CEMENTO

DEFINICION NATURAL:

Es cualquier material aglomerante, aglutinante capaz de unir fragmentos

de propiedades físicas diferentes. Entre estos tenemos a las calizas

naturales calcinadas.

DEFINICION QUIMICA:

Es un compuesto con propiedades adhesivas que tiene la capacidad de

unir fragmento en forma sólida o en forma líquida. En esta categoria

tenemos el cemento duco, acrílico (pegadit), la cal y el cemento asfáltico

(asfalto).

DEFINICION DE INGENIERIA:

El cemento se conoce como cemento portlan. Es una mezcla de calizas y

arcillas pulverizadas a grandes temperaturas, con adición de yeso que al

entrar en contacto con el agua, desarrolla la capacidad de unir fragmentos

de grava y arena, para formas un sólido único o piedra artificial, conocida

con el nombre de concreto hidraúlico.

CEMENTO PORTLAND:

El cemento Portland es llamado así puesto que tiene un parecido con una

piedra natural que se encuentra en Inglaterra, precisamente en Portland,

se le denomina aglomerante hidráulico ya que es capaz de desarrollar

todas sus propiedades en presencia del agua como son el Fraguado y

Endurecimiento. La definición es la misma que tiene el cemento Actual.

RESEÑA HISTORICA DEL CEMENTO:

El origen del cemento es tan antiguo, como la humanidad ya que la

necesidad que ha tenido el hombre de construir su propio hábitat, así

como las estructuras necesarias para su progreso, ha constituido el factor

principal en la búsqueda de materiales para esta finalidad.

Su nombre primitivo, o mejor dicho su origen viene de la ceniza

calcinada, el cual era observado porque en la noche el hombre armaba

fuegos, al quedar la ceniza calcinada y mezclada con la lluvia nocturna,

se endurecía, La cal común se obtiene al calcinar la piedra caliza, la

diferencia entre la cal común y la cal hidráulica radica en que la cal

común se endurece en presencia de CO contenido en el aire y por lo tanto

no puede ocurrir bajo el agua; la cal hidráulica por proceder de calizas

impuras, se endurece por la reacción que se produce entre los elementos

constitutivos, lo cual permite que su fraguado pueda darse bajo agua; de

ahí procede el nombre de cal hidráulica. Los Egipcios usaron el yeso

además de la cal. Tanto los Romanos como los Griegos mezclaban cal

con cenizas volcánicas o con tejas de arcillas quemadas, obteniendo un

material de condiciones muy superiores a los de la cal común. La sílice

activa y la alúmina que se encuentran en las cenizas y en las tejas con la

cal para producir lo que es conocido como cemento puzolánico,

proveniente del nombre de Puzzuoli ciudad que queda en el Golfo de

Nápoles, Italia, cerca del Vesubio. en este sitio los Romanos extraían el

material volcánico que mezclaban con la cal, estos utilizaron éste

cemento para construir el Coliseo de Roma y el Pont du Gard. Los

Griegos obtenían estos materiales en la Isla Santorin.

En la edad media hubo una disminución general en la calidad y uso del

cemento. En 1756 Jhon Smeaton encontró que el mejor mortero se

obtenía cuando se mezclaba puzolana con caliza que contenía una alta

cantidad de material arcilloso, Smeaton fue el primero en conocer las

propiedades químicas de la cal hidráulica. Posteriormente en 1824,

Jhosep Aspin conoció los estudios de Smeaton y continuo las

investigaciones llegando a obtener un material que al mezclarlo con el

agua reaccionaba dando lugar al endurecimiento de la pasta producida.

Este material endurecido presentaba un aspecto similar al de unas

piedras de construcción extraídas en Inglaterra, en la localidad de

Portland.. El prototipo del cemento moderno fue obtenido en 1845 por

Isaac Johnson, quien quemo una mezcla de arcilla y caliza hasta la

formación del clinker. En general el cemento portland, concebido

originalmente por la semejanza de color y calidad entre el cemento

fraguado y la piedra de portland, éste cemento se ha conservado en

nuestros días para describir un cemento obtenido en la mezcla minuciosa

de materiales calcáreos y arcillosos y otros materiales que contienen

sílice, alúmina y quemándolos a una temperatura da la formación del

clinker.

En 1860-1880 Le Chatelier investigo acerca del peso específico del

cemento, Vicat acerca del fraguado, Abrahams acerca de la relación agua

cemento, en USA se encuentra la PCA (asociación de Cemento Portland),

en Suiza se encuentra las casas de aditivos (sika y Toxement), en

Colombia tenemos las cementeras: Samper, diamante, Boyacá, Toluviejo,

colclinker.

En USA, existe la PCA

En Inglatera, existe la BRITISTL

En Suiza, existe SIKA y TOXEMENT

Las 4 instituciones que rigen las producciones del cemento son:

I.C.P.C = Industria Colombiana de Producción del Cemento.

ICONTEC = Instituto Colombiano de Normas Técnicas.

C.C.C.S.R = Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistente.

ASOCRETO = Asociación Colombiana de Productores de Concreto.

FABRICACION DEL CEMENTO:

El cemento es la combinación entre la cal (caliza) más sílice (arcilla), las

calizas son grandes piedras y se consiguen como rocas mientras que las

arcillas son más sueltas y se consiguen como barros.

Cuando se está fabricando el cemento se les agregan otras adiciones

(cenizas volcánicas, puzolanas, escorias de alto horno), que cumplen con

diferentes funciones especiales. Estas materias primas se someten a un

proceso de clinkerización (a altas temperaturas), todo esto va a producir

un polvo gris oscuro, que fragua muy rápidamente con el agua, al

finalizar este proceso se le adiciona yeso con el fin de retardar el tiempo

de fraguado.

ETAPAS DE LA FABRICACION DEL CEMENTO:

1. EXPLOTACION DE MATERIAS PRIMAS:

Consiste en la extracción de las piedras calizas y las arcillas de los

depósitos o canteras, las cuales dependiendo de sus condiciones físicas se

hacen los diferentes sistemas de explotación, luego el material se

transporta a la fábrica.

2. PREPARACION Y CLASIFICACION DE LAS MATERIAS

PRIMAS:

Una vez extraídos los materiales, en la fábrica se reduce el tamaño de la

caliza siguiendo ciertas especificaciones dada para la fabricación. Su

tamaño se reduce con la trituración hasta que su tamaño oscile entre 5 a

10mm.

3. HOMOGENIZACION:

Consiste en hacer mezcla de las arcillas y calizas, que ya han sido

trituradas, se lleva por medio de bandas transportadoras o molinos, con el

objetivo de reducir su tamaño hasta el orden de diámetro de medio

milímetro. En ésta etapa se establece la primera gran diferencia de los

sistemas de producción del cemento, (procesos húmedos y procesos

secos).

4. CLINKERIZACION:

Consiste en llevar la mezcla homogeneizada a hornos rotatorios a grandes

temperaturas aproximadamente a 1450°C, en la parte final del horno se

produce la fusión de varios de los componentes y se forman gránulos de

1 a 3 cm de diámetro, conocido con el nombre de clinker.

5. ENFRIAMIENTO:

Después que ocurre el proceso de clinkerización a altas temperaturas,

viene el proceso de enfriamiento en la cual consiste en una disminución

de la temperatura para poder trabajar con el material, éste enfriamiento se

acelera con equipos especializados.

6. ADICIONES FINALES Y MOLIENDA:

Una vez que el clinker se halla enfriado, se prosigue a obtener la finura

del cemento, en la cual consiste en moler el clinker, después se le

adiciona yeso con el fin de retardar el tiempo de fraguado.

7. EMPAQUE Y DISTRIBUCION:

Esta última etapa consiste en empacar el cemento fabricado en bolsas de

50 kilo, teniendo mucho cuidado con diversos factores que puedan

afectar la calidad del cemento, luego se transporta y se distribuye con

cuidados especiales.

COMPOSICION QUIMICA:

El cemento se compone:

Arcilla: Son silicatos hidratados de alúmina y de cal.

LOS COMPUESTOS DEL CEMENTO:

SILICATO TRICALCICO (c3 S) 3CaOSiO2

SILICATO BICALCICO (c2 A) 2CaOSiO2

ALUMINATO (c3 A) 3CaOAl2O3

TRICALCICO

FERROALUMINATO (c4 AF) 4CaOAl2O3Fe2O3

TETRACALCICO

La composición anterior como compuestos de Bogue.

Según Bogue se producen tres fases química del cemento.

FASES BASE DE LA FASE % EN EL CEMENTO

ALITA C3S 75%

BELITA C2S

FERRITA C4AF 20%

FASES

MENORES

5%

EL C3 S se hidrata más rápidamente que el C2 S, lo que ayuda al tiempo

de fraguado y de su resistencia inicial. La acción endurecedora del C3 S

es de 24 horas a siete días, mientras que la del C2 S es de 7 a 28 días. El

C4 AF cumple con una función catalizadora y aporta poca resistencia al

concreto.

CAMBIOS OCURRIDOS EN EL PROCESO DE

CLINKERIZACION DENTRO DEL HORNO ROTATORIO

TEMPERATURA PROCESO REACCION

100C Evapoiacionde agua libre endotermica

> 500C Desidratación de los

minerales arcillosos

endotermica

800C liberación de CO2 exotermica

> 900C Cristalización de los

productos minerales

descompuestos

exotermica

Descomposición de

carbonatos

endotermica

900C A 1200C Reacción de CaO con los

silicoaluminatos

exotermica

1250C A 1280C Se inicia la formación de

liquidos

endotermica

1280C A 1500C Formación de liquidos y de

los compuestos del cemento

(Clinkerización)

endotermica

TIPOS DE CEMENTO PORTLAND:

Los Cementos Portland por lo general, se fabrican en cinco tipos cuyas

propiedades se han normalizado sobre la base de la especificaciones

ASTEM de normas para Cemento Portland (c 150). Los tipos se

distinguen según los requisitos tanto físicos como químicos.

PORTLAND TIPO I:

Es un cemento normal, se produce por la adición de clinker más yeso. De

uso general en todas las obras de ingeniería donde no se requiera

miembros especiales. De 1 a 28 días realiza 1 al 100% de su resistencia

relativa.

PORTLAND TIPO II:

Cemento modificado para usos generales. Resiste moderadamente la

acción de los sulfatos, se emplea también cuando se requiere un calor

moderado de hidratación. El cemento Tipo II adquiere resistencia mas

lentamente que el Tipo I, pero al final alcanza la misma resistencia. Las

características de este Tipo de cemento se logran al imponer

modificaciones en el contenido de Aluminato Tricalcico (C3A) y el

Silicato Tricalcico (C3S) del cemento. Se utiliza en alcantarillados, tubos,

zonas industriales. realiza del 75 al 100% de su resistencia.

PORTLAND TIPO III:

Cemento de alta resistencia inicial, recomendable cuando se necesita una

resistencia temprana en una situación particular de construcción. El

concreto hecho con el cemento Tipo III desarrolla una resistencia en tres

días, igual a la desarrollada en 28 días para concretos hechos con

cementos Tipo I y Tipo II ; se debe saber que el cemento Tipo III aumenta

la resistencia inicial por encima de lo normal, luego se va normalizando

hasta alcanzar la resistencia normal. Esta alta resistencia inicial se logra al

aumentar el contenido de C3S y C3A en el cemento, al molerlo mas fino;

las especificaciones no exigen un mínimo de finura pero se advierte un

limite practico cuando las partículas son tan pequeñas que una cantidad

muy pequeña de humedad prehidratada el cemento durante el

almacenamiento manejo. Dado a que tiene un gran desprendimiento de

calor el cemento Tipo III no se debe usar en grandes volúmenes. Con 15%

de C3A presenta una mala resistencia al sulfato. El contenido de C3A

puede limitarse al 8% para obtener una resistencia moderada al sulfato o

al 15% cuando se requiera alta resistencia al mismo,su resistencia es del

90 al 100%.

