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CÓDIGO DE HAMMURABI El nombre de Hammurabi, rey que llevó a Babilonia a su máximo esplendor, permanece indisolublemente ligado al conjunto de leyes conocido como el Código de Hammurabi, el más antiguo repertorio legislativo conservado. Cubre las distintas facetas de la relación social y por el interés que despierta esta alusión histórica veamos algunos datos de interés. Hammurabi pasó a la historia como legislador. Su código continuaba la tradición de algunos anteriores en la región mesopotámica, sobre los que se tiene alguna noticia. Comprendía unas 200 leyes, escritas en tabletas y grabadas después en piedra para ser llevadas a distintos lugares del reino. Una de ellas fue descubierta en Irán por una misión francesa en 1901. Actualmente la columna se encuentra en el museo de Louvre. Su posterior traducción a cargo del dominico francés Vicent Scheil reveló la estructura de la sociedad babilónica, dividida en tres clases - ricos, pobres y esclavos - y regida por el rey justo, Hammurabi. Los castigos a un mismo crimen variaban según las clases, pero en general se regían por el mismo principio de "ojo por ojo, diente por diente". Contenía las siguientes reglas básicas para prevenir defectos en las construcciones, con lo cual se puede señalar como la primera referencia hacia lo que denominamos patología estructural. 229 - Si un constructor construye una casa, pero su obra no es lo bastante resistente, y luego resulta que la casa que él ha construido se derrumba causando la muerte del propietario de la misma, el constructor será condenado a muerte. 230 - Si el derrumbamiento causa la muerte del hijo del dueño, se condenará a muerte al hijo del constructor. 231 - Si quien fallece es un esclavo del propietario, el constructor deberá indemnizarle con un esclavo del mismo valor. 232 - Si el derrumbamiento destruye la propiedad, tendrá que pagar todo lo que se destruyó. Es más, por no haber construído la casa con las debidas condiciones de resistencia de tal manera que se derrumbó, se verá obligado a reedificarla de su propio peculio. 233 - Si el constructor construye la casa, pero no remata bien su obra, de forma que se derrumba la pared, deberá levantar dicha pared por sus propios medios.

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CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES La Ciencia de los Materiales esta ligada fundamentalmente a la búsqueda de conocimientos básicos sobre la estructura interna, propiedades y procesado de materiales existentes. La Ingeniería de Materiales esta principalmente relacionada con el uso de los conocimientos básicos y aplicados de los materiales para la conversión de estos materiales en productos necesarios o requeridos por la sociedad.

TIPOS DE MATERIALES Los materiales se clasifican en materiales metálicos, poliméricos y cerámicos. 1.) MATERIALES METALICOS Son sustancias inorgánicas que están formadas por uno o más elementos metálicos (ver tabla periódica) y pueden contener también algunos elementos no metálicos como el Carbono, el Oxígeno y el Nitrógeno. Los metales tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de una manera ordenada. Los metales tienen la propiedad de se buenos conductores térmicos y eléctricos. Muchos metales tienen relativamente alta resistencia mecánica y son dúctiles a temperatura ambiente, y algunos tienen elevada resistencia a elevadas temperaturas. Los metales y aleaciones se dividen normalmente en dos grupos: metales y aleaciones ferrosas, que contienen un gran porcentaje de hierro en su composición, tales como aceros y hierros fundidos, y aleaciones y metales no ferrosos, que no contienen hierro o contienen cantidades relativamente pequeñas de hierro. 2.) MATERIALES POLIMERICOS Estos materiales están formados por largas cadenas de moléculas orgánicas (contenido carbono) o redes. Estructuralmente, la mayoría de los materiales poliméricos son no cristalinos pero algunos contienen mezclas de regiones cristalinas y amorfas. La resistencia y ductilidad de los materiales poliméricos son malos conductores de la electricidad. Algunos de estos materiales son buenos aislantes. 3.) MATERIALES CERAMICOS Son materiales inorgánicos formados por elementos metálicos y no metálicos unidos químicamente. Pueden ser cristalinos, amorfos o mezcla de ellos. La mayoría de los Cerámicos son de bajo peso, alta dureza, resisten altas temperaturas (también como el calor y la humedad), reducida fricción y propiedades aislantes pero tienden a la fragilidad mecánica. 4.) MATERIALES COMPUESTOS Son mezclas de dos o más materiales. Consisten en un material de refuerzo y una resina de unión para obtener características específicas y propiedades deseadas. Sus componentes no se disuelven uno en otro y pueden ser físicamente identificables por una interfase entre ellos. Estos materiales pueden ser de tipo predominantemente fibrosos (constituidos por fibras en una matriz) y

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particulados (constituidos por partículas en una matriz). Existen muchas combinaciones diferentes de refuerzos y matrices que se han utilizado para producir materiales compuestos. La función principal del material compuesto es que sus propiedades sean superiores, o en algún modo más importantes que las de sus componentes. 5.) MATERIALES ELECTRONICOS No son propiamente un tipo numeroso de materiales pero son muy importantes en tecnologías de ingeniería avanzada. El material electrónico más importante es silicio puro modificado por diversos caminos para cambiar sus características eléctricas. 6.) COMPETENCIA ENTRE MATERIALES1 Cada material compite con los demás para mantenerse y abrir nuevos mercados. En cada periodo de tiempo hay muchos factores que hacen que un material ascienda en el mercado y reemplace a otros para ciertas aplicaciones. El precio es ciertamente un factor. Si se progresa en el procesado de un cierto tipo de material de forma que su coste decrezca sustancialmente, este material puede reemplazar a otro para algunas aplicaciones. Otro factor causa de substituciones de materiales es el desarrollo de un nuevo material con propiedades especiales para algunas aplicaciones. Por ello, cada cierto tiempo cambia el uso de los materiales. 7.) REDES ESPACIALES Los átomos, iones o moléculas que constituyen el sólido están ordenados según una disposición que se repite en tres dimensiones, forman un sólido que se dice posee estructura cristalina y es referido como sólido cristalino o material cristalino. La disposición atómica en los sólidos cristalinos se puede representar considerando a los átomos como los puntos de intersección de una red de líneas en tres dimensiones denominada Red Espacial y se puede describir como una disposición de puntos tridimensional infinita. Existen siete sistemas cristalinos para describir todas las posibles redes: Cúbico, Tetragonal, Ortorrómbico, Romboédrico, Hexagonal, Monoclínico, Triclínico. Las estructuras cristalinas son determinadas por medio de la interpretación de datos experimentales de Difracción de Rayos X.

