curso supervisores 2002

LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – FIC – UNI

TECNOLOGÍA DEL CONCRETO PARA RESIDENTES, SUPERVISORES Y PROYECTISTAS 1

INDICE

INDICE.........................................................................................................................................................................................1 CAPITULO 1:...............................................................................................................................................................................2

CEMENTOS .............................................................................................................................................................................2 CAPITULO 2:.............................................................................................................................................................................12

AGUA PARA EL CONCRETO.............................................................................................................................................12

CAPITULO 3:.............................................................................................................................................................................20 AGREGADOS PARA EL CONCRETO ................................................................................................................................20

CAPITULO 4:.............................................................................................................................................................................34 ADITIVOS PARA EL CONCRETO......................................................................................................................................34

CAPITULO 5:.............................................................................................................................................................................42

EL CONCRETO .....................................................................................................................................................................42 CAPITULO 6:.............................................................................................................................................................................56

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ...........................................................................................................................56

CAPITULO 7:.............................................................................................................................................................................74 ENSAYOS EN EL CONCRETO...........................................................................................................................................74

I. EL CONCRETO EN ESTADO FRESCO ............................................................................................................................74 II. EL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO.......................................................................................................... 78

CAPITULO 8:.............................................................................................................................................................................85

CONTROL ESTADÍSTICO EN ELCONCRETO.................................................................................................................85 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA............................................................................................................................................98



CAPITULO 1:

CEMENTOS

1. Definición

Según la Norma Técnica Peruana, el cemento Pórtland es un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del Clinker 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 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 del Óxido de Cálcio (CaO) con los otros óxidos: dióxido de silicio (SiO2) , óxido de aluminio (A12O3) y óxido férrico (Fe 2O3).

El Clinker 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.

2. 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 arcil las 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.



3. 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

Los compuestos químicos formados por la combinación de los óxidos entre si por la cocción a altas temperaturas. Los principales compuestos que constituyen aproximadamente el 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



4. Propiedades de los compuestos principales

a. Silicato Tricálcico (C3S)

• Es el más importante de los compuestos del cemento

• Determina la rapidez o velocidad de fraguado • Determina la resistencia inicia l del cemento • El 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)

• Es el segundo en importancia • 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)

• Tiene poca resistencia mecánica (no incide en la resistencia a la compresión) • 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

d. Ferro Alumínalo Tetra calcico (C4AF)

• Tiene relativa trascendencia en la velocidad de hidratación (es relativamente rápida)

• 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

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.



5. 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.

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: Usado en diseño de mezclas

c. Tiempo de Fraguado

Es el tiempo entre el mezclado (agua con cemento) y la solidificación de la pasta. Se expresa en minutos. Se presenta como: El tiempo de Fraguado Inicial y El tiempo de Fraguado Final. En el laboratorio existen 2 métodos para ca lcularlo

• 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. 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 (con mortero cemento-arena normalizada): NTP 334. 051 (98)

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 (97)

Importancia: Concretos con aire atrapado disminuye la resistencia (5% por cada 1 %)

g. Calor de Hidratación

Mide el calor desarrollado por la reacción exotérmica de la hidratación del cemento, se expresa en cal/gr. En el laboratorio se determina mediante:

• Ensayo del Calorímetro de Langavant o el de la Botella Aislante. Se emplea morteros estándar: NTP 334.064

6. 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:

Ø Tipo I : Para usos que no requieran propiedades especiales de cualquier otro tipo

Ø Tipo II: Para uso general y específicamente cuando se desea moderada resistencia a los sulfatos o moderado calor de hidratación

Ø Tipo III: Para utilizarse cuando se requiere altas resistencias iniciales

Ø Tipo IV: Para emplearse cuando se desea bajo calor de hidratación

Ø 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:

Ø Cementos Pórtiand Puzolánicos ( NTP 334.044 )

§ Cemento Pórtland Puzolánico Tipo IP : Contenido de puzolana entre 15% y 40% . § Cemento Pórtland Puzolánico Modificado Tipo I (PM) : Contenido de puzolana

menos de 15%.



Ø Cementos Pórtland de Escoria ( NTP 334.049 )

§ Cemento Pórtland de Escoria Tipo IS : Contenido de escoria entre 25% y 70%

§ Cemento Pórtland de Escoria Modificado Tipo I (SM) : Contenido de escoria

menor a 25% Ø 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.

Ø Cemento de Albañilería (A) (NTP 334.069): Cemento obtenido por la pulverización

de Clinker Pórt land y materiales que mejoran la plasticidad y la retención de agua. Ø Cementos de Especificaciones de la Perfomance (NTP 334.082) : Cemento

adicionado para aplicaciones generales y especiales, donde no existe restricciones en la composición del cemento o sus constituye ntes. Se clasifican por tipos basados en requerimientos específicos: Alta resistencia inicial, resistencia al ataque de sulfatos, calor de hidratación. Sus tipos son:

§ GU : De uso general. Se usa para cuando no se requiera propiedades especiales

§ HH : De alta resistencia inicial

§ MS : De moderada resistencia a los sulfatos

§ HS : De alta resistencia a los sulfatos

§ MH: De moderado calor de hidratación

§ LH : De bajo calor de hidratación

7. Los Cementos en el Perú

En le Perú, actualmente tenemos las siguientes empresas cementeras:

NOMBRE UBICACIÓN

Cementos Lima S A Atocongo – Lima Cementos Pacasmayo S A A Pacasmayo - La Libertad Cemento Andino S A Condorcocha - Tarma ( Junin ) Yura SA Yura - Arequipa Cemento Sur S A Caracote - Juliaca ( Puno ) Cemento Rioja Pucallpa - Ucayali



Nota: El cemento en el Perú se comercializa en bolsas de 42.5 kg. Las bolsas son de papel tipo Klupac, entre 2 a 4 según el caso. La capacidad instalada (Tn/Año), así como los mercados de cada uno de estas fábricas de cemento se muestran a continuación:

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, Atlas IP

Cementos Pacasmayo S A A Pacasmayo I, Pacasmayo II, Pacasmayo V, Pacasmayo MS, Pacasmayo IP, Pacasmayo ICo

Cemento Andino S A Andino I, Andino II, Andino V, Andino IPM

Yura SA Yura I, Yura IP, Yura IPM, Cemento de Albañilería

Cemento Sur S A Rumi I, Rumi II, Rumi V, Rumi IPM

Cemento Rioja S.A. Cemento Pórtland Tipo IPM

8. Requisitos Técnicos de los cementos

De acuerdo a las Normas Técnica Peruanas NTP 339.009, los requisitos físicos y químicos de los cementos Pórtland, se muestran a continuación:



a. Requisitos físicos obligatorios

Tipo Requisitos Físicos

I II V MS IP ICo

Resistencia la Compresión mín Kg/cm²

3 días

7 días

28 días

120

190

280*

100

170

280*

80

150

210

100

170

280*

130

200

250

130

200

250

Tiempo de fraguado, minutos

Inicial, mínimo

Final, máximo

45

375

45

375

45

375

45

420

45

420

45

420

Expansión en autoclave,

% máximo

0.80

0.80

0.80

0.80

0.80

0.80

Resistencia a los Sulfatos

% máximo de expansión

--

--

0.04*

14 días

0.10

6meses

0.10*

6meses

--

Calor de Hidratación, máx, KJ/Kg

7 días

28 días

--

--

290*

--

--

--

--

--

290*

330*

--

--

b. Requisitos químicos obligatorios

Tipo Requisitos Químicos

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 -- -- --

Álcalis equivalentes

( Na2O + 0.658 K2O ), máx, % 0.6* 0.6* 0.6* -- -- --



c. Requisitos físicos opcionales

Tipo Características Físicas Opcionales

I II III IV V

Falso Fraguado, % ( P. Fin ) minimo 50 50 50 50 50

Calor de Hidratación, máx, Cal/gr

7 días

28 días

--

--

70

--

--

--

60

70

--

--

Resistencia la Compresión (MPa) 28 días 280 280 -- -- --

Resistencia a los sulfatos, 14 días, máx -- -- -- -- 0.04

d. Requisitos químicos opcionales

Tipo Características Químicas Opcionales

I II III IV V

Aluminato tricálcico (C3A), máx, % -- -- 5 - 8 -- --

Suma ( C3S + C3A ), máx % -- 58 -- -- --

Álcalis equivalentes

( Na2O + 0.658 K2O ), máx, % 0.6 0.6 0.6 -- --

Los tipos de cemento cuyo requisitos para concretos expuestos a soluciones que contienen sulfatos se muestran a continuación:

Exposición a sulfatos

Sulfatos solubles en agua (SO4) en el suelo

Sulfatos (SO4) en el agua,

ppm

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

Insignificante 0<SO4<0.1 0<SO4<150 -- -- --

Moderada 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



9. Usos y aplicaciones de los cementos Pó rtland

a. Cementos Pórtland estándar (Sin adición)

Tipo I: Para construcciones de concreto y mortero en general, donde no se requiera propiedades especificas

Tipo II: En obras donde se requiera resistencia moderada a la acción de los sulfatos y/o moderado Calor de hidratación y reducción de agrietamientos (consecuencia de la hidratación del cemento). Se recomienda en edificaciones, estructuras industriales, puentes, obras portuarias, perforaciones y en general a todas aquellas obras que soportan la acción de suelos ácidos y/o aguas subterráneas

Tipo III: Para obras que requiera alta resistencia inicial (adelanto de la puesta en servicio) y también en obras de zonas frías

Tipo IV: Para obras donde se requiera bajo Calor de Hidratación, caso de represas , centrales hidroeléctricas y obras de grandes masas de concreto.

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.

b. Cementos Pórtland Adicionados

Tipo IP y IPM : En general, para uso similar al del Tipo I, especialmente en obras de masivas y en donde se recibe ataques de aguas agresivas, aguas negras, en cimentaciones en todo terreno, en obras sanitarias, trabajos de albañilería, pre-fabricados , baldosas y adoquines, fabricación de bloques de albañilería

Tipo MS : Más resistente a la agresión química, se puede utilizar en estructuras en ambientes y suelos húmedos-salitrosos, para estructuras en cimientos y pisos:

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.



CAPITULO 2:

AGUA PARA EL CONCRETO

1. Conceptos generales

El agua presente en la mezcla de concreto reacciona químicamente con el material cementante para lograr:

a. La formación de gel.

b. Permitir que el conjunto de la masa adquiera las propiedades que:

- En estado no endurecido faciliten una adecuada manipulación y colocación de la misma; y

- En estado endurecido la conviertan en un producto de las propiedades y características deseadas.

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 conozca que pueden ser utilizadas en la preparación del concreto.

Debe recordarse, 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. 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 LIMITE PERMISIBLE

Sólidos en suspensión (residuo insoluble)

5,000 ppm Máximo

Materia Orgánica 3 ppm Máximo

Alcalinidad (NaCHCO3) 1,000 ppm Máximo

Sulfatos ( ión SO4 ) 600 ppm Máximo

Cloruros ( ión Cl- ) 1,000 ppm Máximo

pH 5 a 8 Máximo

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 con el agua de la fuente elegida.

3. 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 de terminación 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.



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 lo 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.

4. Aguas prohibidas Está prohibido emplear en la preparación del concreto:

- Aguas ácidas.

- 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.

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 ma yores 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 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 e l asentamiento; obteniéndose para cualquier dosificación la misma trabajabilidad que se consigue empleando aguas potable.

c. Puede presentarse una aceleración en el fraguado y endurecimiento inicia l 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.



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.



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. 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.