PORTLAND TIPO IV :

Cemento de bajo calor de hidratación se ha perfeccionado para usarse en

concretos masivos. El bajo calor de hidratación de Tipo IV se logra

limitándolos compuestos que mas influye en la formación de calor por

hidratación, o sea, C3A y C3S. Dado que estos compuestos también

producen la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se

tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. El calor de hidratación

del cemento Tipo IV suele ser de mas o menos el 80% del Tipo II, el 65%

del Tipo I y 55% del Tipo III durante la primera semana de hidratación.

Los porcentajes son un poco mayores después de mas o menos un año. Es

utilizado en grandes obras, moles de concreto, en presas o túneles. Su

resistencia relativa de 1 a 28 días es de 55 a 75%.

PORTLAND TIPO V :

Cemento con alta resistencia a la acción de los sulfatos, se especifica

cuando hay exposición intensa a los sulfatos. Las aplicaciones típicas

comprenden las estructuras hidráulicas expuestas a aguas con alto

contenido de álcalis y estructuras expuestas al agua de mar. La

resistencia al sulfato del cemento Tipo V se logra minimizando el

contenido de C3A, pues este compuesto es el mas susceptible al ataque

por el sulfato. Realiza su resistencia relativa del 65 al 85 %.

TIPOS DE CEMENTOS ESPECIALES

CEMENTO PORTLAND BLANCO :

Es el mismo Portland regular, lo que defiere es el color, esto se obtiene

por medio del color de la manufactura, obteniendo el menor numero de

materias primas que llevan hierro y oxido de magnesio, que son los que le

dan la coloración gris al cemento. Este cemento se usa específicamente

para acabados arquitectónicos tales como estuco, pisos y concretos

decorativos.

CEMENTO PORTLAND DE ESCORIA DE ALTO HORNO : 

Es obtenido por la pulverización conjunta del clinker portland y escoria

granulada finamente molida con adición de sulfato de calcio. El contenido

de la escoria granulada de alto horno debe estar comprendido entre el 15%

y el 85% de la masa total.

CEMENTO SIDERÚRGICO SUPERSULFATADO  :

Obtenido mediante la pulverización de escoria granulada de alto horno,

con pequeñas cantidades apreciables de sulfato de calcio.

CEMENTO PORTLAND PUZOLANICO :

Se obtiene con la molienda del clinker con la puzolana. Tiene resistencia

parecida al cemento normal y resistente ataques al agua de mar, lo que lo

hace aconsejable para construcciones costeras. Para que el cemento sea

puzolanico debe contener entre el 15% y el 50% de la masa total. El

cemento puzolanico se utiliza en construcciones que están en contactos

directos con el agua, dada su resistencia tan alta en medios húmedos.

CEMENTO PORTLAND ADICIONADO :

Obtenido de la pulverización del clinker portland conjuntamente con

materiales arcillosos o calcareos-silicos-aluminosos.

CEMENTO ALUMINOSO :

Es el formado por el clinker aluminoso pulverizado el cual le da propiedad

de tener alta resistencia inicial. Es también resistente a la acción de los

sulfatos así como a las altas temperaturas.

PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO

FINURA DEL CEMENTO

(SUPERFICIE ESPECIFICA)

La finura se define como la medida o tamaño de las partículas que

componen el cemento ; se expresa en cm²/gr lo cual llamamos superficie

de contactos o superficies especificas ; esto se refleja en el proceso de

hidratación del cemento ya que la mayor superficie de contacto mejor y

mas rápida es el tiempo de fraguado.

Es la cantidad de área expuesta al contacto con el agua en una

determinada masa de cemento.

Entre mas fino sea el cemento mas rápido es el contacto con el agua.

Entre mayor sea la superficie de contacto mayor es la finura del cemento.

En 28 días un cemento a cumplido el 90% de su hidratación, el otro 10%

puede tardar años.

METODOS PARA DETERMINAR LA FINURA DEL CEMENTO 

PERMEAMETRO DE BLAINE.

Es un aparato para determinar la superficie especifica del cemento, basado

en la Permeabilidad (permisibidad que tiene una sustancia para permitir el

paso de otra a través de sus poros) de una capa de cemento en cierto grado

de compactación al paso del aire.

El principio de este método consiste en hacer pasar una cantidad

determinada de aire a través de una capa de cemento de porosidad

definida. La cantidad y el tamaño de los poros existentes en dicha capa,

son función del tamaño de las partículas y determinan el gasto de aire a

través de la capa.

El cemento se coloca en un recipiente, éste es compactado por un émbolo

y mediante una pera de caucho conectada se hace pasar aire el cual al

pasar mueve un liquido que se encuentra en un manometro o instalado al

recipiente.

TURBIDIMETRO DE WAGNER.

Consiste fundamentalmente en una fuente de luz de intensidad constante,

ajustada de tal manera que produce un haz de rayos paralelos que pasan a

través de una muestra de cemento en suspención y llegan a una fotocelda.

La corriente generada por la fotocelda se debe medir con un

Microamperímetro cuya lectura indica la medida de la Turbidez de la

suspención.

FORMULA DE CARMAN .

Donde = Peso específico del cemento.

= Porosidad de la capa.

A = Area de la sección transversal del estrato o

capa

L = Longitud de la muestra o capa.

.h1 = Caída de presión en la capa.

.h2 = Caída de presión en el medidor.

K = Constante de fabricación del aparato.

Para fines prácticos se formó un método más práctico, que fue el del

tamiz # 200, que consiste en pasar una masa de cemento por éste tamiz

que tiene 200 abertura por una pulgada lineal, se resta dela masa inicial y

el residuo es la que se llama finura del cemento. Los límites de la finura

son 225 - 300 m²/kg. La finura debe ser mayor al 95%.

PESO ESPECIFICO O DENSIDAD APARENTE DEL CEMENTO :

El peso específico expresa la relación entre la muestra de cemento y

el volumen absoluto.

= m / V absoluto.

Donde : m = muestra del cemento.

V absoluto = Volumen de la materia sólida.

El peso específico del cemento debe estar entre 3.10 a 3.15 gr/cm³ . El

valor del peso específico no indica la calidad de un tipo de cemento, sino

que su valor es usado para el diseño de la mezcla . Con el valor del peso

específico se pueden encontrar otra características del concreto.

Se puede decir a manera de conclusión de que el cemento utilizado en el

laboratorio, es un cemento adicionado. Un bajo valor de densidad

absoluta nos indica poca presencia del clinker y alta de yeso.

METODOS PARA DETERMINAR EL PESO ESPECIFICO

Para determinar el peso específico del cemento existen cuatro métodos:

1. Método De Le Chetalier.

2. Método de Schuman.

3. Método de Candlot.

4. Método Picnómetro.

Todos los métodos anteriores tienen la misma finalidad , que es

determinar el volumen del líquido que desplaza una cantidad de cemento,

el líquido no debe reaccionar con el cemento, los más utilizados son el

De Le Chetalier y el de Picnómetro .

CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO

Al agregar agua al cemento se produce una pasta ( cemento + agua ),

contiene fluídez a medida que se le va aumentando el contenido de agua.

La consistencia normal es un estado de fluídez alcanzado por la pasta del

cemento que tiene una propiedad optima de hidratación . Se expresa

como un porcentaje en peso o volumen de agua con relación al peso seco

del cemento.

Wagua / Wcemento = % Consistencia Normal .

Por ejemplo 30% de la consistencia significa que por cada 100gr de

cemento hay que agregar el 30% de agua.

El factores que influye en la consistencia normal del cemento puede ser

la finura.

Los que determinan la consistencia son:

La viscosidad en la pasta (cemento).

La lubricación en los agregados (concreto).

Los valores de la consistencia normal no dependen del tipo del cemento.

Ww

WcC N % . . 30%

Los valores normales de esta se encuentran entre el 24% y el 32%.

La consistencia Normal no es un parámetro para medir la calidad del

cemento pero si para medir el tiempo de fraguado y la resistencia

mecánica.

AGUA

Es el elemento que le da el nombre a los tipos de cemento hidratados, por

eso se llama cemento hidráulico. En el concreto el agua es el elemento

en virtud del cual el cemento experimenta series de reacciones químicas

que le dan la propiedad de fraguar y endurecer para producir un sólido

único con los agregados.

DIVISION DEL AGUA EN EL CONCRETO

El agua en el concreto se divide en agua de Mezclado y agua de Curado.

AGUA DE MEZCLADO

Corresponde al diseño original de la mezcla, es el volumen de agua por

metro cúbico de concreto (M³Vol )en el diseño de concreto, tiene dos

fases:

AGUA DE HIDRATACIÓN :

Es la que reacciona químicamente con el cemento, el que lo hidrata

formando lo que se denomina el gel o pasta hidratada. Recibe el

nombre de no evaporable porque a una temperatura de 110°C no se

produce evaporación.

Agua Evaporable : Es la parte de agua de mezclado que es capaz de

ebullir a 110°C . Se divide en tres fases :

Agua de Absorción : Es una capa molecular de agua que es atraída por

el gel del cemento.

Agua Capilar : Es la que ocupa los poros entre los granos del cemento .

Las aguas de absorción y capilares ocupan un 77% dentro de estas aguas.

Agua Libre : Es la que realmente evapora , o sea la que se pierde dentro

del agua de mezclado en " Condiciones de Secado ".

AGUA DE CURADO

Es el agua que necesita el concreto para hidratar eficientemente el

cemento.

Toda reaccion de hidratación del cemento o pasta se produce por :

C3A (produce endurecimiento rápido y debe ser controlado por yeso).

C2 S y C3 S , ayudan para el proceso de fraguado después que se halla

producido la hidratación C3 A.

El agua en el concreto debe de ser mínimo del 48%, hay tres factores que

influyen en la cantidad de agua en una mezcla, como es la relación A/C ,

la humedad ambiental y la diferencia de densidades de los materiales

constituyentes.

PROPIEDADES:

Las que se usarán para fabricar la mezcla del concreto debe tener por lo

menos los siguientes requisítos:

- Sedimentos menos de 2000 partes por millon.

- Carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos, sales de hierro y sal; es

inorgánicas son totalmente indeseables ya que se producen bajas

resistencia, retardo del fraguado, inclusive corrohen el acero de refuerzo.

TIPOS DE AGUAS :

1) Aguas Acidas 

(PH en 6-8) Rompen el concreto y las aguas básicas retardan el fraguado.

2) Agua con azúcar

Retarda el fraguado y disminuye la resistencia .

3) Aguas básicas : Retardan el tiempo de fraguado.

4) Agua con aceite

Disminuye la resistencia final hasta un 20%.

5) Aguas Negras o Servidas

Descartadas. A menos que la concentración se menor de 200

partes por millon ( queda a criterio del ingeniero )

6) Aguas de mar

Si se puede utilizar , pero en la actualidad no se utiliza porque corrohen

el acero de refuerzo. Mantienen su resistencia y su fraguado, producen

manchas.

Todos los parámetros anteriores están normalizados por :

ASTM ( D-511, D-512 , D-516 , D-1129 , etc. ) , estos límites indican el

contenido de agua para ser utilizado en una mezcla de concreto.

ADITIVOS

Es un Producto químico que se adiciona al concreto o al mortero antes o

durante su mezcla.

El objetivo de utilizar un aditivo es producir una mejoría en la mezcla

según sea la necesidad que no se puede obtener mediante el ajuste de la

proporción de la mezcla básica, sin producir un efecto adverso en

cualquier otra característica del concreto, se empezó a usar mediados siglo

XX y se adiciona al agua o a la mezcla siempre en un % al peso del

cemento.

CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS :

1) Acelerante : Rápido fraguado y obtención de resistencia a temprana

edad (túneles, puentes).

2) Permeavilizantes : Se adiciona a la mezcla para disminuir el paso de

agua a través de los elementos fabricados (tanques, piscinas, baños).