1 «Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales», William F. Smith 3ª edición, pag. 8

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EL CEMENTO

Cemento, nombre de varias substancias adhesivas. Palabra derivada del latín caementum (argamasa), dado por los romanos a la grava (Opus Caementitium –obra cementicia) y a diversos materiales parecidos al concreto, aunque no fueran las substancias que los unía. Constituye hoy, el elemento básico de la industria de la construcción en la que se utiliza como aglomerante en forma de mortero, como componente principal del concreto y como cemento prensado (losetas para pavimentos, piezas prefabricadas de ladrillería). También se conoce como cemento hidráulico, denominación que comprende a los aglomerantes que fraguan o endurecen una vez que se mezclan con agua e inclusive debajo del agua (cocción de materiales calcáreos y arcillas) Hay cementos naturales (obtenidos a partir de rocas en las que hay calizas y arcilla) y cementos artificiales, fabricados con piedra caliza, arcilla y yeso; entre estos últimos, que comenzaron a fabricarse en Europa en el S. XVIII, el más importante es el cemento Pórtland, descubierto por el escocés Joseph Aspadín en 1824 quien experimento y encontró que calcinando en un horno una mezcla de piedra caliza con arcilla, moliéndola y pulverizándola, se obtenía un aglomerante, el cual fue bautizado como tal por el parecido de color que adquiere después de endurecido con la piedra natural de la localidad inglesa de Pórtland. Pero antes de Aspadín habría que mencionar los trabajos experimentales o descubrimientos aportados por otras personas:

- Hacia 1900 A.C. los egipcios utilizaron yeso calcinado como material cementante y con ello construyeron la mayor parte de sus monumentos y edificaciones.

- Los griegos (500 A.C.) utilizaron un mortero de cal y arena para cubrir muros. - Los romanos (300 A.C.) copiaron de los griegos y al confundir arena con ceniza volcánica

formaron un aglomerante aún más fuerte. Se conoció como cemento puzolánico. - Posterior a la caída del imperio romano y durante la época medieval y renancetista, el

concreto no evidenció interés hasta 1750 en Inglaterra, donde se fabricaron los primeros cementos de calidad desde la caída del imperio romano.

Otros tipos de cementos:

- Aluminoso: Cocción de mezcla proporcionada de materiales aluminosos y calizos. Molido el producto resultante se convierte en polvo fino. Es de color negro.

- Rápido: Es el cemento que poca proporción de sílice y alumina respecto a la cal. - Real: Pasta compuesta de cuatro partes de arcilla seca, una de caparrosa y otra de sal

marina, que los orfebres usaban antiguamente para los apartados de oro. - Refractario: El especial para resistir altas temperaturas. - Sealithor: Producto de la escoria de altos hornos, cal y sulfato cálcico –muy resistente a la

corrosión química-.

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- Sorel: Aquel que se obtiene añadiendo magnésita calcinada a una solución de cloruro magnésico. Posee extraordinaria dureza y se emplea principalmente en recubrimientos para pisos.

IINNDDUUSSTTRRIIAA DDEELL CCEEMMEENNTTOO La industria del cemento se fundamenta en dos aspectos: factores físicos y factores económicos. Los factores físicos se refieren a características de los materiales

Calizos: Oxido de Calcio (Cal) CaO 60 – 67% Arcillosos: Sílice y Alumina – Al2O3 - SiO2 17 – 25%

Al2O3 3 – 8% Fe2O3 0.5 – 6% MgO 0.1 – 7% Alcalis 0.1-1.3%

Componentes del cemento y en pequeñas proporciones Oxidos de hierro, de

magnesio, álcalis y anhídrido sulfúrico –SO3 -

SO3 1 – 3.5% Y con propiedades tales como humedad de la arcilla, calidad de la caliza, etc. Mientras que los factores económicos son dependientes de métodos y tiempos como el menor o mayor cantidad de combustible consumido en las operaciones de fabricación. Como se alcanzo a mencionar, se emplean como materias primas caliza, pizarra, sílice, hematina y caolín en la producción del cemento Pórtland, las cuales son extraídas de depósitos o canteras naturales (etapa de Extracción) o explotación a cielo o tajo abierto con perforadoras especiales y posteriores voladuras, que son cargadas y transportadas (etapa de carga y transporte) por equipos de maquinaria pesada hacia la planta. La Caliza CO3Ca, corresponde aproximadamente al 80% de la composición del cemento; se encuentra en las capas superficiales de muchos cerros y montañas y en depósitos de profundidad variable, los hay de más de 200 mts. Se extraen volúmenes muy grandes y debido al factor económico, conviene que este cerca de la planta. El análisis químico permite conocer la calidad de una cantera. Se considera buena la que tiene carbonato de calcio en un 95% o más. Inferior a 90% ocasiona problemas. La pizarra corresponde a la denominación de las arcillas caoliníticas, Al4[(OH)8(Si4O10)] constituidas principalmente de óxidos de silicio de un 45 a un 65%, por óxidos de aluminio de 10 a 15%, óxidos de hierro de 6 a 12% y cantidades variables de óxido de calcio de 4 al 10%. Es también la principal fuente de álcalis. A diferencia de la caliza la barrenación es de menos diámetro y más espaciada, además requiere de explosivos de menor potencia. Debido a que la composición de estos varía de un punto a otro de la corteza terrestre, es necesario asegurar la disponibilidad de las cantidades suficientes de cada material.

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Sílice: eventualmente se agregan arenas sílicas que aportan el óxido de silicio requerido de la mezcla cruda. La Hematina aporta del 1 al 2% de los compuestos del cemento. Recibe el nombre por el aporte de mineral de hierro por lo que contiene entre 75 a 90% de óxido férrico. Con estos minerales se controla el contenido de óxido férrico de la mezcla. Caolín: arcilla de alto contenido de alumina que se utiliza para la fabricación de cemento blanco. Estos materiales pasan por procesos separados de trituración en dos o tres pasos y tamizado (etapa de trituración), ya que arriban en fragmentos irregulares de aristas mayores a los 50 centímetros y donde alcanzan tamaños de 5 a 10 milímetros que son procesados pasando inicialmente por una trituradora o quebradora primaria y llevados por medio de la criba vibratoria (transportadora de banda) hacia una trituradora secundaria, no sin antes al final de la criba se selecciona el material con una malla. El material grueso al no pasar por la malla cae hacia la trituradora secundaria el cual ya molido se une con el que paso directamente en unos grandes depósitos de almacenaje, antes de pasar a la etapa de molienda, reduciendo el tamaño hasta diámetros de medio milímetro, antes de ser dosificados con mineral de hierro. La etapa siguiente es la reducción del tamaño que puede ser por vía seca o por vía húmeda. Por vía húmeda la molienda de las materias primas ya dosificadas se efectúa con adición de agua a un molino de crudo (cilindros giratorios que por medio de bolas metálicas reducen el tamaño de la materia prima) donde se forma un lodo o pasta, que debe ser manejado por tuberías y homogenizado en grandes tanques llamados balsas, en los cuales mediante agitación mecánica se impide la sedimentación. El agua adicionada debe ser extraída al menos parcialmente por lo que ya se permite la sedimentación en grandes tanques (espesadores) y el agua se retira de la parte superior. Cuando permanece un exceso de agua, se realiza un proceso adicional de filtración Por vía seca los materiales son secados y la molienda se efectúa sin adición de agua. El material formado se denomina harina, y que se deposita en silos especiales y son homogenizados por medio de agitación con aire. El termino homogenizar corresponde en este proceso a la distribución de las partículas en la masa buscando una composición uniforme del material que posteriormente ingresarán a los hornos rotatorios. Este paso se denomina etapa de Calcinación. Los hornos, que son unos cilindros de acero revestidos interiormente con ladrillos refractarios, giran a diferentes velocidades (lentas), miden de 60 a 150 mts. de largo y de Ø 2 a 2.7 mts. y presentan una inclinación de 40 mm/m (4%); se calientan por combustión interior de carbón pulverizado, gas natural, gas de generador o fuel oil, inyectados en su extremo inferior. Cuando la pasta pasa a través del horno se producen diferentes procesos: 1º) evaporación del agua libre, con temperaturas hasta de 100º C; 2º) eliminación del agua combinada con la arcilla, a unos 500º C; 3º) disolución de carbonatos: magnésico a 400º C y cálcico a 800º C.

