.006 (97)
•
Agujas de Gillmore
: NTP 334.056 (97)
Importancia: Fija la puesta correcta en obra y endurecimiento de los concretos y morteros.
d. Estabilidad de Volumen
Representa la verificación de los cambios volumétricos por presencia de agentes expansivos,
se expresa en %. En el laboratorio se determina mediante:
•
Ensayo en Autoclave : NTP 334.004 (99)
e. Resistencia a la Compresión
Mide la capacidad mecánica del cemento a soportar uan fuerza externa de compresión . Es
una de las más importantes propiedades, se expresa en Kg/cm². En el laboratorio se determina
mediante:
•
Ensayo de compresión en probetas cúbicas de 5 cm
cemento-arena normalizada): NTP 334. 051 (98)
de lado (con mortero
Se prueba a diferentes edades : 1,3,7, 28 días.
Importancia: Propiedad que decide la calidad de los cementos
f. Contenido de aire
Mide la cantidad de aire atrapado o retenido en la mezcla (mortero), se expresa en % del
volumen total. En el laboratorio se determina mediante:
•
Pesos y volúmenes absolutos de mortero C-A en molde cilíndrico estándar: NTP
334.048
Importancia: Concretos con aire atrapado disminuye la resistencia (5% por cada 1 %)
g. Calor de Hidratación
Es el calor que se genera por la reacción ( agua + cemento ) exotérmica de la hidratación del
cemento, se expresa en cal/gr.y depende principalmente del C3A y el C3S . En el laboratorio
se determina mediante:
•
Ensayo del Calorímetro de Langavant o el de la Botella Aislante. Se emplea
morteros estándar: NTP 334.064
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8.-Tipos de cementos
a. Cementos Pórtland sin adición
Constituidos por Clinker Pórtland y la inclusión solamente de un determinado porcentaje de
sulfato de calcio (yeso). Aquí tenemos según las Normas Técnicas:
¾
Tipo I : Para usos que no requieran propiedades especiales de cualquier otro tipo
¾
Tipo II: Para uso general y específicamente cuando se desea moderada resistencia a
los sulfatos o moderado calor de hidratación
¾
Tipo III: Para utilizarse cuando se requiere altas resistencias iniciales
¾
Tipo IV: Para emplearse cuando se desea bajo calor de hidratación
¾
Tipo V: Para emplearse cuando se desea alta resistencia a los sulfates.
b. Cementos Pórtland Adicionados
Contienen además de Clinker Pórtland y Yeso, 2 o más constituyentes inorgánicos que
contribuyen a mejorar las propiedades del cemento. (Ejm.: puzolanas, escorias granuladas de
altos hornos, componentes calizos, sulfato de calcio, incorporadores de aire). Aquí tenemos
según Normas técnicas:
¾
¾
Cementos Pórtland Puzolánicos ( NTP 334.044 )
ƒ
Cemento Pórtland Puzolánico Tipo IP : Contenido de puzolana entre 15% y 40%.
ƒ
Cemento Pórtland Puzolánico Modificado Tipo I (PM) : Contenido de puzolana
menos de 15%.
Cementos Pórtland de Escoria ( NTP 334.049 )
ƒ
Cemento Pórtland de Escoria Tipo IS : Contenido de escoria entre 25% y 70%
ƒ
Cemento Pórtland de Escoria Modificado Tipo I (SM) : Contenido de escoria
menor a 25%
¾
Cementos Pórtland Compuesto Tipo 1 (Co) (NTP 334.073): Cemento adicionado
obtenido por la pulverización conjunta de Clinker Pórtland y materiales calizos
(travertino), hasta un 30% de peso.
¾
Cemento de Albañilería (A) (NTP 334.069): Cemento obtenido por la pulverización
de Clinker Pórtland y materiales que mejoran la plasticidad y la retención de agua.
¾
Cementos de Especificaciones de la Performance (NTP 334.082): Cemento
adicionado para aplicaciones generales y especiales, donde no existe restricciones en
la composición del cemento o sus constituyentes. Se clasifican por tipos basados en
requerimientos específicos: Alta resistencia inicial, resistencia al ataque de sulfatos,
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¾
calor de hidratación. Sus tipos son:
ƒ
GU : De uso general. Se usa para cuando no se requiera propiedades especiales
ƒ
HH : De alta resistencia inicial
ƒ
MS : De moderada resistencia a los sulfatos
ƒ
HS : De alta resistencia a los sulfatos
ƒ
MH: De moderado calor de hidratación
ƒ
LH : De bajo calor de hidratación
9.-Los Cementos en el Perú
En el Perú, actualmente tenemos las siguientes empresas cementeras:
NOMBRE
Cementos Lima S A
Cementos Pacasmayo S A A
Cemento Andino S A
Yura SA
Cemento Sur S A
Cemento Rioja
UBICACIÓN
Atocongo – Lima
Pacasmayo - La Libertad
Condorcocha - Tarma ( Junin )
Yura - Arequipa
Caracote - Juliaca ( Puno )
Pucallpa - Ucayali
Nota:
El cemento en el Perú se comercializa en bolsas de 42.5 kg. de papel krap extensible tipo
Klupac , que usualmente están entre dos y cuatro pliegos, de acuerdo a los requerimientos de
transporte o manipuleo eventualmente y por condiciones especiales pueden ir provistas de un
refuerzo interior de polipropileno. Estas bolsas son ensayadas para verificar su porosidad al
aire, absorción, impermeabilidad y resistencias mecánicas. Las fábricas cementeras
Nacionales están preparadas para realizar la comercialización del cemento en bolsones con
capacidad de 1.5 toneladas a estos se les
conoce como big bag.
Además se puede despachar estos cementos a granel.
La capacidad instalada (Tn/Año), así como los mercados de cada uno de estas fábricas de
cemento se muestran a continuación:
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EMPRESA
CAP. INST.
MERCADO
Cementos Lima S A
4’300,000
Lima, Callao, Ica, Ancash
Cementos Pacasmayo S A A
2’300,000
La Libertad, Amazonas, Cajamarca,
Lambayeque, Piura, Tumbes, Ancash
Cemento Andino S A
1’060,000
Lima, Callao, Junín, Huancavelica, Cerro de
Pasco, Loreto, Ucayali, San Martín,
Ayacucho
Yura SA
600,000
Arequipa, Moquegua, Tacna, Apurimac
Cemento Sur S A
155,000
Puno, Cusco, Apurimac, Madre de Dios,
Moquegua, Tacna
En relación a los tipos cementos por empresa producidos actualmente en el Perú, tenemos:
EMPRESA
TIPOS DE CEMENTO QUE PRODUCE
Cementos Lima S A
Sol I, Sol II, Supercemento Atlas IP
Cementos Pacasmayo S A
Pacasmayo I, Pacasmayo II, Pacasmayo V,
Pacasmayo MS-ASTM C-1157 , Pacasmayo IP,
Pacasmayo ICo ( COMPUESTO )
Cemento Andino S A
Andino I, Andino II, Andino V, Andino IPM
Cementos Selva
Cemento Pórtland Tipo I, Tipo II, Tipo V
,Puzolanico 1P,Compuesto 1Co
Yura SA
Yura I, Yura IP, Yura IPM, Cemento de Albañilería
marca Estuco Flex .
Cemento Sur S A
Rumi I, Inti 1PM, Portland tipo II, Portland Tipo V.
Cemento Rioja S.A.
Cemento Pórtland Tipo IPM
16
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10.-Requisitos Técnicos de los cementos: Se muestran de acuerdo a las Normas Técnica
Peruanas NTP 339.009, los requisitos físicos y químicos de los cementos Pórtland.
Requisitos físicos obligatorios
Tipos
Requisitos Físicos
I
II
V
MS
IP
ICo
3 días
120
100
80
100
130
130
7 días
190
170
150
170
200
200
28 días
280*
280*
210
280*
250
250
Inicial, mínimo
45
45
45
45
45
45
Final, máximo
375
375
375
420
420
420
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
--
--
0.04*
0.10
0.10*
--
14 días
6meses
6meses
Resistencia la Compresión mín Kg/cm²
Tiempo de fraguado, minutos
Expansión en autoclave,
% máximo
Resistencia a los Sulfatos
% máximo de expansión
Calor de Hidratación, máx, KJ/Kg
7 días
--
290*
--
--
290*
--
28 días
--
--
--
--
330*
--
a. Requisitos químicos obligatorios
Requisitos Químicos
Tipo
I
II
V
MS
IP
ICo
Óxido de Magnesio (MgO), máx, %
6.0
6.0
6.0
--
6.0
6.0
Trióxido de Azufre (SO3), máx, %
3.5
3.0
2.3
--
4.0
4.0
Pérdida por Ignición, máx, %
3.0
3.0
3.0
--
5.0
8.0
Residuo Insoluble, máx, %
0.75
0.75
0.75
--
--
--
Aluminato tricálcico (C3A), máx, %
--
8
5
--
--
--
0.6*
0.6*
0.6*
--
--
--
Álcalis equivalentes
( Na2O + 0.658 K2O ), máx, %
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b. Requisitos físicos opcionales
Tipo
Características Físicas Opcionales
I
II
III
IV
V
50
50
50
50
50
7 días
--
70
--
60
--
28 días
--
--
--
70
--
Resistencia la Compresión (MPa) 28 días
280
280
--
--
--
Resistencia a los sulfatos, 14 días, máx
--
--
--
--
0.04
Falso Fraguado, % ( P. Fin ) minimo
Calor de Hidratación, máx, Cal/gr
c. Requisitos químicos opcionales
Características Químicas Opcionales
Tipo
I
II
III
IV
V
Aluminato tricálcico (C3A), máx, %
--
--
5-8
--
--
Suma ( C3S + C3A ), máx %
--
58
--
--
--
0.6
0.6
0.6
--
--
Álcalis equivalentes
( Na2O + 0.658 K2O ), máx, %
Los tipos de cemento cuyo requisitos para concretos expuestos a soluciones que contienen
sulfatos se muestran a continuación:
Tipo
Cemento
Concreto con
agregado de
peso normal
rel. a/c máx
en peso
Concreto con
agregado de
peso normal y
ligero
Resist. Comp.
mínma MPa
0<SO4<150
--
--
--
0.1<SO4<0.2
150<SO4<1500
II, IP,
MS, IPM
0.50
40
Severa
0.2<SO4<2.0
1500<SO4<10,000
V
0.45
45
Muy severa
SO4>2.0
SO4>10,000
V más
puzolana
0.45
45
Exposición a
sulfatos
Sulfatos
solubles en
agua (SO4)
en el suelo
Sulfatos
(SO4) en el agua,
ppm
Insignificante
0<SO4<0.1
Moderada
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11.-Usos y aplicaciones de los cementos Pórtland
a. Cementos Pórtland estándar (Sin adición)
Tipo I Para construcciones de concreto y mortero de uso general y cuando no se requiera
propiedades especificas, se utiliza en concretos que no estén sujetos al ataque de
factores agresivos como podría ser la presencia de sulfatos en el suelo o en el agua.
Tipo II:En obras donde se requiera resistencia moderada a la acción de los sulfatos ( ejm.
Estructuras de drenaje) y/o moderado Calor de hidratación (consecuencia de la
hidratación del cemento). Se recomienda en edificaciones, estructuras industriales,
puentes, obras portuarias, perforaciones y en general en todas aquellas estructuras de
volumen considerable, y en climas calidos
Tipo III: Para obras que requiera alta resistencia elevadas a edades tempranas, normalmente a
menos de una semana ( ejm: adelanto de la puesta en servicio) y también en obras de
zonas frías su uso permite reducir el curado controlado .
Tipo IV:Para Estructuras se requiera bajo Calor de Hidratación, caso de represas, centrales
hidroeléctricas y obras de grandes masas de concreto, también debe tenerse en cuenta
que este cemento desarrolla resistencias a una velocidad inferior a la de los otros
cementos .
Tipo V:Además de las cualidades del Tipo II, es recomendado para obras donde se requiera
elevada resistencia a los sulfatos. Es el caso de obras portuarias expuesta al agua de
mar También en canales, alcantarillas, túneles, suelos con alto contenido de sulfatos.
estos cementos desarrollan resistencias mas lentamente que los cementos tipo I,
incrementan su resistencia a los sulfatos .
Fuente : ACI 318
b. Cementos Pórtland Adicionados
Tipo IP y IPM :Cementos cuya adición viene ha ser la puzolana tienen uso similar al del
Tipo I, y se recomienda en obras masivas o con ataques de aguas agresivas,
aguas negras, en cimentaciones en todo terreno, son cementos de moderado
calor de hidratación y de moderada resistencia a los sulfatos.
Tipo MS :
Cementos adicionados de escorias se puede emplear en todo tipo de
construcciones de concreto son resistentes a la agresión química, se puede
utilizar en estructuras en ambientes y suelos húmedos-salitrosos, para
estructuras en cimientos y pisos. En general se puede decir que tienen
moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor de hidratación.
Tipo ICo :
Corresponde al cemento tipo I mejorado con mayor plasticidad, se puede
utilizar en obras de concreto y de concreto armado en general, morteros en
general, especialmente para tarrajeo y asentado de unidades de albañilería,
pavimentos y cimentaciones.
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12.-Almacenamiento del cemento
La buena disposición que se adopte para el almacenamiento de los insumos del concreto,
contribuirá en la buena marcha de la obra, además de una producción eficiente del concreto
de calidad.
El diseño general de las instalaciones de almacenamiento, se efectúa en la etapa previa de la
construcción, teniendo en cuenta entre otros los siguientes parámetros:
° Ubicación y características del área donde se asienta la construcción.
° Espacios disponibles.
° Consumo promedio de concreto de acuerdo al cronograma de la obra
° Consumo máximo y duración del periodo en el cual se realiza la mayor producción de
concreto.
° Forma y medios de aprovisionamiento de los materiales.
° Stock mínimo que es conveniente mantener.
° Ubicación de las mezcladoras o central de mezcla.
° Alternativas y costos para las diferentes instalaciones de almacenamiento.
El cemento que se mantiene seco conserva todas sus características. Almacenado en latas
estancas o en ambientes de temperatura y humedad controlada, su duración será indefinida.
En las obras se requieren disposiciones para que el cemento se mantenga en buenas
condiciones por un espacio de tiempo determinado. Lo esencial es conservar el cemento seco,
para lo cual debe cuidarse no sólo la acción de la humedad directa sino además tener en
cuenta la acción del aire húmedo.
En obras grandes o en aquellos casos en que el cemento deba mantenerse por un tiempo
considerable se deberá proveer una bodega, de tamaño adecuado sin aberturas ni grietas,
ventilados a fin de evitar la humedad tal que se pueda mantener el ambiente lo más seco que
sea posible si se puede se debe planificar el empleo de extractores de aire. En los casos en que
sea previsible la presencia de lluvias, el techo tendrá la pendiente adecuada. El piso deberá ser
de preferencia de tablas, que se eleven 10 cm. sobre el suelo natural para evitar el paso de la
humedad. Eventualmente se pueden usar tarimas de madera. Las bolsas se deberán apilar
juntas, de manera de minimizar la circulación del aire, dejando un espacio alrededor de las
paredes de al menos 50 cm. Las puertas y las ventanas deberán estar permanentemente
cerradas. El apilamiento del cemento, por periodos no mayores de 60 días, podrá llegar hasta
una altura de doce bolsas. Para mayores periodos de almacenamiento el limite recomendado
es el de ocho bolsas, para evitar la compactación del cemento. Las bolsas de cemento se
dispondrán de manera que se facilite su utilización de acuerdo al orden cronológico de
recepción, a fin de evitar el envejecimiento de determinadas partidas. No deberá aceptarse, de
acuerdo a lo establecido en la norma, bolsas deterioradas o que manifiesten señales de
endurecimiento del cemento. En obras pequeñas o cuando el cemento va a estar almacenado
en periodos cortos, no más de 7 días, puede almacenarse con una mínima protección, que
puede consistir en una base afirmada de concreto pobre y una cobertura con lonas o láminas
de plástico. Las cubiertas deberán rebasar los bordes para evitar la penetración eventual de la
lluvia a la plataforma. El recubrimiento deberá afirmarse en la parte inferior y si es posible en
la superior para evitar que sea levantada por el viento. En todos los casos el piso deberá estar
separado del terreno natural y asegurar que se mantenga seco. En caso de largas periodos de
almacenamiento se recomienda además, de lo anterior, rotar periódicamente la posición de los
sacos, aprovechando el cambio para dar golpes de canto a los sacos y soltando asi las
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partículas de cemento que se aprieta durante el apilado. Además de cubrir los sacos con una
lámina de polietileno que llegue hasta el piso. Y no arrojar las bolsas desde lo alto ni
arrastrarlas por el piso. Las bolsas inferiores podrían presentar grumos blandos por efecto de
la compactación recuerde siempre que al abrir la bolsa de cemento la apariencia debe ser
harinosa, sin grumos De observarse grumos que con la presión de las yemas de los dedos no
se deshacen podrían haberse producido proceso de hidratación y debería realizarse algunos
ensayos a fin de confirmar su utilidad
Para los casos específicos de almacenamiento en silos :
Los silos de cemento, son elementos verticales, de forma generalmente cilíndrica y sección
circular, de gran altura con respecto a su diámetro. Los silos se caracterizan generalmente, por
el tonelaje almacenado, que varia entre los 15 y 50 m3.
El silo se compone de un cuerpo, constituido por un fuste cilíndrico metálico cerrado, de 2.40
a 2.80 de diámetro. Generalmente, en la parte superior, se dispone de una chimenea o
respiradero para la descompresión, la entrada de la tubería de carga y una escotilla para ingreso
de personas con cierre estanco. La parte inferior tiene forma de cono y en la zona más
estrecha, una abertura con dispositivo de cierre. El diseño del cono preveé limitar la
formación de bóvedas. Finalmente, los apoyos están constituidos por tubos y perfiles de
acero, que son anclados debidamente, para contrarrestar la acción del viento cuando el silo
está vacío, que genera esfuerzos de basculamiento que producen tracciones en los pies.
Eventualmente los silos cuentan con indicadores del nivel del cemento, filtros para eliminar el
polvo dispositivos antibòbeda y distribuidores de cemento .El cuerpo de los silos pequeños
por lo general es enteramente soldado, lo que permite ponerlo en obra rápidamente. Silos de
mayores dimensiones, que hacen difícil su transporte, se fabrican en secciones desmontables
empernadas Los de este tipo son más caros y eventualmente sujetos a la humedad. El cuerpo
de los silos pequeños por lo general es enteramente soldado, lo que permite ponerlo en obra
rápidamente. Silos de mayores dimensiones, que hacen difícil su transporte, se fabrican en
secciones desmontables empernadas. Los de este tipo son más caros y eventualmente sujetos
a la humedad. El cuerpo de los silos pequeños por lo general es enteramente soldado, lo que
permite ponerlo en obra rápidamente Silos de mayores dimensiones, que hacen difícil su
transporte, se fabrican en secciones desmontables empernadas. Los de este tipo son más caros
y eventualmente sujetos a la humedad La chimenea se instala en la parte superior del silo y
permite que penetre el aire para reemplazar el cemento que se descarga y que en el momento
de llenado puedan escapar tanto el aire del silo como el proveniente de la alimentación.
Inspeccionar periódicamente la estanqueidad de las compuertas a fin de minimizar el
deterioro y formación de grumos obsérvese principalmente las compuertas de carga, el techo,
las uniones soldadas. Mantener las compuertas cerradas cuando no se las usa..Usar sistemas
de aire comprimido con trampas de agua. Inspeccionar regularmente los silos por posibles
grumos o pegas, evitar la contaminación del cemento con sustancias que podrían afectar el
fraguado tales como azúcar, almidón compuestos de plomo zinc, cobre etc.
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13.-Los cementos Pórtland Puzolànicos:
Se definen como cementos Pórtland puzolánicos al producto resultante de la adición al
cemento Pórtland normal de puzolana
en un porcentaje entre 15 y 50% el cual es añadido durante la molienda del Clìnker.
Puzolana: Es un material de origen silìceo con escasa capacidad aglomerante por si solo,
pero que en presencia del agua algunos elementos de su constitución se combinan muy bien
con la cal, formando así compuestos con propiedades aglomerantes.
Clasificación : De acuerdo a su origen podemos clasificarlas en naturales y artificiales
Acción puzolànica : Cuando el cemento Pórtland se hidrata libera cierta cantidad de oxido de
calcio ( cal hidratada). Los materiales silicios como la puzolana al ser finamente molidos
reaccionan con el hidroxido de calcio formando los silicatos de calcio hidratados
Ventajas:
Económicas
Durante el proceso de fabricación el cemento Pórtland puzolànico tiene un menor costo de
producción ya que ingresa recién en la etapa final de molienda del clinker.
En el estado fresco
Aumenta la trabajabilidad de la mezcla
Disminuye la exudación y segregación
En el estado endurecido
Mejora la resistencia al intemperismo
Genera menores calores de hidratación
La impermeabilidad se ve incrementada
Desventajas
Demanda mayores cantidades de agua para la mezcla
Presenta mayor retracción durante la hidratación
Se recomienda un mayor control de calidad
La etapa de Curado debe ser contìnua evitando asì fisuraciones
14.-Normas Técnicas Peruanas de Cementos
NTP 334.009:1997 Cementos. Cemento Pórtland. Requisitos
NTP 334.044:1997 Cementos. Cementos Pórtland Puzolánico IP y I (PM).
NTP 334.050:1984 Cemento Pórtland Blanco tipo I. Requisitos
NTP-334.069:1998 Cementos. Cemento de Albañilería. Requisitos
NTP-334.082:1998 Cemento. Cementos Pórtland adicionados. Especificación de
Performance
NTP-334.083:1997 Cemento. Cementos Pórtland Adicionados tipos P y S
NTP-334.049:1985 Cemento Pórtland de escoria tipo IS y tipo ISM, requisitos
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NTP 334.073:1987 Cementos Pórtland compuesto tipo 1Co, requisitos
NTP 334.007:1997 Cementos Pórtland compuesto tipo 1Co, requisitos
NTP 334.084:1998 CEMENTOS. Aditivos funcionales a usarse en la producción de
cementos Pórtland.
NTP 334.085:1998 CEMENTOS. Aditivos de proceso a usarse en la producción de cementos
Pórtland
NTP 334.087:1999 CEMENTOS. Adiciones minerales en pastas, morteros y concretos;
microsílice, especificaciones
NTP 334.088:1999 CEMENTOS. Aditivos químicos en pastas, morteros y hormigón
(concreto); especificaciones
NTP 334.089:1999 CEMENTOS: Aditivos incorporados de aire en pastas, morteros y
hormigón (concreto); especificaciones
NTP 334.076:1997 CEMENTOS. Aparato para la determinación de los cambios de longitud
de pastas de cementos y morteros fraguados.
NTP 334.077:1997 CEMENTOS. Ambientes, gabinetes y tanques de almacenamiento
utilizados en los ensayos de cemento
NTP 334.079:1996 CEMENTOS. Especificación normalizada para pesas y mecanismos de
pesada para usos en los ensayos físicos de cemento
NTP 334.074-1997 CEMENTOS. Determinación de la consistencia normal
NTP 334.075:1997 CEMENTOS. Cemento Pórtland. Método de ensayo para optimizar el
SO3
NTP 334.078:1997 CEMENTO. Cemento Pórtland hidratado. Método normalizado para el
sulfato de calcio en morteros
NTP 334.045:1998 CEMENTOS. Métodos de ensayo para determinar la finura por tamizado
húmedo con tamiz normalizado de 45 µm
NTP 334.048:1997 CEMENTOS. Determinación del contenido de aire en morteros
de cemento hidráulico
NTP 334.052:1998 CEMENTOS. Ensayo para determinar el falso fraguado del cemento.
Método de la pasta. 2da edición.
NTP 334.002:1997 CEMENTOS. Determinación de la finura expresada por la superficie.
Específica.
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NTP 334.003:1998 CEMENTOS. Procedimiento para la obtención de pastas y morteros de
consistencia plástica por mezcla mecánica.
NTP 334.051:1998 CEMENTOS. Método para determinar la resistencia a la compresión de
morteros de cemento Pórtland cubos de 50mm de lado
NTP 334.006:1997 CEMENTOS. Determinación del fraguado utilizando la aguja de Vicat
NTP 334.064:1999 CEMENTOS. Método para determinar el calor de hidratación de
cementos Pórtland.
NTP 334.004:1999 CEMENTOS. Ensayo en autoclave para determinar la estabilidad de
volumen.
NTP 334.053:1999 CEMENTOS. Ensayo para determinar el falso fraguado de cemento.
Método del mortero.
NTP 334.066:1999 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el índice de actividad
puzolánico utilizando cemento Pórtland.
NTP 334.055:1999 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar el índice de actividad
puzolánico por el método de la cal.