3) Retardantes : Se utiliza en las centrales de mezcla para reducir el

tiempo de fraguado y permitir el transporte y bombeo.

4) Plastificantes : Cuando hay necesidad de reducir el agua de mezclado.

5) Incorporadores de aire : Disminuyen la porosidad en el momento de

fraguado y adicionan manejabilidad.

FRAGUADO

Es el Fenómeno por medio del cual la pasta de cemento cambia de

plástico a endurecido, es posterior al fenómeno de hidratación.

La importacia es conocer los tiempos de fraguados, los iniciales y los

finales. El tiempo de fraguado del cemento y del concreto son los mismo.

TIEMPO DE FRAGUADO:

1) Fraguado Inicial : Es el transcurrido desde la adición del agua hasta

alcanzar el estado de plasticidad y semídureza, durante este tiempo la

pasta se deforma fácilmente por la acción de pequeñas cargas. Se mide

con el aparato de Vicat. Este significa, el tiempo de que disponemos para

fabricar, transportar, vibrar y colocar el concreto en las obras.

2) Fraguado Final : Va desde el fraguado inicial hasta que la pasta se

endurezca y se vuelva indeformable, en este lapso se produce la unión

con los agregados en una mezcla de concreto. se desarrolla toda la

resistencia mecánica del cemento a los 28 días.

Entre los factores que afectan el fraguado tenemos:

FACTORES QUE AFECTAN EL FRAGUADO :

1) Composición Química : C3S, C2S, CaSO4, dependiendo de las

proporciones de los componentes del cemento.

2) Finura del cemento : Entre más fino sea el cemento , más rapido va a

ser la penetración y el tiempo de fraguado inicial es más rapido.

3) Cantidad de agua de amasado : Entre más agua haya en una mezcla

se va a producir más rapido la pasta del cemento, afecta la resistencia y la

consistencia.

4) La temperatura ambiente : Entre mas baja sea la temperatura el

fraguado es mas demorado. A temperaturas bajo 0°C no fragua.

Hay otros factores secundarios como es el tipo de agua.

FALSO FRAGUADO :

Es un fenómeno que produce un endurecimiento rápido y una rígidez

prematura y anormal del cemento en los primeros minutos de su

hidratación. Las propiedades de la pasta se reestablecen con el tiempo. Se

debe a dos factores fundamentales :

- A la falta de adición de yeso suficiente .

- A la baja hidratación del clinker mediante la fabricación.

HIDRATACION :

Es un fenómeno por el cual el cemento absorve el agua necesaria para

que se realicen las reacciones químicas que le permiten desarrollar sus

propiedades mecánicas, a estas reacciones se les conoce como

"Reacciones de Hidratación".

En presencia de agua , los compuesto del cemento (C2 S , C3 S , C3 A y

C4 AF ), se hidratan produciendo la pasta con el paso del tiempo . Se

forma una masa y más tarde se endurece.

Tenemos las siguientes reacciones de hidratación:

Exotérmicas : Las que generan calor se les conoce como calo de

hidratación ( cantidad de calor generada por una mezcla de agua-cemento

bajo unas condiciones de humedad y temperaturas determinadas, la

establece la norma ASTM C-168.

CALOR DE HIDRATACION :

Cuando el agua y el cemento reaccionan , se generan un calor de

hidratación en los procesos de fraguado y endurecimiento , en la cual

puede ocurrir un incremento en la temperatura del concreto

produciendose una rapida evaporación en el agua y cambios volumétricos

, que llevan a la contracción del material y su eventual agrietamiento.

CANTIDAD APROXIMADA DE CALOR GENERADA

EN LOS PRIMEROS SIETE DIAS.

TIPO CARACTERISTICA % DE CALOR

GENERADO

I USO GENERAL 100

II MODERADA RESISTENCIA A LOS

SULFATOS

80 A 85

III DESARROLLA ALTA FUERZAS

INICIALES

150

IV DESARROLLA BAJO CALOR DE

HIDRATACIÓN

40 A 60

V DESARROLLA ALTA

RESISTENCIA A LOS SULFATOS

60 A 75

CALOR DE HIDRATACION DE LOS COMPUESTOS

COMPUESTOS CALORES QUIMICAS ( CAL/GR)

C2 S 62

C3 S 120

C3 A 207

C4 AF 100

ESTABILIDAD DE VOLUMEN

Un cemento se considera estable cuando ningún elemento principal

experimente expansión perjudicial o destructiva después de el fenómeno

de hidratación. Los morteros y concretos normalmente al endurecer

contraen su volumen produciendo un fenómeno conocido como

Retracción, la cual es muy peligrosa porque puede llegar a producir

grietas en el interior y en la superficie de los elementos estructurales ; por

lo general ocurre entre los 2 o 3 primeros meses y alcanza a ser 0.015% en

vol

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD DEL

CEMENTO :

Composición Química.

Finura.

Cantidad de agua en la mezcla.

Proporciones elementales de mezcla.

Condiciones de curado.

Tiempo transcurrido.

ENSAYO DE EXPANSION DE AUTOCLAVE:

Consiste en fabricar una barra de pasta de cemento. La barra se

introduce en un horno llamado autoclave a una temperatura de 216°C y

una presión de 20.8 Kg/cm²; la diferencia de longitudes antes y después

del ensayo determina la expansión del cemento estudiado.

E % = Lo - LF x 100 ( Norma Icontec 107 ).

Lo

Donde, Lo = Longitud inicial

LF = Longitud final.

RESISTENCIA MECANICA:

Es la propiedad más importante del cemento endurecido en cuanto a los

requísitos estructurales , la resistencia mécanica debe ser a la tracción ,

flexión y compresión. Es un requísito que debe cumplir todo cemento,

todo se mide a la compresión y mide la calidad del cemento. La

resistencia se hace sobre el mortero = agua + cemento + arena , se hace

sobre cubos de 2"x2"x2", se hace sobre una arena normalizada de Ottawa

, la mezcla se utiliza para trabajar en cubos de proporción 1:3 en volumen

. A los 28 dias adquiere la resistencia al 100%.

La resistencia mecánica del cemento es la propiedad más importante

para el estudio del cemento desde el punto de vista estructural %

Ingenieril, existen dos teorías sobre el desarrollo:

1.) Le Chatelier ( 1882 ): Se basa que los productos de hidratación

tienen solubilidad más baja que los compuestos originales, por lo tanto

después del fenómeno de hidratación se forman cristales alargados y

entrelazados, que le dan la propiedad de adhesión y cohesión a la pasta.

2.) Michaellis ( 1893 ) : El agua saturada de cal, ataca a los silicatos,

produciendo silicatos hidratados de calcio ( masa gelatinosa ), debido a la

pérdida del agua, posteriormente se produce entonces un endurecimiento

gradual el cual le da la propiedad de cohesión a la pasta.

Enlaces Cohesivos : Son de dos tipos.

Físicos : Denominados fuerzas de Van Der Waal S.

Químicos: Que es la atracción iónica.

Desde el punto de vista Ingenieril, existen las siguientes resistencias:

Tensión : Que se refiere a la resistencia del alargamiento en cualquier

material.

Flexión : Es la resistencia a dejarse doblar ó deformar.

Compresión : La resistencia a no dejarse comprimir.

La resistencia a la flexión depende de su resistencia a la compresión.

Prueba Universal : Se hace para medir la resistencia del cemento en la

resistencia a la compresión ( Norma Icontec 220 ). La prueba se le hace a

la mezcla Agua+Cemento + Arena normalizada. Se deben preparar cubos

de 2" de arista, con una proporción cemento-arena 1:2.75 en volumen y

el agua: 48.5% cemento, peso y agua adicionada. Estos cubos se

someten a la acción de una carga directa hasta que se produsca la falla.

P falla

R = Resistencia = P falla / A ( Kg/cm² ).

ADITIVOS

Son sustancias o productos químicos los cuales se adicionan al concreto o

al mortero , para modificar o mejorar algunas de sus propiedades

originales. A mediado del siglo XX los aditivos se agregan al agua o a

la mezcla y siempre con un porcentaje en peso del cemento.

CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS:

Se divide en cinco grandes grupos:

1. ADITIVOS ACELERANTE :

Conducen a un rápido fraguado y a la obtención de resistencia a temprana

edad. Se utiliza mucho en las construcciones de tuneles y puentes.

2. ADITIVOS IMPERMEABILIZANTE :

Se adicionan a la mezcla para disminuir el peso del agua atravez de los

elementos fabricados. Se utiliza en piscina, baños, para tanques de

almacenamientos de aguas y en cimientos.

3. ADITIVOS RETARDANTES :

Se utilizan en centrales de mezcla , para aumentar el tiempo de fraguado

y permitir el transporte y bombeo del concreto .

4. ADITIVOS PLASTIFICANTES:

Se utilizan cuando hay necesidad de reducir el agua de mezclado, hay

una mayor manejabilidad en el concreto.

5. ADITIVOS INCORPORADORES DE AIRE :

Disminuyen la porosidad de la mezcla en el momento de fraguado, lo

cual traduce una disminución del riesgo de la corrosión y adicionan

manejabilidad a la mezcla.

AGREGADOS

Son partículas minerales que se le adicionan a la pasta ( cemento+

agua ) , para producir al endurecerse un sólido único o piedra artificial

conocida con el nombre de hormigón. La mayoría de los agregados

constituyen entre el 70 a 80 % del volumen de la mezcla del concreto.

Los agregados deben ser minerales inertes para que no se produzcan

reacciones quimicas con el cemento.

FUNCIÓN :

Los agregados tienen una acción determinante sobre las características

del concreto tanto en estado plastico como en estado endurecido que en

muchos casos modifica la estabilidad de la estructura. En estado plastico

la arena y la pasta actuan como lubricante de las partículas más gruesas

para que el concreto pueda ser mezclado , transportado , colocado,

compactado y terminado en forma adecuada. Durante el proceso de

fraguado la pasta experimenta una pérdida de húmedad que origina una

contracción generalmente va acompañada con la aparición de grietas.

Con la introducción de los agregados a la pasta se forma un trabazón de

tal manera que se genera una superficie de adherencia que disminuye los

cambios de volumen y se disminuye el volumen total que pueda sufrir

por contracción.

CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS

CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS SEGUN SU ORIGEN.

Los agregados pueden ser naturales o artificiales.

- Agregados Naturales : Son los que se encuentran en la corteza terrestre

(casi siempre en un mismo lugar de origen ), y sus partículas se forman

por la acción directa con la naturaleza ó por proceso de trituración y

fragmentación inducidos por el hombre , la mayoría de suu propiedades

quimicas son iguales a la de la roca madre. A través de estos procesos se

obtienen los verdaderos agregados tradicionales como gravas y arenas .

- Agregados Artificiales : Reciben también el nombre de manofacturados

y se obtienen a través de procesos industríales por fenómenos de

licuefación y pulverización . Los minerales en este estado se llevan a los

tamaños indicados y se vuelven a endurecer para su posterior utilización ,

de este grupo hacen parte la escoria de alto horno , arcillas expansibles ,

limaduras de hierro , humo de sílice , etc.

CLASIFICACION DE LOS AGREGADOS SEGUN SU TAMAÑO :

Se dividen en dos grandes grupos : gruesos y finos

- Agregado Grueso : Son materiales cuyas partículas tienen tamaños de

7.6 cm ( 3") a 4.76 mm. (# 4). Todo lo que esté por encima de 3" todavía

no tiene condiciones para el concreto. Los agregados gruesos normales se

utilizan 11/2 " a 3/8 ".

- Agregado Fino : Materiales cuyas partículas estan entre el tamiz #4 y

el tamiz # 200 es decir entre 4,76 mm y 0.074 mm. Los agregados finos

menores de 0.074 mm no sirven para concretos ya que son demasiados

finos.