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CO3Ca + Al2O3 → CaO· Al2O3 + CO2 (600º C) CO3Ca + SiO2 → 2CaO· SiO2 + 2CO2 (750º C)

CO3Ca → CaO·+ CO2 (900º C) Descarbonatada la harina se desarrollan las restantes reacciones físicas y químicas dada la combinación de la cal y de la arcilla, con formación de silicatos y aluminatos tricálcicos “clínker”, con temperaturas de 1000 a 1450° C. Donde se evita la fusión de la masa.

2CaO + CaO·Al2O3 → 3CaO· Al2O3 (1000° C) CaO + 2 CaO·SiO2 → 3CaO·SiO2 (1300° C)

La palabra clínker procede del inglés y significa escoria. Se define clínker como el producto obtenido por fusión incipiente de materiales arcillosos y calizos que contengan óxido de calcio, silicio, aluminio y hierro en cantidades convenientemente calculadas. El producto de la calcinación debe tener una composición química predeterminada. No debe haber exceso de cal porque aparecería como cal libre en el cemento y hacer un concreto produciría expansiones y grietas. Sería un cemento insano. Es importante, por ende, evitar la cal libre mediante la correcta dosificación de las materias primas y una clinquerización a la temperatura adecuada, 1450º C. se muele en molinos de bolas, a los que se Etapa de molienda del cemento El clínker se compone de trozos pequeños de color gris verdoso. Se enfría al aire en refrigeradores rotatorios y continua el proceso de fabricación del cemento pasando por molinos de bolas de circuito cerrado con separadores de partículas que permiten obtener una finura muy uniforme y de alta superficie especifica. La molturación del clínker se realiza conjuntamente con yeso (CaSO4 · 2H2O) para regular el endurecimiento (2-3%) o regulación del fraguado del cemento

CCOOMMPPOONNEENNTTEESS DDEELL CCEEMMEENNTTOO

Silicato Tricálcico 3CaO · SiO2 C3S Silicato Bicálcico 2CaO · SiO2 C2S Aluminato Tricálcico 3CaO · Al2O3 C3A Ferroaluminato Tetracálcico 4CaO · Al2O3 · Fe2O3 C4AF

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TTIIPPOOSS DDEE CCEEMMEENNTTOO PPOORRTTLLAANNDD

Son cinco principalmente: Tipo I, es el cemento Pórtland normal para usos generales. Se utiliza cuando el concreto no va a estar expuesto a ataque fuerte por sulfatos del agua o del suelo, o cuando no va a producirse un incremento importante de temperatura por el calor generado en el proceso de hidratación del cemento. Tipo II, se utiliza donde se considera que existirá un ataque medianamente considerable de sulfatos. Se utiliza en regiones extremas de humedad y climas secos para pilares y paredes de retención debido a su moderado calor de hidratación. Tipo III, es un tipo de cemento de poca resistencia, pero que adquiere altas resistencias en corto periodo de tiempo. (A.R.I.) Tipo IV, cemento de bajo calor de hidratación que se utiliza cuando la cantidad de calor tiene que ser mínima. Se utiliza en grandes volúmenes de estructuras como presas, donde el calor generado por el endurecimiento del cemento es un factor crítico. Tipo V, cemento muy resistente a los sulfatos.

Composiciones, % peso*Tipo de Cemento Designación

ASTM C150 C3S C2S C3A C4AF Ordinario I 55 20 12 9 Moderado calor de hidratación y moderada resistencia al sulfato II 45 30 7 12

Endurecimiento rápido III 65 10 12 8 Bajo calor de hidratación IV 25 50 5 13 Resistente a los sulfatos V 40 35 3 14

El cemento Pórtland al reaccionar con agua (Pasta de Cemento) mantiene una plasticidad casi constante durante cierto tiempo, luego del cual pasa del estado fluido a estado rígido, lo que se conoce como fraguado. Se debe a varias causas: 1°) cristalización de un compuesto a partir de la sln. sobresaturada; 2°) formación de un gel semisólido que experimenta la desecación; 3°) El silicato dicálcio y el silicato tricálcico constituyen aproximadamente un 75% en peso del cemento Potland, y cuando estos componentes reaccionan químicamente con el agua durante el proceso de endurecimiento del cemento dando lugar a productos cristalinos: el silicato tricálcico hidratado. Los aluminatos y silicatos tricálcicos se hidratan y sufren una posterior hidrólisis:

(AlO3)2Ca3 + 6H2O → 2Ca(OH)2 + 2Al(OH)3

El hidróxido cálcico cristaliza uniendo los intersticios cristalinos de las redes de silicato y de aluminio, por lo cual la masa se hace impenetrable.

El Silicato Tricálcico (C3S) endurece rápidamente y es el principal responsable de la temprana resistencia del cemento Pórtland. La mayor parte de la hidratación del silicato tricálcico acontece en dos días, y los cementos de temprana resistencia contienen gran cantidad de silicato tricálcico.

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20

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40

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C3S C2S C3A C4AF

I Portland Normal

II Moderado Calor deHidratación, moderadaresistencia a los sulfatosIII A.R.I.

IV BCH

V

Gráfica porcentual de los componentes del cemento El Silicato Dicálcico (C2S) tiene una lenta reacción de hidratación con agua y es el principal responsable del incremento de la resistencia del cemento al cabo de una semana. El Aluminato Tricálcico (C3A) se hidrata rápidamente con alta proporción de calor liberado en la hidratación. El C3A contribuye ligeramente al desarrollo de resistencias prematuras y se mantiene en un nivel bajo en los cementos resistentes a los sulfatos (tipo V). El ferroaluminato tetracálcico (C4AF) se añade a los cementos para reducir la temperatura de clinquerización durante la fabricación del cemento.

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PPRROOPPIIEEDDAADDEESS DDEELL CCEEMMEENNTTOO PPÓÓRRTTLLAANNDD 1.) HIDRATACIÓN Y CALOR DE HIDRATACIÓN:

La partícula de cemento tiene un diámetro promedio de 50 μ, al entrar en contacto con el agua se produce una reacción química donde se desarrollan propiedades aglutinantes. El C2S, C3S, C3A, y C4AF se hidratan produciendo la pasta y endureciendo, dando origen a propiedades mecánicas útiles en aplicaciones estructurales. Pero no toda la partícula se hidrata, quedando en el interior una parte sin reaccionar formando un núcleo inerte; es así que de acuerdo a la velocidad de hidratación –3.5μ/28 días-, las partículas relativamente gruesas pueden durar varios años sin hidratarse o no hidratarse nunca, generando un rendimiento bajo del cemento.