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PREGUNTAS DE REPASO DEL CAPITULO
1.- Marcar verdadero o falso según corresponda:
a) Los silicatos de calcio son los principales componentes del clìnker
b) La puzolana reacciona con el hidróxido de calcio y forma compuestos que con propiedades
hidráulicas .
c) La cantidad de Co3Ca es 60% a 80%, y no deberá tener mas de 1.5% de magnesia.
d) El óxido férrico viene en pequeñas cantidades con la arcilla.
e) A 1200ºC,las arcillas se empiezan a descomponer y liberan sílice , alùmina y Óxidos de fierro.
f) Al C2S se le conoce con el nombre de Belita
g) Al C3S se le conoce con el nombre de Alita
h) C4AF dentro del horno de clinkerizaciòn actúa como fundente donde s e disuelven los demás
materiales.
i) A los 1400ºC se ha formado el C3A
j) El C3S representa entre el 30% a 50% del compuesto en el clìnker
k) Los cementos se comercializan en Big Bag
l) El tiempo de duración en condiciones óptimas del cemento es función de la humedad
m) Para periodos menores a 60 días se pueden apilar hasta 15 bolsas de cemento
n) La forma y el lugar para el almacenamiento del cemento no es un factor muy importante lo
mas importante es el tiempo en que va a permanecer almacenado.
o) Los cementos Pórtland puzolánicos modificados contienen menos del 15% de puzolana
p) La fineza del cemento se mide en unidades de cm2/ gr.
q) Los cementos Pórtland de escorias Tipo 1S ,tienen contenidos de escorias mayor al 25%
r) Las calizas representan entre el 50 – 70 % de las materias primas del cemento
s) Los silicatos Dicalcicos representan del 15 al 30%
t) A la magnesia libre se le conoce como periclasa
u) El tiempo de fragua inicial mínimo para el Pórtland I es 45 minutos en las agujas Vicat
2) Completar:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
………………………………. determina la rapidez o velocidad de fraguado
……………………………….….contribuyen a la resistencia al intemperismo
Tiene un calor de hidratación es equivalente a 63 cal/gr……………………
Es el primero en hidratarse…………………………………………………..
La estabilidad de volumen es mala…………………………………………..
A mayor……….. mayor resistencia………..mayor calor de hidratación
La resistencia a compresión de los cementos se mide en muestras de dimensiones…………,
forma………..
h) El calor de Hidratación depende principalmente del ………………………….
i) El cemento puzolànico 1P contiene puzolana alrededor del …………………..
j) Cemento Pórtland de Escoria Tipo IS : Contiene escorias entre ………………
k) Cementos Lima produce los siguientes tipos de cemento………………………
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l) Cementos Pacasmayo produce los siguientes tipos de cemento………………..
m) Para el ensayo de resistencia a compresión del cemento se preparan muestras de
forma……….y de dimensiones………….
n) El tiempo de inicio de fragua en los cementos Pórtland Tipo I se produce a………………..
o) A mayor fineza del cemento………………..resistencia a la compresión
p) ………………………Son métodos para medir la fineza del cemento
3) Indique ud. la influencia de los componentes mineralógicos en la resistencia a la
compresión y calor de hidratación en el cemento.
( 2pts)
Mineral
Resistencia
temprana
Resistencia final
Desarrollo de Calor
de
resistencia
Hidratación
C3S
C2S
C3A
3) Se tiene los resultados de resistencia en compresión de muestras de cemento Pórtland Tipo I:
•
Muestra
Carga( kg)
Edad ( dias)
1
3000
3
2
3115
3
3
3100
3
4
4750
7
5
4800
7
6
4780
7
7
7000
28
8
7050
28
9
7100
28
Analice los resultados y comente si cumplen con los requisitos de resistencia
4) Se tienen algunos resultados de ensayos de laboratorio siguientes:
Muestra
Edad
Carga kg.
1
3
2150
2
3
2050
3
3
2100
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•
4
7
4050
5
7
Xmin
6
7
3880
7
28
5300
8
28
5200
9
28
Ymin.
Suponiendo que se trata de cemento Pórtland tipo v, analice los resultados e indique
los valores mínimos esperados para x e y.
5.- Utilizando el cemento de la pregunta Nº4 se muestrearon probetas cilíndricas de concreto
y se ensayaron a los 7 días obteniéndose los siguientes resultados:
Muestra
Diámetro
cm.
Fecha
fabricación
de Fecha de ensayo
Carga
( Kg)
1
14.9
1/02/04
8/02/04
30000
2
15.0
1/02/04
8/02/04
28500
3
15.1
1/02/04
8/02/04
29000
4
14.8
1/02/04
8/02/04
30200
5
14.9
1/02/04
8/02/04
29500
6
14.8
1/02/04
8/02/04
29800
Considerando que el concreto solicitado es de 210 kg /cm2 , analice sus resultados
obtenidos y comente si existe necesidad de hacer reajustes en la mezcla.
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AGUA PARA EL CONCRETO
Profesora:
Ing. Ana Torre Carrillo
28
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CAPITULO 2:
AGUA PARA EL CONCRETO
1. Conceptos generales
Las aguas potables y aquellas que no tengan sabores u olores pueden ser utilizadas para
preparar concreto , sin embargo algunas aguas no potables tambièn pueden ser usadas si
cumplen con algunos requisitos , en nuestro paìs es frecuente trabajar con aguas no potables
sobre todo cuando se tratan de obras en las afueras de las ciudades.
El estudio de las caracterìsticas del agua a utilizar en la mezcla del concreto adquiere gran
importancia ya que este material interviene en la reacciòn química con el material cementante
( cemento) para lograr:
a. La formación de gel; se define como gel a la parte sòlida de la pasta la cual es el
resultado de la reacción quìmica del cemento con el agua durante el proceso de
hidratación.
En su estructura el gel es una aglomeración porosa de partìculas sòlidamente
entrelazadas el conjunto de las cuales forman una red eslabonada que contiene
material amorfo.El gel desempeña el papel màs importante en el comportamiento del
concreto especialmente en sus resistencias mecànicas y en su mòdulo de elasticidad.
Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento
Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de
calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este ùltimo es el componente cementante mas
importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, - fraguado y
endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional - principalmente depende del
gel del hidrato de silicato de calcio. Es la mèdula del concreto .
29
CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES
ING. ANA TORRE C.
b. En estado fresco ;faciliten una adecuada manipulación y colocación de la misma.
c. En estado endurecido; la conviertan en un producto de las propiedades y
características deseadas. Es importante conocer la velocidad de reacción entre el
cemento y el agua porque esta velocidad determinara el tiempo de fraguado y de
endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conseda
tiempo al transporte y colocaciòn del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto
ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento ràpido. El yeso,
que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del Clinker, actùa
como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento Portland. Otros
factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de la molienda,
los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el
momento del mezclado.
d. Curado del concreto; El aumento de resistencia continuarà con la edad mientras se
encuentre cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o
tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanezca
favorablemente la temperatura del concreto. Cuando la humedad relativa dentro del
concreto sea aproximadamente del 80% o la temperatura del concreto descienda por
debajo del punto de congelación, la hidratación y el aumento de resistencia
virtualmente se detiene.
Si se vuelve a saturar el concreto luego de un periodo de secado, la hidratación se
reanuda y la resistencia vuelve a aumentar. Sin embargo lo mejor es aplicar el curado
húmedo al concreto de manera contìnua desde el momento en que se ha colocado
hasta cuando haya alcanzado la calidad deseada debido a que el concreto es difícil de
resaturar.
Como requisito de carácter general y sin que ello implique la realización de ensayos que
permitan verificar su calidad, se podrá emplear como aguas de mezclado aquellas que se
consideren potables, o las que por experiencia se conozcan que pueden ser utilizadas en la
preparación del concreto.
Debe recordarse, que no todas las aguas inadecuadas para beber son inconvenientes para
preparar concreto. En general, dentro de las limitaciones, el agua de mezclado deberá estar
libre de sustancias colorantes, aceites y azúcares.
El agua empleada no deberá contener sustancias que puedan producir efectos sobre el
fraguado, la resistencia o durabilidad, apariencia del concreto, o sobre los elementos
metálicos embebidos en éste.
Previamente a su empleo, será necesario investigar y asegurarse que la fuente de provisión no
está sometida a influencias que puedan modificar su composición y características con
respecto a las conocidas que permitieron su empleo con resultados satisfactorios.
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2. Requisitos de calidad
El agua que a de ser empleada en la preparación del concreto deberá cumplir con los
requisitos de la Norma NTP 339.088 y ser, de preferencia potable. No existen criterios
uniformes en cuanto a los límites permisibles para las sales y sustancias presentes en el agua
que va. a emplearse.
La Norma Peruana NTP 339.088 considera aptas para la preparación y curado del concreto,
aquellas aguas cuyas propiedades y contenidos de sustancias disueltas están comprendidos
dentro de los siguientes límites:
Tabla: Límites permisibles para el agua de mezcla y curado según la norma NTP 339.088
DESCRIPCIÓN
Sólidos en suspensión
(residuo insoluble)
LIMITE PERMISIBLE
5,000
ppm
Máximo
3
ppm
Máximo
1,000
ppm
Máximo
Sulfatos ( ión SO4 )
600
ppm
Máximo
Cloruros ( ión Cl- )
1,000
ppm
Máximo
pH
5a8
Materia Orgánica
Alcalinidad (NaCHCO3)
Máximo
Recomendaciones Adicionales:
•
Si la variación de color es un requisito que se desea controlar, el contenido máximo de
fierro, expresado en ión férrico, será de 1 ppm.
•
El agua deberá estar libre de azúcares o sus derivados. Igualmente lo estará de sales de
potasio o de sodio.
•
Si se utiliza aguas no potables, la calidad del agua, determinada por análisis de
Laboratorio, deberá ser aprobada por la Supervisión.
•
La selección de las proporciones de la mezcla de concreto se basará en resultados en
los que se ha utilizado en la preparación del concreto el agua de la fuente elegida.
3. Efectos de las Sustancias Disueltas:
•
El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas naturales puedan afectar
el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la resistencia ùltima del concreto, es
un problema que presenta una complejidad considerable. Las aguas que estèn muy
coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas en que tengan visibles
algas verdes o cafes deberán ser vistas con desconfianza y en consecuencia ensayadas.
•
Sustancias Orgànicas; El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas
31
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naturales puedan tener en el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la
resistencia ùltima del concreto, es un problema que presenta una complejidad
considerable.
Las aguas que estèn muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas
en que sean visibles algas verdes o cafes deberán ser vistas con desconfianza y en
consecuencia ensayadas.
•
Sedimentos o partìculas en suspensión; Se puede tolerar en el agua aproximadamente
2,000 ppm de arcilla en suspensiòn o de partículas finas de roca. Cantidades mayores
podría no afectar la resistencia, pero bien podrían influir sobre otras propiedades de
algunas mezclas de concreto. Antes ser empleada, cualquier agua lodosa deberà pasar
a través de estanques de sedimentación o deberá ser clarificada por cualquier otro
medio para reducir la cantidad de sedimentos y de arcilla agregada a la mezcla.
Cuando se regresan finos de cemento al concreto en aguas de enjuague recicladas, se
pueden tolerar 50,000 ppm.
•
Azùcar; Una pequeña cantidad de sacarosa, de 0.03% a 0.15% del peso del cemento,
normalmente retarda el fraguado del cemento. El limite superior de este rango varia
respecto de los distintos cementos. La resistencia a 7 dias puede verse reducida, en
tanto que la resistencia a los 28 días podría aumentar. El azùcar en cantidades de
0.25% o mas del peso del cemento puede provocar un fraguado ràpido y una
reducción sustancial de la resistencia a los 28 días. Cada tipo de azúcar afecta al
tiempo de fraguado y a la resistencia de manera distinta. Menos de 500 ppm de azùcar
en el agua de mezclado, generalmente no producen un efecto adverso en el desarrollo
de la resistencia, pero si la concentración sobrepasa esta cantidad, se deberán realizar
ensayos para analizar el tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia.
4. Utilización de aguas no potables
Cuando el agua a ser utilizada no cumpla con uno o varios de los requisitos indicados en la
tabla anterior, se deberá realizar ensayos comparativos empleando el agua en estudio y agua
destilada o potable, manteniendo similitud de materiales y procedimientos. Dichos ensayos se
realizarán, de preferencia, con el mismo cemento que será usado. Dichos ensayos incluirán la
determinación del tiempo de fraguado de las pastas y la resistencia a la compresión de
morteros a edades de 7 y 28 días.
El tiempo de fraguado no es necesariamente un ensayo satisfactorio para establecer la calidad
del agua empleada ni los efectos de la misma sobre el concreto endurecido. Sin embargo, la
Norma NTP 339.084 acepta que los tiempos de fraguado inicial y final de la pasta
preparada con el agua en estudio podrán ser hasta 25% mayores o menores,
respectivamente, que los correspondientes a las pastas que contienen el agua de referencia.
Los morteros preparados con el agua en estudio y ensayados de acuerdo a las
recomendaciones de la Norma ASTM C 109 deben dar a los 7 y 28 días, resistencias a la
compresión no menores del 90% de la de muestras similares preparadas con agua
potable. Es recomendable continuar los estudios a edades posteriores para certificar que no se
presentan reducciones de la resistencia.
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Cuando la concentración de sales, especialmente cloruros exceda los limites indicados en
estas recomendaciones, se efectuarán ensayos de resistencia a la compresión a edades de 180
y 365 días.
No se permitirá en concretos presforzados el empleo de aguas que superen los límites de sales
especificados.
Ni el olor ni el sabor son índices de la calidad del agua. Tampoco son los resultados de los
ensayos de estabilidad de volumen.
Podrá utilizarse, previa autorización de la Supervisión, aguas no potables si, además de
cumplir los requisitos anteriores se tiene que:
a. Las impurezas presentes en el agua no alteran el tiempo de fraguado, la resistencia,
durabilidad, o estabilidad de volumen del concreto; ni causan eflorescencias, ni
procesos corrosivos en el acero de refuerzo.
b. El agua es limpia y libre de cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, álcalis, sales,
materia orgánica, o sustancias que pueden ser dañinas al concreto, acero de refuerzo,
acabados o elementos embebidos.
c. La selección de las proporciones de la mezcla se basará en los resultados de ensayos
de resistencia en compresión de concretos en cuya preparación se ha utilizado agua de
la fuente elegida.
Sobre esta base se ha determinado que algunas aguas aparentemente inconvenientes no dan
necesariamente un efecto dañino en el concreto. De acuerdo a los criterios expresados y
previa realización de los ensayos correspondientes, las siguientes aguas podrían ser utilizadas
en la preparación del concreto:
a. Aguas de pantano y ciénaga, siempre que la tubería de toma esté instalada de manera
tal que queden por lo menos 60 cm de agua por debajo de ella, debiendo estar la
entrada de una rejilla o dispositivo que impida el ingreso de pasto, raíces, fango, barro
o materia sólida.
b. Agua de arroyos y lagos.
c. Aguas con concentración máxima de 0.1% de SO4.
d. Agua de mar, dentro de las limitaciones que en la sección correspondiente se indican.
e. Aguas alcalinas con un porcentaje máximo de 0.15% de sulfates o cloruros.
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Aguas prohibidas
Está prohibido emplear en la preparación del concreto:
-
Aguas ácidas. En general, el agua de mezclado que contiene acidos clorhídrico,
sulfúrico y otros acidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000
ppm no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores pH
menores que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la
medida de lo posible
-
Aguas calcáreas; minerales; carbonatadas; o naturales
-
Aguas provenientes de minas o relaves
-
Aguas que contengan residuos industriales
-
Aguas con un contenido de cloruro de sodio mayor del 3%; o un contenido de sulfato
mayor del 1%.
-
Aguas que contengan algas: materia orgánica: humus; partículas de carbón; turba;
azufre; o descargas de desagües.
-
Aguas que contengan ácido húmico u otros ácidos orgánicos.
-
Aguas que contengan azucares o sus derivados.
-
Aguas con porcentajes significativos de sales de sodio o potasio disueltos, en especial
en todos aquellos casos en que es posible la reacción álcali-agregado. Las aguas con
concentraciones de hidróxido de sodio de 0.5% el peso del cemento, no afecta en gran
medida a la resistencia del concreto toda vez que no ocasionen un fraguado rápido.
Sin embargo, mayores concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto. El
hidróxido de potasio en concentraciones menores a 1.2% por peso de cemento tiene
poco efecto en la resistencia del concreto desarrollada por ciertos cementos, pero la
misma concentracion al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente
la resistencia a los 28 días.
-
Aguas de enjuague;La Agencia de Protecciòn Ambiental y las agencias estatales de
los EEUU prohiben descargar en las vías fluviales, aguas de enjuague no tratadas que
han sido utilizadas para aprovechar la arena y la grava de concretos regresados o para
lavar las mezcladoras.
-
Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia orgànica.
Luego que esta aguas se han diluido en un buen sistema de tratamiento, la
concentración se ve reducida aproximadamente 20 ppm o menos. Esta cantidad es
demasiado pequeña para tener efecto de importancia en la resistencia.
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5. Limitaciones
Las sales u otras sustancias dañinas que puedan estar presentes en los agregados y/o aditivos,
deberán sumarse a la cantidad que pudiera aportar el agua de mezclado a fin de evaluar el
total de sustancias inconvenientes que pueden ser dañinas al concreto, el acero de refuerzo, o
los elementos metálicos embebidos.
El agua empleada en la preparación del concreto para elementos presforzados, o en concretos
que tengan embebidos elementos de aluminio o de fierro galvanizado, incluyendo la porción
del agua de la mezcla con la que contribuyen la humedad libre del agregado o las soluciones
de aditivos, no deberá contener cantidades de ión cloruro mayores del 0.6% en peso del
cemento.
La suma total de las cantidades de ión cloruro presentes en el agua, agregados y aditivos, no
deberá nunca exceder, expresada en porcentajes en peso del cemento, de los porcentajes
indicados a continuación:
Tabla : Porcentaje de ión cloruro máximo según el tipo de concreto
TIPO DE CONCRETO
PORCENTAJE
Concreto preesforzado
0.06%
Concreto armado con elementos de aluminio o fierro
galvanizado
0.06%
Concreto armado expuesto a la acción de cloruros
0.10%
Concreto armado sometido a un ambiente húmedo pero
no expuesto a cloruros
0.15%
Concreto armado seco o protegido de la humedad durante
su vida por medio de un recubrimiento impermeable
0.80%
6. Agua de mar
Aun cuando un concreto hecho con agua de mar puede tener una resistencia temprana mayor
que un concreto normal, sus resistencias a edades mayores (después de 28 días) pueden ser
inferiores. Esta reducción de resistencia puede ser compensada reduciendo la relación agua –
cemento.
El agua de mar no es adecuada para producir concreto reforzado con acero y no deberà usarse
en concreto preforzados debido al riesgo de corrosiòn del esfuerzo, particularmente en
ambientes cálidos y hùmedos.
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El agua de mar que se utiliza para producir concreto, también tiende a causar eflorescencia y
humedad en superficies de concreto expuestas al aire y al agua
En algunos casos muy excepcionales puede ser necesario utilizar agua de mar en la
preparación del concreto. En estos casos debe conocerse el contenido de sales solubles, así
como que para una misma concentración los electos difieren sí hay un contacto duradero, con
renovación o no del agresivo, o si se trata de una infiltración.
Debe recordarse que mucho menor intensidad tiene el ataque del agua de mar al concreto si se
trata de un contacto sin renovación ya que el agente activo se agota y su acción se modifica
por la presencia de nuevos productos formados por la reacción, caso en que la reacción tiende
a anularse. El agua de mar sólo podrá utilizarse como agua de mezclado en la preparación del
concreto con autorización previa escrita del Proyectista y la Supervisión, la misma que debe
de figurar en el Cuaderno de Obras. Está prohibido su uso en los siguientes casos:
-
Concreto presforzado.
-
Concretos cuya resistencia a la compresión a los 28 días sea mayor del 75 Kg/cm².
-
Concretos con elementos embebidos de fierro galvanizado o de aluminio.
-
Concretos preparados con cementos de alto contenido de óxido de alúmina, o con un
contenido de C3A mayor del 5%.
-
Concretos con acabado superficial de importancia.
-
Concretos expuestos o concretos cara vista.
-
Concretos masivos.
-
Concretos colocados en climas cálidos.
-
Concretos expuestos a la brisa marina.
-
Concretos con agregados reactivos.
-
Concretos en los que se utiliza cementos aluminosos.
En la utilización del agua de mar como agua de mezclado se debe recordar que:
a.
No hay evidencias de fallas de estructuras de concreto simple preparadas este agua.
b.
La utilización del agua de mar en la preparación del concreto no produce variación en
el asentamiento; obteniéndose para cualquier dosificación la misma trabajabilidad
que se consigue empleando aguas potable.
c.
Puede presentarse una aceleración en el fraguado y endurecimiento inicial de la
mezcla.
d.
La resistencia a la tracción y compresión en morteros preparados, es mayor durante
los primeros días. en relación a los morteros preparados con apua potable.
e.
Su empleo disminuye la resistencia a la compresión a los 28 días aproximadamente
en un 12% a los tres días pueden presentarse valores del 124% a 137%, tendiendo la
resistencia a igualarse a los siete días a la de los concretos preparados con agua
potable.
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f.
A partir de los 7 días la resistencia de los concretos preparados con agua de mar
tiende a disminuir, obteniéndose a los 28 días una resistencia a la tracción del 93% y
a la compresión del orden del 94%, respecto a los concretos preparados con agua
potable.
g.
El efecto del empleo del agua de mar como agua de mezclado sobre la resistencia
final del concreto, puede compensarse diseñando la mezcla para una resistencia
promedio del 110% de aquella que se desea alcanzar a los 28 días.
h.
La presencia del agua de mar puede provocar corrosión del acero de refuerzo y
elementos metálicos embebidos por lo que el recubrimiento de estos deben ser no
menor de 70 mm.
i.
El concreto debe ser bien compactado, buscando la máxima densidad y la menor
porosidad a fin de impedir reacciones de las sales existentes, asegurando una
durabilidad aceptable y satisfactoria.
j.
La utilización de agua de mar como agua de mezclado permite, al incrementar las
resistencias iniciales y favorecer el endurecimiento rápido del concreto, un
desencofrado o una puesta en servicio más rápidos.
k.
Puede provocar eflorescencias.
Si el agua de mar se emplea como agua de mezclado es recomendable que el cemento tenga
un contenido máximo del 5% de aluminato tricálcico (C3A) y la mezcla tenga un contenido
mínimo de cemento de 350 kg/m³; una relación agua-cemento máxima de 0.5; consistencia
plástica; y un recubrimiento al acero de refuerzo no menor de 70 mm.
Finalmente cabe indicar que ciertas especificaciones y códigos no permiten su empleo, y otras
la restringen. En la mayoría no se hace mención a sus efectos. Así:
a. Las especificaciones alemanas permiten el uso de toda agua, excepto cuando se
emplea cemento aluminoso, y el agua no contiene más del 3% como suma de los
contenidos de sodio y magnesio.
b. El ACI en la recomendación 318 no da especificaciones referentes al empleo del agua
de mar como tal.
c. Igualmente, dentro de las limitaciones indicadas, la Portland Cement Association,
permite el empleo del agua de mar tanto cu concreto simple como en concreto
armado.
d. El Código Británico permite el empleo del agua de mar en concreto simple, no así en
concreto armado, excepto donde la eflorescencia es inconveniente.
e. El Código Ruso prohibe el empleo del agua de mar en estructuras marítimas
reforzadas en zonas de clima caliente, debido al peligro de corrosión y eflorescencia,
pero el empleo de este agua en otros climas no es objetado.
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7. Requisitos del comité 318 del ACI
a.
El agua empleada en el mezclado del concreto deberá estar limpia y libre de
cantidades peligrosas de aceites, álcalis, ácidos, sales, materia orgánica, u otras
sustancias peligrosas para el concreto o el refuerzo.
b.
El agua de mezclado para concreto premezclado o para concreto que deberá
contener elementos de aluminio embebidos, incluida la porción del agua de
me/ciado que es contribuida en forma de agua libre sobre el agregado, no deberá
contener cantidades peligrosas de ión cloruro.
c.
No deberá emplearse en el concreto aguas no potables, salvo que las siguientes
condiciones sean satisfechas.
d.
La selección de las proporciones del concreto deberá basarse en mezclas de concreto
en las que se ha empleado agua de la misma fuente.
e.
Los cubos de ensayo de morteros preparados con aguas de mezclado no potables
deberán tener a los 7 y 28 días resistencias ¡guales a por lo menos el 90% de la
resistencia de especimenes similares preparados con agua potable. Los ensayos de
comparación de resistencia deberán ser preparados con morteros, idénticos con
excepción del agua de mezclado, preparados y ensayados de acuerdo con la Norma
ASTM C 109 "Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortar”
(Empleando especimenes cúbicos de 2" ó 50 mm).
Observaciones:
Casi todas las aguas naturales que son bebibles (potables) y que no tienen olor o sabor
pronunciados, son satisfactorias para ser empleadas como aguas de mezclado en la
preparación del concreto. Las impurezas, cuando son excesivas pueden afectar no sólo el
tiempo de fraguado, la resistencia del concreto, y la estabilidad de volumen (cambios de
longitud, sino que también pueden causar eflorescencias o corrosión del refuerzo. Cuando
ello sea posible, las aguas con altas concentraciones de sólidos disueltos deberán ser evitadas.
