PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO

Características y propiedades del concreto endurecido relacionadas con su funcionamiento estructural

y su durabilidad

I.- FUNCIONAMIENTO I.- FUNCIONAMIENTO ESTRUCTURALESTRUCTURAL

RESISTENCIA MECANICA ( COMPRESION, TENSION, CORTANTE)

DEFORMACION BAJO CARGA ( MODULO DE ESLASTICIDAD,

RELACION DE POISSON, FLUENCIA)

ADHERENCIA CON EL ACERO DE REFUERZO

RESISTENCIA A LA FATIGA

II.DURABILIDAD

Resistencia a la abrasión

Estabilidad dimensional (cambios volumétricos por variaciones de la humedad y temperatura)

Resistencia a la penetración de líquidos y gases (permeabilidad)

Deterioro prematuro: ataque de sulfatos, congelación y deshielo, ataque de sustancia acidas, lixiviación de la cal, corrosión del acero de refuerzo, intempersmo y envejecimiento, reacción álcali – agregado.

- Ha sido considerada tradicionalmente la propiedad mas identificada .

- Sin embargo, debe ser vista como una de las diversas propiedades que el concreto endurecido posee para ser durable.

I.- RESISTENCIA MECANICA

En términos generales depende:- Resistencia individual de agregados y pasta de

cemento endurecida.- Adherencia que se produce entre ambos

materiales.Practica:- Grado de densificación. Proporción de vacios

influye en resistencia mecánica.

Comportamiento integral: Resistencia mecánica se mide en especímenes estándar de

concreto simple q se someten a condiciones de carga reglamentada, ya sea en compresión o tensión.

• Tomar una parte del concreto que se esta vaciando.• Colocarlo en cilindro metálico ( base de 6” y altura de

12”), engrasado, en tres capas, compactar con 25 glpes cada una con varilla de 5/8” y 60 cm.

• Enrasar la superficie lo mas plana posible.• Al dia siguiente retira el molde y sumergirla en agua para

curado-• Pruebas por lo general a los 7 y 28 dí as. ( Cada prueba

dos especimenes)

1.1.- RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN AXIAL N.T.P.

339.034 • La resistencia del concreto no puede probarse en

condición plástica , por lo que se toman muestras durante el mezclado, la cuales después de curadas se someten a pruebas de compresión.

• Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor comportamiento en compresión en comparación con la tracción, debido a las propiedades adherentes de la pasta de cemento.

a.- RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN AXIAL N.T.P. 339.034

• La resistencia a la compresión del concreto se indica por f´c la que indica el esfuerzo a la compresión, que debe alcanzar un concreto a los 28 días, después de vaciado y realizado el curado respectivo.

• Además de los esfuerzos de compresión, el concreto debe resistir la tensión diagonal ( cortante) y los esfuerzos de adherencia, presente estos últimos al entrar en contacto, el acero de refuerzo.

• Es posible realizar pruebas para cada uno de los esfuerzos individuales mencionados, pero la de compresión proporciona una buena indicación de las otras propiedades y por su sencilles es el ensayo mas frecuente.

DESARROLLO DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO SEGÚN EL TIPO DE CEMENTO

b.- RESISTENCIA A LA TRACCIÓN POR COMPRESIÓN DIAMETRAL N.T.P. 339.084

• Cuando una estructura de concreto esta en servicio, generalmente se asume que el concreto no resiste tensiones.

• Sin embargo el concreto al agrietarse durante la flexión, si resiste cierto valor de tensiones, siendo estos del orden del 8 – 20% de la resistencia a la compresión dependiendo de la edad y de la calidad de los elementos constituyentes. Se elaboran para el ensayo de tracción por compresión diametral, tres (3) probetas para la edad de 28 días para cada relación a/c.

c-RESISTENCIA AL ESFUERZOCORTANTE

• ES UNA PROPIEDAD QUE NO SE DETERMINA EN FORMA DIRECTA, DEBIDO A QUE UN ESPECIMEN SOMETIDO A TAL CONDICION, FALLA POR TENSION ANTES DE ALCANZAR EL ESFUERZO CORTANTE MAXIMO. POR ELLO SE DETERMINA EN FORMA INDIRECTA, DEDUCIENDOLA DEL ENSAYO DE ESPECIMENES SOMETIDOS A CONDICIONES DE CARGA QUE PRODUCEN ESFUERZOS COMBINADOS.

1.2.- DEFORMABILIDAD BAJO CARGA

CAMBIO DE FORMA Y DIMENSIONES QUE UN CUERPO EXPERIMENTA POR EFECTO DE LAS FUERZAS DE DIVERSA INDOLE QUE ACTUAN EN EL. CAUSAS:

a) Deformaciones por fuerzas que normalmente se originan y actúan externamente: cargas y solicitaciones. Se consideran deformaciones.

b) Consecuencia de fzas internas que se producen por causas extrínsecas ( condiciones ambientales) o intrínsecas ( reacciones químicas internas). Se consideran cambios volumetricos.