9. 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. La Supervisión 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 exist en 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 dist intos 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.

10. Ensayos El agua se ensayará de acuerdo a lo indicado en la Norma NTP 339.088 , iniciado el proceso de construcción no son necesarios nuevos ensayos a intervalos regulares salvo que:

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.

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.



CAPITULO 3:

AGREGADOS PARA EL CONCRETO

1. Introducción Antiguamente se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que no intervenian 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. Definiciónes 2.1. 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 dis continua del concreto y son materiales que están embebidos en la pasta y que ocupan aproximadamente el 75% del volumen de la unidad cúbica de concreto. 2.2. Tamaño Máximo

Corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado. 2.3. Tamaño Nominal Máximo

Corresponde al menor tamiz en el cual se produce el primer retenido. 2.4. 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:



100

100)Ny 50N 30,N 16,N 8,N 4,N 3/8”, ¾”, ½”, 1 ( retenidos Acumulados % MF ∑ °°°°°°

=

3. Clasificación Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son: 3.1. 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.

3.2. 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. 3.3. 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:

• Angular : Poca evidencia de desgaste en caras y bordes. • Sub angular : Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes. • Sub redondeada : Considerable desgaste en caras y bordes. • Redondeada : Bordes casi eliminados. • Muy Redondeada : Sin caras ni bordes

3.4. Por el Tamaño del Agregado Según su tamaño, los agregados para concreto son clasificados en:

• Agregados finos (arenas) y • Agregados gruesos (piedras).



4. 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 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 caracte rísticas 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



5. Propiedades del Agregado 5.1. 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.

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

( ) 100...% x

SxWCUPSxWvacios −=

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:



100sec

sec% x

oPesooPesonaturalPeso

humedad−

=

5.2. Propiedades Resistentes a. Resistencia La resistencia del concreto no puede ser mayor que el de los agregados ; la textura la estructura y composición de las partículas del agregado influyen sobre la resistencia. Si los granos de los agregados no están bien cementados unos a otros consecuentemente serán débiles. La resistencia al chancado o compresión del agregado deberá ser tal que permita la resistencia total de la matriz cementante. b. Tenacidad Esta característica 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 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



5.3. 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.

5.4. 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 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.



6. Normas Y Requisitos de los Agregados Para el Concreto

6.1. 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 % Pasa por los tamices normalizados

Tamaño Nominal 100mm

( 4” )

90mm

( 3½” ) 75mm ( 3” )

63mm

( 2½” )

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 ) 90 mm a 37.5 mm

( 3½” a 1½” ) 100 90 a

100 -- 25 a

60 -- 0 a 15 -- 0 a 5 -- -- -- -- --

63 mm a 37.5 mm ( 2½” a 1½” )

-- -- 100 90 a 100

35 a 70

0 a 15 -- 0 a 5 -- -- -- -- --

50 mm a 25 mm ( 2” a 1” ) -- -- -- 100 90 a

100 35 a 70 0 a 15 -- 0 a 5 -- -- -- --

50 mm a 4.75 mm ( 2” a N°4 )

-- -- -- 100 95 a 100

-- 35 a 70

-- 10 a 30 -- 0 a 5 -- --

37.5 mm a 19 mm ( 1½” a ¾” ) -- -- -- -- 100 90 a

100 20 a 55 0 a 15 -- 0 a 5 -- -- --

37.5mm a 4.75mm ( 1½” a N°4 ) -- -- -- -- 100 95 a

100 -- 35 a 70 -- 10 a

30 0 a 5 -- --

25 mm a 12.5 mm ( 1” a ½” ) -- -- -- -- -- 100 90 a

100 20 a 55 0 a 10 0 a 5 -- -- --

25 mm a 9.5 mm ( 1” a 3/8” ) -- -- -- -- -- 100 90 a

100 40 a 85 10 a 40 0 a 15 0 a 5 -- --

25 mm a 4.75 mm ( 1” a N°4 )

-- -- -- -- -- 100 95 a 100

-- 25 a 65 -- 0 a 10 0 a 5 --

19 mm a 9.5 mm ( ¾” a 3/8” )

-- -- -- -- -- -- 100 90 a 100

20 a 55 0 a 15 0 a 5 -- --

19 mm a 4.75 mm ( ¾” a N°4 ) -- -- -- -- -- -- 100 90 a

100 -- 20 a 55 0 a 10 0 a 5 --

12.5mm a 4 .75mm ( ½” a N°4 )

-- -- -- -- -- -- -- 100 90 a 100

40 a 70

0 a 15 0 a 5 --

9.5mm a 2.38mm ( 3/8” a N°8 ) -- -- -- -- -- -- -- -- 100 85 a

100 10 a 30 0 a 10 0 a 5

Tabla: Requisitos granulométricos para el agregado fino

% Pasa por los tamices normalizados Tamiz Límites Totales C M F

9.5 mm ( 3/8” )

100 100 100 100

4.75 mm ( N°4 )

89 – 100 95 – 100 85 – 100 89 – 1000

2.38 mm ( N°8 )

65 – 100 80 – 100 65 – 100 80 – 100

1.20 mm ( N° 16 )

45 – 100 50 – 85 45 – 100 70 – 100

0.60 mm ( N° 30 )

25 – 100 25 – 60 25 – 80 55 – 100

0.30 mm ( N° 50 )

5 – 70 10 – 30 5 – 48 5 – 70

0.15 mm ( N° 100 )

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%

- 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%.

6.2. Requisitos Complementarios

Los agregados que serán utilizados en concretos de fć = 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.

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:

% máximo de pérdida de masa ( 5 ciclos ) Solución utilizada

Agregado Fino Agregado Grueso

Sulfato de Sodio 10 % 12 %

Sulfato de Magnesio 15 % 18 %

6.3. 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.