Las sales u otras sustancias peligrosas, con las que contribuyen los agregados o aditivos,
deben ser añadidas al volumen que puede ser contenido en el agua de mezclado. Estos
volúmenes adicionales deben ser considerados en la evaluación de la aceptación de las
impurezas totales que pueden ser peligrosas para el concreto o acero.
8. Efectos de las Impurezas en el agua
•
El carbonato de sodio; puede causar fraguados muy rápidos, en tanto que lo
bicarbonatos pueden acelerar o retardar el fraguado. En concentraciones fuertes estas
sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del concreto. Cuando la
suma de las sales disueltas exceda 1,000 ppm, se deberan realizar pruebas para
analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días.
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•
•
También se debera considerar la posibilidad que se presenten reacciones alcali –
agregado graves.
Cloruros;La inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de
mezclado, se debe principalmente al posible efecto adverso que lo iones de cloruro
pudieran tener en la corrosion del acero de refuerzo, o de los torones del presfuerzo.
Los iones cloruro atacan la capa de oxido protectora formada en el acero por el medio
químico altamente alcalino (pH 12.5) presente en el concreto. Los cloruros se pueden
introdicir en el concreto, ya sea con los ingredientes separados – aditivos, agregados,
cemento, y agua – o atraves de la exposición a las sales anticongelantes, al agua de
mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas. El agua que se utilice en concreto
preforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no debera contener
cantidades nocivas de ion cloruro. Las aportaciones de cloruros de los ingredientes
distintos al agua también se deberán tomar en consideración. Los aditivos de cloruro
de calcio se deberán emplear con mucha precaución
El interés respecto a un elevado contenido de sulfatos en el agua, se debe a las posibles
reacciones expansivas y al deterioro por ataque de sulfatos, especialmente en aquellos lugares
donde el concreto vaya a quedar expuesto a suelos o agua con contenidos elevados de
sulfatos. Aunque se a empleado satisfactoriamente aguas que contenían 10,000 ppm de sulfatos de
sodio.
•
Los carbonatos de calcio y de magnesio no son muy solubles en el agua y rara ves se
les encuentra en concentraciones suficientes para afectar la resistencia del concreto.
En algunas aguas municipales se pueden encontrar bicarbonatos de calcio y de
magnesio. No se consideran dañinas las concentraciones inferiores o iguales a 400
ppm de bicarbonato en estas formas. Se han obtenido buenas resistencias con
concentraciones hasta de 40,000 ppm de cloruro de magnesio. Las concentraciones e
sulfato de magnesio deberán ser inferiores a 25,000 ppm
•
Las aguas freaticas naturales rara vez contienen mas de 20 a30 ppm de hierro; sin embargo,
las aguas de mina acidas pueden contener cantidades muy grandes. Las sales de hierro en
concentraciones hasta 40,000 ppm normalmente no afectan de manera adversa al desarrollo de
la resistencia.
•
Las sales de magnesio, estaño, zinc, cobre y plomo presentes en el agua pueden
provocar una reducción considerable en la resistencia y también grandes variaciones
en el tiempo de fraguado. De estas, las mas activas son las sales de zinc, de cobre y de
plomo. Las sales que son especialmente activas como retardantes, incluyen el yodato
de sodio, fosfato de sodio, arsenato de sodio y borato de sodio.Generalmente se
pueden tolerar en el agua de mezclado concentraciones de estas sales hasta de 500
ppm. Otra sal que puede ser dañina al concreto es el sulfuro de sodio; aun la presencia
de 100 ppm requiere de ensayes.
9. Almacenamiento
El agua a emplearse en la preparación del concreto se almacenará, de preferencia, en tanques
metálicos o silos. Se tomarán las precauciones que eviten su contaminación. No es
recomendable almacenar el agua de mar en tanques metálicos.
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10. Muestreo
El muestreo del agua de mezclado se efectuará de acuerdo en lo indicado en la Norma NTP
339,070 ó ASTM D 75. Se tendrá en consideración que:
a. En las especificaciones de la obra ( Expediente tecnico ) se indicara la frecuencia de
muestreo caso contrario es la Supervisión quien determinará la frecuencia de la toma
de muestras.
b. Las muestras remitidas al Laboratorio serán representativas del agua tal como será
empleada. Una sola muestra de agua puede NO ser representativa si existen
variaciones de composición en función del tiempo como consecuencia de las
variaciones climáticas u otros motivos.
c. Si se duda de la representatividad de la muestra, se deberán tomar muestras periódicas
a distintas edades y días o, a la misma hora en distintos lugares, igualmente cuando se
presume que haya variado la composición del agua.
d. Cada muestra tendrá un volumen mínimo de 5 litros, se envasarán en recipientes de
plástico o vidrio incoloro, perfectamente limpios cerrados herméticamente.
11. Ensayos
El agua se ensayará de acuerdo a lo indicado en la Norma NTP 339.088, iniciado el proceso de
construcción podria ser necesario nuevos ensayos a intervalos regulares en los siguientes casos:
a. Las fuentes de suministro sean susceptibles de experimentar variaciones apreciables
entre la estación seca y la húmeda.
b. Exista la posibilidad que el agua de la fuente de abastecimiento pueda haber sido
contaminada con un volumen excesivo de materiales en suspensión debido a una
crecida anormal; o
c. El flujo de agua disminuya al punto que la concentración de sales o materia orgánica
en el agua pueda ser excesiva.
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ING. ANA TORRE C.
11.-Normas Tècnicas Peruanas para el agua del concreto
Para el ensayo del agua se tendrán en consideración las siguientes Normas:
NTP 339.070: Toma de muestras de agua para la preparación y curado de morteros y concretos de
cemento Pórtland.
NTP 339.071: Ensayo para determinar el residuo sólido y el contenido de materia orgánica de las
aguas.
NTP 339.072: Método de ensayo para determinar por oxidabilidad el contenido de materia orgánica
de las aguas.
NTP 339.073: Método de ensayo para determinar el ph de las aguas.
NTP 339.074: Método de ensayo para determinar el contenido de sulfatos de las aguas.
NTP 339.075: Método de ensayo para determinar el contenido de hierro de las aguas.
NTP 339.076: Método de ensayo para determinar el contenido de cloruros de las aguas.
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ING. ANA TORRE C.
AGREGADOS PARA EL
CONCRETO
Profesora:
Ing. Ana Torre Carrillo
Ingeniero Asistente del L.E.M.
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ING. ANA TORRE C.
CAPITULO 3:
AGREGADOS PARA EL CONCRETO
1. Introducción
Antiguamente se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que
no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas, la tecnología moderna
establece que siendo este material el que mayor % de participación tendrá dentro de la unidad
cúbica de concreto sus propiedades y características diversas influyen en todas las
propiedades del concreto.
La influencia de este material en las propiedades del concreto tienen efecto importante no
sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad y
consistencia al estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades
elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto endurecido.
La norma de concreto E-060, recomienda que ha pesar que en ciertas circunstancias
agregados que no cumplen con los requisitos estipulados han demostrado un buen
comportamiento en experiencias de obras ejecutadas, sin embargo debe tenerse en cuenta que
un comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza buenos resultados bajo otras
condiciones y en diferentes localizaciones, en la medida de lo posible deberán usarse
agregados que cumplan con las especificaciones del proyecto.
2.- Importancia
Los agregados en el concreto ocupan alrededor de las tres cuartas partes del volumen , de ahí
la justificación para su adecuada selección , ademas que agregados debiles podrìan limitar la
resistencia d el concretopor otro parte son estos elemento los que proporcionan una
estabilidad volumetrica al concreto y durabilidad.
3.- Definiciones
3.1. Agregado
Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas de origen natural o artificial
cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la NTP 400.011.
Los agregados son la fase discontinua del concreto y son materiales que están embebi
dos en la pasta y que ocupan aproximadamente el 75% del volumen de la unidad cúbica de
concreto.
43
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3.2. Tamaño Máximo
Corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado.
3.3. Tamaño Nominal Máximo
Corresponde al menor tamiz en el cual se produce el primer retenido.
3.4. Módulo de Fineza
Criterio Establecido en 1925 por Duff Abrams a partir de las granulometrías del material se
puede intuir una fineza promedio del material utilizando la siguiente expresión:
MF =
∑ % Acumulados retenidos ( 1½”, ¾”, 3/8”, N°4, N°8, N°16, N°30, N°50 y N°100)
100
4.- Clasificación
Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son:
4.1. Por su naturaleza
Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales de uso frecuente,
además los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en : agregado grueso, fino
y hormigón ( agregado global).
a. El agregado fino, se define como aquel que pasa el tamiz 3/8” y queda retenido en la
malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las
rocas.
b. El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la
desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava.
c. El hormigón, es el material conformado por una mezcla de arena y grava este material
mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la corteza
terrestre y se emplea tal cual se extrae en la cantera.
4.2. Por su densidad
Se pueden clasificar en agregados de peso especifico normal comprendidos entre 2.50 a 2.75,
ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y agregados pesados cuyos pesos específicos son
mayores a 2.75.
4.3. Por el Origen, Forma y Textura Superficial
Por naturaleza los agregados tienen forma irregularmente geométrica compuestos
aleatoriamente por caras redondeadas y angularidades. En términos descriptivos la forma de
los agregados pueden ser:
44
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ING. ANA TORRE C.
•
•
•
•
•
Angular
intersecciòn de sus
bordes.
Sub angular
estàn intactas.
Sub redondeada
Redondeada
Muy Redondeada
: Cuyos bordes estan bien definidos y formado por la
caras ( planas) ademas de poca evidencia de desgaste en caras y
: Evidencian algo de desgaste en caras y bordes, pero las caras
: Considerable desgaste en caras y bordes.
: Bordes desgastados casi eliminados.
: Sin caras ni bordes
Respecto de la textura superficial estas pueden ser:
• Lisa
• Aspera
• Granular
• Vìtrea
• Cristalina
La textura superficial depende de la dureza, tamaño del grano y las caracterìsticas de la roca
original . La forma y la textura del material pueden influir altamente en la resistencia a la
flexiòn del concreto estas caracteristicas se deben controlar obligatoriamente en los concretos
de alta resistencia . Tambien se puede afirmar que la forma y textura de las arenas influyen en
los requerimientos de agua en el concreto .
4.4. Por el Tamaño del Agregado
Según su tamaño, los agregados para concreto son clasificados en:
•
•
Agregados finos (arenas) y
Agregados gruesos (piedras).
5.- Funciones del agregado
El agregado dentro del concreto cumple principalmente las siguientes funciones:
a. Como esqueleto o relleno adecuado para la pasta ( cemento y agua ), reduciendo el
contenido de pasta en el metro cúbico.
b. Proporciona una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas de
desgaste o de intemperismo, que puedan actuar sobre el concreto.
c. Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y
endurecimiento, de humedecimiento y secado o de calentamiento de la pasta.
Los agregados finos son comúnmente identificados por un número denominado Módulo de
finura, que en general es más pequeño a medida que el agregado es más fino. La función de
los agregados en el concreto es la de crear un esqueleto rígido y estable lo que se logra
uniéndolos con cemento y agua (pasta). Cuando el concreto está fresco, la pasta también
lubrica las partículas de agregado otorgándole cohesión y trabajabilidad a la mezcla. Para
cumplir satisfactoriamente con estas funciones la pasta debe cubrir totalmente la superficie de
los agregados
Si se fractura una piedra, como se observa en la figura, se reducirá su tamaño y aparecerán
45
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nuevas superficies sin haberse modificado el peso total de piedra. Por la misma razón, los
agregados de menor tamaño tienen una mayor superficie para lubricar y demandarán mayor
cantidad de pasta. En consecuencia, para elaborar concreto es recomendable utilizar el mayor
tamaño de agregado compatible con las características de la estructura.
La textura del material, dice que tan lisa o rugosa es la superficie del material es una
característica ligada ala absorción pues agregados muy rugosos tienen mayor absorción que
los lisos además que producen concretos menos plásticos .
6.- Proceso de producción
La producción de los agregados generalmente se realiza a cielo abierto,y se suelen seguir las
siguientes actividades:
•
Eliminación de las capas no expotables( rocas esteriles, degradadas,
alteradas, cubierta vegetal etc).
•
Extracción de los materiales:
-Extraccion de los materiales sin consolidar
-Explotaciòn mixta.
•
Extracción de materiales consolidados: suele utilizarse materiales
explosivos para lograr la fragmentacion de la roca los cuales son
transportados después en dumpers o fajas transportadoras.
•
Transporte a la planta de tratamiento: generalmente se trata que las
canteras se encuentren lo mas cerca posible a la obra de ser necesario el
transporte este puede ser:mediante fajas transportadoras o con camiones
y/o dumpers.
•
Tratamiento de los agregados: A fin de obtener los agrgados con las
caracteristica d eseadas se pueden seguir las siguientes etapas:
•
El chancado o trituración , para disminuir el tamaño de las particulas
empleando para ello equipos como chancadoras de mandibula, percusión
,giratorios , molinos de bolas u otros.
46
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•
Intercalados entre la actividades de chancado se aparecen los equipos de
clasificaciòn que nos permitiran seleccionsar las particulas de l material de
acuerdo a sus tamaños separandolas entre las que pasan y las que no pasan
.
•
Muchas veces va ser necesario lavar el material para eliminar el exceso de
finos que puede alterar la adherencia del material asi como la rsistencia
principalmente.
•
Almacenamiento y envio.
7.- Propiedades del Agregado
7.1. Propiedades físicas
a. Densidad
Depende de la gravedad específica de sus constituyentes sólidos como de la porosidad
del material mismo. La densidad de los agregados es especialmente importante para
los casos en que se busca diseñar concretos de bajo o alto peso unitario.
Las bajas densidades indican también que el material es poroso y débil y de alta
absorción.
b. Porosidad
La palabra porosidad viene de poro que significa espacio no ocupado por materia
sólida en la partícula de agregado es una de las más importantes propiedades del
agregado por su influencia en las otras propiedades de éste, puede influir en la
estabilidad química, resistencia a la abrasión, resistencias mecánicas, propiedades
elásticas, gravedad específica, absorción y permeabilidad.
c. Peso Unitario
Es el resultado de dividir el peso de las partículas entre el volumen total incluyendo
los vacíos. Al incluir los espacios entre partículas influye la forma de acomodo de
estos. el procedimiento para su determinación se encuentra normalizado en ASTM C
29 y NTP 400.017. Es un valor útil sobre todo para hacer las transformaciones de
pesos a volúmenes y viceversa.por ejemplo para un agregado grueso pesos unitarios
altos significan que quedan muy pocos huecos por llenar con arena y cemento .
d. Porcentaje de Vacíos
Es la medida de volumen expresado en porcentaje de los espacios entre las partículas
de agregados, depende del acomodo de las partículas por lo que su valor es relativo
como en el caso del peso unitario. Se evalúa usando la siguiente expresión
recomendada por ASTM C 29
% vacios =
(SxW − P.U .C.) x100
SxW
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Donde:
S = Peso especifico de masa
W = Densidad del agua
P.U.C. = Peso Unitario Compactado seco del agregado
e. Humedad
Es la cantidad de agua superficial retenida por la partícula, su influencia esta en la
mayor o menor cantidad de agua necesaria en la mezcla se expresa de la siguiente
forma:
% humedad =
Peso natural − Peso sec o
x100
Peso sec o
7.2. Propiedades Resistentes
a. Resistencia
La resistencia de los agregados dependen de su composición textura y estructura y la
resistencia del concreto no puede ser mayor que el de los agregados; Si los granos de
los agregados no están bien cementados unos a otros consecuentemente serán débiles.
La resistencia al chancado o compresión del agregado deberá ser tal que permita la
resistencia total de la matriz cementante. La norma britanica establece un metodo
para medir la resitencia a la compresión de los agregados utilizando cilindros de
25.4mm de diámetro y altura
b. Tenacidad
Esta característica esta asociada con la resistencia al impacto del material. esta
directamente relacionada con la flexión, angularidad y textura del material
c. Dureza
Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la erosión abrasión o en
general al desgaste. La dureza de las partículas depende de sus constituyentes .
Entre las rocas a emplear en concretos éstas deben ser resistentes a procesos de
abrasión o erosión y pueden ser el cuarzo, la cuarzita, las rocas densas de origen
volcánico y las rocas silicosas.
d. Módulo de elasticidad
Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la deformación elástica,
considerándosele como una medida de la resistencia del material a las deformaciones.
El módulo elástico se determina en muy inusual su determinación en los agregados
sin embargo el concreto experimentara deformaciones por lo que es razonable intuir
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que los agregados también deben tener elasticidades acordes al tipo de concreto. El
valor del modulo de elasticidad además influye en el escurrimiento plástico y las
contracciones que puedan presentarse.
Tabla: Valores de módulos elásticos
Tipo de agregado
Módulo Elástico
GRANITOS
610000 kg/cm²
ARENISCAS
310000 kg/cm²
CALIZAS
280000 kg/cm²
DIABASAS
860000 kg/cm²
GABRO
860000 kg/cm²
7.3. Propiedades Térmicas
a. Coeficiente de expansión
Cuantifica la capacidad de aumento de dimensiones de los agregados en función de la
temperatura, depende mucho de la composición y estructura interna de las rocas y
varia significativamente entre los diversos tipos de roca.
En los agregados secos es alrededor de un 10% mayor que en estado parcialmente
saturado. Los valores oscilan normalmente entre 0.9 x 10 –6 a 8.9 x 10 –6 / °C.
b. Calor específico
Es la cantidad de calor necesaria para incrementar en un grado centígrado la
temperatura. No varia mucho en los diversos tipos de roca salvo en el caso de
agregados muy ligeros y porosos.
c. Conductividad térmica
Es la mayor o menor facilidad para conducir el calor. Esta influenciada
básicamente por la porosidad siendo su rango de variación relativamente
estrecho. Los valores usuales en los agregados son de 1.1 a 2.7 BTU/ pie.hr.°F
d. Difusividad
Representa la velocidad con que se pueden producir cambios térmicos dentro de
una masa. se expresa como el cociente de dividir la conductividad entre el
producto de calor especifico por la densidad.
7.4. Propiedades Químicas
a. Reacción Alcali-Sílice
Los álcalis en el cemento están constituidos por el Oxido de sodio y de potasio
quienes en condiciones de temperatura y humedad pueden reaccionar con ciertos
minerales , produciendo un gel expansivo Normalmente para que se produzca esta
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reacción es necesario contenidos de álcalis del orden del 0.6% temperaturas
ambientes de 30°C y humedades relativas de 80% y un tiempo de 5 años para que
se evidencie la reacción .
Existen pruebas de laboratorio para evaluar estas reacciones que se encuentran
definidas en ASTM C227, ASTM C289, ASTM C-295 y que permiten obtener
información para calificar la reactividad del agregado.
b. Reacción Alcali-carbonatos
Se produce por reacción de los carbonatos presentes en los agregados generando
sustancias expansivas , en el Perú no existen evidencias de este tipo de reacción .
Los procedimientos para la evaluación de esta característica se encuentran
normalizados en ASTM C-586.
8.- Normas Y Requisitos de los Agregados Para el Concreto
8.1. Requisitos Obligatorios
-
Granulometría
Los agregados finos y grueso según la norma ASTM C-33, Y NTP 400.037
deberán cumplir con las GRADACIONES establecidas en la NTP 400.012,
respectivamente.
Tabla: Requisitos granulométricos para el agregado grueso
Tamaño
Nominal
90 mm a 37.5 mm
( 3½” a 1½” )
63 mm a 37.5 mm
( 2½” a 1½” )
50 mm a 25 mm
( 2” a 1” )
50 mm a 4.75 mm
( 2” a N°4 )
37.5 mm a 19 mm
( 1½” a ¾” )
37.5mm a 4.75mm
( 1½” a N°4 )
25 mm a 12.5 mm
( 1” a ½” )
25 mm a 9.5 mm
( 1” a 3/8” )
25 mm a 4.75 mm
( 1” a N°4 )
19 mm a 9.5 mm
( ¾” a 3/8” )
19 mm a 4.75 mm
( ¾” a N°4 )
12.5mm a 4.75mm
( ½” a N°4 )
9.5mm a 2.38mm
( 3/8” a N°8 )
% Pasa por los tamices normalizados
100mm
( 4” )
90mm
( 3½” )
75mm
( 3” )
100
90 a
100
--
--
--
100
--
--
--
----
----
----
63mm
( 2½” )
25 a
60
90 a
100
100
100
---
50mm
( 2” )
37.5mm
( 1½” )
25mm
( 1” )
19mm
( ¾” )
12.5mm
( ½” )
9.5mm
( 3/8” )
4.75mm
( N°4 )
2.36mm
( N°8 )
1.18mm
( N°16 )
--
0 a 15
--
0a5
--
--
--
--
--
0 a 15
--
0a5
--
--
--
--
--
35 a 70
0 a 15
--
0a5
--
--
--
--
--
10 a 30
--
0a5
--
--
0 a 15
--
0a5
--
--
--
--
10 a
30
0a5
--
--
0 a 10
0a5
--
--
--
10 a 40
0 a 15
0a5
--
--
25 a 65
--
0 a 10
0a5
--
20 a 55
0 a 15
0a5
--
--
0 a 10
0a5
--
0 a 15
0a5
--
10 a 30
0 a 10
0a5
35 a
70
90 a
100
95 a
100
100
100
-90 a
100
95 a
100
--
--
--
--
--
100
--
--
--
--
--
100
--
--
--
--
--
100
---
---
---
---
---
---
35 a
70
20 a
55
-90 a
100
90 a
100
95 a
100
100
100
35 a
70
20 a
55
40 a
85
-90 a
100
90 a
100
--
--
--
--
--
--
--
--
100
90 a
100
--
--
--
--
--
--
--
--
100
50
20 a
55
40 a
70
85 a
100
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Tabla: Requisitos granulométricos para el agregado fino
Límites
% Pasa por los tamices normalizados
Totales
C
M
F
Tamiz
9.5 mm
( 3/8” )
4.75 mm
( N°4 )
2.38 mm
( N°8 )
1.20 mm
( N° 16 )
0.60 mm
( N° 30 )
0.30 mm
( N° 50 )
0.15 mm
( N° 100 )
100
100
100
100
89 – 100
95 – 100
85 – 100
89 – 1000
65 – 100
80 – 100
65 – 100
80 – 100
45 – 100
50 – 85
45 – 100
70 – 100
25 – 100
25 – 60
25 – 80
55 – 100
5 – 70
10 – 30
5 – 48
5 – 70
0 – 12
2 – 10
0 – 12*
0 – 12*
* Incrementar 15% cuando se trata de agregado fino triturad, excepto cuando se usa para pavimentos de alta resistencia
Nota: Se permite el uso de agregados que no cumplan con las gradaciones especificadas,
siempre y cuando existan estudios calificados a satisfacción de las partes, que aseguren que el
material producirá concretos con la calidad requerida
Además del tamaño máximo también es importante que la cantidad de granos de menor
tamaño esté bien balanceada en la composición total del agregado. Los agregados con falta de
ésos tamaños tienen una mayor cantidad de espacios vacíos entre sus partículas y puestos en
el concreto requerirán mas cantidad de pasta. Además, en dichos concretos la piedra tiende a
separarse con mayor facilidad. Para evitar estas situaciones, la Norma establece curvas
granulométricas entre las que debe quedar comprendido el agregado a usar en el concreto.
-
Sustancias dañinas
Se prescribe también que las sustancias dañinas, no excederán los porcentajes máximos
siguientes:
Agregados
Descripción
Fino
Grueso
Partículas deleznables
3%
5%
Material más fino que el tamiz No 200
5%
1%
Carbón y lignito
0.5
0.5%
51
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-
Materia Orgánica
El agregado fino que no demuestre presencia nociva de materia orgánica cuando se determine
conforme el ensayo colorimétrico de ( Impurezas Orgánicas) de carácter cualitativo, se deberá
considerar satisfactorio. Mientras que el agregado fino que no cumpla con el ensayo anterior,
podrá ser usado si al determinarse impurezas orgánicas, la resistencia a compresión medida a
los 7 días no es menor de 95%.
8.2. Requisitos Complementarios
Los agregados que serán utilizados en concretos de f´c = 210 Kg/cm² de resistencia de diseño
y mayores, así como los utilizados en pavimentos deberán cumplir además de los requisitos
obligatorios, los siguientes:
a. El Indice de espesor
Índice de espesor del agregado grueso no será mayor de 50 en el caso de agregado natural de
35 para grava triturada.
Es conocido que los agregados de forma plana, es decir con dos dimensiones preponderantes,
originan concretos difícilmente trabajables y de baja compacidad.
La norma establece una relación de límite entre el grosor (G) y el espesor (E)
b. Resistencia Mecánica
La resistencia mecánica del agregado, determinada conforme a la norma NTP
correspondiente, será tal que los valores no excedan a los siguientes:
Tipo de Resistencia Mecánica
% Máximo
Abrasión ( Método de los Angeles )
50
Impacto
30
La especificación de forma, nueva en nuestro medio, recoge los estudios realizados en
Estados Unidos y en Europa (donde ésta característica es normalizada), confrontando además
la experiencia nacional.
c. Granulometría del agregado fino
Deberá corresponder a la gradación “C” de la tabla, se permitirá el uso de agregado que no
cumpla con la gradación siempre y cuando existan estudios calificados a satisfacción de las
partes que aseguren que el material producirá concreto de la calidad requerida.