• Tratandose de deformaciones por fuerzas llamadas de origen estructural se establecen dos condiciones de aplicación de carga:

• - Cargas de corta duración o momentáneas (Influidas por el nivel de esfuerzos): Modulo de elasticidad, relación de Poisson,

• - Cargas de larga duración o sostenidas ( Dependen de nivel de esfuerzos y tiempo que

permanecen aplicadas): Fluencia.

a.- MÓDULO ELÁSTICO ESTÁTICO NORMAL ASTM C-469 • Cuando un espécimen de concreto endurecido

se somete por primera vez a una carga de compresión axial, que se incrementa progresivamente a velocidad uniforme hasta un valor inferior al de rotura y luego se retira a la misma velocidad, no recupera sus dimensiones originales quedándole una deformación permanente.

• Si se grafica esfuerzo – deformación se obtiene una curva por lo que el concreto no se comporta como un material elástico. Solo presenta un reducido tramo inicial de proporcionalidad, al comenzar aplicación de carga. Luego como una curva porque deformaciones aumentan progresivamente en mayor proporción que lo esfuerzos.

• La curva esfuerzo-deformación muestra una pequeña zona de trabajo donde los esfuerzos y las deformaciones son proporcionales para fines prácticos. Este límite de proporcionalidad para el caso del módulo elástico es del 40% de la resistencia a la compresión (f’c) y la deformación para este punto.

• Es importante decir que la deformación del módulo elástico es una aproximación por cualquiera de los métodos que existen, sencillamente porque el concreto no es perfectamente elástico.

b) Modulo de Poisson

• La proporción en que el espécimen se deforma transversalmente con respecto a lo que se deforma longitudinalmente. Se le considera un valor medio representativo en el mismo rango que el modulo de elasticidad.

c) Cargas de larga duración o sostenidasLa deformación que un concreto experimenta

en un momento determinado, por efecto de carga sostenida, tiene dos componentes:

a) la deformación inmediata: depende del esfuerzo aplicado.

b) la deformación diferida: depende del nivel de esfuerzos y tiempo de permanencia de carga ( tiempo para estabilizar la velocidad de deformación, por lo menos un año) .

1.3.- ADHERENCIA CON EL ACERO DE REFUERZO

De esta adherencia dependen agrietamientos en la estructura y deflexiones que experimenta una vez agrietada.

Se evalúa como el esfuerzo medio de adherencia que se desarrolla entre el concreto y la varilla cuandom a esta se le aplica una fuerza de tension capaz de producir su deslizamiento.

1.4.- RESISTENCIA A LA FATIGA

• Cuando un elemento trabaja sometido a la acción de cargas repetidas que producen variaciones cíclicas en los niveles de esfuerzo.

• Después de cada ciclo de carga y descarga se acumula una deformación adicional permanente, de modo que al cabo de un cierto numero de ciclos se llega al estado de deformacion critico en que el concreto falla.

II.- DURABILIDAD• El concreto debe ser capaz de resistir la

interperie, la acción de los productos químicos y el desgaste, a los a cuales estará sometido en servicio.

• Gran parte de estas causas se mejora aumentando impermeabilidad, con un agente inclusor de aire o aplicando revestimiento protector en la superficie.

2.1 Resistencia a la abrasión.Abrasión: desgaste producido por acciones de

frotamiento y fricción.En abrasión no interviene la acción directa de

los fluidos y no se produce desintegración del concreto.

Abrasión mecánica: deterioro de la superficie de pisos y pavimentos como consecuencia de transido de personas y vehículos.

2.2 CAMBIOS VOLUMETRICOS

Los cambios de origen físico pueden deberse a cargas y solicitaciones (deformaciones) y a agentes ambientales que son los cambios volumétricos.

Pueden ocurrir como expansiones o contracciones. Si el elemento tiene plena libertad para cambiar de volumen no hay esfuerzos. Pero no siempre es así.

2.3 PERMEABILIDAD• Es una propiedad importante que puede

mejorarse, con frecuencia, reduciendo la cantidad de agua. El exceso de agua deja vacíos después de la evaporación, si están interconectados, el agua puede penetrar o atravesar el concreto. La inclusión de aire y el curado durante tiempo prolongado , suelen aumentar la impermeabilidad.

2.4 DETERIORO PREMATURO

• Los primeros usos del concreto datan del siglo pasado.

• Algunos han superado los 100 años.• Numerosas estructuras de antes y después

mostraron síntomas de degradacion al cabo de pocas décadas, alcanzando situaciones extremas.

• Duracion no es característica del concreto

Causas de deterioro prematuroCorrosión del acero de Corrosión del acero de

refuerzorefuerzo

Congelación y deshieloCongelación y deshielo Intemperismo y envejecimientoIntemperismo y envejecimiento

Ataque de sustancias acidasAtaque de sustancias acidas

Ataque de sulfatosAtaque de sulfatos

Lixiviación de la calLixiviación de la cal

Reacción álcali - agregadoReacción álcali - agregado

a) Ataque de sulfatos

• Agua + C3A + Sulfato de calcio = ETRINGITA Incremento de volumen 227 %

• Agua + C3A + Sulfato de sodio = ETRINGITA • Agua + Ca ( OH) 2 + Sulfato de sodio = YESO

Incremento de volumen 127 %• Agua + Silicato di y tri calcico + sulfato de magnesio

= YESOSe crean esfuerzos que primero lo microfisuran y luego

lo desintegran gradualmente.