2

1100HH

ES =

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:

TIPO DE CONCRETO % EN PESO MÁXIMO DEL IÓN CLORURO

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: Siendo:

totalAlturaHsediemtodelAlturaH

==

2

1

H1

H2



6.4 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:

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. 7. Criterios a tener en cuenta

7.1. 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 composic ión 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.

7.2. Especificaciones para la compra

Se incluirá la información necesaria en la orden de compra en la medida que sea conveniente:

§ 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:

§ 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:

§ 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.

7.3. 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 pr olongada 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.

7.3.1. Respecto al Agregado fino

§ 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% .

7.3.2. Respecto al Agregado grueso

§ 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:

- 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.

7.3.3. 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.

7.4. Transporte Durante el transporte del material se deberá garantizar:

- La pérdida de finos será mínima. - Mantener la uniformidad. - No se producirá contaminación con sustancias extrañas. - No se producirá rotura o segregación importante en ellos.

7.5. 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.

7.6. 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. '

7.7. 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.



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”.

Los aditivos son materiales utilizados como componentes del concreto o el mortero, los cuales se añaden a éstos durante el mezclado a fin de:

§ Modificar una o algunas de sus propiedades, a fin de permitir que sean más

adecuados al trabajo que se está efectuando. § Facilitar su colocación. § Reducir los costos de operación.

En la decisión sobre el empleo de aditivos debe considerarse en que casos:

§ Su utilización puede ser la única alternativa para lograr los resultados deseados. § Los objetivos deseados pueden lograrse, con 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.

El empleo de aditivos incorporadores de aire 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 sólo es obligatorio cuando puede ser la única alternativa para lograr los resultados deseados.

3. RAZONES DE EMPLEO

Entre las principales razones de empleo de aditivos, para modificar las propiedades del concreto fresco, se puede mencionar:



§ Reducción en el contenido de agua de la mezcla § 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.

Entre las principales razones de empleo de los aditivos para modificar las propiedades de los concretos, morteros o lechada endurecidos se puede mencionar: § 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:

- 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 produc tos 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 inc luidos 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:

Ø TIPO A: Reductores de agua. Ø TIPO B: Retardadores de fragua. Ø TIPO C: Acelerantes. Ø TIPO D: Reductores de agua-retardadores de fragua. Ø TIPO E: Reductores de agua - acelerantes. Ø TIPO F: Super Reductores de agua. Ø 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.

- 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

- Reductores de agua y reguladores de fragua, los cuales tienen por finalidad reducir los requisitos de agua de la mezcla o modificar las condiciones de fraguado de la misma, o ambas. 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. - 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. - 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.

- 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.

- 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.

- Superplastificantes, también conocidos como aditivos reductores de agua de alto rango, 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. Igualmente se emplean para incrementar el asentamiento sin necesidad de aumentar el contenido de agua de la mezcla.

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. Requerimiento de agua. b. Tiempo de fraguado. c. Resistencia a la compresión. d. Resistencia a la flexión. e. Deformación por contracción. f. 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.

Tabla N°1: Requisitos para los aditivo según al Norma ASTM C494

Tipo A

Reductor – agua

Tipo B

Retardador

Tipo C

Acelerador

Tipo D

Reductor de agua

Tipo E

Reductor de agua y Acelerante

Tipo F

Re ductor de agua de alto rango

TipoG

Reductor de agu a de alto y

Contenido de agua, % del control Desviación

permisible respecto 95 -- -- 95 95 88 88

Fraguado inicial:

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

Fraguado final:

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

Resistencia a la compresión mínima % con respecto al

control b

1día -- -- -- -- -- 140 125 3 días 110 90 125 110 125 125 125 7 días 110 90 100 110 110 115 115

28 días 110 90 100 110 110 110 110 6 meses 100 90 90 100 100 100 100 1 año 100 90 90 100 100 100 100

Resistencia a la flexión mínima %,

con respecto al control

3 días 100 90 110 100 110 110 110 7 días 100 90 100 100 100 100 100

28 días 100 90 90 10ü 100 100 100 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.



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 ho rno 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.



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. Los aditivos líquidos serán protegidos del congelamiento o cambios de temperatura

que puedan afectar sus característias. b. 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. c. No se utilizarán aditivos deteriorados, contaminados o aquello s 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 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.



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

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

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.

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.

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 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 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 trabajbilidad , 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.



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 vacios 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 construcció n 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.

• Para un cemento dado, las características y porosidad de la pas ta 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 mas 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 • 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 perfíl esférico con valores promedio de 0.10 mm su volumen puede ocupar hasta más del 5% .

La razon 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 cantida d 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.

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. - 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:

- contenga más agua. Repercute en la resistencia (Baja). - Más finos. - Agregados redondeados . - Más cemento. - Fluidificantes / plastificantes. - Adiciones.



b. 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

CONSISTENCIA ASIENTO (cm)

SECA 0 – 2 PLÁSTICA 3 – 5 BLANDA 6 – 9 FLUIDA 10 – 15

TABLA DE TOLERANCIAS

CONSISTENCIA TOLERANCIA (cm)

INTERVALO

SECA 0 0 – 2 PLÁSTICA ± 1 3 – 5 BLANDA ± 1 6 – 9 FLUIDA ± 1 10 – 15

c. 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: - Segregación: separación de los áridos gruesos y finos. - Decantación: los áridos gruesos van al fondo y los finos se quedan arriba.

d. 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 fisico-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.

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.

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.



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 cie rto 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.



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.



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.



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 hídratación 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.



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 inicia l 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:



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

Dscfcrf 34.1'' += (1)

3533.2'' −+= Dscfcrf (2) Donde:

fć : Resistencia a la compresión especificada (Kg/cm² ) fćr : Resistencia a la compresión requerida (Kg/cm² ) Ds : Desviación estándar en obra (Kg/cm²)

De ambos resultados se escogerá el mayor valor de las fórmulas, siendo este el fćr requerido con el cual vamos a diseñar Caso 2: No contamos con suficientes datos estadídticos (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:

f’cr = f’c + tDs

1 % 99%

f’cr



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:

)(34.1'' Dscfcrf α+=

35)(33.2'' −+= Dscfcrf α Donde: á = 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 conside raciones 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.