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Durante el endurecimiento (fraguado) se genera calor de hidratación. Cuando se funden estructuras de gran masa puede ocurrir un incremento de la temperatura del concreto produciéndose una rápida evaporación del agua y cambios volumétricos que llevan a la contracción del material y su eventual agrietamiento. Las secciones estructurales delgadas disipan el calor de hidratación difundiéndolo al ambiente; intercambio que se hace más difícil a medida que se engruesa la sección. La cantidad de calor generado durante los primeros 7 días para los diferentes tipos de cemento expresados como porcentaje del total del tipo 1 se muestran en la siguiente tabla:

TIPO DE CEMENTO % CALOR DE HIDRATACIÓN (Respecto al Cem. Pórtland I)

I Uso general 100 II Moderada resistencia a los sulfatos 80 a 85

III Altas Resistencias Iniciales 150 IV Bajo Calor de Hidratación 40 a 60

V Alta resistencia a los sulfatos 60 a 75

2.) PESO ESPECIFICO También denominado densidad del cemento, es la relación entre la masa de una cantidad dada y el volumen absoluto que ocupa esa masa. En Colombia para el cemento Pórtland tipo I, el valor oscila entre 3.10 y 3.15 g/cm³ y para adiciones diferentes al yeso para el mismo cemento el valor varía entre 3.00 y 3.10 g/cm³. 3.) SUPERFICIE ESPECIFICA O FINURA Es una propiedad que se obtiene en la etapa de molienda del clinker con el yeso. La hidratación del cemento se realiza sobre la superficie de las partículas del cemento. Una gran finura implica mayor velocidad de hidratación por la exposición a la atmósfera y generación de calor de hidratación, lo cual produce mayor retracción derivando en posibles grietas en el concreto. La finura se define como el área superficial de las partículas contenidas en un gramo de material y se mide en cm²/gr. Los métodos para medirla son:

- de manera directa NTC• 226 método de ensayo para determinar la finura del cemento

hidráulico por medio de los tamices de 75 μm – N°. 200 y 150 μm – N°. 100.

NTC 294 método de ensayo para determinar la finura del cemento hidráulico sobre el tamiz icontec 45 µm (N°. 325)

• ICONTEC

- de manera indirecta NTC 597 determinación de la finura del cemento portland por medio del turbidímetro de Wagner.

NTC 33 método para determinar la finura del cemento hidráulico por medio del aparato Blaine de permeabilidad al aire.

Siendo este último el más utilizado para los cementos colombianos; el procedimiento se realiza haciendo circular el aire a través de una capa de cemento dentro de un aparato inventado por LEA y NURSE o en el aparato modificado por BLAINE. Este se basa en que la cantidad y el tamaño de los poros de una muestra de determinada densidad son función del tamaño de las partículas y de su distribución granulométrica y se pueden determinar por la permeabilidad al aire de un conjunto de partículas de cemento. El ensayo consiste en medir el tiempo necesario para que una cantidad de aire pueda atravesar una muestra de densidad conocida.

En éste método se tiene una imagen clara de la variación relativa en la finura de cemento. En

nuestro medio, la superficie específica de los cementos esta comprendida entre 3400 – 4500 cm2/gr. La norma NTC 121 determina como mínimo 2800 cm2/gr.

Una alta finura no necesariamente puede indicar una buena molienda de CLINKER, puede ser

consecuencia de las adiciones que se hacen, ya que son de menor tamaño que las partículas de cemento Pórtland propiamente dicho.

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PASTA DE CEMENTO

4.) CONSISTENCIA NORMAL Esta es la propiedad que índica el grado de fluidez o la dificultad con que la pasta puede ser

trabajada. Es medida aplicando el aparato de VICAT y el procedimiento se efectúa de acuerdo a la norma NTC 110

Los cementos Pórtland, pueden diferir entre sí en cuanto al requerimiento de agua, y la

diferencia es aún mayor en los que tienen adiciones, los cuales tienen requerimientos de agua más altos que los cementos normales, esto debido a una mayor superficie específica.

La cantidad de agua que se agrega al cemento, le proporciona una determinada fluidez,

propiedad que aumenta al incrementarse el contenido de agua. Existe una determinada fluidez, para lo cual debe agregarse cierta cantidad de agua, es lo que se denomina CONSISTENCIA NORMAL.

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No necesariamente la cantidad de agua para la pasta es la misma para el concreto formado con la misma pasta; lo anterior se establece porque el contenido de agua de una pasta de consistencia normal es mayor cuando se trata de un cemento fino, pero por el contrario, un aumento de la finura del cemento mejorará la trabajabilidad de una mezcla de concreto.

Ya que se ha establecido que para la consistencia de la pasta de cemento y de la trabajabilidad

del Concreto se “ESTABLECEN” propiedades diferentes de la pasta fresca. En la primera se mide viscosidad y en la segunda capacidad de lubricación.

Adicionalmente, el aire que se encuentra en forma accidental afecta la trabajabilidad de la pasta

de cemento y los cementos de diferente finura pueden contener distintas cantidades de aire. De tal manera que los valores encontrados en un ensayo de consistencia normal no se utilizan para el control de calidad del cemento y por eso las normas no indican valores máximos o mínimos.

El ensayo consiste en agregar un volumen conocido de Agua a 500 gr. De cemento, para

obtener una fluidez tal, que después de amasada y colocada en un molde troncocónico permita la entrada de la aguja gruesa del aparato de Vicat en 10 mm ± 1 mm. La aguja se debe dejar penetrar en la pasta por acción de su propia masa (300 gr) durante 30 segundos. Se debe repetir el ensayo hasta obtener la consistencia normal, variando la cantidad de agua. El contenido de Agua de una pasta normal se expresa en porcentaje en masa del cemento seco y suele variar entre 23 y 33 %.

Interpretación de Resultados: La cantidad de Agua requerida para obtener una pasta de cemento con una consistencia normal, se debe calcular con aproximación del 0.1% y se debe expresar con aproximación del 0.5% del peso del cemento fresco. 5.) TIEMPO DE FRAGUADO Formada la pasta por el cemento y el agua, se mantiene una plasticidad casi constante durante cierto tiempo, luego del cual pasa del estado fluido a a estado rígido, lo que se conoce como fraguado. El lapso que transcurre desde el mezclado hasta el mencionado cambio se conoce como tiempo de fraguado. Aunque durante el fraguado requiere de alguna resistencia, es conveniente diferenciar entre fraguado y endurecimiento, ya que este último se refiere al aumento de resistencia de la pasta de cemento fraguada. El tiempo de fraguado que indica si la pasta está o no sufriendo reacciones de hidratación normales, se considera en dos etapas elegidas en forma arbitraria: Fraguado inicial y fraguado final. El inicial se mide por el tiempo desde el amasado y la perdida parcial de plasticidad de la pasta cuando el cemento esta parcialmente hidratado. El final se caracteriza porque la pasta deja de ser deformable ante cargas relativamente pequeñas con el cemento aún más hidratado. A partir de ese momento comienza el endurecimiento de la pasta por tiempo indefinido.