Medidas Preventivas

Usar cementante adecuado

( Con puzonala)

Baja relación a/cDisminuye

permeabilidad

RecubrimientoSuperficial

• Agua de mar: cemento II o V, portland + puzolana y clinker tipo II

90 % cloruros10 % sulfatos.

El alto contenido de cloruros facilita disolución de yeso y etringita y estos son extraídos por lixiviacion antes de generar tensiones internas. Inmerso no hay microfisuras hay incremento de porosidad.

b) Corrosión del acero de refuerzo

Ocasiona:• Reduccion de seccion de varillas, merma

adherencia y degradan propiedades.• Herrumbre- de volumen mayor al producto

que lo origina- agrietamiento.

b) Corrosión del acero de refuerzo

Los primeros productos de corrosión es forma de oxido férrico q origina una delgada película de recubrimiento

sobre varillas que las protege de corrosión posterior. Se conoce como

“pasivacion” del acero y solo se mantiene mientras concreto mantenga

PH mayor a 11.5

• La corrosión del acero de refuerzo es una reacción electroquímica que resulta de la presencia de humedad, oxigeno y cloruros. La corrosión comienza cuando estos agentes infiltran el concreto hasta el acero de refuerzo y los cloruros rompen la protección pasiva que se encuentra en el acero de manera natural. Conforme el proceso de corrosión continua este deteriora el acero de refuerzo y crea oxido de hierro (herrumbre).

• Conforme el oxido de hierro se acumula dentro del concreto, este impone un esfuerzo de tensión en el concreto, causando grietas y desconchamientos. Esto permite que aun mas cloruros y humedad lleguen al acero de refuerzo, lo que acelera mas el proceso de corrosion.

c) Congelacion y deshielo

Causa:Presiones internas que se originan en el interior

del concreto relacionadas con la congelación del agua que ocupa sus poros. Dos condiciones a) Que el concreto tenga suficiente agua b) temperatura suficiente baja como para provocar congelación de agua en todos los poros del concreto.

d) Lixiviacion del hidróxido de calcioProceso por el cual un liquido al penetrar a través de un

material, disuelve y extrae las sustancia solubles de dicho material por lo que incrementa porosidad.

• El concreto endurecido puede perder el hidróxido de calcio. Por eso probetas se curan en agua saturada con cal.

• En condiciones normales en pasta completamente hidratada, el contenido de hidróxido de calcio es del 20 al 25 % de sólidos de hidratación – cristales que se desarrollan junto con el gel y se alojan en poros de la pasta . Posibilidad de que agua externa penetre y disuelva depende de presión del agua, permeabilidad del concreto, desplazamiento de agua ( al saturarse entre al secarse retrocede)

e) Reaccion alcali - agregadoReacción entre agregados reactivos y alcalis

disueltos que generalmente existen en la solución de poro de la pasta de cemento hidratada en estado húmedo.

Genera un aumento de volumen que genera tensiones internas capaces de agrietar el concreto.

f) Intemperismo y envejecimientoIntemperismo: conjunto de acciones

deteriorantes derivadas de condiciones atmosféricas. Efectos físicos: congelación de agua interna, cambios volumétricos, efectos erosivos de agua y viento. Efectos químicos: lixiviacion, carbonatación, ataque de sustancias contaminantes contenidas en aire atmosférico y aguas pluviales.

g) Atque de sustancias acidasDebido al carácter alcalino de la pasta de

cemento hidratada cuando entra en contacto con sustancia acida reacciona con ella y tiende a neutralizarla, dando por resultado sales calcicas solubles en agua: es decir los silicatos de calcio hidratados que constituyen el gel de cemento ( de gran resistencia e insolubilidad) son solubilizados por el acido y de esta manera pasta pierde coherencia y tiende a desintegrarse.

g) Atque de sustancias acidasSi el concreto posee agregados que no

reaccionan con acidos el ataque se concentra en pasta y conforme se desintegra las partículas de agregados quedan expuestas hasta que se disgregan. Los agregados calcareos si reaccionan con ácidos , de modo que se genera doble ataque y el deterioro se manifiesta en toda la superficie afectada.

La intensidad con que una sustancia acida causa deterioro, depende del grado de solubilidad en agua de las sales que se forman como consecuencia de la reacción. A) El acido clorhídrico es sumamente agresivo porque forma cloruro de calcio , que es sal muy soluble en agua b) acido sulfúrico es de medina agresividad, porque forma sulfato de calcio que es moderadamente soluble.c) el bioxido de carbono disuelto en solución acuosa forma ácido carbónico que reacciona con hidróxido de calcio produce bicarbonato de calcio, que es relativamente soluble.

La profundidad del daño depende del tipo de sustancia y continuidad en que ocurre su aportación.