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 03 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 02 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 te xtura 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 propieda des 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.



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 03 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.



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. Selección de la resistencia requerida (f’cr) b. Selección del TMN del agregado grueso. c. Selección del asentamiento TABLA 01. d. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 03. e. Seleccionar el contenido de agua TABLA 02. f. Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por

durabilidad. TABLAS 03 y 07. g. Cálculo del contenido de cemento (e)/(f) h. Seleccionar el peso del agregado grueso (TABLA 04) proporciona el valor de b/bo,

donde bo y b son los pesos unitarios secos con y sin compactar respectivamente del agregado grueso).

i. Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el agregado fino.

j. Cálculo del volumen del agregado fino. k. Cálculo del peso en estado seco del agregado fino. l. Presentación del diseño en estado seco. m. Corrección del diseño por el aporte de humedad de los agregados. n. 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:

a. Selección de la resistencia requerida (f’cr) b. Selección del TMN del agregado grueso.



c. Selección del asentamiento TABLA 01. d. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 03. e. Seleccionar el contenido de agua TABLA 02. f. Selección de la relación a/c sea por resistencia a compresión o por durabilidad

TABLAS 03 y 07. g. Cálculo del contenido de cemento (e)/(f) h. Cálculo de l volumen absoluto de los agregados.

i. Cálculo del módulo de fineza de la combinación de los agregados. TABLA 03 j. Cálculo del porcentaje de agregado fino

fg

g

mmmm

finoAgregado−−

=%

k. Cálculo de los pesos secos de los agregados. l. Presentación el diseño en estado seco. m. Corrección del diseño por el aporte de humedad. n. 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 Sol Procedencia Cementos Lima Densidad relativa 3.11 Agua Agua potable de la red pública de San Juan de Miraflores - Lima Peso específico 1000Kg/m³ Agregados Fino Grueso Cantera Jicamarca Jicamarca Perfil Peso unitario suelto, Kg/m³ 1560 1587 Peso unitario compactado, Kg/m³ 1765 1660 Peso específico seco 2690 2780 Módulo de fineza 2.80 6.50 TMN -- ¾” % de absorción 0.70% 0.60% Contenido de humedad, % 7.5% 3.0%



8.2. Características del Concreto:

Resistencia a la compresión especificada : 210 Kg/cm² Desviación estándar promedio en obra : 20 Kg/cm² Tipo de Asentamiento : 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) = 236.8 Kg/cm² f’cr = 210+2.33(20) - 35 = 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 un asentamiento de 6" a 8".

d. Contenido de aire total

Dado las condiciones especificadas no se requiere incluir aire , de la tabla 03 se tiene:

Método ACI 211 Tabla 02

M. Módulo de fineza Combinación agregados Tabla 02

2.0 %

2.0 %

e. Contenido de agua

De la tabla 01 tenemos que:



Método ACI 211

Tabla 01 M. Módulo de fineza Combinación agregados

Tabla 01

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 04 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 Peso Seco Peso Específico Volumen

Cemento (Kg) 332.3 3110 0.1068 Agua (lt) 216 1000 0.2160 Agregado Grueso (Kg) 1029 2780 0.3701 Aire (%) 2% 0.0200

Total 0.7129

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 332.3 Kg Agua 216.0 lt Agregado Grueso 1029.2 Kg Agregado Fino 772.3 Kg Aire 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 Peso Seco Peso Específico Volumen

Cemento (Kg) 332.3 3110 0.1068 Agua (lt) 216 1000 0.2160 Aire (%) 2% 0.0200

Total 0.3428

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 03 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:

%95.3710080.250.6

096.550.6% =

−−

= xnoagregadofi

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 332.3 Kg Agua 216.0 lt Agregado Grueso 1152.0 Kg Agregado Fino 653.1 Kg Aire 2%

Resumen de los diseños de mezcla en condición seca obtenidos con los diferentes métodos

Material ACI Módulo de fineza de la combinación de agregados

Cemento 332.3 Kg 332.3 Kg Agua 216.0 lt 216.0 lt Agregado Grueso 1029.2 Kg 1152.0 Kg Agregado Fino 772.3 Kg 653.1 Kg Aire 2% 2%



9. TABLAS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS

Tabla 01: Asentamientos recomendados para diversos tipos de estructuras

TIPO DE ESTRUCTURA SLUMP MÍNIMO

SLUMP MÁXIMO

Zapatas y muros de cimentación reforzados 3” 1” Cimentaciones simples y calzaduras 3” 1” Vigas y muros armados 4” 1” Columnas 4” 2” Muros y pavimentos 3” 1” Concreto ciclópeo 2” 1”

Tabla 02: Contenido de aire atrapado

TNM del agregado Grueso

Aire Atrapado %

3/8” 3.0 ½” 2.5 ¾” 2.0 1” 1.5

1 ½” 1.0 2” 0.5 3” 0.3 4” 0.2

Tabla 03: Volumen de agua por m²

Agua en lt/m³, para TNM agregados y consistemcia indicadas Asentamiento 3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3” 6”

Concreto sin aire incorporado 1” a 2” 207 199 190 179 166 154 130 113 3” a 4” 228 216 205 193 181 169 145 124 6” a 7” 243 228 216 202 190 178 160 --

Concreto con aire incorporado 1” a 2” 181 175 168 160 150 142 122 107 3” a 4” 202 193 184 175 165 157 133 119 6” a 7” 216 205 187 184 174 166 154 --



Tabla 04: Relación agua/cemento por resistencia

Relación a/c en peso f’c Kg/cm² Concreto sin

aire incorporado Concreto con

aire inco rporado 150 0.8 0.71 200 0.70 0.61 250 0.62 0.53 300 0.55 0.46 350 0.48 0.40 400 0.43 450 0.38