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El fraguado va acompañado por un aumento de temperatura, caracterizándose el inicial por un cambio rápido y el final porque se presenta el máximo valor. Los ensayos para determinar los tiempos son descritos en las normas NTC 118 método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico mediante el aparato de Vicat y NTC 109, método para determinar los tiempos de fraguado del cemento hidráulico por medio de las agujas de Gillmore, siendo el 118 el más utilizado. Este consiste en dejar penetrar una aguja de 1 mm. de diámetro y 300 gr. de peso sobre una pasta de consistencia normal a una profundidad de 25 mm., que es cuando se presenta el fraguado inicial (debe presentarse a los 45 minutos o a los 60 minutos medido con el aparato de Gillmore); pero cuando la aguja deja una ligera huella sobre la superficie de la pasta, sin que haya penetración, se considera que se ha presentado el fraguado final (antes de las 10 horas para los dos métodos). Quiere decir que el tiempo de fraguado da una indicación para la manipulación de concretos y morteros, la edad para soportar cargas y la ejecución de tiempos de curado. 5,1) Falso fraguado: se da como una rigidización prematura y anormal de la pasta en los

primeros minutos de mezclado, debido a la deshidratación parcial o total del yeso porque a. se ha mezclado el clinker caliente con el yeso, b. porque los molinos del clinker se han calentado a temperaturas superiores a los 100°C o c. cuando se produce una activación del C3S por aireación en humedades altas.

La “novedad” del falso fraguado es la significativa perdida de plasticidad sin despedir calor en forma apreciable, el cual es solucionado prolongando el tiempo de mezclado y no agregando agua ya que altera la resistencia de la mezcla. Los ensayos para esta “característica” son la NTC 225 que establece el método para determinar el fraguado rápido de morteros de cemento Pórtland y la NTC 297 establece el método para determinar el fraguado rápido de pastas de cemento hidráulico. Contiene terminología, significado y uso, aparatos, reactivos y procedimiento.

CARACTERISTICAS 1) Módulo Hidráulico: cociente entre el peso de óxidos básicos y óxidos ácidos; debe oscilar entre 1.8 y 2.2 para un buen cemento. Permite clasificar los cementos en: a. lentos, de módulo bajo, que fraguan al cabo de 10 horas y continúan endureciéndose durante meses, y b. rápidos, de modulo alto, que fraguan en dos o tres minutos. 2) Módulo de silicato: cociente entre el peso de sílice y óxidos de aluminio y de hierro; debe permanecer entre valores de 2 a 3 para una buena calidad. 3) Módulo de fundentes: relación entre el peso de alúmina y de óxido férrico, la cual debe ser lo mayor posible. El lapso que transcurre desde el mezclado hasta el mencionado cambio se conoce como tiempo de fraguado. Aunque durante el fraguado requiere de alguna resistencia, es conveniente diferenciar entre fraguado y endurecimiento, ya que este último se refiere al aumento de resistencia de la pasta de cemento fraguada.

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6.) ESTABILIDAD DE VOLUMEN O SANIDAD Es la habilidad de una pasta endurecida de mantener su volumen después del fraguado sin sufrir contracciones o aumentos de volumen que desemboquen en esfuerzos dañinos a la masa del concreto. Cuando se encuentra el concreto en el proceso de fraguado se produce un aumento en la temperatura como consecuencia de las reacciones químicas que se efectúan entre los componentes del cemento y el agua. Parte del agua se evapora y origina una contracción en la pasta con un eventual agrietamiento. La contracción lineal puede ser de aproximadamente 150 X 10-6 (0.015% en volumen) y generalmente se presenta en los dos o tres primeros meses.

7.) EXPANSION EN AUTOCLAVE Los 4 componentes principales del cemento no pueden producir inestabilidad, ya que sus volúmenes después de hidratados aunque son mayores que los componentes anhídridos, son inferiores a los volúmenes de éstos más el volumen de agua necesaria para la hidratación; por eso la pasta de cemento al endurecer disminuye de volumen, fenómeno denominado retracción. La casi totalidad del retracción ocurre en los 2 o 3 primeros meses de hidratación del cemento. La posible expansión del cemento, proviene de otras fuentes distintas a sus componentes principales, tales como la PERICLASA (MgO cristalino), de la cal libre (CaO) y el CaSO4. Las normas Técnicas Colombianas limitan la expansión potencial de un cemento por medio del ensayo de autoclave (NTC 107): “ Cambio de long. De barras de 2.5 X 2.5 X 25.4 cms. Hechas de pasta de cemento y sometidas durante 3 horas a alta temperatura y presión. El cambio de longitud en % es la expansión”. Pero si un aumento excede el límite permitido de expansión no necesariamente es un cemento expansivo en condiciones de temperatura y presión ambiente; por la anterior razón se adapta mejor el ensayo de agujas de LE CHATELIER (NTC 1514). Este último consiste en medir el cambio de diámetro de cilindros hechos con pasta de cemento de 3 cms de diámetro y 0.5 cms de altura, curados en agua a temperatura ambiente o en agua en ebullición. El primero mide la expansión debido al exceso de cal libre y periclasa. Cuando hay un cambio de volumen, bien sea por contracción o por expansión, se generan esfuerzos de tracción en la masa de concreto endurecida que conllevan a un rompimiento de la pasta descascarando o colapsando la estructura.

NTC 30: CEMENTO PÓRTLAND: Clasificación y Nomenclatura.

1 Obras de concreto en general, al que no se le exigen propiedades especiales. 1 M Obras de concreto en general, con resistencias superiores a las de tipo 1 2 Obras expuestas a la acción moderada de sulfatos y a obras donde se requiera moderado

calor de hidratación 3 Altas Resistencias iniciales

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4 Bajo calor de hidratación 5 Alta resistencia a la acción de sulfatos

Blanco Pórtland con incorporador de Aire Se adiciona un material incorporador de aire

1 M A Cemento tipo M más incorporador de Aire 2 A Cemento tipo 2 más incorporador de aire 3 A Cemento tipo 3 más incorporador de aire

NTC 31: CEMENTO. DEFINICIONES NTC 108: Extracción de muestras y cantidad de ensayos para cemento hidráulico ASTM: American Society for Testing and Materials.