Los normales estan entre 3/8 " y él tamiz # 100.

Los agregados finos siempre se van a conocer como arenas, los

agregados finos menores de 0.074 mm generalmente son limos o arcillas

cuyas partículas tienen ciertas características que interfieren en el proceso

de hidratación del cemento, por esto se consideran perjudiciales.

Los agregados gruesos los conocemos como gravas y se denominan

según su origen

Triturado Calizo

GRAVA

Canto Rodado (China )

Gruesa

ARENAS Media

Fina

Las arenas gruesas y medias se utilizan para la fabricación del concreto,

mientras que las finas se emplean para la pega de los bloques.

CLASIFICACION DE LOS AGREGADOS SEGUN SU DENSIDAD

:

Se divide en 3 grupos (ligero, normal, pesado)

- Agregados Ligeros : Son aquellos cuya densidad está entre 500 - 1000

Kg/m³. Entre estos tenemos pizarras expandidas, esquistos, escorias,

arcillas, pómez, perlita etc. Se utiliza en concreto de relleno o en

mampostería estructural , concreto para aislamiento .

- Agregado Normal : Son aquellos cuya densidad estan entre 1300 -

1600 Kg/m³. Se encuentran en gravas de trituración, arena de rio, clinker,

escoria de fundición. Se utiliza en concreto de toda índole es decir

concretos estructurales y no estructurales .

- Agregados Pesado: Son aquellos cuya densidad estan entre los 3000 -

7000 Kg / m3. Por lo general hay que fabricarlos , se utilizan en

concretos especiales ( concreto para macizo de anclaje ) , que van a estar

expuestos a rayos ultravioletas y radiaciones, ya que estos agregados son

capaces de absorver estas radiaciones. Entre estos tenemos la barita,

limonita, magnetita , limaduras de acero y hematita.

Región : Gruesos 1.5”-3/8” (trituran caliza, canto rodado), Finos 3/8”-

#100 (arenas b/quilla, bayunca).

ORIGEN DE LOS AGREGADOS NATURALES

En todo caso ya sea por la naturaleza o por la acción del hombre los

agregados tienen su origen en la roca madre y se producen por procesos

físicos como la interperización , arrastre de aguas y glaciales , esto hacen

que conserven la constitución minerológica original de la roca y a través

de estos procesos físicos se obtienen unicamente gravas y arenas. Los

cambio se producen en la parte física ( forma , densidad ). Las

propiedades físicas que se estudian en los cambios que se producen son

por lo general : dureza, tenacidad , densidad , textura , porosidad.

El origen de los agregados para el concreto estan condicionados por el

denominado ciclo Roca -Suelo , parte del hecho que existe una roca

madre , estas rocas pueden ser ignéas, metemorfícas y sedimentarias, la

roca sufre un intemperismo físico ya sea por acción del viento,

temperatura opor la acción del hombre. A través de los procesos físicos

obtenemos gravas y arenas. Cuando la rocas sufren un proceso químico

las rocas sufren un ablandamiento ( arcilla y limos ) , y luego sufre un

proceso de cementación. Los procesos físicos y químicos pueden

producirse simultaneamente , o uno después de otro.

Los agregados naturales conserva la mineralogía original de la roca

madre pero por acción de los fenómenos fisicos hay cambios en la

Dureza, Tenacidad, Densidad, Porosidad y Textura.

GRUPOS DIVERSOS DE AGREGADOS SEGÚN LA ROCA

MADRE:

* Basáltico : Andesita y Basalto.

* Pedervalino : Ortosa y Pedernal.

* Gabrico : Gabrico, Horblenda y la Penblotita.

* Granítico: Canto rodado, Cuarzo y Diodita.

* Arenisco: Arenisca, Arenillas y Tulas.

*Hornofelico: Todas las rocas exceptuando el Mármol.

* Calizo: Dolomita, Caliza y Mármol.

* Porfirico: Reolita.

* Cuarzoso: Arcilla refractaria y Cuarzo.

* Esquistoso: Esquisto y Pizarra.

El origen de los suelos esta condicionado en la naturaleza por el ciclo de

la Roca-Suelo.

CICLO ROCA SUELO

Meteorización Descompociñón

Quimica

Fragmentos Cementacion

Fusión

compactaciòn

Limos

Grava Arena Limos

Arcilla

OBTENCION Y EXPLOTACION DE LOS AGREGADOS

CANTERA :

Lugar geográfico donde se detecta la presencia de un yacimiento de

agregado para concreto : Lo primero que se hace para una explotación de

una cantera es el estudio de los suelos. En este estudio se tienen en

cuente dos parámetros importantes :

- Extensión del manto o estrato de agregados.

- Volumen (topografía ).

Para explotar una cantera o banco se tienen en cuenta los siguientes

aspectos básicos :

- Clase del material requerido.

- Facilidad de acceso.

- Distancia de acarreo.

- Derecho de propiedad.

- Normas ambientales.

- Uso de la tierra.

PROCESO DE EXPLOTACIÓN:

Después de haber elegido la cantera viene el proceso de explotación que

comienza con:

* Descapote: Consiste en retirar toda la capa vegetal y toda la materia

orgánica que existe en la superficie ( 2m de profundidad).

*Barrenado y Dinamitado: Se puede hacer por dos procesos : Manual o

barreno y el dinamitado que es más industríal . En este proceso

reducimos el tamaño de la piedra pero todavía no sirve como agregado.

* Excavación y Cargue: Buldozer, dragas, retroescavadoras para llevarlas

a las volquetas para llevarlas a la cantera.

* Transporte: De los grandes materiales dinamitados, las rocas.

* Trituración: Se hace con quebradores (de quijadas, martillo y bolas ).

En la trituración no se produce agregado triturados menores o iguales a

3".

* Zarandeo o cribado: En este proceso se hace la clasificación primaria

del material , en agregado grueso y en agregado fino .

Calidad: Determinación de sus propiedades físicas. Se mide por la

granulometria, humedad, contenido de material inorgánico, densidad, peso

especifico, absorción, desgaste, dureza, etc.;.

PROPIEDADES FISICAS DE LOS AGREGADOS

Las propiedades física de los agregados que vamos estudiar relacionadas

con la ingeniería civíl dependen de:

- Tipo de obra que se va a construír .

- Tipo de concreto que se desea fabricar.

Relación entre las propiedades del concreto y las propiedades de los

agregados :

Propiedades del Concreto Propiedades de los Agregados

Resistencia Mecánica Den., Abs., Dur., Desg., Grad., Peso

Uni.

Retracción Mod. Elast., Dur., For., Grad., Abs.,

Tam.

Durabilidad Soli., Poro., Grad., Comp. Mineral.

Peso Unitario Grad., Tam. Max., Mod. Fin., Den.,

For.

Economía Tam. Max., Grad., For.

Manejabilidad Grad., Den., Mod. Fin., For., Tam.

Max.

Den. Densidad.

Abs. Absorción.

Dur. Dureza.

Desg. Desgaste.

Grad. Gradación.

Peso Uni. Peso Unitario.

Mod. Elast. Modulo de Elasticidad.

For. Forma.

Tam. Max. Tamaño Máximo.

Mod. Fin. Modulo de Finura.

Entre las propiedades anteriores vamos a estudiar :

1. Composición minerológica.

2. Gradación , tamaño máximo y módulo de finura .

3. Densidad y absorción.

4. Pesos unitario .

5. Dureza , sanidad y solidéz.

6. Forma y textura.

7. Reacción alcalína.

COMPOSICIÓN MINERALÓGICA

Se conserva idéntica a la de la roca de origen, su importancia no radica en

el estudio de si misma sino en su influencia en las demás propiedades. Se

estudia en Geología.

Minerales indeseables en los agregados :

* Pirita.

* Calcita.

* Moscovita.

* Yeso.

* Azufre.

* Ematita.

* Carbón mineral.

* Roca reactiva.

Son indeseables porque reaccionan con el cemento o con el agua de la

mezcla.

GRADACIÓN, TAMAÑO MÁXIMO Y MODULO DE FINURA.

GRADACIÓN :

Se define como la distribución del tamaño de las partículas en una

muestra de los agregados, también

se le denomina granulometría de los suelos.

Desde este punto de vista los agregados se dividen en :

- No uniforme = Bien gradados.

- Uniforme = Mal gradados.

- No Uniformes o Bien Gradados : Presentan gran variedad de tamaño

en sus

estructuras y son los agregados ideales desde el punto de vista

ingenieril , ya que ofrecen

un mejor comportamiento mecánico, debido a que los espacios entre

los tamaño grandes

son llenados por las partículas de tamaño menores . Su curva

granulométrica tiene la forma aproximadamente de una S invertida

suavemente horizontal.

La anterior gradación corresponde a una densa o cerrada. Desde el punto

de vista económico la gradación cerrada es mejor ya que se utiliza menos

cemento.

Uniformes o Mal Gradados : Existen poca variedad de tamaños o esta es

prácticamente nula. Puede darse por dos fenómenos : Porque todas las

partículas tengan el mismo tamaño o porque existan deficiencia de

tamaños intermedios. Su curva granulometrica es prácticamente vertical.

Corresponde a lo que denomina una gradación incompleta o abierta.

Puede darse por dos fenómenos :

a.) Porque todas las partículas tengan el mismo tamaño.

La granulometría es casi vertical en su curva , como gradación mala.

b.) Exista deficiencia en los tamaños intermedios .

La granulometría es abierta o incompleta.

TAMAÑO MAXIMO :

Se refiere a los agregados grueso y tiene dos formas de hallarlos :

TAMAÑO MAXIMO REAL :

El tamaño máximo real corresponde a la lectura del menor tamiz que deja

pasar el 100%

de la muestra ensayada , para nuestro caso es de el tamiz 1½.

TAMAÑO MAXIMO NOMINAL :

El tamaño máximo nominal es la dimensión del tamiz inmediatamente

superior al menor tamiz cuyo porcentaje acumulado es del 15% o más .

Tiene su aplicación para el diseño de la mezcla , por medio de la parábola

de Fuller.

MODULO DE FINURA :

Se refiere al agregado fino corresponde a la sumatoria de los porcentajes

retenidos acumulados desde el tamiz 3/8” hasta el #100 dividido entre el

100%.

Arena Fina 0,5 y 1,5

Arena Media 1,5 y 2,5

Arena Gruesa 2,5 y 3,5 (mezcla de grava).

La norma del modulo de finura es el intervalo 2,3 - 3,1.

En caso para que la arena sea gruesa tiene que tener una mezcla de grava.

DENSIDAD Y ABSORCIÓN.

Son propiedades que dependen directamente de las características de la

roca madre.

LA DENSIDAD :

La densidad es la relación entre una masa determinada y el volumen

ocupado por esa misma masa.

La densidad tiene varios conceptos :

Densidad Absoluta: Es la relación entre el peso de la masa sólida y el

volumen ocupado exclusivamente por si misma .

D abs. = Ps / Vs. Vs = Vm - Vps - Vpns.

Ps = Peso del sólido.

Vs = Volumen del sólido.

Vm =Volumen de la parte sólida.

Vps= Volumen de los poros saturables.

Vpns= Volumen de los poros no saturables.

Densidad Nominal : Es la relación entre el peso de la masa sólida y el

volumen ocupado por éste , sin incluir los poros saturables .

D n = Ps / ( Vm - Vps ) .

Densidad Aparente : Es la relación entre el peso del sólido y el volumen

total , incluyendo los poros saturables y no saturables .

DA = Ps / Vm.

Desde el punto de vista ingenieríl la más utilizada es la densidad

aparente , debido a que con ella se determina la cantidad de agregado en

peso que se resista para fabricar un metro cúbico de concreto. Sus valores

normales oscilan entre 2.3 a 2.8 gr / Cm3.

LA ABSORCIÓN :

se define como la propiedad que tienen los agregados de atrapar el agua

en sus poros durante un periodo de tiempo determinado (24 h). La

absorción influye en el calculo de agua en la mezcla.