Tabla 05: Peso del agregado grueso por unidad de volumen del concreto Volumen del agregado grueso seco y compactado por unidad de volumen

de concreto para diversos Módulos de fineza del fino (b/bo) TNM del agregado Grueso

2.40 2.60 2.80 3.00 3/8” 0.50 0.48 0.46 0.44 ½” 0.59 0.57 0.55 0.53 ¾” 0.66 0.64 0.62 0.60 1” 0.71 0.69 0.67 0.65

1 ½” 0.76 0.74 0.72 0.70 2” 0.78 0.76 0.74 0.72 3” 0.81 0.79 0.77 0.75 6” 0.87 0.85 0.83 0.81

Tabla 06: Módulo de fineza de la combinación de agregados 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 ) TNM del

agregado Grueso 6 7 8 9

3/8” 3.96 4.04 4.11 4.19 ½” 4.46 4.54 4.61 4.69 ¾” 4.96 5.04 5.11 5.19 1” 5.26 5.34 5.41 5.49

1 ½” 5.56 5.64 5.71 5.79 2” 5.86 5.94 6.01 5.09 3” 6.16 6.24 6.31 6.39



Tabla 07: Contenido de aire incorporado y total

Contenido de aire total ( % ) TNM del agregado Grueso Exposición

Suave Exposición Moderada

Exposición Severa

3/8” 4.5 6.0 7.5 ½” 4.0 5.5 7.0 ¾” 3.5 5.0 6.5 1” 3.0 4.5 6.0

1 ½” 2.5 4.0 5.5 2” 2.0 3.5 5.0 3” 1.5 3.0 4.5 6” 1.0 2.5 4.0

Tabla 08: Condiciones especiales de exposición

Condiciones de exposición Relación a/c máxima, en concretos con agregados

de peso normal

Resistencia en compresión mínima en concretos con agregados

livianos Concreto de baja permeabilidad Expuesto al agua dulce 0.50 260 Expuesto ala agua de mar o aguas solubles 0.45 Expuesto a la acción de aguas cloacales 0.45 Concretos expuestos a procesos de congelación y deshielo en condiciones húmedas

Sardineles, cunetas, secciones delgadas 0.45 300 Otros element os 0.50 Protección contra la corrosión del concreto expuesto a la acción de agua de mar, aguas salubres, neblina o rocio de estas aguas

0.40 325

Si el recubrimiento mínimo se incrementa en 15 mm. 0.45 300

La resistencia f’c no debera ser menor de 245 Kg/cm² por razones de durabilidad



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. Barra compactadora de acero lisa de 5/8” de diámetro con punta semiesférica y de aproximadamente 60 cm. de longitud.

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.

Cono

Varilla

Compactadora

Aparatos para el Ensayo de Asentamiento

Plancha de

Albañiler ía

Wincha



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 vueve 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. Barra 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 . 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 barra compactadora teniendo cuidado

de dejar lleno el recipiente justo hasta su nivel superior.



VRPUP −=..

P.U.

Pa Pag Paf Pc NVh

+++=

Yd

h

VV

=

2.2. RESULTADOS

2.2.1. PESO POR METRO CUBICO:

P.U. = Peso Unitario del Concreto en Kg. P = Peso del concreto + Peso del recipiente en Kg. R = Peso del recipiente en Kg. V = Volumen del recipiente en m³.

2.2.2. VOLUMEN

Vh = Volumen de concreto producido en m³. N = numero de bolsas de cemento. Pc = Peso de una bolsa de cemento en Kg. Paf = Peso del agregado fino en Kg. Pag = Peso del agregado grueso en Kg. Pa = Peso del agua en Kg. P.U. = Peso unitario del concreto fresco.

2.2.3. RENDIMIENTO

Y = Rendimiento del concreto por bolsa de cemento Vh = Volumen del diseño de mezcla en m³



WwS

C =

100% xCDE =

AVV 1=

3. EXUDACIÓN

3.1. “METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA EXUDACIÓN ” - NTP 330.077

3.1.1. APARATOS

a. Recipiente cilíndrico metálico de ½ pie³ de capacidad. b. Balanza con aproximación del 0.5%. c. Pipeta para extraer el agua libre de la superficie d. Tubo graduado e. Barra compactadora de 5/8”de diámetro y 60 cm de longitud

3.1.2. PROCEDIMIENTO

a. Llenar y enrasar el recipiente con concreto fresco. b. Anotar la hora ,peso y contenido. c. Colocar el recipiente sobre una superficie nivelada ,libre de vibraciones y tapar. d. 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

3.2.2. AGUA ACUMULADA DE EXUDACIÓN W = Peso total de agua en la mezcla en kg. w = Peso neto de agua en la mezcla kg. S = Peso de la muestra en kg.

3.2.3. EXUDACION %E = Exudación en % S = Peso de la muestra en kg.



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.

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.

EQUIPO DE COMPRESION DE DOS ESCALAS ( 100 Tn. y 30 Tn), CON SISTEMA HIDRAULICO Y LECTURA ANALÓGICA.

Rotula

Probetas capeadas



1.3. EXPRESIÓN DE RESULTADOS

Rc = Resistencia de Rotura a la Compresión. P = Carga Máxima de Rotura en Kilogramos. A = Area de la superficie de Contacto

AP

Rc =

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:

L/D 1.75 1.50 1.25 1.00

Factor 0.98 0.96 0.93 0.87

2. “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



²23bhPLMr =

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 = Módulo de rotura, en MPa P = Carga máxima de rotura, en Kg-f. L = Luz libre entre apoyos, en cm. b = Ancho promedio de la viga, en cm h = Altura promedio de la viga, en cm

3. “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. Cuando la resistencia de las probetas, modelados al pie de obra es baja. b. Cuando han ocurrido anomalías en el desarrollo de la construcción. c. Fallas de curado. d. Aplicación temprana de cargas. e. Incendio. f. Estructuras antiguas. g. 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 especímenes por cada resultado de resistencia que esté por debajo

de la resistencia a la Compresión especificada del concreto f'c



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

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 especímenes 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 de obtener superficies adecuadas. En este caso son de aplicación los métodos: ASTM C 17 y ASTM C 192.