52
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d. Inalterabilidad del Agregado ( Durabilidad)
El agregado utilizado en concreto y sujeto a la acción de las heladas deberá cumplir además
de los requisitos obligatorios, el requisito de resistencia a la desintegración , por medio de
soluciones saturadas de sulfato de sodio o sulfato de magnesio. La pérdida promedio de masa
después de 5 ciclos no deberá exceder de los siguientes valores:
Solución utilizada
% máximo de pérdida de masa ( 5 ciclos )
Agregado Fino
Agregado Grueso
Sulfato de Sodio
10 %
12 %
Sulfato de Magnesio
15 %
18 %
8.3. Requisitos Opcionales
El agregado utilizado en concreto sujeto permanentemente a la humedad o en contacto con
suelos húmedos, no deberá contener sustancias dañinas que reaccionen químicamente con los
álcalis del cemento, por cuanto producen expansiones excesivas en el concreto.
En caso de estar presente tales sustanciales, el agregado puede ser utilizado con cementos que
puedan tener menos del 0,6% de álcalis calculados como óxido de sodio (Na2O + 0,658
K2O), con el añadido de un material que prevenga la expansión dañina debido ala reacción
álcali-agregado.
La reacción álcali-agregado es un problema común en Estados Unidos, lo que ha originado
importantes investigaciones al respecto. Sin embargo en nuestro país pocas veces se han
registrado estos casos.
De presumirse la presencia de sales solubles en el agregado en especial al tratarse de lugares
vecinos al mar, descargas de afluentes industriales, etc. el agregado para concreto deberá
cumplir con los siguientes límites admisibles expresados en porcentaje total en peso, referidos
a resultados obtenidos en ambos agregados.
Contenido de sulfatos en:
Valores Máximos
Concreto pretensado
0.02% (200 ppm)
Concreto Armado
0.06% (600ppm)
Para proteger al acero de la corrosión en el concreto armado pretensado, los reglamentos
estipulan un máximo de ión cloro como suma total de todos los componentes (agua,
agregados y cementos). El código del ACI especifica el porcentaje, (en peso del cemento), del
máximo ión de cloro como suma de todos los componentes:
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% EN PESO MÁXIMO DEL IÓN
CLORURO
TIPO DE CONCRETO
Concreto pretensazo
0.06%
Concreto armado expuesto a cloruros
0.15%
Concreto armado seco y protegido
1%
Otras construcciones de concreto armado
0.3%
El equivalente de arena del agregado utilizado en concretos de f’c = 210 Kg/cm²de resistencia
de diseño o mayores así como los utilizados en pavimentos de concreto deberá ser igual o
mayor a 75. Para otros concretos, el equivalente de arena será igual o mayor 65.
Este método es una opción con respecto al requisito del material mas fino que pasa el tamiz
N°. 200, en especial cuando los muy finos no tienen carácter perjudicial.
El ensayo fue desarrollado por el Laboratorio de Caminos del Estado de California, tiene en
la actualidad aplicación internacional. La prueba consiste en agitar cierta cantidad de arena en
una probeta con una solución de lavado defloculante, dejando reposar la mezcla. El valor del
equivalente de la arena se calcula con la expresión:
ES = 100
Siendo:
H1
H2
H1
H2
H 1 = Altura del sediemto
H 2 = Altura total
8.4 El agregado global ( NTP 400.037 )
La norma contiene un apéndice y a manera de información acerca de husos granulométricos
considerados óptimos, para los proporcionamientos de finos y gruesos en el diseño de
mezclas, dentro de los cuales se pueden obtener concretos trabajables y compactos. Esta
información tiene carácter de orientación y en ningún caso es prescriptiva.
El agregado global es aquel material compuesto de agregado fino y grueso, cuya
granulometría cumple con los límites dados en la siguiente tabla:
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Porcentaje en peso que pasa
Tamiz
Tamaño nominal
37.5 mm (1 ½ in)
Tamaño nominal
19.0 mm ( ¾ in)
Tamaño nominal
9.5 mm (3/8 in)
50 mm ( 2” )
100
---
---
37.5 mm ( 1 ½” )
95 a 100
100
---
19 mm ( ¾” )
45 a 80
95 a 100
---
12.5 mm ( ½” )
---
---
100
9.5 mm ( 3/8” )
---
---
95 a 100
4.75 mm (No 4)
25 a 50
35 a 55
30 a 65
2.36 mm (No 8)
---
---
20 a 50
1.18 mm (No 16)
---
---
15 a 40
600 µm (No 30)
8 a 30
10 a 35
10 a 30
300 µm (No 50)
---
---
5 a 15
150 µm (No 100)
0 a 8*
0 a 8*
0 a 8*
* Incrementar a 10% para los finos de roca triturada.
9.- Criterios a tener en cuenta
9.1. Canteras
En algunos casos corresponderá al contratista la ubicación y selección de las canteras de
agregados disponibles en la zona, esta deberá incluir estudios geológicos, petrográficos,
composición mineral del material propiedades físicas, resistentes, costo de operación,
rendimiento, potencialidad, accesibilidad etc. Estas canteras seleccionadas deberán ser
aprobadas por la inspección previa presentación de certificados de ensayos en laboratorio.
En la búsqueda y selección de la cantera el ingeniero debe tener en cuenta sobre la ubicación,
cantidad de agregado requerido el tamaño máximo a ser empleado y las características
generales de construcción, asimismo debe estar informado sobre los efectos que sobre las
propiedades del concreto tienen la granulometría, las características físicas y la composición
del agregado.
El laboratorio seleccionado para la evaluación de las propiedades de los agregados deberá
contar con equipos calibrados, y conocer de los procedimientos normalizados.
La selección y aprobación final de la cantera será hecha por el inspector previa presentación
por el contratista de los certificados de un Laboratorio Oficial.
Mediante el estudio cuidadoso y selección adecuada de las canteras a ser utilizadas ,el
proyectista podrá conocer que agregados existen o pueden ser disponibles en la zona de
trabajo y la conveniencia o no de su utilización.
55
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9.2. Especificaciones para la compra
Se incluirá la información necesaria en la orden de compra en la medida que sea conveniente:
ƒ
ƒ
ƒ
Incluir las Normas correspondientes
Referir si la orden de compra es para agregado grueso, fino u hormigón.
Cantidad en Toneladas o metros cúbicos.
Si la orden es para agregado fino:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
La especificación granulométrica
Restricciones para los materiales reactivos
El límite para el material que pasa la malla N° 200, sino se indica deberá ser 3%.
El límite para carbón y lignito, sino se indica se deberá aplicar máximo el 1%.
Si la orden es para agregado grueso:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
La granulometría y el huso
Restricciones sobre material reactivo
Sino no se especifica acerca de la inalterabilidad del agregado cualquiera podrá ser
empleada.
El peso deberá ser determinado incluyendo la humedad al momento del transporte no
se deberá añadir agua al momento de la carga.
9.3. Especificaciones Técnicas de los agregados
Los agregados a utilizar en la obra deberán cumplir las especificaciones técnicas que aseguren
la calidad final de la obra. Aquellos agregados que no cumplan algunos requisitos podrán ser
empleados siempre que se demuestre con pruebas de laboratorio o experiencia en obra que se
pueden producir concretos de la calidad especificada.
Los requisitos que deben cumplir los agregados para uso en concreto se encuentran
estipulados en ASTM C33 así como en NTP 400.037.
Los agregados que van estar sometidos a humedecimiento, exposición prolongada a
atmósferas húmedas, o en contacto con suelos húmedos no deberán tener ningún material que
sea potencialmente reactivo con los álcalis del cemento a fin de evitar expansiones.
El ensayo de estabilidad de volumen se recomienda para agregados que van a ser empleados
en concretos sometidos a procesos de congelación y deshielo. Aquellos agregados que no
pasen esta prueba podrán ser usados sólo demostrando que un concreto de características
similares en la zona tiene un registro de servicio satisfactorio en esas condiciones de
intemperismo.
Asimismo es necesario utilizar agregados con contenido de sales solubles totales en
porcentajes menores del 0.015% en peso del cemento.
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9.3.1. Respecto al Agregado fino
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Debe estar compuesto de partículas limpias de perfil angular duras y compactas libre
de materia orgánica u otras sustancias dañinas.
Debe estar graduado dentro de los límites dados en los requisitos obligatorios.
El módulo de fineza debe estar entre 2.3 a 3.1
Deberá estar libre de materia orgánica, que es determinado mediante el ensayo
indicado en ASTM C 40 ,si no cumple con esta especificación puede ser utilizado
siempre que realizado el ensayo de compresión a los 7 días de morteros preparados
con arena sana y otros con la arena en cuestión la resistencia no sea menor del 95% .
9.3.2. Respecto al Agregado grueso
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Estará conformado de fragmentos cuyos perfiles sean preferentemente angulares o
semiangulares, limpios, duros, compactos, resistentes y de texturas preferentemente
rugosas y libres de material escamoso o partículas blandas.
La resistencia a la compresión del agregado no será menor de 600 kg/cm²
Estará graduado dentro de los límites especificados en la tabla de requisitos
obligatorios.
El tamaño máximo del agregado a tomar será:
-
ƒ
1/5 de la menor dimensión entre caras de encofrados ó
1/3 de la altura de las losas ó
3/4 del espacio libre mínimo entre varillas individuales de refuerzo.
Para el caso de ser necesario el lavado del material este debe hacerse con agua libre
de materia orgánica, sales o sólidos en suspensión.
9.3.3. Respecto al Hormigón
Es una mezcla natural en proporciones arbitrarias de agregados fino y grueso, deberá estar
libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas blandas o escamosas sales,
álcalis materia orgánica u otras sustancias dañinas para el concreto.
El hormigón podrá emplearse en concretos simples o armados de resistencias en compresión
de hasta 140 kg/cm² a los 28 días y el contenido mínimo de cemento será de 255 Kg/m³.
El hormigón será transportado y almacenado tal que se garantice la no contaminación con
materiales que podrían reaccionar con el cemento generando cambios de comportamiento.
9.4. Transporte
Durante el transporte del material se deberá garantizar:
-
La pérdida de finos será mínima.
Mantener la uniformidad.
57
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-
No se producirá contaminación con sustancias extrañas.
No se producirá rotura o segregación importante en ellos.
9.5. Contaminación
La mayoría de los agregados presentan algún grado de contaminación, los elementos
perjudiciales a tener en cuenta son las partículas muy finas que exigirán agua en exceso en la
mezcla, las partículas débiles o inestables que actúan sobre la hidratación del cemento,
excesos en estas características pueden ser eliminados mediante procesos de lavado.
9.6. Almacenamiento en obra
El material que durante su almacenamiento en obra se deteriora o contamina no deberá
emplearse en la preparación del concreto.
Los agregados se almacenarán o apilarán de manera de impedir la segregación de los mismos,
su contaminación con otros materiales, o su mezclado con agregados de diferente
granulometría o características. Para garantizar que esta condición se cumpla deberá
realizarse ensayos, en el punto de dosificación, a fin de certificar la conformidad con los
requisitos de limpieza y granulometría.
La zona de almacenamiento deberá ser lo suficientemente extensa y accesible para facilitar a
el acomodo y traslado del agregado al sitio de mezclado.
Las pilas de agregado se tomarán por capa? horizontales de no filas de un metro de espesor.
Estas capas deberán tener facilidad para drenar o fin de obtener un contenido de humedad
relativamente uniforme.
'
9.7. Ensayo de los materiales
La Inspección podrá ordenar, en cualquier etapa de la ejecución del proyecto, ensayos de
certificación de la calidad de cualquiera de los materiales empleados.
El ensayo del cemento y los agregados se realizará de acuerdo a las Normas NTP ó ASTM
correspondientes. El ensayo del agua se efectuará de acuerdo a la Norma NTP 339.088. Estos
se efectuarán en un Laboratorio autorizado por la Inspección. Los resultados de los ensayos se
anotarán en el Registro anexo al Cuaderno de Obras; debiendo estar una copia a disposición
de la Inspección hasta la finalización de la obra. Los resultados de los ensayos forman parte
de los documentos entregados al propietario con el Acta de Recepción de Obra.
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ADITIVOS PARA EL
CONCRETO
Expositor:
Ing. Rafael Cachay Huamán
Ingeniero Asistente del L.E.M.
59
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CAPITULO 4:
ADITIVOS PARA EL CONCRETO
1. DEFINICIÓN
Un aditivo es definido, tanto por el Comité 116R del ACI como por la Norma ASTM C 125,
como “un material que no siendo agua, agregado, cemento hidráulico, o fibra de refuerzo, es
empleado como un ingrediente del mortero o concreto, y es añadido a la tanda
inmediatamente antes o durante su mezclado”.
Nuestra Norma tecnica peruana NTP 339.086 define a los aditivos como sustancias añadidas
a los componentes fundamentales del concreto con el propòsito de modificar alguna de sus
propiedades .
Los aditivos se añaden a las mezclas de concreto generalmente durante el proceso de
mezclado con el propòsito de:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Modificar una o algunas de sus propiedades NTP, a fin de permitir que sean más
adecuados para el trabajosolicitado.
Mejorar su trabajabilidad facilitando su proceso de colocación.
Posibilitar el rendimiento en la elaboración, transporte,y puesta en obra del concreto.:
Logrars mayor economía y mejores resultados, por cambios en la composición o
proporciones de la mezcla.
2. CONDICIONES DE EMPLEO
Los aditivos utilizados deberán cumplir con los requisitos de las Normas ASTM o NTP
correspondientes. Su empleo deberá estar indicado en las especificaciones del proyecto, o ser
aprobado por la Supervisión.
La norma establece para cada uno de los aditivos requisitos para comprobar las
modificaciones aportadas por el aditivo en las siguientes propiedades del concreto:
•
Cantidad de agua
•
Tiempo de fragua
•
Resistencia a compresión
•
Resistencia a flexiòn
•
Deformación por contracción
•
Inalterabilidad ( durabilidad)
Indicàndonos en cada caso valores minimos esperados según la clasificaciòn o tipo de aditvo
que se este usando.
60
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Para al caso de los aditivos incorporadores de aire este es obligatorio en concretos que, en
cualquier etapa de su vida, pueden estar expuestos a temperaturas ambiente menores de 0°C.
En otros casos, el empleo de estos aditivos es opcional ya criteruio del especialista.
3. RAZONES DE EMPLEO
Entre las principales razones de empleo de aditivos, para modificar las propiedades del
concreto fresco, se puede mencionar:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Reducción en el contenido de agua de la mezcla,que trae como consecuencia ahorro
en la cantidad de cemento para una misma relaciòn a/c ( caso de los plastificantes y
superplastifcantes).
Se logra obtener algunas propiedades en el concreto de manera mas efectiva que
utilizando otros medios.
Incremento en la trabajabilidad sin modificación del contenido de agua; o
disminución del contenido de agua sin modificación de la trabajabilidad.
Reducción, incremento o control del asentamiento
Aceleración o retardo del tiempo de fraguado inicial.
Modificación de la velocidad y/o magnitud de la exudación
Reducción o prevención de la segregación; o desarrollo de una ligera expansión
Mejora en la facilidad de colocación y/o bombeo de las mezclas.
Aegurar la calidad de concreto durante las etapas de mezclado ,transporte, colocaciòn
y curado del concreto.
Entre las principales razones de empleo de los aditivos para modificar las propiedades de los
concretos, morteros o lechada endurecidos se puede mencionar:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Retardo en el desarrollo del calor de hidratación o reducción en la magnitud de éste
durante el endurecimiento inicial
Aceleración en la velocidad de desarrollo de la resistencia inicial y/o final del
concreto y en el incremento de la misma.
Incremento en la durabilidad (resistencia a condiciones severas de exposición).
Disminución de la permeabilidad del concreto
Control de la expansión debida a la reacción álcali-agregados;
Incremento en las adherencias acero-concreto; y concreto antiguo-concreto fresco
Incremento en las resistencias al impacto y/o la abrasión
Control de la corrosión de los demonios metálicos embebidos en el concreto
Producción de concretos o morteros celulares
Producción de concretos o morteros coloreados.
4. CONSIDERACIONES EN EL EMPLEO DE ADITIVOS
Los aditivos deben cumplir con los requisitos de las Normas seleccionadas y las
especificaciones de obra, debiendo prestarse especial atención a las recomendaciones del
fabricante y/o distribuidor del aditivo. Las siguientes normas ASTM cubren los tipos o clases
de aditivos de uso corriente:
61
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-
Aditivos incorporadores de aire (ASTMC 260)
Aditivos reductores de agua y controladores de fragua (ASTMC 494)
Cloruro de Calcio (ASTM D 98)
Aditivos a ser empleados en la producción de concretos muy sueltos (ASTM C 1017)
Considerado cuando se evalúa la acción del aditivo, los beneficios resultantes, y los mayores
costos debidos a su empleo, en el análisis económico del empleo de un aditivo se debe
considerar:
-
El costo de utilizar un ingrediente extra y el efecto de ello sobre los costos de puesta
en obra del concreto
Los efectos económicos del aditivo sobre la trabajabilidad y consistencia del concreto;
así como sobre la magnitud y velocidad de ganancia de resistencia
La posibilidad de emplear procedimientos menos costosos, o diseños más avanzados
Todos aquellos aspectos que puedan justificar el mayor costo del concreto debido al
empleo del aditivo.
5. CLASIFICACIÓN
No es fácil clasificar los aditivos, debido a que ellos pueden ser clasificados genéricamente o
con relación a los efectos característicos derivados de su empleo; pueden modificar más de
una propiedad del concreto; así como a que los diversos productos existentes en el mercado
no cumplen las mismas especificaciones.
Adicionalmente debe indicarse que los aditivos comerciales pueden contener en su
composición materiales los cuales, separadamente podrían ser incluidos en dos o más grupos,
o podrían ser cubiertos por dos o más Normas ASTM o recomendaciones ACI.
De acuerdo a la Norma ASTM C 494, los aditivos se clasifican en:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
TIPO A: Reductores de agua.
TIPO B: Retardadores de fragua.
TIPO C: Acelerantes.
TIPO D: Reductores de agua-retardadores de fragua.
TIPO E: Reductores de agua - acelerantes.
TIPO F: Super Reductores de agua.
TIPO G: Super Reductores de agua - acelerantes.
Existen otros tipos de clasificaciones de aditivos de acuerdo a los efectos de su empleo o a los
tipos de materiales constituyentes. La Recomendación ACI 212 clasifica a los aditivos en los
siguientes grupos:
-
Acelerantes, los cuales tienen por finalidad incrementar significativamente al
desarrollo inicial de resistencia en compresión v/o acortar el tiempo de fraguado.
Deberán cumplir con los requisitos de las Normas ASTM C 494 ó C 1017, o de las
Normas NTP 339.086 ó 339.087.
62
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-
Incorporadotes de aire, los cuales tienen por objetivo mejorar el comportamiento del
concreto frente a los procesos de congelación y deshielo que se producen en sus poros
capilares cuando el está saturado y sometido a temperaturas bajo 0 °C. Estos aditivos
deberán cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339.086 ó de la Norma ASTM C
260.
Retienen intencionalmente burbujas microscòpicas de aire esta inclusión mejorara la
durabilidad de los concretos que estan expuestos a los ciclos de congelación y deshielo
, mejorando tambien la trabajabilidad del concreto en estado fresco , reduciendo la
sesgregaciòn y exudación ; las burbujas incorporadas son diminutas y se encuentran
distribuidas uniformemente en toda la mezcla, generalmente estos aditivos se agregan
directamente a la mezcla conjuntamente con el agua de mezclado.
-
Reductores de agua y reguladores de fragua, son empleados con la finalidad de
reducir los requisitos de agua de la mezcla requerida para producir un concreto con
cierto asentamiento , tambien permiten reducir la relaciòn agua cemento o para
aumentar el asentamiento , los reductores de agua tìpico reducen el contenido de agua
de 5% a 10% ; los reductores de agua conocidos como de alto rango reducen el
contenido de agua de 12% a 30%(Superplastificantes ) ; tambien permite modificar las
condiciones de fraguado de la misma, o ambas. Dependiendo de su composición
quimica estoa aditivos pueden disminuir , incrementar o no tener ningun efecto en la
exudaciòn Deberán cumplir con los requisitos de las Normas NTP 339.086 ó
339.087, o de las Normas ASTM C 494 ó C 1017.
-
Aditivos minerales, ya sean cementantes o puzolánicos, los cuales tienen por
finalidad mejorar el comportamiento al estado fresco de mezclas deficientes en
partículas muy finas y, en algunos casos, incrementar la resistencia final del concreto.
Las puzolanas y las cenizas deberán cumplir con los requisitos de la Norma ASTM C
618. Las escorias de alto homo finamente molidas y las microsílices deberán cumplir
con los requisitos de la Norma ASTM C 989. A los aditivos de este grupo en la
actualidad se les considera como adiciones.
-
Generadores de gas, tienen por finalidad controlar los procesos de exudación y
asentamiento mediante la liberación de burbujas de gas en la mezcla fresca.
-
Aditivos para inyecciones, tienen por finalidad retardar el tiempo de fraguado en
cimentaciones especiales en las que las distancias de bombeo son muy grandes.
-
Productores de expansión, tienen por finalidad minimizar los efectos adversos de la
contracción por secado del concreto.
-
Ligantes, tienen por única finalidad incrementar las propiedades ligantes de mezclas
mediante la emulsión de un polímero orgánico.Es decir consisten en emulsiones de
agua de materiales orgànicos entre los que se incluyen al cloruro de vinilo, el acetato
de polivinilo, alos acrílicos, a los copolìmeros de butadieno estireno, y a otros
polymeros . Se puede agregar al concreto para incrementar su adherencia por ejemplo
entre un concreto nuevo y uno viejo , la resistencia a la flexiòn se ve mejorada,
generalmente se suele utilizar en proporciones de 5 a 20 % del peso del cemento .
63
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-
Ayudas para bombeo, tienen por finalidad mejorar la facilidad de bombeo del
concreto por incremento de la viscosidad del agua de la mezcla.
-
Colorantes, tienen por finalidad producir en el concreto el color deseado sin afectar
las propiedades de la mezcla.Los pigmentos para estos aditivos se encuentran
especificados en ASTM C 979 y normalmente el peso de estos pigmentos no debe
exceder del 10% del peso del cemento . Antes de utilizarse alguno de estos aditivos
debera probarse su firmeza de color contra la luz solar y con autoclave , su estabilidad
quìmica con el cemento y los efectos que pudiera ocasionar en las propiedades del
concreto.
-
Floculantes, tienen por finalidad incrementar la velocidad de exudación y disminuir
el volumen de ésta, al mismo tiempo que reducen el flujo e incrementan la
cohesividad y rigidización inicial de la mezcla.
-
Fungicidas, Insecticidas y germicidas, finalidad inhibir o controlar el crecimiento de
bacterias y hongos en pisos y paredes en el interior o en la superficie del concreto
endurecido . Los mas usados son los fenoles polihalogenadosa, las emulsiones de
dieldrin, y los compuestos de cobre .En dosis elevadas pueden afectar la resistencia
del concreto negativamente.
-
Impermeabilizantes, los cuales tienen por finalidad contribuir a controlar las
filtraciones a través de las grietas, reduciendo la penetración del agua, en un concreto
no saturado, desde el lado húmedo al lado seco.
Los agentes impermeabilizantes reducen la velocidad a la cual se trasmite agua a
presion a traves del concreto . Uno de los mejores mètodos para incrementar la
impermeabilidad consiste en aumentar la cantidad de cemento y reducir la relaciòn
agua/ cemento a menos de 0.5 . Algunas adiciones minerales como el humo de sílice,
reducen la permeabilidad por medio del proceso de hidratación y de reacción
puzolànica.
-
Reductores de permeabilidad, los cuales tienen por finalidad reducir la velocidad
con la cual el agua puede circular a través de un elemento de concreto saturado, bajo
una gradiente hidráulica mantenida externamente.
-
Controladores de la reacción álcali-agregado, los cuales tienen por finalidad
reducir, evitar o controlar la reacción entre los álcalis del cemento y elementos que
puedan estar presentes en los agregados reactivos.
-
Inhibidores de la corrosión, los cuales tienen por finalidad inhibir, retardar o reducir
la corrosión del acero de refuerzo y elementos metálicos embebidos en el concreto.
La naturaleza alcalina del concreto PHmayor a 12.5 forma una película protectora
alrededor del acero sin embargo la presencia de cloruros provenientes del agua ,
agregados, aditivos pueden destruir esta película iniciandose el proceso de corrosiòn
por la formación de herrumbre o oxido de fierro que es un proceso expansivo
pudiendo llegar a expandirse hasta cuatro veces su volumen original produciendo
descascaramiento en el concreto y pudiendo quedar reducida la secciòn del acero la
velocidad de corrosion puede quedar influida por la humedad , la resistividad electrica
del concreto. Estos aditivos inhibidores retienen el proceso de dorrosiòn químicamente
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el mas comúnmente utilizado es el nitrito de calcio que bloque la corrosiòn de los
iones cloruro estabilizando la película .