La densidad y la absorción influyen directamente sobre el peso unitario ,

resistencia mécanica , durabilidad y la dureza de los agregados .

PESO UNITARIO ( MASA UNITARIA ) :

Define la relación entre una masa determinada de agregado con el

volumen del molde o recipiente que lo contiene.

El Peso Unitario y la Densidad Aparente, son los dos parámetros con los

cuales se calcula el diseño de la mezcla.

Peso Unitario de Agregado Suelto: Corresponde a la menor densidad

del agregado, y corresponde al estado en el cual las partículas se

acomodan dentro del recipiente solamente por la acción de la gravedad,

ósea en forma de caída libre , es la forma mas usual de

la utilización de los agregados en las construcciones. Los Valores están

entre 1200 - 1600 kg/m³.

* Peso Unitario de Agregado Compactado: Es aquel que se obtiene

cuando la masa de agregado es apisonada dentro del recipiente por la

acción de otras fuerzas externas distintas a la gravedad, puede ser por

medio de golpes o de vibraciones. Los valores están entre 1400 - 1700

kg/m³.

SANIDAD, DUREZA, SOLIDEZ.

Son tres conceptos exclusivos de los agregados gruesos. Representan la

calidad intrínseca de cada partícula del agregado, estas propiedades son

fundamentales para determinar el comportamiento del cemento en cuanto

a sus propiedades y a su resistencia a fenómenos externos como el fuego

intenso, ataques químicos (cloruros-sulfatos), abrasión en pavimentos

(desgaste) y corrosión ambiental.

LOS MÉTODOS PARA DETERMINAR LA SOLIDES SON:

Desgaste de los Angeles (INCONTEC # 93).

Desgaste de los Sulfatos (INCONTEC # 126).

* El Canto Rodado produce menos desgaste que la caliza.

Estructura % Desgaste Máximo

Sub-Bases Pavimento 50%

Bases Pavimento 35%

Concreto Asfaltico 30%

Losas Pavimento

Rígido

35%

Concreto

Especificaciones

40%

Humedad Natural (W%).

El contenido de agua presente en una muestra de agregado no modificado.

Se designa con la letra griega w.

WWw

Ws% 100

Ww Peso del agua que contiene el agregado.

Ws Peso de la masa sólida.

Forma y Textura.

Las formas comúnmente encontradas en las partículas de Agregados son :

Redondeadas .

Cubicas.

Esféricas.

Laminares. Agregado Grueso

Angulosas.

Planas.

Alargadas.

El análisis de la forma de los agregados esta básicamente encaminado

hacia dos conceptos :

Porcentaje de Facturación.

Indice de Aplanamiento.

* Estas son propiedades cualitativas de los agregados.

El British Standard Institute (BSI), establece dos parámetros para

determinar si las partículas son :

* Laminares (cuando Espesor/Ancho < 0,6).

* Alargadas (cuando Largo/Ancho > 1,8).

Aquí en Colombia nos regimos por la norma INCONTEC Nº 174 la cual

los parámetros son :

* Laminar (Espesor/Ancho < 0,5)

* Alargada (largo/Ancho > 1,5).

Para determinar el Indice de Aplanamiento de los Agregados debe ser

menor del 30% para poder ser utilizados en la fabricación del concreto.

El Porcentaje de Fracturacion se obtiene en forma visual, consiste en

tomar una muestra e ir sacando visualmente aquellas que se encuentren

fracturadas, se calcula como la relación entre el Peso de la muestra

Fracturadas sobre el Peso de la muestra inicial, esta relación debe ser

mayor del 50 o 60%.

% FRACTURACION =(WFRACTURACION / W TOTAL MUESTRA )

* 100%.

Las Formas de la Textura son :

* Rugosa.

* Lisa

* Vítrea.

* Aspera.

* Cristalina.

* Porosa.

La Textura no influye en que se pueda usar el material o no.

Dosificación o Combinación de Agregados

Tiene su origen en la granulometria, la mescla más económica es la que

debe tener menor cantidad de agregado. La idea es buscar un solo

agregado con la mejor gradación.

Encontrar la combinación de los agregados A y B mostrado a

continuación para cumplir con las especificación requerida :

Ejemplo : Encontrar la combinación de los agregado A y B, mostrados a

continuación para cumplir la especificación requerida.

Tamiz % que pasa

Especificado

A B

1 ½ ” 100 100 100

¾ ” 100 - 80 80 100

3/8” 80 - 65 65 100

# 4 65 - 50 48 90

# 8 50 - 35 30 80

# 30 35 - 20 18 70

# 100 20 - 10 8 60

# 200 10 - 4 2 50

OJO CAMBIAR TABLA

PorcentajeausardeB

Porcentajeausarde A

10 165

21325% 13%

90 835

28675% 87%

..

..

Dosificación o Combinación de Agregados

Se debe hacer siempre por Glanulometria, sabiendo que las mezcla mas

económica es la que utiliza menor cantidad de agregado.

REACCION ALCALI - AGREGADOS

Es una Reacción que se produce entre los óxidos silicios (SiO2) y los

hidróxidos alcalinos de la pasta (Na2O y H2O) .

Es de tipo salado, liquido y cuyo producto final es un GEL hinchable que

aumenta de volumen a medida que absorbe agua.

Este fenómeno conlleva a la formación de presiones internas originando

la expansión, el agrietamiento y la rotura de la pasta.

Esta reacción también se conoce como Alcalis-Silice, es también la mas

común de todas las reacciones perjudiciales.

La Reacción Alcali-Carbonato produce el mismo fenómeno, pero es

mucho menos frecuente.

Rocas Siliceas : Pedernaz, ópalo, calcedonia, calizas, Dolomitas.

Rocas Volcánicas Acidas : Riolitas, Latitas, Andesitas.

Cuarzo cristalino.

ENSAYOS :

* Análisis petrografico ASTM 295.

* Ensayo de Reactividad Potencial ASTM 289.

* Expansión de Autoclave ASTM 227.

CONCRETO HIDRAULICO

Dividimos su estudio en dos partes:

- Concreto Hidráulico Fresco .

- Concreto Hidráulico Endurecido.

Reseña Histórica :

Se inicio su uso en Roma , dos siglos antes de Cristo con la construcción

del partenón Romano ( primera obra de ingenieria cívil ) , la cual se

obtuvo mezclando tres elementos

( caliza calcinada + toba volcánica + piedra ) todo esto mezclado con

agua . Luego un poco más tarde se construyó la Iglesia de Santa María de

los Martíres , que se hizo con el mismo material del Partenón , pero con

la importancia de que la cúpula tiene 45 m de claro , hecha en agregados

con casetones. Después , para la edad medieval hubo un receso en la

aplicación del concreto. En 1756 John Smeaton con material plastificante

construyó el Faro de Edystone , aún existente . En 1845 apareció el uso

del acero en la fabricación de los materiales estructurales en lo que se

conoce con el nombre de concreto reforzado , por el Fráces Cambot . En

1912 los Alemanes envidioso de la iglesia de Santa María , construyeron

la iglesia de Breslhu con 66 metros de altura. La era moderna del

concreto parte desde 1963 cuando se empezaron a construír cementos

especiales y los aditivos . En nuestros tiempos hay muchas entidades que

se encargan de la fabricación y de su conservación , a nível mundial , en

U.S.A es la ACI , en Inglaterra es British y en Colombia hay dos

entidades que son la I.C.P.C y ASOCRETO.

CLASIFICACION :

Según su Densidad.

CLASE DENSIDAD

(kg/m³)

Pesado 2500-6400

Normales 2100-2400

Ligero

Estructural

1350-1850

Aisladores 250-1300

Según su resistencia a la Compresión

CLASE DENSIDAD

kg/cm² lb/pul²(PSI)

Ultra Resistente >1000 >14000

Alta Resistencia 420-1000 6000-14000

Normales 175-350 2500-5000

Ligero

Estructural

70-175 1000-2500

Aisladores 17-70 100-1000

* CONCRETO NORMALES

* CONCRETO FIRE-PROOFING: Protección contra el fuego.

 Según su resistencia a la compresión :

CLASE RESISTENCIA

Kg/Cm2 Lb / Plg2 (PSI)

Ultraresistente >100 >14000

Alta resistencia 420-1000 6000-14000

Normales 175- 350 2500- 5000

Ligero Estructu 70- 170 1000- 2500

Aisladores 17 - 70 100 - 1000

Las propiedades del concreto endurecido dependen de las propiedades

del concreto fresco y de otras propiedades externa como son la

colocación , fabricación y el curado.

El concreto hidráulico fresco tiene las siguientes propiedades:

1. Consistencia.

2. Manejabilidad.

3. Segregación.

4. Exudación.

PROPIEDADES FISICAS DEL CONCRETO FRESCO

CONSISTENCIA Y MANEJABILIDAD

CONSISTENCIA : Es llamada también como la fluidez de la pasta y esta

influenciada directamente por el agua de mezclado y la lubricación de

los agregados necesaria para la manejabilidad del concreto. También

esta relacionada con la plasticidad. La consistencia Normal del concreto

es cuando esta alcanza su estado de plasticidad, es decir el concreto se

puede manejar, moldear, modelar, sin sufrir cambios de volumen

especiales y sin agrietarse. Consistencia = Humedad de la mezcla.

MANEJABILIDAD (TRABAJABILIDAD):

Definida como trabajabilidad, es la propiedad del concreto fresco que

determina su facilidad para ser Transportado, Colocado, Vibrado y

Moldeado moderadamente. Físicamente se define como el trabajo

necesario para vencer la Fricción entre las partículas individuales del

concreto y también los del concreto como tal y la formaleta y el acero de

refuerzo

FACTORES QUE AFECTAN LA MANEJABILIDAD.

* Contenido de agua de mezclado.

* Tipo de cemento y sus propiedades.

* Fluidez de la pasta.

* La granulometria de los agregados.

* Forma y Textura.

* Relación Arena-Grava. (importante).

* Contenido de Aire.

* Relación Pasta-Agregado.

* Aditivos.

* Clima

* Condiciones de producción y colocación.

MEDIDA DE LA MANEJABILIDAD

Obedece a los requerimientos de las especificaciones técnicas de

construcción. Se relaciona directamente con el asentamiento máximo de

la mezcla (slump).

CONO DE ABRAMS

Este mide el asentamiento del tamaño máximo de 2 pulgadas. El cual

consiste que un molde se coloca en una superficie plana , húmeda y no

absorbente , el cono se llena en tres capas , cada una con la tercera parte

del volumen del cono , luego en cada una de las capas se aplican 25

golpes con una varilla lisa 5/8" de diámetro y una longuitud de 60 cm con

uno de sus extremos redondeados. Después de termimada esta operación

debe alisarse a ras de la superficie con la varilla , luego se retira el molde

cuidadosamente en dirección vertical luego procedemos a determinar el

asentamiento que es igual a la diferencia entre la altura del molde y la

altura medida sobre el centro original de la base superior del concreto ,

generalmente se mide con una aproximación de 5 mm.

Existen otros Métodos :

* Esfera de Kelli. ACTM 360 (mide consistencia en el concreto fresco).

* Consistometo VEBE (VB) (mide consistencia del concreto seco).

SEGREGACION 

Consiste en la separación de los materiales de la mezcla de concreto, por

la perdida de cohesión original y por la mala distribución de los

agregados.

Esta tiene dos causas :

* Internas : diferencias del tamaño partículas, mala distribución

granulometrica, diferencias de densidades de los componentes y mala

proporción de la mezcla.

* Externas : manejo mal proporcionado, mala colocación, mal mezclado,

poco mezclado, transporte demasiado largo y con vibraciones y

sobrevibracion al momento de colocarlos.

La segregación se presenta en dos formas :

1.Por la separación entre agregados gruesos y finos.