ENSAYOS

110 220 109 184 114 107 151 118 191 33 204 109 266 224 185 297 451 597 115

NTC

3858 ASTM

C

563 ASTM C 265

Resultados a 1 día

NTC 220 ASTM C 109 Resultados a 3 días 220 109 NTC 117

ASTM C 186

Resultados a 7 días

397 452 3330 1012 NTC 3828

ASTM C 227

Resultados a 21 días

220 109 NTC 117

ASTM C 186

Resultados a 28 días

ASTM C 157 Resultados a 34 días NTC 3828 ASTM C 227 Resultados a 56 días NTC 3828 ASTM C 227 Resultados a 91 días

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NTC 33: Método para determinar la finura del cemento Hidráulico por medio del aparato BLAINE de permeabilidad al aire: Hacer circular el aire a través de una capa de cemento dentro de un aparato inventado por LEA y NURSE o en el aparato modificado por BLAINE. Este se basa en que la cantidad y el tamaño de los poros de una muestra de determinada densidad son función del tamaño de las partículas y de su distribución granulométrica y se pueden determinar por la permeabilidad al aire de un conjunto de partículas de cemento. El ensayo consiste en medir el tiempo necesario para que una cantidad de aire pueda atravesar una muestra de densidad conocida. En éste método se tiene una imagen clara de la variación relativa en la finura de cemento, (para efectos prácticos, esto es duficiente). En nuestro medio, la superficie específica de los cementos esta comprendida entre 3400 – 4500 cm2/gr (BLAINE). La norma NTC 121 establece como mínimo 2800 cm2/gr. Una alta finura no necesariamente puede indicar una buena molienda de CLINKER, puede ser consecuencia de las adiciones que se hacen, ya que son de menor tamaño que las partículas de cemento Pórtland propiamente dicho. NTC 220 : Determinación de la resistencia de morteros de cemento hidráulico usando cubos de 50 mm o 50.8 mm de arista. NTC 117 : Método para determinar el calor de hidratación del cemento hidráulico. NTC 118 : Método para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico mediante el aparato de VICAT. NTC 3828 : Método de ensayo para determinar la reactividad potencial a los álcalis de mezclas de cemento-agregado (método de la barra de mortero).

CONCRETO

PARÁMETROS CONDICIONES RELATIVAS TRABAJABILIDAD (MANEJABILIDAD)

GRADO DE HUMEDAD (TRANSPORTE, COMPACTACIÓN)

SEGREGACIÓN COHESIÓN (IMPEDIR SEGREGACIÓN O EXUDACIÓN)

CONCRETO FRESCO

EXUDACIÓN MANEJABILIDAD: grado de facilidad o dificultad con que el concreto puede ser (5) mezclado, manejado, transportado, colocado y terminado, sin que pierda su homogeneidad. Combinación de varias propiedades (5):

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Compactabilidad: Facilidad con la que el concreto fresco es compactado o consolidado para reducir el volumen de vacíos y por tanto el aire atrapado. La misma movilidad: facilidad con la que el concreto puede fluir alrededor del acero de refuerzo, dentro de las formaletas, adquirir la forma de estas últimas. Cohesividad: Aptitud de una mezcla de concreto a mantenerse como una masa estable resistente a la segregación y/o exudación. Consistencia: estado de fluidez (grado de humedad de la mezcla) Plasticidad: facilidad a ser moldeado. Condición que le permite al concreto fresco deformarse continuamente sin romperse TRANSPORTE DEL CONCRETO: El transporte del concreto desde la mezcladora hasta el lugar final de colocación debe hacerse por procedimientos que eviten la segregación o pérdida de materiales. El equipo de transporte debe ser adecuado para suministrar concreto al sitio de vaciado, sin segregación ni interrupciones excesivas que ocasionen perdidas de manejabilidad entre mezcladas sucesivas. Al transportar la mezcla del sitio de preparación al sitio de utilización, evite al máximo la vibración y los golpes fuertes. Si al llegar a su destino la mezcla a segregado (separación de los agregados) revuélvala un poco antes de vaciarla. Si el concreto hidráulico es fabricado en plantas aisladas de la obra y transportada en carro con tolvas mecánicas para ser lanzado o puesto en la obra, el fabricante debe cumplir con las normas NTC. Para garantizar la velocidad del trompo recomendada, el mezclado debe continuarse por lo menos durante el recorrido a la obra. También debe mantenerse un registro detallado que permita identificar:

El numero de tandas de mezcla producida. La dosificación de los materiales utilizados. Localización aproximada dentro de la estructura. Fecha y hora tanto del mezclado como de la colocación o vaciado.

FACTORES QUE AFECTAN LA TRABAJABILIDAD (8) Propiedades de los agregados Las propiedades fisicas de los agregados que afectan las características del concreto son: El tamaño máximo, la forma y textura de las partículas

Densidad. Absorción Contenido de finos

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Materia orgánica La cantidad de material de tamaños mayores al requerido, al angularida y la gradación de

los agregados y porciones de los componentes son factores que influyen a la facilidad del terminado.

Los posibles remedios para mejorar los acabados incluyen el uso adicional de finos en la arena, mas cemento, mas puzolanas, y el uso de aditivos convencionales.

La cantidad de agua necesaria para condiciones especificas de trabajabilidad, dependen del tamaño máximo de los agregados gruesos y de la forma, textura y distribución granulometrica de las partículas del agregado fino.

Forma y textura de superficial de los agregados: Cualquier cambio en la angularida y gradación de las partículas pueden aumentar los vacíos interparticulas del agregado grueso requerirán un aumento del mortero en el concreto.

Contenido de aire El contenido de aire es atrapado e incorporado intencionalmente, produce disminución de los requerimientos de agua en el concreto para una misma manejabilidad, al igual que un aumento en las condiciones de cohesión. Contenido de AditivosFluidez de la Pasta: f(cantidad relativa de agua y cemento), a baja proporción de agua, poca lubricación entre las partículas, a mayor cantidad de agua se produce segregación y exudación. En consecuencia, la pasta en estado fresco debe ser una suspensión y no una solución de cemento en agua, y mientras más diluida, el espacio entre las partículas de cemento es mayor, formándose así pastas con estructuras cada vez más pobres independientes del grado de hidratación del cemento. Implica que en mezclas plásticas, las resistencias del cemento varía en forma inversa a la relación agua/cemento, lo cual es una manera de expresar el grado de dilución de la pasta. Cantidades Relativas de pasta y agregados: Para valores altos de la relación pasta/agragados, estos últimos pueden moverse con facilidad dentro de la masa del concreto. Pero si la cantidad de pasta se reduce hasta el punto en que no es suficiente para llenar los espacios vacíos para que los agregados puedan “flotar” la mezcla se vuelve áspera y poco trabajable. Relación Arena-agregado total: Las mezclas con bajo contenido de arena son difíciles de mezclar, transportar, consolidar y terminar y tiende a segregar y exudar. Cuando el % de arena es alto, es necesario aumentar la cantidad de agua (disminuye la resistencia y la durabilidad) o pasta (mezclas más costosas) para que la mezcla sea trabajable. Para la elaboración de mezclas con una cantidad determinada de pasta, el % de arena requerido es menor si la arena es fina y mayor si es gruesa, para obtener una buena manejabilidad. Efecto de la temperatura y el tiempo sobre la trabajabilidad: El concreto recién mezclado se vuelve rígido con el tiempo, fenómeno que no debe ser confundido con el fraguado. En este momento lo que ocurre es que el agua de mezclado es eliminada por reacciones químicas, es absorbida por los agregados y en parte se evapora. La magnitud de la perdida de trabajabilidad depende de la riqueza de la mezcla, el tipo de cemento, la temperatura y la manejabilidad inicial. La variación de manejabilidad también es afectada por el contenido de humedad del agregado, debido a que se presenta absorción del agua si este esta seco o con menor contenido de humedad a la absorción, por esto es mejor trabajar con agregados saturados y superficialmente secos.