Otros mètodos para reducir la corrosiòn incluyen el uso de aceros de refuerzo
recubiertos con epòxicos ,tratamientos de superficie, sobrecapas de concreto y
protecciòn catòdica.
-
Superplastificantes, también conocidos como aditivos reductores de agua de alto
rango se encuentran especificados en ASTM c494 y ASTM C 1017, los cuales tienen
por finalidad reducir en forma importante el contenido de agua del concreto
manteniendo una consistencia dada y sin producir efectos indeseables sobre el
fraguado. Se agregan a los concretosa de agua / cemento bajos a normales para
producir concretos fluidos de alto asentamiento.Estos concretos son muy fluidos y
trabajables pueden ser colocados con poca o ninguna vibraciòn o compactaciòn
Igualmente se emplean para incrementar el asentamiento sin necesidad de aumentar el
contenido de agua de la mezcla.entre las principales aplicaciones de estos aditivos
tenemos:
o Colocaciòn de concreto en secciones delgadas
o Estructuras con alta densidades de aceros y espaciamientos cercanos
o Concretos bajo el agua
o Concreto bombeable para disminuir la presiòn de la bomba
o Incrementando la distancia de bombeo
Como ejemplo se puede indicar que con la adiciòn de un aditivo superplastificante de 3”
de asentamiento se puede lograr un incremento en el asentamiento hasta de 9”.
6. REQUISITOS DE LA NORMA
La norma establece para cada uno de los aditivos mencionados, los requisitos para comprobar las
modificaciones aportadas por un aditivo sobre alguna de las siguientes propiedades del concreto:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Requerimiento de agua.
Tiempo de fraguado.
Resistencia a la compresión.
Resistencia a la flexión.
Deformación por contracción.
Inalterabilidad (durabilidad)
La evaluación de estas características se efectúa por comparación con los resultados
obtenidos con un concreto de similar composición y características pero sin aditivos, que se
denomina concreto de control o concreto patrón.
Los métodos de ensayo están especificados en la norma. La tabla N° 1 determina los valores
que deben ser aplicados en cada caso.
65
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Tabla N°1: Requisitos para los aditivo según la Norma ASTM C494
Tipo A
Tipo B
Tipo C
Tipo D
Tipo E
Tipo F
TipoG
Reductor – agua
Retardador
Acelerador
Reductor de agua
Reductor de agua
Reductor de agua
Reductor de
95
--
--
95
95
88
88
No menos de...
--
1:00
después
1:00
antes
1:00
después
1:00
antes
--
1:00
después
No más de...
1:00 antes
pero no
1:30 después
3:30
después
3:30
antes
3:30
después
3:30
antes
1:00 antes
pero no
1:30 después
3:30
después
No menos de...
--
--
1:00
antes
--
1:00
antes
--
--
No más de...
1:00 antes
pero no
1:30 después
3:30
después
--
3:30
después
--
1:00 antes
pero no
1:30 después
3:30
después
-110
110
110
100
100
-90
90
90
90
90
-125
100
100
90
90
-110
110
110
100
100
-125
110
110
100
100
140
125
115
110
100
100
125
125
115
110
100
100
100
100
100
90
90
90
110
100
90
100
100
10ü
110
100
100
110
100
100
110
100
100
Contenido de agua, %
del control Desviación
permisible respecto
Fraguado inicial:
Fraguado final:
Resistencia a la
compresión mínima
% con respecto al
t lb
1día
3 días
7 días
28 días
6 meses
1 año
Resistencia a la
flexión mínima %,
con respecto al
control
3 días
7 días
28 días
Cambio de longitud,
máxima contracción
(requisitos
alternativos) c
Porcentaje de control
135
135
135
135
135
135
135
Aumento con
respecto al control
0.010
0.010
0.010
0.010
0.010
0.010
0.010
Factor de durabilidad
relativa mínima d
80
80
80
80
80
80
80
Notas:
a. Los valores de la tabla incluyen la tolerancia para las variaciones normales en los resultados de los
ensayos. El objeto de requisitos de un 90% de resistencia a la compresión para los aditivos Tipo B es
exigir un nivel de comportamiento comparable al concreto de referencia.
b. La resistencia a la compresión y a la flexión del concreto que contiene el aditivo bajo ensayo a
cualquier edad, no debe ser menor que el 90 % de la obtenida en cualquier ensayo a edad previa. El
objeto de este límite es garantizar que la resistencia a la comprensión o flexión del concreto que
contiene el aditivo bajo ensayo, no disminuya con el tiempo.
c. Requisitos alternativos. El porcentaje del límite de control en la mezcla de referencia se aplica cuando
el cambio en la longitud del control es 0,030% o mayor; el aumento con respecto al control se aplica
cuando el cambio en la longitud del control es menor que 0,030%.
d. Este requisito se aplica únicamente cuando el aditivo se utiliza en concreto con aire incorporado, el cual
puede estar expuesto a condiciones de congelamiento y descongelamiento cuando esta húmedo.
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7. NIVELES EN EL CONTROL DE CALIDAD
a. Nivel 1: Durante la etapa de aprobación inicia], la prueba del cumplimiento de los
requisitos de desempeño, definidos en a tabla N°1, demuestra que el aditivo cumple
los requisitos de la norma. Los ensayos de uniformidad y equivalencia se deben llevar
a cabo de modo que den resultados con los cuales se puedan realizar comparaciones.
b. Nivel 2: Los reensayos de propiedades físicas y desempeño pueden ser solicitados a
intervalos por el comprador. Las pruebas de cumplimiento de los requisitos de la
Tabla N°1, demuestra la continua uniformidad del aditivo con los requisitos de la
norma.
c. Nivel 3: Para la aceptación de un lote o para medir la uniformidad dentro de los lotes
o entre los mismos, cuando lo especifique el comprador, se deberán utilizar los
ensayos de uniformidad y equivalencia por residuo sólido, peso especifico y análisis
infrarrojo.
8. DE LOS ENSAYOS DE UNIFORMIDAD
Los ensayos de uniformidad y equivalencia, se realizarán sobre la muestra inicial y se deberán
guardar los resultados como referencia para compararlos con los obtenidos en los ensayos de
muestras tomadas de cualquier parte del lote o de los lotes subsiguientes del aditivo
suministrado para uso en la obra.
Cuando el comprador lo especifique, la uniformidad de un lote o la equivalencia de diferentes
lotes de la misma fuente, se deberá establecer mediante la aplicación de los siguientes
procedimientos y requisitos:
a. Análisis Infrarrojo: Los espectros de absorción de la muestra inicial y de la muestra
de ensayo deben ser esencialmente similares. La norma recomienda un procedimiento
de ensayo.
b. Residuo mediante secado en horno de aditivos líquidos: Los residuos secados en el
horno de la muestra inicial y de las muestras subsiguientes deben estar dentro de un
intervalo de variación no mayor que 5%.
c. Residuo mediante secado en horno de aditivos no líquidos: Los residuos secados
en el horno de la muestra inicial y de las muestras subsiguientes deben estar dentro de
un intervalo de variación no mayor que 4%.
d. Peso específico: Cuando se realiza el ensayo, el peso específico en las muestras
subsiguientes de ensayo no deberá diferir del peso específico de la muestra inicial en
más del 10% de la diferencia entre el peso especifico de la muestra inicial y la del
agua reactiva a la misma temperatura.
En algunos casos, pueden resultar inapropiados algunos de estos procedimientos. Al efecto, se
pueden establecer otros requisitos para uniformidad y equivalencia de lote a lote, o dentro de
un mismo lote, previo acuerdo entre el comprador y el fabricante.
67
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9. OTROS REQUERIMIENTOS DE ENSAYO
El comprador puede exigir un reensayo limitado para confirmar el cumplimiento actual del
aditivo con los requisitos de la norma. Tal reensayo limitado cubrirá las propiedades físicas y
el desempeño del aditivo.
El reensayo de las propiedades físicas consistirá en ensayos de uniformidad y equivalencia
por análisis infrarrojo, residuo mediante secado en homo y peso específico.
El reensayo de propiedades de desempeño consistirá en el contenido de agua del concreto
fresco, tiempo de fraguado y resistencia a la compresión a 3 días, 7 días y 28 días. A petición
del comprador, el fabricante deberá establecer por escrito que el aditivo proporcionado para
utilizar en obra es idéntico, en todos sus aspectos esenciales, incluyendo la concentración- al
aditivo ensayado con base en esta norma.
Cuando se vaya a utilizar el aditivo en concreto pretensado el fabricante deberá certificar por
escrito el contenido de ión cloro del aditivo y si éste ha sido agregado o no durante su
fabricación.
10. ALMACENAMIENTO DE LOS ADITIVOS
Los aditivos se almacenarán siguiendo las recomendaciones del fabricante a fin de evitar la
contaminación, evaporación y deterioro de estos, para esto se tendrá en cuenta los siguientes
aspectos:
a.
b.
c.
Los aditivos líquidos serán protegidos del congelamiento o cambios de temperatura
que puedan afectar sus características.
No deberán ser almacenados por un periodo mayor a 6 meses desde la fecha del
último ensayo de aceptación, debiéndose evaluar su calidad entes del empleo.
No se utilizarán aditivos deteriorados, contaminados o aquellos cuya fecha de
vencimiento se haya cumplido.
11. EMBALAJE Y ROTULADO
Cuando se suministra el aditivo en envases o en contenedores, se debe rotular claramente el
nombre del fabricante del aditivo, el tipo, de acuerdo con la norma y el peso neto o volumen.
Se debe proporcionar información similar en los informes que acompañan los envíos de
aditivos a granel.
a. Los valores de la tabla incluyen la tolerancia para las variaciones normales en los
resultados de los ensayos. El objeto de requisitos de un 90% de resistencia a la
compresión para los aditivos Tipo B es exigir un nivel de comportamiento comparable
68
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al concreto de referencia.
b. La resistencia a la compresión y a la flexión del concreto que contiene el aditivo bajo
ensayo a cualquier edad, no debe ser menor que el 90 % de la obtenida en cualquier
ensayo a edad previa. El objeto de este límite es garantizar que la resistencia a la
comprensión o flexión del concreto que contiene el aditivo bajo ensayo, no disminuya
con el tiempo.
c. Requisitos alternativos. El porcentaje del límite de control en la mezcla de referencia
se aplica cuando el cambio en la longitud del control es 0,030% o mayor; el aumento
con respecto al control se aplica cuando el cambio en la longitud del control es menor
que 0,030%.
d. Este requisito se aplica únicamente cuando el aditivo se utiliza en concreto con aire
incorporado, el cual puede estar expuesto a condiciones de congelamiento y
descongelamiento cuando está húmedo.
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ING. ANA TORRE C.
EL CONCRETO
Expositor:
Ing. Ana Torre Carrillo
Ingeniero Asistente del L.E.M.
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ING. ANA TORRE C.
CAPITULO 5:
EL CONCRETO
1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Se conoce que los egipcios usaron el yeso calcinado para dar al ladrillo o a las estructuras de
piedra una capa superficial lisa. Al mismo tiempo en Grecia antigua, una aplicación similar
de piedra caliza calcinada fue utilizada por los Griegos antiguos.
Los Romanos antiguos utilizaron con frecuencia el
ladrillo partido como agregado en una mezcla de cal con
polvo del ladrillo o cenizas volcánicas. Construyeron
una variedad amplia de estructuras, caminos, templos,
palacios y acueductos.
También utilizaron losas de concreto en muchas de sus
estructuras públicas grandes, como el Coliseo y el
Partenón. El concreto también fue utilizado en la pared de la defensa que abarca Roma, en
caminos y en los acueductos que todavía existen hoy. Para aligerar el peso de estructuras
enormes, encajonaron a menudo tarros de barro vacíos en las paredes. También utilizaron
barras de metal como refuerzos en el concreto cuando fueron construidos techos estrechos
sobre callejones.
En 1774, John Smeaton, uno de los grandes ingenieros del siglo XVIII, observó que al
combinar la cal viva con otros materiales creaba un material extremadamente duro que se
podría utilizar para unir juntos otros materiales. Él utilizó este conocimiento para construir la
primera estructura de concreto, construyó el faro de Eddystone en Inglaterra. Los faros
anteriores en este punto habían sido destruidos por las tormentas y el sitio estaba expuesto a
la extrema fuerza del mar.
En 1816, el primer puente de concreto (no reforzado) fue construido en Souillac, Francia.
En 1825 el primer concreto moderno se produjo
en América y fue utilizado en la construcción
del canal de Erie. Se utilizó el cemento hecho
de la "cal hidráulica" encontrada en los
condados de Madison en Nueva York
Primero llamado “La zanja de Clinton", el
canal de Erie se puso en servicio en 1825. El
éxito comercial fue atribuido al hecho de que el
costo de mantenimiento de los pasos de
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ING. ANA TORRE C.
concreto era muy bajo. El volumen del concreto usado en su construcción hizo del proyecto
de construcción de concreto más grande de sus días.
En 1897, Sears Roebuck inicia la comercialización de barriles de "Cemento, natural en $1,25
por barril y el artículo cemento Pórtland , importado en $3,40 por barril de 50 galones.
En 1902 August Perret diseñó y construyó un edificio de apartamentos en París que usa las
aplicaciones qué él llamó "sistema trabeated para el concreto reforzado". Fue estudiado y
también imitado ampliamente y además influenció profundamente la construcción en
concreto por décadas.
En 1905, Frank Lloyd inició la
construcción del templo de la Unidad en
Oak Park, Illinois. Tomando tres años
para terminarlo, diseñó la estructura con
cuatro caras idénticas tal que su costoso
encofrado se pudiera utilizar múltiples
veces.
En 1914, se inició la construcción del
Canal de Panamá, el cual fue abierto en
más de 30 años de construcción a un
costo de $347 millones. Los desafíos de
ingeniería encontrados fueron enormes.
Las condiciones geológicas difíciles, la
obtención de las materias primas
necesarias y mano de obra, más la
enorme escala del equipo requirieron la
innovación ilimitada.
En 1921, se construyeron los vastos y
parabólicos hangares de dirigibles en el
aeropuerto de Orly en París.
Los hangares extensos de los dirigibles de
Eugene Freyssinet (comenzados en 1916)
fueron
construidos
de
costillas
parabólicas pretensadas.
La forma permitió la más grande y
posible fuerza estructural para el enorme
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ING. ANA TORRE C.
volumen necesario para contener los dirigibles. La naturaleza incombustible del concreto fue
el factor principal que convenció al equipo de Orly a que aprobara el diseño altamente
inusual.
En 1933, la Penitenciaría de Alcatraz fue abierta. Los
primeros internos fueron la cuadrilla de trabajo de la
prisión que la construyó.
Esta prisión federal en la isla de Alcatraz fue terminada
por el ejército en 1933 y se convirtió oficialmente en
una Penitenciaría en 1934. El agregado para el
concreto en muchos de los edificios es ladrillo
machacado de la prisión militar.
En 1973, Se inauguró la Casa de Ópera en Sydney,
Australia. Sus distintivos picos de concreto se
convirtieron rápidamente en un símbolo para la ciudad.
La línea dramática de la azotea en la Casa de Ópera es
una perdurable imagen de Australia. Las múltiples
áreas de presentaciones dentro de los picos son
reconocidas por sus exquisitas calidades acústicas.
En 1982, la línea química de productos de concreto de Symons se amplía con la introducción
de desbloqueadores líquidos, compuestos para curar, selladores de acrílico y endurecedores.
En 1993, el Museo John F. Kennedy en Boston fue terminado.
La dramática estructura de concreto y cristal fue diseñada por el
reconocido arquitecto I. M. Pei. El museo por sí mismo es una
estructura dramáticamente angular de cristal verde y concreto
blanco que se aprovecha del inclinado terreno costero con
dramáticas vistas del mar y de la ciudad.
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ING. ANA TORRE C.
2. DEFINICION
El concreto es un material de uso común, o convencional y se produce mediante la mezcla de
tres componentes esenciales, cemento, agua y agregados, a los cuales eventualmente se
incorpora un cuarto componente que genéricamente se designa como aditivo.
Al mezclar estos componentes y producir lo que se conoce como concreto, se introduce de
manera simultánea un quinto participante representado por el aire.
La mezcla intima de los componentes del concreto convencional produce una masa plástica
que puede ser moldeada y compactada con relativa facilidad; pero gradualmente pierde esta
característica hasta que al cabo de algunas horas se torna rígida y comienza a adquirir el
aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, para convertirse finalmente en el
material mecánicamente resistente que es el concreto endurecido.
el concreto convencional en estado fresco, es un conjunto de fragmentos de roca, globalmente
definidos como agregados, dispersos en una matriz viscosa constituida por una pasta de
cemento de consistencia plástica. Esto significa que en una mezcla así hay muy poco o
ningún contacto entre las partículas de los agregados, característica que tiende a permanecer
en el concreto ya endurecido.
Las características físicas y químicas de este material están definidas por las características de
sus componentes.
3. IMPORTANCIA
Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso ,sin embargo si bien en
su calidad final depende en forma importante del conocimiento profundo del material asi
como del profesional , las posibilidades de uso del concreto son cada dia mayores pudiendo
en la actualidad ser utilizados para una amplia variedad de propósitos .
4. INGREDIENTES DEL CONCRETO
El concreto fresco es una mezcla semilíquida de cemento portland, arena (agregado fino),
grava o piedra triturada (agregado grueso) y agua. Mediante un proceso llamado hidratación,
las partículas del cemento reaccionan químicamente con el agua y el concreto se endurece y
se convierte en un material durable. Cuando se mezcla, se hace el vaciado y se cura de
manera apropiada, el concreto forma estructuras sólidas capaces de soportar las temperaturas
extremas del invierno y del verano sin requerir de mucho mantenimiento. El material que se
utilice en la preparación del concreto afecta la facilidad con que pueda vaciarse y con la que
se le pueda dar el acabado; también influye en el tiempo que tarde en endurecer, la resistencia
que pueda adquirir, y lo bien que cumpla las funciones para las que fue preparado.
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ING. ANA TORRE C.
Además de los ingredientes de la mezcla de concreto en sí misma, será necesario un
encofrado y refuerzo de acero para construir estructuras sólidas. El encofrado generalmente
se construye de madera y puede hacerse con ella desde un sencillo cuadrado hasta formas más
complejas, dependiendo de la naturaleza del proyecto. El acero reforzado puede ser de alta o
baja resistencia, características que dependerán de las dimensiones y la resistencia que se
requieran. El concreto se vacía en los encofrados con la forma deseada y después la superficie
se alisa y se le da el acabado con diversas texturas.
5. CEMENTANTES EN GENERAL
Los cementantes que se utilizan para la fabricación del concreto son hidráulicos, es decir,
fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua, aún estando inmersos en ella,
característica que los distingue de los cementantes aéreos que solamente fraguan y endurecen
en contacto con el aire.
Los principales cementantes hidráulicos son las cales y cementos hidráulicos, algunas
escorias y ciertos materiales con propiedades puzolánicas. De acuerdo con el grado de poder
cementante y los requerimientos específicos de las aplicaciones, estos cementantes pueden
utilizarse en forma individual o combinados entre si.
Al referirse específicamente al concreto convencional, como se emplea en la construcción,
resultan excluidas las cales hidráulicas, por lo cual solo consideramos los cementos, las
escorias, los materiales puzolánicos y sus respectivas combinaciones.
Por otra parte, bajo la denominación genérica de cementos hidráulicos existen diversas clases
de cemento con diferente composición y propiedades, en cuya elaboración intervienen
normalmente las materias primas.
El cemento es uno de los ingredientes que se usan en él. Sus primeros usos datan de los
inicios de 1800 y, desde entonces, el cemento portland se ha convertido en el cemento más
usado en el mundo. Su inventor le dio ese nombre porque el concreto ya curado es del mismo
color que una piedra caliza que se obtiene cerca de Portland, Inglaterra. Este tipo de cemento
es una mezcla de caliza quemada, hierro, sílice y alúmina, y las fuentes más comunes donde
se pueden obtener estos materiales son el barro, la piedra caliza, esquisto y mineral de hierro.
Esta mezcla se mete a un horno y se pulveriza hasta convertirlo en un fino polvo, se empaca y
se pone a la venta.
Existen cinco tipos de cemento portland, cada uno con características físicas y químicas
diferentes.
Consecuentemente con ello, el comportamiento mecánico de este material y su durabilidad en
servicio dependen de tres aspectos básicos:
a.
Las características, composición y propiedades de la pasta de cemento, o matriz
cementante, endurecida.
b.
La calidad propia de los agregados, en el sentido más amplio.
c.
La afinidad de la matriz cementante con los agregados y su capacidad para trabajar en
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conjunto.
En el primer aspecto debe contemplarse la selección de un cementante apropiado, el empleo
de una relación agua/cemento conveniente y el uso eventual de un aditivo necesario, con todo
lo cual debe resultar potencialmente asegurada la calidad de la matriz cementante.
RECOMENDACIÓN PARA EL ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO
El cemento utilizado en la fabricación de hormigón debe estar totalmente seco y suelto, y no
debe presentar grumos de fraguado anticipado.
Para asegurar buenas condiciones en el cemento, debe ser almacenado en un sitio cubierto,
seco, con ventilación apropiada que se puede conseguir mediante vigas de madera colocadas
sobre el piso y un entablado superior que evite el contacto con el piso de los sacos de cemento
colocados encima.
Los sacos de cemento no deben conformar pilas de más de 10 unidades de altura para evitar el
fraguado por presión.
Deben proveerse mecanismos de almacenamiento que permitan la rotación adecuada del
cemento, para conseguir que el producto más antiguo siempre esté accesible para su
utilización inmediata, lo que se suele lograr mediante un apropiado diseño de la circulación
dentro de la bodega.
Como alternativa puede utilizarse cemento a granel en lugar de cemento en sacos, el que debe
ser almacenado en silos protegidos contra la humedad (silos herméticos). El cemento a granel
puede llegar a ser entre un 20% y un 25% más económico que el cemento en saco, pero
requiere de procesos de control de la cantidad de cemento empleada en obra.
En cuanto a la calidad de los agregados, es importante adecuarla a las funciones que debe
desempeñar la estructura, a fin de que no representen el punto débil en el comportamiento del
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ING. ANA TORRE C.
concreto y en su capacidad para resistir adecuadamente y por largo tiempo los efectos
consecuentes de las condiciones de exposición y servicio a que esté sometido.
Finalmente, la compatibilidad y el buen trabajo de conjunto de la matriz cementante con los
agregados, depende de diversos factores tales como las características físicas y químicas del
cementante, la composición mineralógica y petrográfica de las rocas que constituyen los
agregados, y la forma, tamaño máximo y textura superficial de éstos.
De la esmerada atención a estos tres aspectos básicos, depende sustancialmente la capacidad
potencial del concreto, como material de construcción, para responder adecuadamente a las
acciones resultantes de las condiciones en que debe prestar servicio. Pero esto, que sólo
representa la previsión de emplear el material potencialmente adecuado, no basta para obtener
estructuras resistentes y durables, pues requiere conjugarse con el cumplimiento de
previsiones igualmente eficaces en cuanto al diseño, especificación, construcción y
mantenimiento de las propias estructuras.
6. REQUISITOS DE LAS MEZCLAS
Las mezclas de concreto deberán cumplir con los siguientes requisitos básicos:
-
La mezcla recién preparada deberá tener la trabajabilidad, consistencia y cohesividad
que permitan su adecuada colocación en los encofrados .Esta mezcla deberá estar
libre de segregación y tener exudación mínima.
La mezcla endurecida deberá tener las propiedades especificadas en función del uso
que se va a dar a la estructura.
El costo de la unidad cúbica de concreto endurecido deberá ser el mínimo compatible
con la calidad deseada.
7. COMPOSICIÓN DEL CONCRETO
El concreto endurecido se compone de: La pasta y El agregado
7.1 LA PASTA
La pasta de cemento (cemento más agua), por su parte, llena los espacios libres entre
partículas de áridos, y durante el proceso de fraguado genera cristales hidratados que unen
químicamente las partículas de agregados. La formación de estos cristales es una reacción
química exotérmica (genera calor) que siempre requiere de agua para que tenga lugar, siendo
mucho más intensa la reacción (la creación de los cristales cohesivos) en los primeros días
posteriores a la fabricación del hormigón, y luego va disminuyendo progresivamente en su
intensidad con el tiempo. Normalmente, dentro del hormigón, una parte del cemento no
alcanza a combinarse con el agua, por lo que permanece como cemento no hidratado.
77
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ING. ANA TORRE C.
Comprende a cuatro elementos fundamentales:
•
•
•
•
El Gel, nombre con el que se conoce al producto resultante de la reacción química e
hidratación del cemento. Para asegurar que las reacciones de fraguado continúen, a
partir del endurecimiento inicial del hormigón (que normalmente se produce en las
primeras doce horas después del mezclado), se requiere dotar continuamente de agua
de curado al hormigón, la que sirve para reponer el agua de amasado evaporada por
el calor emanado como producto de las reacciones químicas.
Los poros incluidos en ella
El cemento hidratado si lo hay
Los cristales de hidróxido de calcio, o cal libre que pueden haberse formado durante la
hidratación del cemento.
7.1.1 Funciones de la pasta
•
•
•
•
Contribuir a dar las propiedades requeridas al producto endurecido
Separa las partículas del agregado
Llenar los vacíos entre las partículas de agregado y adherirse fuertemente a ellas.