Ya sean porque se amontonan o porque se van al fondo de los

elementos estructurales en

concreto ya sea por la acción de la gravedad, esto produce lo que se

llama hormigoneo o

las famosas cucarachas , generalmente se presentan porque las mezclas

estan muy secas.

2. Por la separación entre la pasta y los agregados .

En este caso se presenta por el exceso de húmedad , la forma más comun

de corregir la segregación es usando ventanas en los elementos

estructurales al fundir .

EXUDACION 

También se le conoce con el nombre de sangrado. También se le conoce

con el nombre de sangrado

DISEÑO DE MEZCLA

* Consideraciones básicas

* Especificaciones

* Economía

* Tecnología existente.

Las condiciones básicas incluyen a las otras tres.

Las especificaciones son :

1) Existencia Mínima necesaria .

2) Máxima Relación Agua-Cemento .

3) Contenido Mínimo de Aire.

4) Contenido Mínimo y Máximo de Cemento.

5) Máximo Asentamiento.

6) Tamaño Máximo de Agregados.

7) Densidad Mínima.

8) Uso de Aditivos.

ECONOMIA

Se debe tener en cuenta los siguentes factores:

- Costo de producción del concreto

- Costo de los materiales

- Mano de obra

- Equipos

- Proporción óptima

- Costo en cada material vs. Cantidad de mezcla

TECNOLOGIA (tener en cuenta)

Sistemas de Dosificación.

Sistema de Fabricación.

Métodos de Colocación y Formas de Curado.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

1) Selección del Asentamiento

2) Selección Tamaño Máximo del Agregado

3) Estimación del Contenido de Aire

4) Estimación del Contenido de Agua

5) Determinación de la Resistencia de Diseño a la Compresión

6) Selección de la Relación Agua-Cemento

7) Calculo del Contenido del Cemento

8) Estimación de las Proporciones de Agregado

9) Ajuste por Humedad de los Agregados

10) Ajuste a la Mezcla de Prueba.

Selección del asentamiento:

Se debe tener en cuenta para especificar una consistencia del concreto, es

el tamaño de la sección que se va a construir y la cantidad y

espaciamiento del acero de refuerzo. Los valores del asentamiento

indicados en tablas, se aplican cuando la vibración se utiliza en

compactación del concreto.

Selección del tamaño máximo del agregado:

Los agregados bien gradados 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.

Estimación del contenido de aire:

Durante la operación de mezclado queda naturalmente aire atrapado y

cuando se prevea que habrán condiciones de exposición severa, es

conveniente incluir aire en el concreto.

Estimación del contenido de agua:

El agua de mezclado cumple 2 funciones principales en la mezcla del

concreto: una es hidratar el cemento, y la otra producir la fluidez

necesaria. Se proporcionan estimaciones de la cantidad de agua requerida

en una mezcla de concreto, en función del tamaño máximo del agregado,

de la forma y textura del agregado y del asentamiento deseado.

Determinación de la resistencia de diseño:

La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica más

importante del concreto, pero otras como la durabilidad, la permeabilidad

y la resistencia al desgaste, son a menudo de similar importancia. En

forma general puede relacionarse con la resistencia, pero también se

afectan por factores que npo están significativamente asociados con ella.

La resistencia de diseño se calcula como el aumento de 15% de la

resistencia específica.

Selección de la relación agua-cemento:

La relación agua-cemento es inversamente proporcional a la resistencia;

la relación requerida no solo se determina por los requisitos de

resistencia, sino también por factores como la durabilidad y propiedades

para el acabado.

Cálculo del contenido de cemento:

La cantidad de cemento por unidad de volumen de concreto se obtiene de

las determinaciones hechas en los pasos 4 y 6, de tal forma que el

contenido de cemento requerido es igual al contenido estimado de agua

en la mezcla, dividido por la relación agua-cemento.

Contenido de cemento C = A/(A/C)

Estimación de las proporciones de los agregados:

En este punto es conveniente considerar el agregado bajo 3

circunstancias:

Agregado controlado

Agregados conocidos pero no controlados

Agregados nuevos

Ajuste por humedad de los agregados:

Puesto que el agua de la absorción de los agregados no hace parte del

agua de mezcla y los agregados presentan algún grado de saturación

(humedad) que depende de las condiciones de almacenamiento y del

estado del tiempo, necesariamente hay que determinar ese grado de

humedad en el campo y hacer las correcciones pertinentes.

A = -Ps (H - a)

A = cantidad de agua (quitar - añadir)

Ps = peso del sólido agregado

H = contenido de humedad

a = absorción

Ajuste a las mezclas de prueba:

Se deben verificar las proporciones calculadas de la mezcla por medio de

pruebas preparadas y probadas de acuerdo a la norma ASTM C - 192,

(fabricación y curado de muestras de concreto para pruebas a presión y a

compresión en el laboratorio), o con mezclas de campo de tamaño

completo.

Existen 3 métodos para determinar la proporción de los agregados:

1. Talbot y Richart

2. Método gráfico

3. Curva de Fuller

Método de Richart y Talbot:

Es el que se basa en la famosa relación b/bo , donde:

b = volumen absoluto o sólido del agregado grueso por unidad de

volumen de concreto.

bo = volumen absoluto o sólido del agregado grueso por unidad de

volumen compactado de agregado grueso.

b/bo = volumen compactado de agregado grueso, por unidad de volumen

de concreto.

V = b + pv = volumen de agregado grueso compactado por metro cúbico.

p = porcentaje de vacíos o poros del conjunto.

bo = 1 - p

p = 1 - bo

V = b + (1 - bo)v

b = boV

V = b/bo

bo = Peso Unitario Compactado / Densidad Aparente

Método Gráfico:

Este método se utiliza para encontrar la granulometría del agregado, el

cual consiste en buscar la combinación de los agregados disponible que

produzca la máxima densidad.

TAMIZ NORMA % QUE PASA A –

B

COMBINACIÓN

1 ½ 100 100 - 100 100

¾ 100-80 80 - 100 84

3/8 80-65 65 - 100 73

#4 65-50 48 - 90 57

#8 50-35 30 - 30 42

#30 35-20 18 - 70 30

#100 20-10 8 - 60 20

#200 10-4 2 - 50 14

Curva de Fuller:

La curva de Fuller es un método de simplificación del método gráfico. La

diferencia entre el método gráfico y la curva de Fuller es que no se tiene

que ir a tablas.

Fuller encontró que y = 100 SQR (d/D)

y = porcentaje correspondiente a cada tamiz

d = tamiz (diámetro)

D = tamiz máximo

CONCRETO ENDURECIDO

Tenemos que tocar 2 aspectos:

El curado

La resistencia mecánica

Curado.

Se refiere a cualquier método que se utilice para mantener las

especificaciones de mezclas.

hay varios métodos los cuales son:

-Agua: Es el curador más utilizado , es el curador por excelencia.

-Aditivos:También se utilizan para curar , tiene como finalidad de

mantener la película por encima de la capa.

- Otros: Ya sea por medios fisicos o mecánico ( arena húmedad ,sacos de

fiques y acerrin ), que mantengan la húmedad superficial.

Resistencia Mecánica :

Se dividen en :

Compresión (90 %)

RESISTENCIA MECANICA Flexión (10%)

Tracción (Acero)

COMPRESION

Se mide a través de Cilindros Normalizados

Diámetro = 6” Altura = 12”

Se llena el molde en tres capas y se compacta con una varilla lisa y de

punta redondeada. Se espera 24 horas para desencofrarlas y

posteriormente someterlas a curado, referenciandolas a cada una con

fecha, hora y elemento.

Normalmente las Edades para Controlar la Resistencia de los Concretos

son :

7 80% de la Resistencia Especificada.

Edad 7-14-28 14 90%

28 100%

FLEXION

Se realiza a través de viguetas normalizadas.

El ensayo es igual al de la Compresión por medio de los cilindros.

Las propiedades del concreto Endurecido parte del concreto Fresco y de

la Fabricación, Colocación y Curado.

DURABILIDAD DEL CONCRETO

Definición

De acuerdo con el comité 116 del ACI, esta característica es la habilidad

para resistir la acción del medio ambiente, los ataques químicos, la

abrasión y otras condiciones de servicio, de tal manera que sus

características y propiedades se mantengan a lo largo de su vida útil.

La durabilidad es una propiedad tan importante como la resistencia

misma, y por ello merece que se le considere también con especial

interés.

Aunque el concreto es un material muy durable, se puede deteriorar y

llegar a la falla por un sinnúmero de factores que lo pueden afectar; de

allí que para el diseño de una estructura se deba conocer muy bien el

medio ambiente y las características a la que estará expuesta para de esta

manera tomar las precauciones pertinentes.

Permeabilidad

La propiedad cuantificable a la que con mayor frecuencia se asocia con la

durabilidad es la permeabilidad, definida como la capacidad de permitir

el paso de un fluido (líquido o gas) a través del concreto.

El concreto es inherentemente poroso, debido principalmente a la

formación de canales capilares como consecuencia de la evaporación de

agua durante el proceso de fraguado, a la permeabilidad del agregado y a

la reducción gradual de volumen de la pasta cuando ocurre la reacción

química entre el agua y el cemento.

Su permeabilidad puede ser medida, determinando la velocidad de flujo

de agua a través de una losa de concreto. El paso de líquido a través de

éste, es controlado por la ley de Darcy para medios porosos, la cual se

presenta a continuación:

V=Kp (h/x)

Donde:

V = Velocidad del flujo de agua

h = Cabeza de agua (Presión hidráulica)

x = Espesor del espécimen

Kp =Coeficiente de permeabilidad

Kp es función de la relación a/c y la edad de la pasta, tal como se aprecia

en la tabla 1.

Tabla 1. Efecto de la pasta de cemento sobre el coeficiente de

permeabilidad (a/c=0.51)

EDAD

(días)

KP

(m/s)

Pasta fresca 10-5 Independiente de a/c

1 10-8

3 10-9

7 10-11 Poros capilares

14 10-12 interconectados

28 10-13

100 10-16 Poros capilares

240* 10-18 discontinuos

*Máxima hidratación

En los lugares con estaciones, la permeabilidad causa efectos adversos

sobre la durabilidad del concreto, debido a que la saturación por agua

produce deteriorización y descascaramiento, a consecuencia de los

procesos de congelamiento y deshielo.

Para el caso de los países tropicales, en que no se presentan ciclos de

congelamiento y deshielo, el efecto principal de la permeabilidad es el

deterioro del concreto como producto del ingreso de agentes agresivos,

tales como soluciones ácidas o sulfatos. Además en el caso de concreto

reforzado, el acceso de la humedad y del aire tiene como resultado la

corrosión del acero embebido, con un consecuente aumento en el

volumen del mismo, lo que puede dar origen a grietas y

descascaramientos del concreto.

Es importante en estructuras que retienen líquidos, especialmente si son

agresivos, o estructuras que deben permanecer estancas debajo del nivel

freático del terreno, disminuir al máximo la permeabilidad, para que no

circule líquido a través del concreto, el cual facilita la entrada de agentes

que atacan al concreto y causan “lixiviación” o lavado de los

componentes.

El grado de permeabilidad es afectado por la diferencia de presiones entre

un lado y otro del elemento, el espesor del material, la naturaleza del

fluido y el tiempo durante el cual se presentan dichas condiciones.

La permeabilidad depende de la porosidad de la pasta y los agregados,

del grado de compactación y de los capilares producidos por el agua de

exudación. La durabilidad se puede incrementar mejorando las

condiciones de permeabilidad siguiendo las siguientes recomendaciones:

Utilizar relaciones agua/cemento lo más bajas posibles, compatibles

con una adecuada manejabilidad del concreto.