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Más importante que la temperatura ambiente es la del concreto ya que esta es la que controla las reacciones químicas que ocurren en él, y por tanto modifica las propiedades del concreto fresco. Factores Externos (7): 1) Método de Mezclado, 2) Sistema de Transporte, 3) tipo de colocación, 4) tipo de compactación utilizada, 5) textura de acabado, 6) condiciones del clima que imperan en el sitio de producción y colocación del concreto El viento, la temperatura y humedad ambiente son factores que afectan la trabajabilidad del concreto debido a que pueden producir:

Perdidas de agua por evaporación Cambios de temperatura interna del concreto por intercambio de calor Cambios volumétricos Modificación de los tiempos de fraguado y.

7) el tiempo transcurrido entre el mezclado y la colocación del concreto. MEDICION DE LA TRABAJABILIDAD: Solo puede ser determinada mediante la observación de cómo se acomoda en las diferentes partes de la estructura y como responde a la compactación sin que pierda su homogeneidad. El ensayo más conveniente utilizado es el del “Asentamiento” o “Slump”, el cual mide con bastante aproximación la consistencia o grado de humedad de una mezcla. (CONO DE ABRAMS) Si se produce un desprendimiento pronunciado del concreto hacia un lado de la muestra, se deberá repetir el ensayo sobre una muestra diferente. Si persiste (mezclas ásperas), es un indicio de que la mezcla le falta cohesión adecuada y por tanto el ensayo no es aplicable. De ahí que ésta prueba se aplique sólo a mezclas plásticas con valores de asentamiento entre 0 y 20 cms. Ensayo de Vebe Este ensayo consiste en medir el tiempo necesario para remoldear mediante vibración una masa de concreto en forma troncocónica y transformarla en una forma cilíndrica, empleando para este objeto un aparato normalizado en Suecia, Su uso resulta mas adecuado para hormigones de muy baja fluidez y constituye en dicho rango un buen complemento de la medición del asentamiento del cono. Sin embargo, por la relativa complejidad del equipo necesario para aplicarlo, su uso se ha limitado básicamente en laboratorio. Ensayo de kelly Consiste en medir la penetración en el concreto fresco de una semiesfera, por su propio peso. El aparato tiene la forma de la figura señalada.

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FLUIDEZ Estados del concreto Muy baja Baja Media Alta Muy Alta

Asentamiento cono

0 – 1 cm 2 – 3 cm 4 –6 cm 7 – 9 cm 10 –12 cm

Aparato Vebe 5 – 10 s 3 – 4 s 1 – 2 s - -

Bola de Kelly 0.5 cm 1 – 1.5 cm 2 – 3 cm 3 – 5 cm 5 – 6 cm

Valores de fluidez correspondientes a ensayos de trabajabilidad. El ensayo respectivo esta normalizado en ASTM 360 y presenta la ventaja de poder realizar la medición del concreto puesto en obra. Su rango es similar al asentamiento de cono, teniendo con este una buena correlación. A título informativo se indican en la tabla los valores numéricos que corresponden en dichos ensayos para diversos estados de concreto fresco. SEGREGACION: Separación de los constituyentes del concreto por falta de cohesividad, de manera que su distribución deja de ser uniforme. Causas (5):

- Diferencia en el tamaño de las partículas. - Densidad de los constituyentes de la mezcla. - Mala gradación de los agregados. - Otros: mal mezclado, inadecuado sistema de transporte, exceso de vibración en la

compactación. La Segregación se puede presentar de dos formas: 1) Cuando se utilizan mezclas pobres y secas: las partículas gruesas se separan porque se asientan más que las finas. 2) Mezclas húmedas: separación de una parte de lasta de los agregados. Para disminuir el riesgo de segregación es aconsejable seguir las siguientes recomendaciones.

Dosificar en forma adecuada los materiales Hacer una inspección visual del aspecto de la mezcla cuando se prueban los diseños Reducir las distancias de acareo del concreto en la obra No arrojar el concreto a alturas mayores a 1m

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No transportar el concreto por conductos con cambios bruscos de dirección No descargar el concreto contra un obstáculo No dejar fluir el concreto a lo largo de una formaleta

No esparcir un montón de concreto con el vibrador No exceder el tiempo de vibración del concreto No utilizar agregados gruesos cuya densidad es apreciablemente diferente al fino

EXUDACIÓN (SANGRADO): Se considera como una forma de segregación en la que una parte del agua de mezclado tiende a elevarse a la superficie de una mezcla de concreto recién colocado. Esto es debido a que los constituyentes sólidos de la mezcla no pueden retener toda el agua cuando se asientan durante el proceso de fraguado. La exudación de la mezcla trae consecuencias nocivas. La parte superior de una porción de concreto se vuelve demasiado húmeda, lo que conlleva a estructuras porosas, débiles y poco durables. Pero si la evaporación de agua en la superficie del concreto es más rápida que la velocidad de la exudación, se producen grietas plásticas de contracción. El agua puede quedar atrapada debajo de las partículas gruesas de agregado o del acero de refuerzo, generando zonas de baja adherencia o espacios vacíos al evaporarse posteriormente por tanto una eventual disminución en la resistencia. Adicionalmente, el agua deja tras de sí conductos capilares que incrementan la permeabilidad de la masa de concreto. Este proceso debe ser especialmente considerado en las obras hidráulicas y en las fundadas en terrenos húmedos. La exudación va acompañada por una sedimentación de los materiales sólidos, los que tienden a descender. Este descenso puede significar concentraciones de tensiones internas en los puntos donde la estructura presenta singularidades de forma, por ejemplo, variaciones de espesor o de nivel, debido al desigual descenso que se produce a ambos lados de la singularidad. Este efecto debe ser especialmente considerado en las obras de edificación, en los puntos de unión de los pilares y muros de concreto con las cadenas, losas y vigas, en donde el mayor descenso que experimentan los primeros puede inducir grietas en las zonas de encuentro con los segundos. Dado que la exudación produce efectos desfavorables, debe ser combatida, para lo cual puede recurrirse a las siguientes medidas paliativas: Se ve influenciada igualmente por: - Las proporciones de la mezcla. - Las características de los materiales - El contenido de aire - Los aditivos - La angularidad y Gradación