Proporcionar lubricación a la masa cuando esta aun no ha endurecido.
7.1.2 Propiedades de la pasta
Las propiedades de la pasta dependen:
•
•
•
Las propiedades físicas y químicas del cemento
Las proporciones relativas de cemento y agua en la mezcla
El grado de hidratación del cemento dado por la efectividad de la combinación
química entre este y el agua.
7.1.3 Influencia de la pasta de concreto
•
El comportamiento del concreto como material de construcción está directamente
influenciado por las características de la pasta y las propiedades finales de las
mismas ; sin desconocer el papel del agregado en las características finales del
concreto.
78
CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES
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•
Para un cemento dado, las características y porosidad de la pasta dependen
fundamentalmente de la relación agua cemento y del grado de hidratación del
cemento, siendo mejores las propiedades del concreto y menor su porosidad
cuanto mas baja es la relación agua cemento de una mezcla trabajable y cuanto
mayor es el grado de hidratación del cemento.
7.2 EL GEL
Se define como gel a la parte sólida de la pasta la cual es el resultado de la reacción
química del cemento con el agua durante el proceso de hidratación.
El gel es una aglomeración porosa de partículas sólidamente entrelazadas en su mayoría
escamosas o fibrosas el conjunto de las cuales forma una red eslabonada que contiene
material mas o menos amorfos.
En su composición el gel comprende: La masa cohesiva de cemento hidratado en su
estado de pasta mas densa, el hidróxido de calcio cristalino y los poros gel.
El gel desempeña el papel más importante en el comportamiento del concreto
especialmente en sus resistencia mecánicas y elasticidad, donde intervienen dos clases
de adherencia cohesivas; Atracción física y adherencia química.
7.3 HIDRATACION Y CURADO DEL CONCRETO
7.3.1 Hidratación
Se define como hidratación al proceso de reacción química del cemento en presencia
del agua. La hidratación requiere de presencia de humedad condiciones de curado
favorables y tiempo.
7.3.2 Curado
Se define como tiempo de curado al periodo durante el cual el concreto es mantenido
en condiciones de humedad y temperatura tales como para lograr la hidratación del
cemento en la magnitud que se desea para alcanzar la resistencia seleccionada.
7.4 POROSIDAD DE LA PASTA
Existen vacíos denominados poros los cuales no contienen materia sólida aunque bajo
determinadas circunstancias algunos podrían estar totalmente llenos de agua. Se pueden
clasificar en cuatro categorías definidas por el origen, tamaño promedio o ubicación, los
poros pueden ser:
•
•
•
Poros por aire atrapado
Poros por aire incorporado
Poros capilares
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ING. ANA TORRE C.
•
Poros Gel.
7.4.1 Poros por aire atrapado
Durante el proceso de mezclado una pequeña cantidad de aire del orden del 1% es
aportada por los materiales y queda atrapada en la masa del concreto , no siendo
eliminada por los procesos de mezclado ,colocación o compactación .éstos espacios que
este aire forma en la masa de concreto son parte inevitable de toda pasta.y contribuyen a
la disminución en la resistencia y durabilidad del concreto , varían en tamaños desde
aquellos que son perceptibles a simple vista hasta aquellos de un centmetro o mas de
diámetro .
7.4.2 Poros por aire incorporado
Por razones de incremento en la durabilidad del concreto se puede incorporar
intencionalmente aire mediante el empleo de aditivos químicos, minúsculas burbujas de
aire las cuales se conocen como poros de aire incorporado.
Las burbujas de aire incorporado son de perfil esférico con valores promedio de 0.10 mm
su volumen puede ocupar hasta más del 5% .
La razón principal del empleo de burbujas incorporadas es que este sistema de poros
espaciados permite un incremento significativo de la durabilidad del concreto al crear un
gran número de cámaras en las que se puede congelar el agua presente en los poros
capilares evitando que las tensiones por expansión contribuyan a agrietar el concreto.
7.4.3 Poros capilares
Se define como poros capilares a los espacios originalmente ocupados por el agua en el
concreto fresco, los cuales en el proceso de hidratación del cemento no han sido
ocupados por el gel.
El gel solo puede desarrollarse en los espacios originalmente llenos de agua. Por tanto si
la relación agua-cemento es alta o el curado es pobre la cantidad de espacios ocupables
por el gel será durante el proceso de hidratación quedando los espacios residuales en la
condición de poros capilares.
La importancia de estos poros radica en:
•
•
Conforme aumentan, disminuyen las resistencias mecánicas de la pasta endurecida.
Aumentan la porosidad, permeabilidad y capacidad de absorción de la pasta.
80
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8. CLASIFICACION
8.1 Por el peso específico:
-
Ligero, cuyo Peso Unitario se encuentre entre 1200 – 2000 Kg/m3.
Normal, cuyo Peso Unitario se encuentre entre 2000 – 2800 Kg/m3.
Pesado, cuyo Peso Unitario se encuentre entre >2800 Kg/m3.
8.2 Según su aplicación:
-
Simple: Concreto sin ninguna armadura. Buena resistencia a compresión.
Armado: Con acero. Buena resistencia a compresión y a flexión.
Pretensado: Resistencia a tracción: viguetas.
Postensado: Resistencia a tracción: se introducen fundas.
8.3 Por su composición:
-
Ordinario.
Ciclopeo: con áridos de 50 cm.
Cascotes: Hormigón de desechos y ladrillos.
Inyectado: en un molde el ágregado y le metemos la pasta árido >25 mm.
Con aire incorporado: en el hormigón se le inyecta aire >6% V.
Ligero: 1,2 –2 = 2 N/mm2 Pesado: áridos de densidad muy grande..
Refractario: resistente a altas temperaturas (cemento de aluminato cálcico), etc.
8.4 Por su resistencia:
-
Convencional: 10% agua,15% cemento, 35% arena, 40% grava.
De alta resistencia: 5% agua, 20% cemento, 28% arena, 41% grava, 2% adiciones,
2% aditivos.
9. PROPIEDADES DEL CONCRETO
9.1 En estado fresco
El Concreto en estado fresco es desde que se mezcla el concreto hasta que fragua el cemento.
El Comportamiento Reologico del concreto fresco depende de:
-
Relación agua / cemento.
Grado de hidratación.
Tamaño de partículas.
mezclado.
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-
Temperatura.
a.
La Trabajabilidad
Es la facilidad que tiene el concreto para ser mezclado, manipulado y puesto en obra, con
los medios de compactación del que se disponga. La trabajabilidad depende de:
-
Dimensiones del elemento.
Secciones armadas.
Medios de puesta en obra.
Habrá una mayor trabajabilidad cuando:
b.
contenga más agua.
Repercute en la resistencia (Baja).
Más finos.
Agregados redondeados.
Más cemento.
Fluidificantes / plastificantes.
Adiciones.
Consistencia.
Denominamos consistencia a la mayor o menor facilidad que tiene el hormigón fresco para
deformarse o adaptarse a una forma especifica. La consistencia depende:
-
Agua de amasado.
Tamaño máximo del agregado.
Granulometría.
Forma de los agregados influye mucho el método de compactación.
Tipos de Consistencia:
-
SECA – Vibrado enérgico.
PLÁSTICA – Vibrado normal.
BLANDA – Apisonado.
FLUIDA – Barra.
Tabla: Consistencia / asentamiento
ASIENTO
CONSISTENCIA
(cm)
SECA
PLÁSTICA
BLANDA
FLUIDA
0–2
3–5
6–9
10 – 15
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CONSISTENCIA
TABLA DE TOLERANCIAS
TOLERANCIA
INTERVALO
(cm)
SECA
PLÁSTICA
BLANDA
FLUIDA
c.
0
±1
±1
±1
0–2
3–5
6–9
10 – 15
Homogeneidad y uniformidad.
Homogeneidad: es la cualidad que tiene un concreto para que sus componentes se
distribuyan regularmente en la masa.
Uniformidad: se le llama cuando es en varias amasadas. Esta depende:
-
Buen amasado.
Buen transporte.
Buena puesta en obra.
Se pierde la homogeneidad por tres causas:
-
Irregularidad en el mezclado.
Exceso de agua.
Cantidad y tamaño máximo de los agregados gruesos.
Esto provoca:
d.
Segregación: separación de los áridos gruesos y finos.
Decantación: los áridos gruesos van al fondo y los finos se quedan arriba.
Compacidad.
Es la relación entre el volumen real de los componentes del hormigón y el volumen
aparente del hormigón. No se tiene en cuenta el aire ocluido.
9.2. En estado endurecido
A. Características físico-químicas.
a. Impermeabilidad.
El concreto es un sistema poroso y nunca va a ser totalmente impermeable. Se entiende
por permeabilidad como la capacidad que tiene un material de dejar pasar a través de sus
poros un fluido.
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Para lograr una mayor impermeabilidad se pueden utilizar aditivos impermeabilizantes asi
como mantener una relación agua cemento muy baja. La permeabilidad depende de:
-
Finura del cemento.
Cantidad de agua.
Compacidad.
La permeabilidad se corrige con una buena puesta en obra.
b. Durabilidad.
Depende de los agentes agresivos, que pueden ser mecánicos, químicos o físicos. Los que
más influyen negativamente son:
-
Sales.
Calor.
Agente contaminante.
Humedad.
El efecto producido es un deterioro:
-
Mecánico.
Físico.
Circunstancias que afectan a la durabilidad.
Mecánicas Vibraciones, sobrecargas, impactos, choques.
Físicas
Oscilaciones térmicas, ciclos de hielo y deshielo, fuego, causas higrométricas.
Químicas
Contaminación atmosférica, aguas filtradas, terrenos agresivos.
Biológicas
Vegetación o microorganismos.
c. Resistencia térmica.
-
Bajas temperaturas – Hielo / deshielo (deterioro mecánico).
Altas temperaturas >300º C.
B. Características mecánicas.
a. Resistencia a compresión.
La resistencia a la compresión del concreto normalmente se la cuantifica a los 28 días de
vaciado el concreto, aunque en estructuras especiales como túneles y presas, o cuando se
emplean cementos especiales, pueden especificarse tiempos menores o mayores a 28 días.
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En túneles es bastante frecuente utilizar la resistencia a los 7 días o menos, mientras en
presas se suele utilizar como referencia la resistencia a los 56 días o más.
La resistencia del concreto se determina en muestras cilíndricas estandarizadas de 15 cm de
diámetro y 30 cm. de altura, llevadas hasta la rotura mediante cargas incrementales
relativamente rápidas.
b. Resistencia a flexión
Generalmente su valor corresponde a 10% de la resistencia en compresión del concreto de un
determinado f’c, esta propiedad nos sirve para diseñar estructuras que estarán cargadas y en el
que en muy importante conocer esta propiedad.
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DISEÑO DE MEZCLAS
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CAPITULO 6:
DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO
1. INTRODUCCIÓN
El diseño de mezclas, consiste en aplicar técnicamente los conocimientos sobre sus
componentes para obtener requerimientos particulares del concreto requerido en el Proyecto u
Obra.
Como se sabe el Diseño de Mezclas de Concreto ha estado enfocado muy a menudo de
acuerdo a las “Normas” que debiera cumplir cada elemento del diseño, pero estas Normas
están enfocadas a un cierto número de condiciones especificas que muchas veces, van en
contra de las nuevas circunstancias que se generan en el desarrollo de la Tecnología del
Concreto a nivel mundial.
En la actualidad una variedad de Métodos de Diseño de Mezclas Normalizados, pero que
solamente se usan en circunstancias que necesitamos un certificado que nos dé un organismo
a nivel nacional para fines administrativos y técnicos de las obras.
El Método Tradicional como sabemos especifica que al mezclar el cemento, el agua, el aire
atrapado, el agregado (arena y piedra y/o agregado grueso y agregado fino) y en algunos
casos aditivos, obtendremos finalmente un sólo material El CONCRETO. Pero observamos
que los agregados son parte del concreto y por lo tanto no tenemos por que separarlos en su
estudio, pero podemos ver sus propiedades independientemente para un mejor control de
ellos.
El Módulo de Finura Global está relacionado con los agregados, si logramos que los
agregados del concreto cumplan con las especificaciones técnicas necesarias, entonces
nosotros podemos lograr que el concreto pueda ser mezclado por varios equipos mecánicos:
mezcladora, trompo, mixer u otros, y podemos colocarlo mediante carretillas, canaletas,
cubetas y bombeo, para lo cual solo cambiamos el Módulo de Finura del Agregado Global y
podemos optimizar las propiedades que nosotros queremos, sabiendo que el concreto debe
cumplir con las propiedades que sean necesarias para un tipo particular de obra, y además sus
propiedades intrínsecas en estado fresco como son su trabajabilidad, su peso unitario, su
exudación, su fluidez, etc. y en estado endurecido como son su resistencia, su durabilidad, su
elasticidad, etc. y su economía a corto y largo plazo.
Actualmente los concretos que comúnmente se están utilizando son las que tienen relaciones
a/c que nos proporcionarán resistencias a compresión del concreto que varían desde f’c de
140, 175 y 210 Kg/cm² normalmente, esporádicamente concretos con resistencia f’c de 245,
280, 315 Kg/cm² y rara vez concreto de f’c de 350, 385, 420 o más, estos últimos utilizando
muchas veces aditivo.
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2. DEFINICIÓN
La selección de las proporciones de los materiales integrantes de la unidad cúbica de
concreto, es definida como el proceso que, en base a la aplicación técnica y práctica de los
conocimientos científicos sobre sus componentes y la interacción entre ellos, permite lograr
un material que satisfaga de la manera más eficiente y económico los requerimientos
particulares del proyecto constructivo.
El concreto es un material heterogéneo, el cual está compuesto por material aglutinante como
el cemento Pórtland, material de relleno (agregados naturales o artificiales), agua, aire
naturalmente atrapado o intencionalmente incorporado y eventualmente aditivos o adiciones,
presentando cada uno de estos componentes propiedades y características que tienen que ser
evaluadas así como aquellas que pueden aparecer cuando se combinan desde el momento del
mezclado
3. CONSIDERACIONES Y/O CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS
En necesario enfocar el concepto del diseño de mezcla para producir un buen concreto tan
económico como sea posible, que cumpla con los requisitos requeridos para el estado fresco
(mezclado, transporte, colocación, compactado y acabado, etc.) y en el estado endurecido (la
resistencia a la compresión y durabilidad, etc.).
En general, se piensa que todas las propiedades del concreto endurecido están asociadas a la
resistencia y, en muchos casos, es en función del valor de ella que se las califica. Sin
embargo, debe siempre recordarse al diseñar una mezcla de concreto que muchos factores
ajenos a la resistencia pueden afectar otras propiedades.
Es usual suponer que el diseño de mezclas consiste en aplicar ciertas tablas y proporciones ya
establecidas que satisfacen prácticamente todas las situaciones normales en las obras, lo cual
está muy alejado de la realidad, ya que es en esta etapa del proceso constructivo cuando
resulta primordial la labor creativa del responsable de dicho trabajo y en consecuencia el
criterio personal.
Finalmente debemos advertir que la etapa de diseño de mezclas de concreto representa sólo el
inicio de la búsqueda de la mezcla más adecuada para algún caso particular y que esta
necesariamente deberá ser verificada antes reconvertirse en un diseño de obra.
Conseguir una mezcla con un mínimo de pasta y volumen de vacíos o espacios entre
partículas y consecuentemente cumplir con las propiedades requeridas es lo que la tecnología
del concreto busca en un diseño de mezclas.
Antes de dosificar una mezcla se debe tener conocimiento de la siguiente información:
♦
♦
♦
♦
♦
Los materiales.
El elemento a vaciar, tamaño y forma de las estructuras.
Resistencia a la compresión requerida.
Condiciones ambientales durante el vaciado.
Condiciones a la que estará expuesta la estructura.
88
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4. PARÁMETROS BÁSICOS EN EL COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO
4.1. La trabajabilidad
Es una propiedad del concreto fresco que se refiere a la facilidad con que este puede ser
mezclado, manejado, transportado, colocado y terminado sin que pierda su homogeneidad
(exude o se segregue). El grado de trabajabilidad apropiado para cada estructura, depende del
tamaño y forma del elemento que se vaya a construir, de la disposición y tamaño del refuerzo
y de los métodos de colocación y compactación. Los factores más importantes que influyen
en la trabajabilidad de una mezcla son los siguientes:
-
La gradación, la forma y textura de las partículas
Las proporciones del agregado
La cantidad del cemento
El aire incluido
Los aditivos y la consistencia de la mezcla.
Un método indirecto para determinar la trabajabilidad de una mezcla consiste en medir su
consistencia o fluidez por medio del ensayo de asentamiento con el cono de Abrams. El
requisito de agua es mayor cuando los agregados son más angulares y de textura áspera (pero
esta desventaja puede compensarse con las mejoras que se producen en otras características,
como la adherencia con la pasta de cemento).
4.2. La resistencia
La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica más importante de un
concreto, pero otras como la durabilidad, la permeabilidad y la resistencia al desgaste son a
menudo de similar importancia.
4.3. Durabilidad
El concreto debe poder soportar aquellas exposiciones que pueden privarlo de su capacidad
de servicio tales como congelación y deshielo, ciclos repetidos de mojado y secado,
calentamiento y enfriamiento, sustancias químicas, ambiente marino y otras. La resistencia a
algunas de ellas puede fomentarse mediante el uso de ingredientes especiales como:
-
Cemento de bajo contenido de álcalis, puzolanas o agregados seleccionados para
prevenir expansiones dañinas debido a la reacción álcalis - agregados que ocurre en
algunas zonas cuando el concreto esta expuesto a un ambiente húmedo
Cementos o puzolanas resistentes a los sulfatos para concretos expuestos al agua de
mar o en contacto con suelos que contengan sulfatos; o agregados libres de excesivas
partículas suaves, cuando se requiere resistencia a la abrasión superficial.
La utilización de bajas relaciones a/c prolongara la vida útil del concreto reduciendo la
penetración de líquidos agresivos.
La resistencia a condiciones severas de intemperie, particularmente a congelación y deshielo
y a sales utilizadas para eliminar hielo, se mejora notablemente incorporando aire
correctamente distribuido. El aire inyectado debe utilizarse en todo concreto en climas donde
se presente la temperatura del punto de congelación.
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5. MATERIALES QUE INTERVIENEN EN UNA MEZCLA DE CONCRETO
5.1. El Cemento
Es el principal componente del concreto, el cual ocupa entre el 7% y el 15% del volumen de
la mezcla, presentando propiedades de adherencia y cohesión, las cuales permiten unir
fragmentos minerales entre sí, formando un sólido compacto con una muy buena resistencia a
la compresión así como durabilidad.
Tiene la propiedad de fraguar y endurecer sólo con la presencia de agua, experimentando con
ella una reacción química, proceso llamado hidratación.
5.2. El Agua
Componente del concreto en virtud del cual, el cemento experimenta reacciones químicas
para producir una pasta eficientemente hidratada, que le otorgan la propiedad de fraguar y
endurecer con el tiempo.
Además este componente proporciona a la mezcla una fluidez tal que permita una
trabajabilidad adecuada en la etapa del colocado del concreto. Este componente que ocupa
entre el 14% y el 18% del volumen de la mezcla.
En una porción de pasta hidrata, el agua se encuentra en dos formas diferentes, como agua de
hidratación y agua evaporable.
5.3. Los Agregados
Este componente que ocupa entre 60% a 75% del volumen de la mezcla, son esencialmente
materiales inertes, de forma granular, naturales o artificiales, las cuales han sido separadas en
fracciones finas (arena) y gruesas (piedra), en general provienen de las rocas naturales.
Gran parte de las características del concreto, tanto en estado plástico como endurecido,
dependen de las características y propiedades de los agregados, las cuales deben ser
estudiadas para obtener concretos de calidad y económicos.
Los agregados bien graduados con mayor tamaño máximo tienen menos vacío que los de
menor tamaño máximo; por consiguiente, si el tamaño máximo de los agregados en una
mezcla de concreto se aumenta, para un asentamiento dado, los contenidos de cemento y agua
disminuirán. En general, el tamaño máximo del agregado deberá ser el mayor
económicamente disponible y compatible con las dimensiones de la estructura.
Las partículas de agregado alargadas y chatas tienen efecto negativo sobre la trabajabilidad y
obligan a diseñar mezclas más ricas en agregado fino y por consiguiente a emplear mayores
cantidades de cemento y agua. Se considera que dentro de este caso están los agregados de
perfil angular, los cuales tienen un alto contenido de vacíos y por lo tanto requieren un
porcentaje de mortero mayor que el agregado redondeado.
90
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El perfil de las partículas, por si mismo, no es un indicador de que un agregado está sobre o
bajo el promedio en su capacidad de producir resistencia.
5.4. El Aire
Aire atrapado o natural, usualmente entre 1% a 3% del volumen de la mezcla, están en
función a las características de los materiales que intervienen en la mezcla, especialmente de
los agregados en donde el tamaño máximo y la granulometría son fuentes de su variabilidad,
también depende del proceso de construcción aplicado durante su colocación y compactación.
También puede contener intencionalmente aire incluido mayormente entre el 3% a 7% del
volumen de la mezcla, con el empleo de aditivos. La presencia de aire en las mezclas tiende a
reducir la resistencia del concreto por incremento en la porosidad del mismo.
5.5. Los Aditivos
El ACI 212 la define como: “un material distinto del agua, agregados y cemento hidráulico,
que se usa como ingrediente de concretos y morteros el cual se añade a la mezcla
inmediatamente antes o durante su mezclado”.
Su empleo puede radicar por razones de economía o por mejorar puntualmente alguna
propiedad del concreto tanto en estado fresco o endurecido como por ejemplo: reducir el calor
de hidratación, aumentar la resistencia inicial o final, etc.
6. PASOS BÁSICOS PARA DISEÑAR UNA MEZCLA DE CONCRETO
Nota: Las tablas para el diseño de mezclas están dadas en la parte final del capítulo
a. Recaudar el siguiente conjunto de información:
-
Los materiales.
Del elemento a vaciar; tamaño y forma de las estructuras.
Resistencia a la compresión requerida.
Condiciones ambientales durante el vaciado.
Condiciones a la que estará expuesta la estructura.
b. Determinar la resistencia requerida
Esta resistencia va estar en función a la experiencia del diseñador o la disponibilidad de
información que tenga el mismo, pero siempre vamos a tener que diseñar para algo más de
resistencia de tal manera que solo un pequeño porcentaje de las muestras (normalmente el
1%, según el ACI) puedan tener resistencias inferiores a la especificada, como se muestra en
la siguiente figura:
91
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f’cr = f’c + tDs
1%
99%
f’cr
El comité ACI 318 - 99 muestra tres posibles casos que se podrían presentar al tratar de
calcular la resistencia requerida f’cr
Caso 1: Si se contarán con datos estadísticos de producción en obra así como resultados de
la rotura de probetas
En este caso, se utilizarán las siguientes fórmulas para calcular el f’cr
f ' cr = f ' c + 1.34 Ds
(1)
f ' cr = f ' c + 2.33Ds − 35
(2)
Donde:
f´c
f´cr
Ds
: Resistencia a la compresión especificada (Kg/cm²)
: Resistencia a la compresión requerida (Kg/cm²)
: Desviación estándar en obra (Kg/cm²)
De ambos resultados se escogerá el mayor valor de las fórmulas, siendo este el f´cr requerido
con el cual vamos a diseñar
Caso 2: No contamos con suficientes datos estadísticos (entre 15 y 30 resultados)
En este caso se utilizarán las fórmulas anteriores, donde al valor de Ds se amplificará por un
factor de acuerdo a la siguiente tabla:
92
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N° ENSAYOS
FACTOR DE INCREMENTO
Menos de 15
Usar tabla Caso 3
15
1.16
20
1.08
25
1.03
30 o más
1.00
Entonces para calcular el f’cr tendremos:
f ' cr = f ' c + 1.34(αDs)
f ' cr = f ' c + 2.33(αDs) − 35
Donde: α = factor de amplificación
Caso 3: Contamos con escasos (menos de 15 ensayos) o ningún dato estadístico
Para este caso el Comité del ACI nos indica aplicar la siguiente tabla para determinar el f’cr.
f’c especificado
F’cr ( Kg/cm² )
< 210
f’c + 70
210 a 350
f’c + 84
> 350
f’c + 98
c. Seleccionar el tamaño máximo nominal del agregado grueso (TNM).
La mayoría de veces son las características geométricas y las condiciones de refuerzo de las
estructuras las que limitan el tamaño máximo del agregado que pueden utilizarse, pero a la
vez existen también consideraciones a tomar en cuenta como la producción, el transporte y la
colocación del concreto que también pueden influir en limitarlo.
El TNM del agregado grueso no deberá ser mayor de uno de estos puntos:
-
1/5 de la menor dimensión entre las caras de encofrados.
3/4 del espacio libre mínimo entre barras o alambres individuales de refuerzo,
paquetes de barras, torones o ductos de presfuerzo.
1/3 del peralte de las losas
Estas limitaciones a menudo se evitan si la trabajabilidad y los métodos de compactación son
tales que el concreto puede colocarse sin dejar zonas o vacíos en forma de panal.