Someter el concreto a un buen curado de manera que la hidratación

continua del cemento haga que el tamaño de los vacíos se reduzca. El

concreto curado sin interrupción es menos permeable, no sólo por la

no presencia de fisuras, sino también porque al evitar la evaporación

temprana del agua de exudación, se previene la formación de redes

capilares que permitan la libre circulación de agua y por ende de las

sustancias agresivas tales como los sulfatos y las soluciones ácidas.

Dosificar la óptima cantidad de agua de mezclado.

Usar cemento con alto grado de finura.

Emplear agregados bien gradados, de tal forma que se obtengan

concretos más densos y por lo tanto menos porosos.

Adicionar aditivos tales como las puzolanas, inclusores de aire, y

como es obvio, aditivos para reducir la permeabilidad.

Efectuar tratamientos de superficie, especialmente cuando el concreto

está sujeto a la presión del agua. Dichos tratamientos pueden ser:

membranas adheridas al concreto con asfalto caliente, emulsiones

asfálticas, estuco de cemento adecuadamente curado, parafina

(compuestos de silicona, disueltos en solventes volátiles), y llenantes

inertes en un vehículo de resina. De los anteriores, los dos primeros

son los más usados cuando el color negro no es objetable, mientras

que los otros se emplean cuando se debe guardar buena apariencia.

Además de disminuir la permeabilidad de las estructuras de concreto es

importante tener en cuenta otros aspectos complementarios para

incrementar la durabilidad, tales como el empleo de mínimo contenido

de cemento y uso de materiales apropiados (especialmente el tipo de

cemento).

Influencia del medio ambiente sobre la durabilidad

Es claro que la durabilidad de un elemento en concreto depende de las

propiedades del concreto y las prácticas de colocación, pero también es

función de las condiciones que lo rodean y por esto es importante

estudiar muy bien el medio ambiente y las características de servicio a las

que estará sometido, para utilizar una mezcla económica de excelente

comportamiento.

Las condiciones medioambientales que afectan la durabilidad del

concreto pueden ser de origen químico o físico, tal como las que se

presentan en la tabla 2.

Generalmente, estos factores no se presentan de manera individual, sino

que lo hacen en combinación y se manifiestan por la aparición de

manchas, eflorescencias o fisuras. Es importante identificar todas las

causas potenciales de deterioro antes de definir las características de la

mezcla de concreto o las medidas de protección que se deben tomar.

1. Ataque por ácidos

Si se revisan los diferentes tipos de cemento se puede apreciar que

ninguno tiene la propiedad de resistir los ácidos, lo que hace suponer que

el concreto es relativamente débil al ataque de estos compuestos

químicos.

La fuente más común de ataque por ácido al concreto se da

especialmente en climas muy calientes, en los alcantarillados por acción

de las bacterias aeróbicas y anaeróbicas, las cuales en ese ambiente de

aguas negras generan gas de hidrógeno sulfuroso que se disuelve en el

agua, condensada sobre las paredes de conductos y cámaras sobre el

nivel de agua residual. Así mismo, los ácidos inorgánicos están presentes

en la atmósfera (lluvia ácida) y los ácidos orgánicos están en las aguas

superficiales y freáticas procedentes de las industrias manufactureras,

ensilajes agrícolas, productos de fermentación, productos de pulpa de

madera o caña de azúcar, destilerías etc.

Tabla 2. Influencia de las condiciones medioambientales sobre los

componentes del concreto.

Fuente Componentes mas afectados en

orden de importancia.

Ataque químico:

Ataque por ácidos Pasta

Ataque por sulfatos Pasta

Reacción Alcali-agregados Agregado

Carbonatación del cemento Pasta

Corrosión del acero Refuerzo

Ataque físico:

Congelamiento-deshielo Pasta, agregados

Humedecimiento-secado Pasta

Cambios de temperatura Pasta, agregados

Abrasión Pasta, agregados

Fuego Pasta

Los morteros y concretos en servicio, expuestos a ácidos, resultan

afectados debido a que las soluciones ácidas reaccionan, en primer lugar

con hidróxido de calcio y luego con hidrosilicatos e hidroaluminatos de

calcio del cemento endurecido para formar sales de calcio. En ambientes

agresivos en donde el ácido no es reemplazado, el ataque está

esencialmente confinado a la superficie expuesta, en la cual este es

neutralizado por la alcalinidad del concreto y la reacción se detiene. Si es

continuamente reemplazado, el deterioro del concreto es mayor, puesto

que las sales solubles en agua son arrastradas y se facilita el proceso de

lixiviación de las capas internas.

El cemento endurecido, completamente deteriorado por los ataques

ácidos, se descompone en productos que en parte son disueltos y en parte

permanecen en el sitio de la reacción como una masa no cohesionada o

capa protectora que disminuye la penetración de la sustancia agresiva. Si

esta capa se destruye mecánicamente, el concreto se remueve con una

tasa acelerada, y se produce una alteración en dicha capa en intervalos

relativamente largos se puede causar un efecto mucho más dañino que un

incremento en la concentración del ácido agresivo.

Las sales de calcio se precipitan, así sea poca la cantidad de ácido que

entra en contacto de la superficie del concreto. Este fenómeno puede ser

aprovechado para aumentar la durabilidad del concreto sometiéndolo a la

acción de pequeñas cantidades de ácido productor de sales insolubles, las

cuales taponan los poros superficiales e impiden la entrada de nuevos

agentes agresivos.

Además del deterioro del concreto, cuando éste es muy permeable, los

ácidos pueden llegar hasta el acero de refuerzo y ocasionar su corrosión,

con consecuencias lamentables para la estructura.

La resistencia al ataque de los ácidos se puede mejorar si se deja secar el

concreto antes de que quede expuesto, ya que se forma una capa de

carbonato de calcio que bloquea los poros y reduce la permeabilidad en la

parte superficial. Existen también tratamientos superficiales con alquitrán

de hulla, pinturas bituminosas, resinas epóxicas, silicofluoruro de

magnesio y otros agentes que han demostrado resultados altamente

satisfactorios.

Hay que tener en cuenta que el grado de protección de los diferentes

tratamientos varía, por ello es importante que la capa protectora

producida por el método utilizado permanezca sin deteriorarse por

agentes mecánicos, de tal forma que se hace necesario inspeccionar y

renovar el recubrimiento.

3.1.2 Ataque de sulfatos

Los sulfatos de sodio, potasio y magnesio, presentes en los subsuelos y

agua con álcalis, son muchas veces los responsables del deterioro de las

estructuras de concreto. La causa del deterioro puede tener dos orígenes:

en primer lugar, porque los sulfatos reaccionan químicamente con la cal y

el aluminato de calcio hidratados en la pasta de cemento, formando

sulfato de calcio y sulfoaluminato de calcio respectivamente. Dichas

reacciones van acompañadas de una considerable expansión, que

ocasionan esfuerzos de tracción internos y que culminan con

agrietamiento y rompimiento de la masa de concreto.

La segunda causa se presenta cuando el concreto está en contacto con

aguas alcalinas, lo cual produce la deposición de cristales de sulfato en

los poros y canales capilares como consecuencia de la evaporación. El

crecimiento de los cristales tiene lugar cuando se tiene un ciclo de

humedecimiento y secado que puede eventualmente llenar los poros y

desarrollar presiones suficientes para la rotura del concreto.

Para prevenir el deterioro del concreto por acción de la primera causa,

normalmente se utiliza el cemento tipo 2 o tipo 5, dependiendo del grado

de ataque. Todos los cementos normales desarrollan completa

desintegración dentro de uno o dos años, pero con los cementos de bajo

contenido de C3A, la resistencia al deterioro se prolonga a períodos

mucho más largos.

La resistencia a la desintegración por el crecimiento de cristales, se logra

mediante el uso de un concreto denso, de muy baja permeabilidad,

elaborado con una relación agua/cemento baja y preferiblemente con

inclusión de aire.

Adicionalmente se ha encontrado que concretos elaborados con cementos

Portland puzolánicos poseen considerable resistencia al ataque de los

sulfatos.

El contacto de soluciones ácidas y sulfatadas con el concreto se debe

evitar o controlar. El mecanismo de deterioro causado por ácidos y

sulfatos se produce cuando entran en reacción con el hidróxido de calcio

del cemento; proceso que acelera la corrosión del acero de refuerzo.

3.1.3 Reacción álcali-agregado

Es una reacción química que se puede presentar entre agregados que

contengan (óxidos de sílice inestables) y el cemento (hidróxidos

alcalinos) y que originan expansiones dentro del concreto endurecido.

Algunos agregados conocidos que reaccionan con el álcali del cemento

son: el sílice opalino, la caliza silicea y en general rocas con alto

contenido de sílice. En consecuencia, cuando se requiere aprovechar una

fuente de agregados cuyo comportamiento sea desconocido, es muy

aconsejable hacer ensayos petrográficos y exámenes químicos, así como

ensayos de expansión de morteros.

La experiencia con agregados reactivos, tanto en el campo como en el

laboratorio, ha demostrado que tales materiales con combinación en el

álcali del cemento no causan un daño apreciable cuando la concentración

de éste último no sobrepasa del 0,6%.

3.1.4 Carbonatación del cemento

Este fenómeno sucede cuando el hidróxido de calcio (Ca (HO2)) presente

en la pasta de cemento, en presencia de agua, reacciona con el dióxido de

carbono (CO2), produciendo CaCO3 (Carbonato de calcio), generando así

una pérdida de volumen. Esta carbonatación se presenta en la superficie

del concreto y su profundidad dependerá de la porosidad de la pasta. Esta

reacción conduce al descascaramiento superficial.

3.1.5 Corrosión del acero de refuerzo

El fenómeno de corrosión en el concreto armado se presenta por efectos

electroquímicos, en presencia de oxígeno y soluciones acuosas de sales,

bases, o ácidas en el concreto.

En general, la forma más común de corrosión es causada por el flujo de

una corriente generada dentro del concreto por diferencial de humedades,

presencia de oxígeno o concentración de electrólitos. Así mismo, los

iones de cloruro de calcio, causan corrosión del acero, produciendo

expansión y aparición de esfuerzos de tracción que conllevan al

agrietamiento.

El Código Colombiano de construcciones Sismo Resistentes (Norma AIS

100) estipula valores mínimos de recubrimiento del acero de refuerzo al

igual que limita el contenido de ión cloruro en el concreto.

3.2 Ataque físico

3.2.1 Congelamiento-deshielo

Al disminuir la temperatura de un concreto saturado, el agua que se

encuentra dentro de los porosos aumenta de volumen por congelación

produciendo expansión y fisuras en el elemento. Esta condición se vuelve

crítica cuando los ciclos congelamiento-deshielo se hacen repetitivos

porque su efecto es acumulativo.

3.2.2 Humedecimiento y secado

En estructuras hidráulicas, una de las principales causas de deterioro es el

continuo humedecimiento y secado, el cual produce expansiones y

contracciones creando condiciones de agrietamiento y descascaramiento

del concreto, al igual que pueden aumentar la corrosión del acero de

refuerzo.

Cuando un elemento en concreto está sujeto a ciclos de humedecimiento

secado, se presentan eflorescencias en la superficie del concreto, las

cuales son el resultado de la percolación de agua a través del material de

manera continua o intermitente. Las eflorescencias constan de un

depósito de sales que son lixiviadas del concreto y cristalizadas por la

evaporación del agua y la interacción con el dióxido de carbono presente

en la atmósfera. Las sales típicas son carbonatos de sodio, potasio o

calcio, siendo el mayor constituyente el carbonato de calcio.

La eflorescencia es mas un problema estético que de durabilidad, pero

indica que está ocurriendo lixiviación dentro del concreto. Su exceso

aumenta la porosidad, disminuye la resistencia e incrementa la

vulnerabilidad a los químicos agresivos.

La tasa de lixiviación depende de la cantidad de sales disueltas

contenidas en el agua que se percola. Las aguas blandas, tales como el

agua de lluvia, son las más agresivas mientras que las aguas duras que

contienen grandes cantidades de calcio son menos peligrosas. La

temperatura del agua también se debe considerar, porque el hidróxido de

calcio es más soluble en agua fría que el agua caliente.