Máquina Extractora Diamantina



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 colocac ión 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

Factor Corrección NTP

2.00 1.00 1.75 0.99 1.50 0.97 1.25 0.94 1.00 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.



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. 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



CAPITULO 8:

CONTROL ESTADÍSTICO EN ELCONCRETO

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 por la 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

DEBIDO A LAS DEFICIENCIAS EN LOS METODOS DE PRUEBA

1. Cambios en la relación a/c

a. Control deficiente del agua b. Variación excesiva de humedad

2. Variación en los requerimientos de agua de mezcla

a. Gradación de los agregados, absorción

b. Características del cemento y aditivos

c. Tiempo de suministro y temperatura

3. Variación en las características y proporción de los ingredientes

a. Agregados b. Cemento c. Aditivos

4. Variaciones ocasionadas por el transporte, colocación y compactación 5. Variación en la temperatura y curado

1. Procedimientos de muestreo inadecuados 2. Dispersiones debidas a la forma de preparación , manipuleo y curado de los cilíndros de prueba 3. Mala calidad de los cilíndros de prueba 4. Defectos de curado

a. Variación de temperatura b. Humedad variable c. Demoras en el transporte

5. Procedimientos de ensayo deficientes

a. El refrendado (Capping) b. El ensayo de compresión



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: Donde :

DS = Desviación Estándar XPROM= Resistencia Promedio X = Resistencia de ensayo e = 2.71828 ï = 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

e S

PROM

DXX

SDY

2

21

21

−−=

π

0

10

20

30

40

50

60

70

190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 410 430 450 470

Res is tenc ia (Kg /cm² )

Ds = 26 Kg/cm² Ds = 40 Kg/cm² Ds = 60 Kg/cm²



La Desviación estándar está definida como: Donde:

Ds = Desviación Estándar Xprom = Resistencia Promedio X = Resistencia individual n = 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: Donde :

DS = Desviación Estándar XPROM= 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.

( )1

2

−−

= ∑n

XpromXDS

100xX

DVPROM

S=



valores promedio de dos probetas

(Kg/cm²) Xi - Xprom (Xi - Xprom)2

1 213 -6.03 36.35 2 205 -14.03 196.82 3 217 -2.03 4.12 4 221 1.97 3.88 5 214 -5.03 25.29 6 221 1.97 3.88 7 214 -5.03 25.29 8 220 0.97 0.94 9 223 3.97 15.77

10 214 -5.03 25.29 11 216 -3.03 9.18 12 222 2.97 8.82 13 234 14.97 224.12 14 238 18.97 359.88 15 227 7.97 63.53 16 226 6.97 48.59 17 229 9.97 99.41 18 217 -2.03 4.12 19 230 10.97 120.35 20 207 -12.03 144.71 21 215 -4.03 16.24 22 211 -8.03 64.47 23 209 -10.03 100.59 24 213 -6.03 36.35 25 228 8.97 80.47 26 220 0.97 0.94 27 220 0.97 0.94 28 220 0.97 0.94 29 224 4.97 24.71 30 226 6.97 48.59 31 230 10.97 120.35 32 223 3.97 15.77 33 195 -24.03 577.41 34 205 -14.03 196.82

Suma 7447 Suma 2704.97 Para hallar el Xprom, utilizaremos la expresión: La desviación estándar será:

03.21934

7447Re=== ∑

n

sistenciaXprom

( )05.9

13497.2704

1

2

=−

=−

−= ∑

n

XpromXDS



Por último de variación será: 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

N° Resistencia ( Kg/cm² )

N° Probetas N°

Resistencia ( Kg/cm² )

N° Probetas N°


N° Probetas

1 260 1 26 344 1 2 269 1 27 346 19 51 387 1 3 278 1 28 349 14 52 388 1 4 296 3 29 351 2 53 389 6 5 299 1 30 352 20 54 390 11 6 302 2 31 354 1 55 392 1 7 304 2 32 355 8 56 393 8 8 308 1 33 356 1 57 394 1 9 312 3 34 358 2 58 395 4

10 314 6 35 359 17 59 399 12 11 318 3 36 361 8 60 400 2 12 320 2 37 362 1 61 402 1 13 322 3 38 364 20 62 403 7 14 326 4 39 365 5 63 404 6 15 328 9 40 366 21 64 407 6 16 330 1 41 369 21 65 408 1 17 332 1 42 372 18 66 410 7 18 333 7 43 374 1 67 412 4 19 334 1 44 375 11 68 414 1 20 335 14 45 376 2 69 415 3 21 336 1 46 378 28 70 418 2 22 337 8 47 380 2 71 419 1 23 340 2 48 381 14 72 420 2 24 341 10 49 382 3 25 343 9 50 386 10 Agrupando las 434 probetas por el número de frecuencias obtuvimos un depurado de 72 probetas, calculamos su parámetros básicos: Xprom = 364 Kg/cm² Ds = 27.1 Kg/cm²

%13.410003.219

05.9100 === xx

XD

VPROM

S



luego procedemos a graficar las resistencias versus la frecuencia de estos, obteniendo la siguiente gráfica: Ahora conociendo los parámetros Xprom y Ds la fórmula de la Curva Normal será: Graficando la ecuación debidamente escalada y adjuntándola con la curva producto de agrupar las resistencias en rangos de 10 tenemos: 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%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