93
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d. Selección del asentamiento
Si el asentamiento no se encuentra especificado entonces se puede partir con los valores
indicados en la tabla 01 (Tipo de Estructura)
e. Determinación del contenido de aire
El ACI 211 establece una tabla que proporciona aproximadamente el porcentaje de contenido
de aire atrapado en una mezcla de concreto en función del tamaño máximo nominal del
agregado grueso. La tabla 02 indica la cantidad aproximada de contenido de aire atrapado que
se espera encontrar en concretos sin aire incluido.
En el caso del contenido de aire incorporado también presenta una tabla indicando valores
aproximados en función además de las condiciones de exposición, suave, moderada y severa.
Estos valores señalados en la tabla 06 no siempre pueden coincidir con las indicadas en
algunas especificaciones técnicas. Pero muestra los niveles recomendables del contenido
promedio de aire para el concreto, cuando el aire se incluye a propósito por razones de
durabilidad.
f. Determinación del volumen de agua
La cantidad de agua (por volumen unitario de concreto) que se requiere para producir un
asentamiento dado, depende del tamaño máximo de agregado, de la forma de las partículas y
gradación de los agregados y de la cantidad de aire incluido. La tabla 03 proporciona
estimaciones de la cantidad de agua requerida en la mezcla de concreto en función del tamaño
máximo de agregado y del asentamiento con aire incluido y sin él. Según la textura y forma
del agregado, los requisitos de agua en la mezcla pueden ser mayores o menores que los
valores tabulados, pero estos ofrecen suficiente aproximación paro una primera mezcla de
prueba. Estas diferencias de demanda de agua no se reflejan necesariamente en la resistencia,
puesto que pueden estar involucrados otros factores compensatorios. Por ejemplo, con un
agregado grueso angular y uno redondeado, ambos de buena calidad y de gradación
semejante, puede esperarse que se produzcan concretos que tengan resistencias semejantes,
utilizando la misma cantidad de cemento, a pesar de que resulten diferencias en la relación a/c
debidas a distintos requisitos de agua de la mezcla. La forma de la partícula, por si misma, no
es un indicador de que un agregado estará por encima o por debajo del promedio de su
resistencia potencial.
g. Seleccionar la relación agua/cemento
La relación a/c requerida se determina no solo por los requisitos de resistencia, sino también
por los factores como la durabilidad y propiedades para el acabado. Puesto que distintos
agregados y cementos producen generalmente resistencias diferentes con la misma relación
a/c, es muy conveniente conocer o desarrollar la relación entre la resistencia y la relación a/c
de los materiales que se usaran realmente.
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Para condiciones severas de exposición, la relación a/c deberá mantenerse baja, aun cuando
los requisitos de resistencia puedan cumplirse con un valor mas alto. Las tablas 04 y 07
muestran estos valores limites.
h. Cálculo del contenido de cemento
Se obtiene dividiendo los valores hallados en los pasos (f)/(g)
i. Cálculo de los pesos de los agregados.
Está en función del método de diseño específico a emplear o basado puntualmente en alguna
teoría de combinación de agregados.
j. Presentar el diseño de mezcla en condiciones secas.
k. Corrección por humedad del diseño de mezcla en estado seco
Hay que tener en cuenta la humedad de los agregados para pesarlos correctamente.
Generalmente los agregados están húmedos y a su peso seco debe sumarse el peso del agua
que contienen, tanto absorbida como superficial.
Peso agregado húmedo = Peso agregado seco (1 + Cont. humedad del agregado (%))
l. Cálculo del agua efectiva
El agua a utilizarse en la mezcla de prueba debe incrementarse o reducirse en una cantidad
igual a la humedad libre que contiene el agregado, esto es, humedad total menos absorción.
Para esto se utilizará la siguiente formula
Aporte de humedad de los agregados = Peso agregado seco (% Cont. de humedad - % absorción)
Entonces:
Agua efectiva = Agua de diseño – Aporte de humedad de los agregados
m. Presentar el diseño de mezcla en condiciones húmedas.
n. Realizar tos ajustes a las mezclas de pruebas
Para obtener las proporciones de la mezcla de concreto que cumpla con las características
deseadas, con los materiales disponibles se prepara una primera mezcla de prueba con unas
proporciones iniciales que se determinan siguiendo los pasos que a continuación se indican.
95
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A esta mezcla de prueba se le mide su consistencia y se compra con la deseada: si difieren, se
ajustan las proporciones. Se prepara, luego, una segunda mezcla de prueba con las
proporciones ajustadas, que ya garantiza la consistencia deseada; se toman muestras de
cilindro de ella v se determina su resistencia a la compresión; se compara con la resistencia
deseada y si difieren, se reajustan las proporciones. Se prepara una tercera mezcla de prueba
con las proporciones reajustadas que debe cumplir con la consistencia y la resistencia
deseada; en el caso de que no cumpla alguna de las condiciones por algún error cometido o
debido a la aleatoriedad misma de los ensayos, se pueden ser ajustes semejantes a los
indicados hasta obtener los resultados esperados.
7. SECUENCIAS DE LOS PRINCIPALES MÉTODOS DE DISEÑOS DE MEZCLAS:
7.1. Método ACI 211
Este procedimiento propuesto por el comité ACI 211, está basado en el empleo de tablas
confeccionadas por el Comité ACI 211; la secuencia de diseño es la siguiente:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
k.
l.
m.
n.
Selección de la resistencia requerida (f’cr)
Selección del TMN del agregado grueso.
Selección del asentamiento TABLA 01.
Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 02.
Seleccionar el contenido de agua TABLA 03.
Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por
durabilidad. TABLAS 04 y 07.
Cálculo del contenido de cemento (e)/(f)
Seleccionar el peso del agregado grueso (TABLA 05) proporciona el valor de b/bo,
donde bo y b son los pesos unitarios secos con y sin compactar respectivamente del
agregado grueso).
Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el
agregado fino.
Cálculo del volumen del agregado fino.
Cálculo del peso en estado seco del agregado fino.
Presentación del diseño en estado seco.
Corrección del diseño por el aporte de humedad de los agregados.
Presentación del diseño en estado húmedo.
7.2. Método del modulo de fineza de la Combinación de Agregados
Este método utiliza como base algunas tablas dadas por el ACI, la principal diferencia radica
en la forma en que se calcula los pesos de los agregados, por lo demás todo es similar al
método anterior; la secuencia de diseño es la siguiente:
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a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
Selección de la resistencia requerida (f’cr)
Selección del TMN del agregado grueso.
Selección del asentamiento TABLA 01.
Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 02.
Seleccionar el contenido de agua TABLA 03.
Selección de la relación a/c sea por resistencia a compresión o por durabilidad
TABLAS 04 y 07.
Cálculo del contenido de cemento (e)/(f)
Cálculo del volumen absoluto de los agregados.
Cálculo del módulo de fineza de la combinación de los agregados. TABLA 06
Cálculo del porcentaje de agregado fino
% Agregado fino =
k.
l.
m.
n.
mg − m
mg − m f
Cálculo de los pesos secos de los agregados.
Presentación el diseño en estado seco.
Corrección del diseño por el aporte de humedad.
Presentación del diseño en estado húmedo.
8. APLICACIÓN Y COMPARACIÓN DE LOS PRINCIPALES DISEÑOS DE
MEZCLAS
A continuación se señalan los principales parámetros a conocer para elaborar un diseño de
mezclas y se calculará el diseño de mezcla con 2 métodos diferentes, indicando los pasos
correspondientes para cada Parámetros principales a conocer
8.1. Características de los materiales:
Cemento
Marca y tipo
Procedencia
Densidad relativa
Sol
Cementos Lima
3.11
Agua
Agua potable de la red pública de San Juan de Miraflores - Lima
Peso específico
1000Kg/m³
Agregados
Cantera
Perfil
Peso unitario suelto, Kg/m³
Peso unitario compactado, Kg/m³
Peso específico seco
Módulo de fineza
TMN
97
Fino
Jicamarca
Grueso
Jicamarca
1560
1765
2690
2.80
--
1587
1660
2780
6.50
¾”
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% de absorción
Contenido de humedad, %
0.70%
7.5%
0.60%
3.0%
8.2. Características del Concreto:
Resistencia a la compresión especificada
Desviación estándar promedio en obra
Tipo de Asentamiento
: 210 Kg/cm²
: 20 Kg/cm²
: Concreto superplastificado
8.3. Condiciones ambientales y de exposición:
Lugar obra
: Lima
Temperatura promedio ambiente : 20 °C
Humedad relativa
: 80%
Condiciones de exposición
: Normales
8.4. Solución del problema:
a. Resistencia requerida:
De las Especificaciones Técnicas se tiene:
f’c = 210 Kg/cm² Ds = 18 Kg/cm² , reemplazando en las fórmulas (1) y (2):
f’cr = 210+1.34(20)
f’cr = 210+2.33(20) - 35
= 236.8 Kg/cm²
= 221.6 Kg/cm²
Se tiene entonces como f 'cr = 236.8 Kg/cm²
b. Tamaño Nominal Máximo:
De acuerdo a las especificaciones indicadas para la obra TMN = ¾”
c. Asentamiento
Según las especificaciones el concreto es superplastifícado, por lo tanto presentará
asentamiento de 6" a 8".
un
d. Contenido de aire total
Dado las condiciones especificadas no se requiere incluir aire, de la tabla 02 se tiene:
Método ACI 211
Tabla 02
M. Módulo de fineza Combinación agregados
Tabla 02
2.0 %
2.0 %
98
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e. Contenido de agua
De la tabla 03 tenemos que:
Método ACI 211
Tabla 03
M. Módulo de fineza Combinación agregados
Tabla 03
216 lt
216 lt
f. Relación a/c
Dado que no se presenta problemas por durabilidad, el diseño sólo tomará en cuenta la
resistencia, entonces utilizando la tabla 04 para f’cr = 236.8 Kg/cm² tenemos:
Método ACI 211
Tabla 04
M. Módulo de fineza Combinación agregados
Tabla 04
0.65
0.65
g. Contenido de cemento
Se calculará dividiendo (e)/(f),así tenemos:
Método ACI 211
M. Módulo de fineza Combinación agregados
332.3 Kg
332.3 Kg
Por el método del AC1 211
h. Selección del peso del agregado grueso;
De la tabla 05 se tiene: b/bo = 0.62, además como bo = 1660 Kg/m³
Entonces el peso del agregado grueso = 1029.2 Kg
i. Cálculo de la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar
el agregado fino:
Material
Cemento (Kg)
Agua (lt)
Agregado Grueso (Kg)
Aire (%)
Peso Seco
Peso Específico
Volumen
332.3
216
1029
2%
3110
1000
2780
0.1068
0.2160
0.3701
0.0200
0.7129
Total
99
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j. Cálculo del volumen del agregado fino
Volumen del agregado fino = 1 - ( i ) = 1- 0.7129 = 0.2871 m³
k. Cálculo del peso en estado seco del agregado fino
Peso seco A.F. = ( j ) x Peso específico seco = 0.2871 x 2690 = 772.3 Kg
l. Presentación del diseño en estado seco
Material
Peso Seco/m³
Cemento
Agua
Agregado Grueso
Agregado Fino
Aire
332.3 Kg
216.0 lt
1029.2 Kg
772.3 Kg
2%
Por el método del Módulo de fineza de la combinación de agregados
h. Cálculo de la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin incluir los
agregados:
Material
Cemento (Kg)
Agua (lt)
Aire (%)
Peso Seco
Peso Específico
Volumen
332.3
216
2%
3110
1000
0.1068
0.2160
0.0200
0.3428
Total
Volumen del agregado global = 1 - ( h ) = 1- 0.3428 = 0.6572 m³
i. Cálculo del módulo de fineza de la combinación de los agregados.
Conociendo la cantidad de cemento y el TNM del agregado, interpolando valores en la
Tabla 06 se tiene: m = 5.096
j. Cálculo del porcentaje de agregado fino:
Se sabe de (j) que m = 5.096. Además mg = 6.50 y mf = 2.7, entonces:
%agregadofino =
6.50 − 5.096
x100 = 37.95%
6.50 − 2.80
100
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k. Cálculo de los Pesos secos de los agregados
Para el agregado fino
Volumen del AF: (h) x (j) = 0.6572 x 36.95% = 0.2428 m³
Peso seco AF: 0.2428 x 2690 = 653.1 Kg
Para el agregado grueso
Volumen del AG: (h) x (100% - (j)) = 0.6572 x (100% - 36.95%) = 0.4144m ³
Peso seco AG: 0.4144 x 2780 = 1152.0 Kg
l. Presentación del diseño en estado seco
Material
Peso Seco/m³
Cemento
Agua
Agregado Grueso
Agregado Fino
Aire
332.3 Kg
216.0 lt
1152.0 Kg
653.1 Kg
2%
Resumen de los diseños de mezcla en condición seca obtenidos con los diferentes
métodos
Material
Cemento
Agua
Agregado Grueso
Agregado Fino
Aire
ACI
Módulo de fineza de la
combinación de agregados
332.3 Kg
216.0 lt
1029.2 Kg
772.3 Kg
2%
332.3 Kg
216.0 lt
1152.0 Kg
653.1 Kg
2%
101
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9. TABLAS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS
Tabla 01: Asentamientos recomendados para diversos tipos de estructuras
TIPO DE ESTRUCTURA
SLUMP
MÁXIMO
SLUMP
MÍNIMO
3”
3”
4”
4”
3”
2”
1”
1”
1”
2”
1”
1”
Zapatas y muros de cimentación reforzados
Cimentaciones simples y calzaduras
Vigas y muros armados
Columnas
Muros y pavimentos
Concreto ciclópeo
Tabla 02: Contenido de aire atrapado
TNM del
agregado Grueso
Aire Atrapado
%
3/8”
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
4”
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.3
0.2
Tabla 03: Volumen de agua por m²
Asentamiento
3/8”
1” a 2”
3” a 4”
6” a 7”
207
228
243
1” a 2”
3” a 4”
6” a 7”
181
202
216
Agua en lt/m³, para TNM agregados y consistencia indicadas
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
Concreto sin aire incorporado
199
190
179
166
154
130
216
205
193
181
169
145
228
216
202
190
178
160
Concreto con aire incorporado
175
168
160
150
142
122
193
184
175
165
157
133
205
187
184
174
166
154
102
6”
113
124
-107
119
--
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Tabla 04: Relación agua/cemento por resistencia
f’c
Kg/cm²
150
200
250
300
350
400
450
Relación a/c en peso
Concreto sin
Concreto con
aire incorporado
aire incorporado
0.8
0.70
0.62
0.55
0.48
0.43
0.38
0.71
0.61
0.53
0.46
0.40
Tabla 05: Peso del agregado grueso por unidad de volumen del concreto
TNM del
agregado Grueso
3/8”
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
6”
Volumen del agregado grueso seco y compactado por unidad de volumen
de concreto para diversos Módulos de fineza del fino (b/bo)
2.40
0.50
0.59
0.66
0.71
0.76
0.78
0.81
0.87
2.60
0.48
0.57
0.64
0.69
0.74
0.76
0.79
0.85
2.80
0.46
0.55
0.62
0.67
0.72
0.74
0.77
0.83
3.00
0.44
0.53
0.60
0.65
0.70
0.72
0.75
0.81
Tabla 06: Módulo de fineza de la combinación de agregados
TNM del
agregado Grueso
3/8”
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
Módulo de fineza de la combinación de agregados el cual da las mejores
condiciones de trabajabilidad para distintos contenidos de cemento en
bolsas/m³ ( m )
6
3.96
4.46
4.96
5.26
5.56
5.86
6.16
7
4.04
4.54
5.04
5.34
5.64
5.94
6.24
103
8
4.11
4.61
5.11
5.41
5.71
6.01
6.31
9
4.19
4.69
5.19
5.49
5.79
5.09
6.39
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Tabla 07: Contenido de aire incorporado y total
TNM del
agregado Grueso
Contenido de aire total ( % )
Exposición
Exposición
Exposición
Suave
Moderada
Severa
3/8”
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
6”
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
Tabla 08: Condiciones especiales de exposición
Condiciones de exposición
Relación a/c máxima, en
concretos con agregados
de peso normal
Concreto de baja permeabilidad
Expuesto al agua dulce
Expuesto ala agua de mar o aguas solubles
Expuesto a la acción de aguas cloacales
Concretos expuestos a procesos de
congelación y deshielo en condiciones
húmedas
Sardineles, cunetas, secciones delgadas
Otros elementos
Protección contra la corrosión del concreto
expuesto a la acción de agua de mar, aguas
salubres, neblina o rocio de estas aguas
Si el recubrimiento mínimo se incrementa
en 15 mm.
Resistencia en
compresión mínima en
concretos con agregados
livianos
0.50
0.45
0.45
260
0.45
0.50
300
0.40
325
0.45
300
La resistencia f’c no debera ser menor de 245 Kg/cm² por razones de durabilidad
104
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ENSAYOS EN EL CONCRETO
105
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CAPITULO 7:
ENSAYOS EN EL CONCRETO
I. EL CONCRETO EN ESTADO FRESCO
1. TRABAJABILIDAD
1.1. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO (NTP 339.035): “METODO DE ENSAYO
PARA LA MEDICION DEL ASENTAMIENTO DEL HORMIGÓN CON EL
CONO DE ABRAMS”
1.1.1. APARATOS
a. Cono de Abrams; molde de forma tronco cónica de 20 cm. de diámetro en la base
inferior y 10 cm. de diámetro en la base superior; altura de 30 cm; provisto de
agarrederas y aletas de pie.
b. Varilla compactadora de acero lisa de 5/8” de diámetro con punta semiesférica y de
aproximadamente 60 cm. de longitud.
Aparatos para el Ensayo de Asentamiento
Varilla
Wincha
Cono
Plancha de
106
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1.1.2. PROCEDIMIENTO
a. Colocar el molde humedecido superficialmente seco sobre una superficie plana no
absorbente.
b. Llenar el concreto en tres capas de aproximadamente 1/3 del volumen total cada capa.
c. Compactar cada capa con la barra mediante 25 golpes uniformes en toda la sección.
d. Enrasar el molde una vez terminada de compactar la última capa por exceso , esto se
puede hacer utilizando una plancha de albañilería o la barra compactadora.
e. Levantar el molde en dirección vertical , y medir inmediatamente la diferencia entre la
altura del molde y la altura del concreto fresco. Esta operación debe hacerse entre 5 a
10 seg. máximo, evitar movimiento laterales o torsionales.
f. De observarse un asentamiento tipo corte este ensayo deberá desecharse y realizarse
uno nuevo con otra parte de la mezcla. Sí se vuelve a cortar, el concreto carece de
plasticidad y cohesión y no es valido para este ensayo.
g. Se golpea con la varilla en el centro del molde y se puede observar como es la
cohesión de la mezcla.
2. PESO UNTARIO DEL CONCRETO FRESCO
2.1. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO ( NTP 339.046 ): “METODO DE ENSAYO
PARA DETERMINAR EL PESO POR METRO CUBICO, RENDIMIENTO Y
CONTENIDO DE AIRE DEL CONCRETO FRESCO”
2.1.1. APARATOS
a. Balanza con aproximación de 50 gr.
b. Varilla compactadora de 5/8”.
c. Recipiente (según el tamaño máximo nominal del agregado), ver tabla 1
2.1.2. PROCEDIMIENTO
a. Llenar el recipiente hasta un tercio de su capacidad.
b. Compactar la primera capa evitando golpear el fondo y distribuyendo uniformemente
sobre la superficie.
c. Cuando se use el recipiente de ½ pie3 se compactará con 25 golpes y cuando se utilice
el recipiente de 1 pie3 cada capa se compactará con 50 golpes.
d. Golpear la superficie exterior del recipiente con cuidado 10 a 15 veces usando un
martillo de goma esto es con la finalidad de eliminar burbujas atrapadas .
107
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e. Proceder a colocar la segunda y tercera capa siguiendo los pasos b, c y d.
f. Enrasar la superficie superior con una plancha o varilla compactadora teniendo
cuidado de dejar lleno el recipiente justo hasta su nivel superior.
2.2. RESULTADOS
2.2.1. PESO POR METRO CUBICO:
P.U.
P
R
V
= Peso Unitario del Concreto en Kg.
= Peso del concreto + Peso del recipiente en Kg.
= Peso del recipiente en Kg.
= Volumen del recipiente en m³.
P.U . =
P−R
V
2.2.2. VOLUMEN
Vh
N
Pc
Paf
Pag
Pa
P.U.
= Volumen de concreto producido en m³.
= numero de bolsas de cemento.
= Peso de una bolsa de cemento en Kg.
= Peso del agregado fino en Kg.
= Peso del agregado grueso en Kg.
= Peso del agua en Kg.
= Peso unitario del concreto fresco.
Vh =
N Pc + Paf + Pag + Pa
P.U.
2.2.3. RENDIMIENTO
Y
Vh
= Rendimiento del concreto por bolsa de cemento
= Volumen del diseño de mezcla en m³
Y =
Vh
Vd
108
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3. EXUDACIÓN
3.1. “METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA EXUDACIÓN ” - NTP 330.077
3.1.1. APARATOS
a.
b.
c.
d.
e.
Recipiente cilíndrico metálico de ½ pie³ de capacidad.
Balanza con aproximación del 0.5%.
Pipeta para extraer el agua libre de la superficie
Tubo graduado
Varilla compactadora de 5/8”de diámetro y 60 cm de longitud
3.1.2. PROCEDIMIENTO
a.
b.
c.
d.
Llenar y enrasar el recipiente con concreto fresco.
Anotar la hora ,peso y contenido.
Colocar el recipiente sobre una superficie nivelada ,libre de vibraciones y tapar.
A los 10 minutos durante los primeros 40 minutos extraer el agua que se haya
acumulado en la superficie ( con la pipeta), de allí en adelante cada 30 minutos hasta
que cese la exudación.
e. Cada vez terminada la extracción del agua exudada se vuelve el recipiente a su
posición inicial.
f. Acumular el agua exudada en un tubo graduado
3.2.EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS
3.2.1. VOLUMEN DE AGUA DE EXUDACIÓN POR UNIDAD DE SUPERFICIE
V = volumen de agua de exudación
V1 = Volumen del agua total exudada en cm³
A = Área expuesta del Concreto en cm²
V =
V1
A
3.2.2. AGUA ACUMULADA DE EXUDACIÓN
W
w
S
= Peso total de agua en la mezcla en kg.
= Peso neto de agua en la mezcla kg.
= Peso de la muestra en kg.
C =
wS
W
3.2.3. EXUDACION
%E
S
= Exudación en %
= Peso de la muestra en kg.
%E =
109
D
x100
C
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II. EL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO
1.
“METODO DE ENSAYO PARA EL ESFUERZO A LA COMPRESIÓN DE
MUESTRAS CILÍNDRICAS DE CONCRETO” – NTP 339.034 . 1999
1.1. APARATOS
a. Máquina de Ensayo capaz de mantener la velocidad de Carga continua y uniforme.
EQUIPO DE COMPRESION DE DOS ESCALAS ( 100 Tn. y 30 Tn),
CON SISTEMA HIDRAULICO Y LECTURA ANALÓGICA.
1.2. PROCEDIMIENTO
a. Medir el diámetro y la altura de la probeta cilíndrica con una aproximación de 0.1mm
con un calibrador micrométrico.
b. Colocar la probeta sobre el bloque inferior de apoyo y centrar sobre el mismo.
c. Aplicar la carga en forma continua y constante evitando choques la velocidad de carga
estará en el rango de 0.14 a 0.34 Mpa/s.
d. Anotar la carga máxima, el tipo de rotura y además toda otra observación relacionada
con el aspecto del concreto.
Probetas
capeadas
Rotula
110
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1.3. EXPRESIÓN DE RESULTADOS
Rc =
P =
A =
Resistencia de Rotura a la Compresión.
Carga Máxima de Rotura en Kilogramos.
Área de la superficie de Contacto
Rc =
P
A
NOTA: Si la relación Altura/Diámetro, de la probeta es menor de 1.8 , corregir el resultado
obtenido multiplicando por el correspondiente factor de corrección, usando la siguiente tabla:
2.
L/D
1.75
1.50
1.25
1.00
Factor
0.98
0.96
0.93
0.87
“METODO ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FLEXION
DEL HORMIGÓN EN VIGAS SIMPLEMENTE APOYADAS CON CARGA EN
EL CENTRO DEL TRAMO” – NTP 339.079 - 2001
2.1. APARATOS
a. Maquina de ensayo, capaz de mantener la velocidad de carga continua y uniforme.
b. Aparatos de carga, capaz de mantener la distancia de apoyos con aproximación de 2.0
mm.
c. Placas de carga y apoyo
111
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2.2. PROCEDIMIENTO
a. El ensayo se realiza con la muestra en estado húmedo, haciendo girar las muestras
sobre uno de los lados con respecto a la posición de vaciado.
b. Aplicar la carga a una velocidad que incremente constantemente la resistencia de la
fibra extrema , entre 0.86 MPa/min y 1.21 MPa/min, hasta la rotura de la viga.
c. Determinar el ancho promedio, altura promedio, y ubicación de la línea de fractura de
la viga en la zona de falla.
2.3. EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS
Mr
P
L
b
h
3.