3.2.3 Abrasión

La abrasión se ocasiona por fluidos en movimiento que están en contacto

con estructuras de concreto, creando fricción o cavitación y produciendo

desgaste sobre la superficie de este. En la medida en que la resistencia a

la compresión aumenta se incrementa su resistencia a la abrasión. Esta

propiedad es importante en elementos sometidos a tráfico, deslizamientos

y rozamiento como son los pavimentos, pisos, túneles y estribos de

puentes sujetos a la acción de corrientes de agua, vertederos, etc.

3.2.4 Fuego

En términos generales, el concreto tiene buenas propiedades de

resistencia al fuego, siendo este uno de sus méritos como material

estructural. La resistencia a los daños producidos por el fuego es cada

vez menor a medida que aumenta el espesor de la estructura.

En el concreto armado sujeto al fuego, las capas superficiales calientes

tienden a separarse y descascararse desde la parte de la estructura más

fría, en consecuencia, se produce la formación de grietas en las juntas, en

las paredes de concreto mal compactadas o en los planos de las varillas

de refuerzo. Sin embargo, la pérdida de resistencia comienza

aproximadamente a los 330ºC y aún a los 500ºC se considera que el

concreto conserva el 80% de su resistencia inicial. Una vez el refuerzo

queda al descubierto, se calienta rápidamente con la consecuente pérdida

de resistencia. El acero dulce pierde aproximadamente el 50% de su

resistencia a 600ºC mientras que el acero pretensado sufre la misma

pérdida pero a 400º C.

La resistencia al ataque del fuego depende principalmente de tres

factores, a saber: el tipo de agregados y contenido de humedad, el tipo de

cemento y el espesor del elemento de concreto.

Los agregados de mejor resistencia al ataque del fuego son los livianos.

Esto se debe a que la mayoría de partículas de agregado ligero son

manufacturadas por un proceso que involucra altas temperaturas. De los

agregados naturales se destacan los calcáreos, tal es el caso de las calizas.

El contenido de humedad del concreto también influye en la velocidad de

descascaramiento. Algunos análisis de estructuras expuestas al fuego,

muestran que a mayor contenido de humedad del elemento se produce

más rápido el descascaramiento.

Es posible la elaboración de concretos refractarios. Esto se logra con el

uso de un cemento especial con alto contenido a de alúmina, el cual

produce concretos con una alta resistencia al fuego pero con el problema

de que no puede utilizarse para fines estructurales.

La Norma ASTM E 119 establecen un método de ensayo para medir la

resistencia al fuego del concreto.

Un concreto sujeto a cualquiera de las exposiciones anteriormente

mencionadas se ve afectado por la remoción del mortero: por lo tanto,

una reducción en el contenido de arena mejora la durabilidad. De otra

parte, con el uso de agregados resistentes de tamaño bastante grande, la

utilización de recubrimiento, de buen curado y una baja relación

agua/cemento, se obtienen concretos de buen desempeño cuando son

atacados por agentes agresivos.

Estos factores conducen a un incremento de la resistencia a la

compresión pero, cuando las condiciones exigen el empleo de un inclusor

de aire esta propiedad se puede disminuir. Por este motivo el contenido

de aire se debe guardar en un mínimo requerido para durabilidad

teniéndose cuidado de no excederse en más del 4%.

4. Ensayos para evaluar la durabilidad

La protección contra la corrosión y la determinación de la actividad en el

acero del refuerzo se puede ensayar siguiendo el procedimiento de la

Norma ASTM C 876.

La reactividad alcali-agregado se puede analizar mediante la Norma

ASTM C 227 (Reacción alcali-sílice) y 586 (Reacción alcali-carbonato).

La resistencia a los sulfatos se evalúa mediante la Norma ASTM C 452 y

C 1012. La resistencia a la abrasión se puede determinar con la Norma

ASTM C 418 (Limpieza con chorro de arena), C 779 (Método de disco

giratorio) y C 944 (Cortadora rotatoria).

LABORATORIO Nº 1

FINURA DEL CEMENTO POR EL TAMIZ Nº 200

OBJETIVO:

Determinar la finura del cemento por medio del tamiz Nº 200.

NORMAS:

ICONTEC 226

M.O.P.T. E 155

A.S.T.M. C 184

MUESTRA :

50 gr de cemento

EQUIPOS DE LABORATORIO :

Balanza de sensibilidad 0.01 gr.

Tamiz Nº 200

Muestra de cemento

Cucharas

PROCEDIMIENTO :

La finura del cemento se determina por la cantidad de cemento que pasa

a través de la malla del tamiz Nº 200 la cual se encuentra en un arco de

8” de diámetro y tiene 200 poros por pulgada lineal, y el diámetro de

cada poro es de 0.074 mm.

Para medir la finura se pesan 50 gr de cemento, se depositan en la malla

y se taran. Con movimientos lentos de muñeca se mueve el tamiz durante

8 o 10 minutos, teniendo en cuenta que se debe limpiar con los cepillos.

Luego se divide el circulo del tamiz en seis partes iguales y a cada

subdivisión se le aplican 25 golpesitos, evitando las salpicaduras, hasta

que quede un residuo de color gris oscuro.

Este residuo se pesa y se procede con los cálculos de la finura. Sabiendo

que la formula para su calculo es:

F(%)= ( W0 – R )*100%

W0

Donde :

F = finura

W0 = peso inicial ( 50 gr)

R = peso del material retenido

DATOS Y CALCULOS:

Para 50 gr de cemento se obtuvieron los siguientes datos :

GRUPO W1 (gr) R % FINURA

1 50 0.16 99.68

2 50 0.37 99.26

3 50 0.34 99.32

PROMEDIO 99.42

FINURA OBTENIDA = 99.42

CONCLUSIONES

En este laboratorio podemos concluir que los resultados obtenidos son

bastante aceptables para una hacer una mezcla, pues el cemento utilizado

es de alta finura, lo que nos garantiza una rápida resistencia.

LABORATORIO Nº 2

PESO ESPECIFICO DEL CEMENTO

OBJETIVO:

Determinar el peso especifico del cemento por el método de Le Chatalier.

NORMAS:

ICONTEC 221

M.O.P.T. 162

A.S.T.M. 182

MUESTRA : 64 gr de cemento portland.

EQUIPOS DE LABORATORIO :

Frasco patrón de Le Chatalier.

Balanza de sensibilidad 0,01 gr.

Kerosene.

Vasijas con agua.

Termometro

Papel para secar

Pipeta

Espàtula

PROCEDIMIENTO

Se llena el frasco de Le Chatalier con kerosene hasta un punto situado

entre la marca cero y un milimetro. Se debe secar el frasco por encima

del nivel del liquido, si es necesario despues de verterlo. Luego se debe

sumergir el frasco a un baño de agua a temperatura ambiente para evitar

alteraciones en el volumen del frasco y despues se mide el tiempo

transcurrido hasta que se estabilice el nivel del kerosene.

Se pesa una muestra de cemento de 64 gr la cual se debe agregar en

pequeñas cantidades, procurando evitar salpicaduras y observando que el

cemento no se adhiera a las paredes del frasco por encima del nivel del

kerosene, en caso de que esto ocurra se le dan unos golpes leves con la

mano.

Despuès de agregar todo el cemento se debe hacer girar el frasco en

posicion inclinada y darle unos golpecitos para que salgan las burbujas de

aire.

Se sumergue nuevamente el frasco en la vasija con agua hasta que se

estabilice la marca del nivel del nivel de kerosene, el tiempo tomado

antes lo tomamos como referencia, luego se toma la lectura final (Lf) y se

procede con los calculos :

Temperatura ambiente del agua = 24º C.

Volumen desplazado = Lf - Li

Peso especifico = Peso del cemento

Volumen desplazado

DATOS Y CALCULOS :

GRUPO PESO(gr) L0 (ml) LF (ml) PE (gr/ml)

1 64 0.75 22.35 2.97

2 64 0.81 22.15 2.99

PROMEDIO 2.98

PESO ESPECIFICO OBTENIDO = 2.98 gr/ ml

CONCLUSIONES

Cuando se tiene determinado tipo de cemento el primer parámetro que se

debe establecer es su peso especifico ya que este incidirá directamente en

las propiedades del concreto.

De este ensayo se pudo concluir que el peso especifico real vario muy

poco (2.97- 2.99) y que se encuentra entre los limites establecidos por la

norma.

LABORATORIO No 3

DETERMINACION DE LA CONSISTENCIA NORMAL DEL

CEMENTO

OBJETIVO :

Determinar la consistencia normal del cemento por medio del aparato de

Vicat.

NORMAS :

ICONTEC 110

M.O.P.T. E 169

A.S.T.M. 187

EQUIPOS DE LABORATORIO :

Balanza de sensibilidad 0.01 gr.

Agua destilada.

Superficie lisa no absorbente.

Palustre.

Aparato de Vicat.

Guantes de caucho.

Molde tronco cónico.

Espátula.

Probeta.

PROCEDIMIENTO

1. PREPARACION DE LA PASTA: Se lleva a cabo en una superficie

pulida donde se coloca una muestra en forma de cono, la superficie

debe ser no absorbente, se hecha agua a la muestra por un hueco que

se hace en el centro de ella, con la ayuda del Palustre se mezcla se

mezcla empleando 30 segundos para esta operación. La pasta se

moldea con las manos dándole forma esférica y se lanza de una mano

a otra 6 veces a una distancia de 15 cm aproximadamente.

2. LLENADO DE LOS MOLDES: Con la muestra que aparece en una

mano se llena completamente por la base mayor el molde sostenido en

la otra mano, quitando el exceso en esta base con la mano. Se coloca

la placa de vidrio debajo de la base mayor, y con la ayuda del Palustre

se quita el exceso de la base menor.

3. DETERMINACION DE LA CONSISTENCIA NORMAL: El

conjunto constituido por la placa, la pasta y el molde se lleva al

aparato de Vicat y se centra por debajo del vástago, se hace descender

el mismo hasta que el extremo de la sonda haga contacto con la

superficie de la pasta y se fija en esta posición por medio del tornillo

de fijación que tiene el aparato de Vicat. Se desplaza en la escala el

índice hasta que coincida con el cero superior. 30 segundos después

de terminada la mezcla se suelta el vástago cuidando que el aparato no

este sometido a ninguna vibración durante el ensayo.

Se considera que la pasta tiene consistencia normal cuando la sonda a

penetrado 10 mm, 30 segundos después de haber sido soltada.

DATOS Y CALCULOS :

La consistencia normal del cemento debe expresarse como un

porcentaje en peso del cemento seco, con una aproximación del 0.5%.

MUESTRA PESO % DE AGUA VOL. AGUA PENETRA-

CION(mm)

1 500 28 140 9

2 500 26 130 4

3 500 30 150 19

C.N. = VOLUMEN DE AGUA*100%

PESO DEL CEMENTO

C.N. =150*100 =30%

500

PENETRACION = 10.6 mm

% AGUA = 28

CONCLUSIONES

Teniendo en cuenta la cantidad de agua que se le agrego al cemento

Concluimos que este puede alcanzar una determinada fluidez, la cual

puede aumentar si esta cantidad de agua se incrementa, al finalizar este

ensayo podemos enunciar que habrá una determinada fluidez para una

cierta cantidad de agua considerada como la consistencia normal.

Es importante saber que la consistencia normal no es un parámetro

directo que indique la calidad del cemento por lo que observamos que los

resultados no dan valores máximos ni mínimos, razón por la cual se

considera a la consistencia normal como un parámetro complementario

de otros ensayos.

La consistencia normal nos ayuda a seguir una normatividad para la

determinación de otras propiedades que si son importantes en nuestra

carrera como es la resistencia mecánica y el tiempo de fraguado del

cemento.