250 270 290 310 330 350 370 390 410 430 450


N°

En

sayo

s

0

5

10

15

20

25

30

250 270 290 310 330 350 370 390 410 430 450


N°

Ens

ayos

eX

Y2

1.27364

21

21.271

−

−=π



El siguiente gráfico muestra dichas probabilidades de ocurrencia 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? ó Donde : F’cr = Resistencia promedio requerida en obra F’c = Resistencia especificada Ds = Desviación Estándar V = Coeficiente de Variación t = Factor que depende: - Del % de resultados < fć que se admitan ó - De la probabilidad de ocurrencia

StDcfcrf += '' tVcf

crf−

=1

''

0

10

20

30

40

50

60

190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 410 430 450 470

Resistencia (Kg/cm²)

N°

En

sayo

s

1 Ds 1 Ds 1 Ds 1 Ds 1 Ds 1 Ds

34.1% 34.1% 13.5% 13.5 % 2.4% 2.4%



En el caso que se especifique el promedio de un cierto número de probetas las fórmulas anteriores se reemplazarán por: ó Donde : n = N° Ensayos utilizados para obtener el promedio

Tabla: Valores de t

% de Pruebas dentro de los límites µµ ± t Ds

Probabilidad de ocurrencia por debajo del límite

inferior t

40.00 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

Tabla: Valores de dispersión en el control del concreto

DISPERSION TOTAL

Desviación Estándar para diferentes grados de control ( Kg/cm² ) Clase de Operación 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

Coeficiente de variación V para diferentes grados de control ( % ) Clase de Operación 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 de estos valores.

SDn

tcfcrf += '' V

ntcf

crf−

=1

''



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

2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que fć en más de 35 Kg/cm² 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 varien en más de 70 Kg/cm² con

el fć 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 Ver Tabla cuando no se conoce el Ds

15 1.16 20 1.08 25 1.03

30 ó más 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 f’c + 70

210 – 350 f’c + 84 > 350 f’c + 98

SDcfcrf 34.1'' +=

SDcfcrf 33.235'' +−=



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 fćr de diseño - El fć 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

Resistencia ( Kg/cm² ) Resistencia ( Kg/cm² ) N° Ensayo Individual Promedio 3

N° Ensayo Individual Promedio 3

1 281 304.7 19 290 285.3 2 315 304.3 20 280 287.0 3 318 292.3 21 286 290.3 4 280 279.7 22 295 299.7 5 279 278.0 23 290 306.3 6 280 288.3 24 314 305.0 7 275 288.3 25 315 307.3 8 310 295.0 26 286 295.0 9 280 295.7 27 321 291.7

10 295 307.3 28 278 276.3 11 312 307.7 29 276 287.7 12 315 306.7 30 275 288.3 13 296 298.3 31 312 293.3 14 309 302.3 32 278 282.3 15 290 300.7 33 290 283.0 16 308 306.7 34 279 17 304 306.0 35 280 18 308 308.0

Calculamos los parámetros básicos de la información que contamos, entonces: Xprom = 294.3 Kg/cm² = f’c diseño Ds = 15.3 Kg/cm²



Valores de dispersión en el control del concreto en ensayos individuales Máximo 321 Kg/cm² Prom 294 Kg/cm² Mínimo 275 Kg/cm² Valores de dispersión en el control del concreto en promedio de 3 ensayos consecutivos Máximo 307.7 Kg/cm² Prom 294.8 Kg/cm² Mínimo 276.3 Kg/cm² Cálculo del f’c especificado


2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que fć en más de 35 Kg/cm²

Escogiendo el menor valor tenemos que :

270

280

290

300

310

320

330

0 5 10 15 20 25 30 35

N° Muestra

Res

iste

nci

a (K

g/c

m²)

270.0

275.0

280.0

285.0

290.0

295.0

300.0

305.0

310.0

0 5 10 15 20 25 30 35

N° Muestra

Res

iste

nci

a (K

g/c

m²)

²/8.273')3.15(34.1'3.294 cmKgcfcf ==>+=

²/7.293')3.15(33.235'3.294 cmKgcfcf ==>+−=

²/8.273' cmKgcf =



Ejemplo 4 El contratista nos entrega los datos de la resistencia a compresión de las probetas, además nos dice que el fć = 210 Kg/cm², deseamos conocer ? - El fćr especificado - Desviación Estándar - Si el concreto esta cumpliendo con el fć especificado Análisis del Problema

Resistencia ( Kg/cm² ) Resistencia ( Kg/cm² ) N° Ensayo Individual Promedio 3

N° Ensayo Individual Promedio 3

1 226 215.3 19 195 205.7 2 212 226.0 20 212 212.3 3 208 248.7 21 210 218.3 4 258 250.0 22 215 230.0 5 280 232.7 23 230 226.7 6 212 217.7 24 245 216.7 7 206 232.0 25 205 205.3 8 235 233.3 26 200 208.7 9 255 228.3 27 211 211.3

10 210 211.3 28 215 209.7 11 220 210.7 29 208 218.0 12 204 210.7 30 206 220.3 13 208 214.3 31 240 231.7 14 220 220.0 32 215 238.3 15 215 219.3 33 240 260.0 16 225 234.3 34 260 17 218 224.3 35 280 18 260 222.3

Cálculo del f’c de diseño Promedio = 224.5 Kg/cm² = fćr Ds = 22.4 Kg/cm² Comprobando el factor t: De la tabla del factor t encontramos una probabilidad de 2.5 en 10 (25%) de obtener probetas por debajo del f’c lo que no satisface el ACI (1 en 100)

58.089.24

2105.224=

−=t



Cálculo del f’c especificado


2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que fć en más de 35 Kg/cm² Escogiendo el mayor valor tenemos que :

²/240')4.22(34.1210' cmKgcrfcrf ==>+=

²/2.227')4.22(33.235210' cmKgcrfcrf ==>+−=

²/240' cmKgcf =



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

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