= Módulo de rotura, en MPa
= Carga máxima de rotura, en Kg-f.
= Luz libre entre apoyos, en cm.
= Ancho promedio de la viga, en cm
= Altura promedio de la viga, en cm
Mr =
3PL
2bh ²
“METODO PARA LA EXTRACCIÓN Y ENSAYO DE PROBETAS
CILÍNDRICAS Y VIGUETAS DE HORMIGÓN ENDURECIDO” – NTP 339.059
3.1. APLICACIÓN
Para evaluar la resistencia del concreto en una estructura:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Cuando la resistencia de las probetas, modelados al pie de obra es baja.
Cuando han ocurrido anomalías en el desarrollo de la construcción.
Fallas de curado.
Aplicación temprana de cargas.
Incendio.
Estructuras antiguas.
No se cuenta con registros de resistencia, etc.
3.2. CRITERIOS GENERALES
a. El concreto ha adquirido suficiente resistencia para que durante el corte no se pierda la
adherencia entre el agregado y la pasta.
b. En todos los casos, el concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado
c. Deben tomarse tres especimenes por cada resultado de resistencia que esté por debajo
de la resistencia a la Compresión especificada del concreto f'c
112
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3.3. EQUIPO
a. Los testigos cilíndricos se extraen con un equipo sonda provisto de brocas
diamantadas.
b. Calibrador o vernier con apreciación de por lo menos 0.5 mm
Máquina Extractora Diamantina
3.4. CONSIDERACIONES PARA LA EXTRACCION
El concreto ha adquirido suficiente resistencia para que durante el corte no se pierda la
adherencia entre el agregado y la pasta.
En todos los casos, el concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado.
Deben tomarse tres especimenes por cada resultado de resistencia que esté por debajo de la
resistencia a la Compresión Especificada del concreto f'c
3.5. PREPARACIÓN, CURADO Y REFRENDADO
Los testigos deben tener sus caras planas, paralelas entre ellas y perpendiculares al eje de la
probeta.
Las protuberancias o irregularidades de las caras de ensayo deberán ser eliminadas mediante
aserrado cuando sobrepasen los 5 mm.
La determinación de la longitud de un testigo estará dado por el promedio de 5 mediciones
con el vernier, con una aproximación de ± 1 mm
El ACI recomienda que si el concreto de la estructura va a estar seco durante las condiciones
de servicio, los corazones deberán secarse al aire (temperatura entre 15 y 30° C, humedad
relativa menor del 60%), durante 7 días antes de la prueba, y deberán probarse secos.
Si el concreto de la estructura va a estar superficialmente húmedo en esas condiciones de
servicio, los corazones deben sumergirse en agua por lo menos durante 48 horas y probarse
húmedos.
La Norma ASTM establece, a diferencia del criterio del ACI, que las probetas sean curadas
en húmedo, por 40 hrs. antes de la rotura.
Antes del ensayo de compresión, la probeta deberá ser refrendada en ambas caras, de manera
113
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de obtener superficies adecuadas. En este caso son de aplicación los métodos: ASTM C 17 y
ASTM C 192.
3.6. ENSAYO DE LOS TESTIGOS
La resistencia obtenida sobre las probetas diamantinas deberá expresarse con aproximación
de 0.1 Kg/cm2 cuando el diámetro se mide con aproximación de 0.25 mm.; y de 0.5 cuando el
diámetro es medido con aproximación de 2.5 mm. Además deberán registrarse:
-
La longitud de la probeta.
Las condiciones de humedad antes de la rotura.
El tamaño máximo del agregado en el concreto
La dirección en la aplicación de la carga de rotura con relación al plano
longitudinal de colocación del concreto en obra.
3.7. EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS.
Los factores de corrección son aplicables a hormigones de 140 Kg/cm² a 420 Kg/cm².
Se estima que la resistencia de los testigos es, en general, inferior a la que podría obtenerse de
cilindros moldeados, con el mismo concreto, al pie de obra y curados por el método
normalizado Esto se explica porque el curado normalizado es más intenso que el curado en
obra.
Los testigos suelen tener menor resistencia cerca de la superficie superior de la estructura. Al
aumentar la profundidad. La resistencia se incrementa hasta un cierto límite.
Si los testigos tienen una relación L / D < 2, se deberán ajustar los resultados del ensayo de
compresión, mediante la siguiente tabla :
Relación
Longitud/Diámetro
2.00
1.75
1.50
1.25
1.00
Factor Corrección
NTP
1.00
0.99
0.97
0.94
0.91
El concreto de la zona representada por los testigos diamantinos, se considerará
estructuralmente adecuada si:
-
El promedio de 3 testigos diamantinos ≥ 85% f 'c.
Ninguna resistencia de algún testigo ≤ 75% f 'c.
A fin de comprobar la precisión de las pruebas, se pueden volver a probar zonas
representativas de resistencias erráticas de los corazones.
114
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4.
“METODO ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE
REBOTE DEL CONCRETO ENDURECIDO” – NTP 339.181
4.1. DEFINICIÓN
Es un método de ensayo NO DESTRUCTIVO, el cual en esencia consiste en medir la
dureza de la superficie, es un método rápido y simple que se aplica para evaluar la
uniformidad del concreto in situ, es de gran ayuda para identificar zonas donde el concreto es
de calidad pobre, se encuentra en estado deteriorado y estimar el desarrollo de la resistencia
in-situ, se mide el rebote de un embolo cargado con un resorte después de haber golpeado
una superficie plana de concreto.
el método también nos puede dar una referencia con respecto a la resistencia del concreto,
siempre considerando que para un concreto el numero de rebotes puede ser afectado por :
-
La humedad
La superficie de ensayo
La forma y rigidez del espécimen
Tipo de agregado grueso
La edad y condición de humedad del concreto
El método utilizado para obtener la superficie de ensayo
La profundidad de carbonatación etc.
Todos estos factores deben ser correctamente interpretados durante el proceso de ensayo
debido a la incertidumbre inherente del método en la estimación de resistencias no se
recomienda como base para la aceptación o rechazo de un concreto.
4.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
a. El método consiste en impactar una superficie de concreto con el martillo en forma
perpendicular a esta superficie.
b. Después del impacto proceder a leer el numero de rebote en la escala y registrarlo
aproximándolo siempre a un número entero.
c. La separación entre impacto e impacto debe ser al menos de 2.5 cm.
d. Registrar un mínimo de 10 lecturas en el área seleccionada para el ensayo.
115
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e. Examinar la impresión que por el impacto se va observar en la superficie ensayada ,
en caso de observar la superficie destrozada o aplastada se debe anular esta lectura y
proceder a realizar otra.
4.3. EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS
Descartar las lecturas que difieran del promedio por más de 6 unidades y determinar el
promedio de las lecturas restantes.
Si más de 2 lecturas difieren de este promedio por más de 6 unidades, desechar todas las
lecturas y determinar los números de rebotes en 10 nuevas ubicaciones dentro del área de
ensayo.
4.4.REPORTE
El informe deberá contener la siguiente información:
-
Fecha y hora de ensayo
Ubicación de estructura ensayada
Descripción del concreto
Descripción del área de Ensayo
Características de la superficie
Altura sobre el nivel del terreno
Condiciones del curado
Identificación del Martillo
Orientación del Martillo
Numero de Rebote promedio
Comentarios
Edad del Concreto
Promedio de cada área de ensayo
116
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CONTROL ESTADISTICO EN
EL CONCRETO
Expositor:
Ing. Rafael Cachay Huamán
Ingeniero Asistente del L.E.M.
117
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CAPITULO 8:
CONTROL ESTADÍSTICO EN EL CONCRETO
1. INTRODUCCIÓN
Un concepto muy importante que hay que tener en cuenta actualmente es que los métodos de
diseño estructural en concreto son probabilísticas.
Al ser el concreto un material heterogéneo, está sujeto a la variabilidad de sus componentes
asi como a las dispersiones adicionales debido a las técnicas de elaboración, transporte,
colocación y curado en obra
La resistencia del concreto bajo condiciones controladas sigue con gran aproximación la
distribución probabilística Normal
En la tabla 1 se muestran las principales fuentes de variación de la resistencia en compresión
del concreto
Tabla1: Principales fuentes de variación de la resistencia del concreto
DEBIDO A LAS VARIACIONES EN LAS
PROPIEDADES DEL CONCRETO
1. Cambios en la relación a/c
a. Control deficiente del agua
b. Variación excesiva de humedad
DEBIDO A LAS DEFICIENCIAS EN LOS METODOS
DE PRUEBA
1. Procedimientos de muestreo inadecuados
2. Dispersiones debidas a la forma de
preparación , manipuleo y curado de los
2. Variación en los requerimientos de agua cilíndros de prueba
de mezcla
3. Mala calidad de los cilíndros de prueba
a. Gradación de los agregados,
absorción
4. Defectos de curado
b. Características del cemento y
a. Variación de temperatura
aditivos
b. Humedad variable
c. Tiempo de suministro y temperatura
c. Demoras en el transporte
3. Variación en las características y
5. Procedimientos de ensayo deficientes
proporción de los ingredientes
a. El refrendado (Capping)
a. Agregados
b. El ensayo de compresión
b. Cemento
c. Aditivos
4. Variaciones ocasionadas por el transporte,
colocación y compactación
5.
Variación en la temperatura y curado
118
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2. DISTRIBUCIÓN NORMAL (CAMPANA DE GAUSS)
Hoy en día está demostrado que el comportamiento de la resistencia del concreto a
compresión se ajusta a la Distribución Normal (Campana de Gauss), cuya expresión
matemática es:
Y=
1
DS 2π
1  X − X PROM
− 
2
DS
e




2
Donde:
DS
XPROM
X
e
п
= Desviación Estándar
= Resistencia Promedio
= Resistencia de ensayo
= 2.71828
= 3.14159
Al graficar la ecuación anterior obtenemos una grafica especial el cual tiene algunas
características:
-
Es simétrica con respecto a µ
Es asintótica respecto al eje de las abscisas
La forma y tamaño va a depender de Ds
El siguiente gráfico muestra la curva normal para diferentes valores de Ds, teniendo un
mismo µ entonces podemos concluir que a medida que aumenta el Ds el grado de dispersión
que existente las resistencia de las probetas es mayor el cual tiende a alejarse del promedio
70
60
50
40
30
20
10
0
190
210
230
250
270
290
310
330
350
370
390
410
430
R esist encia ( Kg / cm²)
Ds = 26 Kg/ cm²
Ds = 40 Kg/cm²
119
Ds = 60 Kg/cm²
450
470
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La Desviación estándar está definida como:
∑ ( X − Xprom )
2
DS =
n −1
Donde:
Ds
Xprom
X
n
= Desviación Estándar
= Resistencia Promedio
= Resistencia individual
= Número de ensayos
Este parámetro nos indica el grado de dispersión existente entre la resistencia a compresión
para un determinado f’c
Coeficiente de variación, tiene como expresión:
V =
DS
X PROM
x100
Donde:
DS
XPROM
= Desviación Estándar
= Resistencia Promedio
Este parámetro no permite predecir la variabilidad existente entre los ensayos de resistencia
La distribución normal permite estimar matemáticamente la probabilidad de la ocurrencia de
un determinado fenómeno en función de los parámetros indicados anteriormente, y en el caso
del concreto se aplica a los resultados de resistencias.
Ejemplo 1
Calcular la Desviación estándar, el promedio y coeficiente de variación conociendo los
resultados de las resistencias en compresión del promedio de las probetas de concreto.
120
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valores promedio de dos probetas
(Kg/cm²)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
Suma
Xi - Xprom
(Xi - Xprom)2
-6.03
-14.03
-2.03
1.97
-5.03
1.97
-5.03
0.97
3.97
-5.03
-3.03
2.97
14.97
18.97
7.97
6.97
9.97
-2.03
10.97
-12.03
-4.03
-8.03
-10.03
-6.03
8.97
0.97
0.97
0.97
4.97
6.97
10.97
3.97
-24.03
-14.03
Suma
36.35
196.82
4.12
3.88
25.29
3.88
25.29
0.94
15.77
25.29
9.18
8.82
224.12
359.88
63.53
48.59
99.41
4.12
120.35
144.71
16.24
64.47
100.59
36.35
80.47
0.94
0.94
0.94
24.71
48.59
120.35
15.77
577.41
196.82
2704.97
213
205
217
221
214
221
214
220
223
214
216
222
234
238
227
226
229
217
230
207
215
211
209
213
228
220
220
220
224
226
230
223
195
205
7447
Para hallar el Xprom, utilizaremos la expresión:
Xprom=
∑Resistencia= 7447 = 219.03
34
n
La desviación estándar será:
DS =
∑ ( X − Xprom)
2
n −1
121
=
2704.97
= 9.05
34 − 1
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Por último de variación será:
V =
DS
X PROM
x100 =
9 .05
x100 = 4 .13 %
219 .03
Ejemplo 2
Conociendo los resultados de las resistencias en compresión de 434 probetas de concreto, se
puede asociar con el comportamiento Normal?
Lo primero que se tiene que hacer en estos casos es determinar la frecuencia de cada
resistencia a la compresión desde la resistencia más baja hasta las más alta
Resistencia
N°
N° ( Kg/cm² ) Probetas
1
260
1
2
269
1
3
278
1
4
296
3
5
299
1
6
302
2
7
304
2
8
308
1
9
312
3
10
314
6
11
318
3
12
320
2
13
322
3
14
326
4
15
328
9
16
330
1
17
332
1
18
333
7
19
334
1
20
335
14
21
336
1
22
337
8
23
340
2
24
341
10
25
343
9
Resistencia
N°
N° ( Kg/cm² ) Probetas
26
344
1
27
346
19
28
349
14
29
351
2
30
352
20
31
354
1
32
355
8
33
356
1
34
358
2
35
359
17
36
361
8
37
362
1
38
364
20
39
365
5
40
366
21
41
369
21
42
372
18
43
374
1
44
375
11
45
376
2
46
378
28
47
380
2
48
381
14
49
382
3
50
386
10
Resistencia
N°
N° ( Kg/cm² ) Probetas
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
387
388
389
390
392
393
394
395
399
400
402
403
404
407
408
410
412
414
415
418
419
420
1
1
6
11
1
8
1
4
12
2
1
7
6
6
1
7
4
1
3
2
1
2
Agrupando las 434 probetas por el número de frecuencias obtuvimos un depurado de 72
probetas, calculamos su parámetros básicos:
Xprom
Ds
= 364 Kg/cm²
= 27.1 Kg/cm²
122
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luego procedemos a graficar las resistencias versus la frecuencia de estos, obteniendo la
siguiente gráfica:
30
N° Ensayos
25
20
15
10
5
0
250
270
290
310
330
350
370
390
410
430
450
Resistencia ( Kg/cm ² )
Ahora conociendo los parámetros Xprom y Ds la fórmula de la Curva Normal será:
1
Y=
27.1 2π
1  X −364 
− 

2  27.1 
2
e
Graficando la ecuación debidamente escalada y adjuntándola con la curva producto de
agrupar las resistencias en rangos de 10 tenemos:
80
70
N° Ensayos
60
50
40
30
20
10
0
250
270
290
310
330
350
370
390
410
430
450
Resistencia ( Kg/cm ² )
Distribución Normal y la probabilidad de ocurrencia
La probabilidad de ocurrencia de que los ensayos estén comprendidos dentro de un intervalo
µ ± t Ds según el ACI 318 son:
µ ± 1 Ds de 68.2%
µ ± 2 Ds de 95.2%
µ ± 3 Ds de 100%
123
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El siguiente gráfico muestra dichas probabilidades de ocurrencia
60
50
1 Ds
1 Ds
1 Ds
1 Ds
1 Ds
1 Ds
2.4%
13.5%
34.1% 34.1%
13.5% 2.4%
310
370
N° Ensayos
40
30
20
10
0
190
210
230
250
270
290
330
350
390
410
430
450
470
Resistencia (Kg/cm ²)
3. FACTORES DE SEGURIDAD
Las fórmulas y criterios de diseño estructural involucran una serie de factores de seguridad
que tienden a compensar las variaciones entre los resultados. El % pruebas que pueden
admitirse por debajo del f’c especificado va a depender de:
-
El expediente Técnico
El Reglamento de Diseño
El diseñador
Cualquiera que sea el criterio, se traduce como la resistencia del concreto requerida en obra
f’cr debe tener un valor por encima del f’c
Cuanto más de resistencia?
f ' cr = f ' c + tDS
f ' cr =
ó
Donde :
F’cr
F’c
Ds
V
t
= Resistencia promedio requerida en obra
= Resistencia especificada
= Desviación Estándar
= Coeficiente de Variación
= Factor que depende:
- Del % de resultados < f´c que se admitan ó
- De la probabilidad de ocurrencia
124
f 'c
1 − tV
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En el caso que se especifique el promedio de un cierto número de probetas las fórmulas
anteriores se reemplazarán por:
f 'c
f ' cr =
t
ó
t
f ' cr = f ' c +
DS
1−
V
n
n
Donde :
n = N° Ensayos utilizados para obtener el promedio
Tabla: Valores de t
% de Pruebas dentro de los
límites
µ ± t Ds
40.00
Probabilidad de ocurrencia
por debajo del límite
inferior
3 en 10
0.52
50.00
2.5 en 10
0.67
60.00
2 en 10
0.84
68.27
1 en 6.3
1.00
70.00
1.5 en 10
1.04
80.00
1 en 10
1.28
90.00
1 en 20
1.65
95.00
1 en 40
1.98
95.45
1 en 44
2.00
98.00
1 en 100
2.33
99.00
1 en 200
2.58
99.73
1 en 741
3.00
t
Tabla: Valores de dispersión en el control del concreto
DISPERSION TOTAL
Clase de
Operación
Desviación Estándar para diferentes grados de control ( Kg/cm² )
Excelente
Muy bueno
Bueno
Suficiente
Deficiente
Concreto en
Obra
< a 28.1
28.1 a 35.2
35.2 a 42.2
42.2 a 49.2
> 49.2
Concreto en
Laboratorio
< a 14.1
14.1 a 17.6
17.6 a 21.1
21.1 a 24.6
> 24.6
DISPERSIÓN ENTRE TESTIGOS
Clase de
Operación
Coeficiente de variación V para diferentes grados de control ( % )
Excelente
Muy bueno
Bueno
Suficiente
Deficiente
Concreto en
Obra
< a 3.0
3.0 a 4.0
4.0 a 5.0
5.0 a 6.0
> 6.0
Concreto en
Laboratorio
< a 2.0
2.0 a 3.0
3.0 a 4.0
4.0 a 5.0
> 5.0
Las tablas anteriores se pueden utilizar como referencia para estimar t, Ds y V cuando no se tengan
datos en obra asumiendo un grado de control apropiado.
Si no se puede asumir el grado de control, lo recomendable es considerar los valores más pesimistas
125
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de estos valores.
4. CRITERIOS DEL REGLAMENTO DEL ACI 318
Ensayo de resistencia en compresión = Promedio de ensayo de 2 Probetas obtenidas de una
misma muestra de concreto y que han sido curadas bajo condiciones controladas a 28 días
El nivel de resistencia de una determinada clase de concreto se considerará satisfactoria si se
cumplen los siguientes requisitos:
1. El promedio de todos los grupos de 3 ensayos de resistencia en compresión
consecutivos sea ≥ f’c
f ' cr = f ' c + 1.34 DS
2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que f´c en más de 35 Kg/cm²
f ' cr = f ' c − 35+ 2.33DS
Las fórmulas anteriores sólo son válidas si:
a. Se disponen de resultados de al menos 30 ensayos consecutivos de un tipo de concreto
b. Las resistencias obtenidas al ensayar los cilíndros no varíen en más de 70 Kg/cm² con
el f´c especificado
Si tenemos menos de 30 ensayos?
Cuando no se disponga de al menos 30 ensayos el ACI recomienda que al valor Ds que se
calcule deberá incrementarse de acuerdo a la siguiente tabla:
N° Ensayos
Factor de incremento
Menos de 15
15
20
25
30 ó más
Ver Tabla cuando no se conoce el Ds
1.16
1.08
1.03
1.00
Y si no tengo datos estadísticos?
Cuando se tenga menos 15 ensayos o no se cuente con registros estadísticos, el ACI
recomienda que para calcular el f’cr se utilice la siguiente tabla:
f’c Especificado
f’cr (Kgcm²)
< 210
210 – 350
> 350
f’c + 70
f’c + 84
f’c + 98
126
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Ejemplo 3
Supongamos que hubo cambio en la supervisión de una obra, teniendo los datos estadísticos
de resistencias a la compresión de las probetas en obra, deseamos conocer ?
- El f´cr de diseño
- El f´c especificado
- Desviación Estándar
- El comportamiento del concreto en obra
Solución
Lo que haremos primero es calcular la resistencia promedio y la desviación estándar de las
probetas
N°
Ensayo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Resistencia ( Kg/cm² )
Individual Promedio 3
281
304.7
315
304.3
318
292.3
280
279.7
279
278.0
280
288.3
275
288.3
310
295.0
280
295.7
295
307.3
312
307.7
315
306.7
296
298.3
309
302.3
290
300.7
308
306.7
304
306.0
308
308.0
N°
Ensayo
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Resistencia ( Kg/cm² )
Individual Promedio 3
290
285.3
280
287.0
286
290.3
295
299.7
290
306.3
314
305.0
315
307.3
286
295.0
321
291.7
278
276.3
276
287.7
275
288.3
312
293.3
278
282.3
290
283.0
279
280
Calculamos los parámetros básicos de la información que contamos, entonces:
Xprom = 294.3 Kg/cm² = f’c diseño
Ds = 15.3 Kg/cm²
127
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Valores de dispersión en el control del concreto en ensayos individuales
Resistencia (Kg/cm ²)
330
Máximo
321 Kg/cm²
320
310
300
Prom
294 Kg/cm²
290
280
270
0
5
10
15
20
25
30
35
Mínimo
275 Kg/cm²
N° Muestra
Valores de dispersión en el control del concreto en promedio de 3 ensayos consecutivos
310.0
Máximo
307.7 Kg/cm²
Resistencia (Kg/cm ²)
305.0
300.0
Prom
294.8 Kg/cm²
295.0
290.0
285.0
280.0
Mínimo
276.3 Kg/cm²
275.0
270.0
0
5
10
15
20
25
30
35
N° Muestra
Cálculo del f’c especificado
1. El promedio de todos los grupos de 3 ensayos de resistencia en compresión
consecutivos sea ≥ f’c
294.3 = f ' c + 1.34(15.3) => f ' c = 273.8 Kg / cm²
2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que f´c en más de 35 Kg/cm²
294.3 = f ' c − 35 + 2.33(15.3) => f ' c = 293.7 Kg / cm²
Escogiendo el menor valor tenemos que :
f ' c = 273.8 Kg / cm²
128
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Ejemplo 4
El contratista nos entrega los datos de la resistencia a compresión de las probetas, además nos
dice que el f´c = 210 Kg/cm², deseamos conocer ?
- El f´cr especificado
- Desviación Estándar
- Si el concreto esta cumpliendo con el f´c especificado
Análisis del Problema
N°
Ensayo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Resistencia ( Kg/cm² )
Individual Promedio 3
226
215.3
212
226.0
208
248.7
258
250.0
280
232.7
212
217.7
206
232.0
235
233.3
255
228.3
210
211.3
220
210.7
204
210.7
208
214.3
220
220.0
215
219.3
225
234.3
218
224.3
260
222.3
N°
Ensayo
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Resistencia ( Kg/cm² )
Individual
Promedio 3
195
205.7
212
212.3
210
218.3
215
230.0
230
226.7
245
216.7
205
205.3
200
208.7
211
211.3
215
209.7
208
218.0
206
220.3
240
231.7
215
238.3
240
260.0
260
280
Cálculo del f’c de diseño
Promedio = 224.5 Kg/cm² = f´cr
Ds
= 22.4 Kg/cm²
Comprobando el factor t:
t=
224.5 − 210
= 0.58
24.89
De la tabla del factor t encontramos una probabilidad de 2.5 en 10 (25%) de obtener probetas
129
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por debajo del f’c lo que no satisface el ACI (1 en 100)
Cálculo del f’c especificado
1. El promedio de todos los grupos de 3 ensayos de resistencia en compresión
consecutivos sea ≥ f’c
f ' cr = 210 + 1.34(22.4) => f ' cr = 240 Kg / cm²
2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que f´c en más de 35 Kg/cm²
f ' cr = 210 − 35 + 2.33(22.4) => f ' cr = 227.2 Kg / cm²
Escogiendo el mayor valor tenemos que :
f ' c = 240 Kg / cm²
130
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REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
-
Código ACI 318.
-
Normas ASTM
-
Normas Técnicas Peruanas
-
Naturaleza y Materiales del Concreto, Ing. Enrique Rivva Lopez
-
Concretos de Alta Resistencia, Ing. Enrique Rivva Lopez
-
Diseño de Mezclas, Ing. Enrique Rivva Lopez
-
Diseño de Mezclas, Ing Rafael Cachay Huamán
-
Tópicos de Tecnología del Concreto en el Perú, Ing. Enrique Pasquel C.
-
Manual de supervisión de obras de concreto, Federico Gonzales
131
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