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Este tipo de fenómeno es normalmente indeseado, afecta principalmente a los instrumentos como tuberías y demás en el momento de realizar un bombeo de mezcla. Si la velocidad del secado es mayor que la de exudación entonces puede ocurrir un agrietamiento o la aparición de fisuras. El agua de amasado del concreto tiende a evaporarse si éste no se mantiene en un ambiente saturado de humedad, con lo cual se produce un proceso de secado progresivo desde la superficie externa hacia el interior. Este desecamiento progresivo acarrea la formación de zonas de contacto entre fases líquidas (agua) y gaseosas (aire) en los conductos y poros que siempre tiene en su interior el concreto. Cuando éstos presentan dimensiones capilares, el proceso de tensión superficial interna alcanza una magnitud importante, la que al transmitirse al concreto se traduce en una contracción de las zonas de concreto sometidas a este proceso de secamiento. Este efecto afectará principalmente a la superficie del concreto, dado que ella es la que se seca primero, mientras que el resto de la masa permanece invariable. Ello induce contracciones diferenciales y, como consecuencia, tensiones de tracción, originadas en el confinamiento que producen las capas con mayor contenido de humedad sobre las en proceso de secado. Si este proceso de secado es muy rápido, como sucede cuando el concreto está sometido a alta temperatura ambiente o a corrientes de viento, ello puede traducirse en grietas del concreto aún plástico, las que por su origen se presentarán como de gran abertura con relación a su profundidad. Este fenómeno debe ser combatido, pues las fisuras y/o grietas afectan la durabilidad del concreto y, en obras de gran superficie y pequeño espesor relativo (pavimentos, losas) introduce una debilidad estructural al significar una disminución de su espesor. Ello puede lograrse manteniendo un ambiente húmedo en torno al concreto fresco que impida el inicio del secamiento superficial, que se produce si se hormigona en períodos de alta temperatura o fuerte viento, utilizando pulverizadores que esparzan una neblina húmeda en el sitio hasta que sea posible iniciar el proceso de curado. Para reducir la exudación se pueden tomar la siguientes precauciones: Utilizar arenas finas entendiéndose como tales los que tienen un tamaño inferior a 150 micrones, mejorar la gradación, aumentar la cantidad de cemento o puzolanas, disminuir el tamaño del cemento o con mayor contenido de álcalis C3A y usar aditivos o incluseros de aire. Recurrir al empleo de aire incorporado en el concreto, utilizando aditivos apropiados para este objeto.

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Aumentar el tiempo de amasado del concreto, con el objeto de facilitar el adecuado humedecimiento de los materiales sólidos por el agua y con ello su retención por parte de éstos. Efectuar el “hormigonado” de las partes que presenten variaciones de espesor en distintas etapas constructivas, o, al menos, dejar transcurrir un tiempo de espera para permitir el asentamiento de la zona de mayor espesor. Este tiempo de espera debe ser el máximo posible, pero evitando el endurecimiento del concreto. Existen disten dos tipos de ensayos para determinar la exudación:

1. Por compactación: se somete la mezcla a compactación y se evalúa la cantidad o volumen de agua que aparece por unidad de área.

2. Por Vibración: Se somete la mezcla a vibración y luego a vibraciones periódicas que

permiten evidenciar la exudación y medirlo en las mismas unidades de volumen por unidad de área.

Este fenómeno se puede controlar con la utilización de un cemento con mayor finura de molido o con uno que contigo un alto contenido de álcalis o de C3A. También se puede disminuir con el incremento de partículas finas de agregado, en especial aquella cuyo diámetro sea menor de 74μ (tamiz Nº 100), o con la utilización mezclas de inclusores de aire, puzolanas y polvo de aluminio. CONSOLIDACIÓN: La vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades móviles de un fluido denso. La acción vibratoria permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado en el concreto, habrá que llenar pasta un menor volumen y existirá una menor área superficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. De hecho, tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. Solo al emplear mezclas mas duras y ásperas se adquieren todos los beneficios de l vibrado. El vibrado mecánico tiene muchas ventajas. Los vibradores de alta frecuencia posibilitan la colocación económica de mezclas que no son facilites de consolidar a mano bajo ciertas condiciones. MEZCLADO: Los 5 componentes básicos del concreto deben estar bien mezclados para asegurarse que estén combinados en una mezcla homogénea se requiere de esfuerzo y cuidado. La secuencia de carga de los ingredientes en la mezcladora representa un papel importante en la uniformidad del producto terminado. Sin embargo, se puede variar esa secuencia y aun así producir concreto de

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calidad. Las diferentes secuencias requieren ajustes en el tiempo de adicionamiento de agua, en el numero total de revoluciones del tambor de la mezcladora, y en la velocidad de revolución. Otros factores importantes en el mezclado son el tamaño de la revoltura en la relación al tamaño del tambor de la mezcladora, el tiempo transcurrido entre la dosificación y el mezclado, el diseño, la configuración y el estado del tambor mezclador y las paletas. Las mezcladoras aprobadas, con operación y mantenimiento correcto, aseguran un intercambio de materiales de extremo a extremo por medio de una acción de rolado, plegado y amasado de la revoltura sobre si misma a medida que se mezcla el concreto. MASA UNITARIA: Este es una valor que depende del tamaño de la mezcla, la granulometría, la densidad de los agregados, el aire atrapado y el aire incluido, el agua y el cemento. ENSAYO PARA DETERMINAR LA MASA UNITARIA Este valor de masa unitaria se refiere a la cantidad de masa que se necesita para ocupar un cierto volumen determinado. El experimento consiste en llenar el molde en tres capas, se nivela la parte superior con una lámina metálica o con una de vidrio, no se puede con el palustre porque esto generaría una presión sobre la masa a analizar y aumentaría el valor real de masa unitaria. Su definición matemática es la siguiente: Masa unitaria real = masa neta del concreto / Volumen del recipiente. También se pueden evaluar otros factores: Rendimiento o volumen producido( Y ): Y = W1 (la suma de las masas de c/u de los componentes) / W ( masa unitaria real.) Rendimiento relativo Ry [Y ( volumen producido) / Yd (Volumen de diseño)] Lo ideal es que este numero se aproxime a 1 Contenido real de la mezcla: N = [Nt ( masa del cemento) / Y] CONTENIDO DE AIRE: El aire se encuentra incorporado en los poros y burbujas disueltas en la mezcla. El condiciones normales el concreto presenta un 1% a un 2% de aire y con la ayuda de los inclusores de aire se puede lograr un porcentaje de 4% - 8%. Los factores que intervienen en esta reacción son: Material pasa Tamiz 75 micro. m y la presencia en la mezcla de la materia orgánica.

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AIRE ATRAPADO: Es el tipo de aire que queda dentro la mezcla de manera natural por el proceso de mezclado o una mala compactación esto disminuye su resistencia y favorece el mal aspecto. AIRE INCORPORADO: Son microburbujas introducidas intencionalmente por medio de inclusores de aire como aditivos que permiten una mejor manejabilidad, un menor riesgo de exudación y mayor durabilidad cuando el concreto esta endurecido. Existen tres tipos de ensayos para determinar el contenido de aire en la mezcla: EL METODO DE PRESION: Se basa en la ley de Boyle y en su relación de la presión con la variación del volumen. Se aplica presión al concreto y se analiza la variación del volumen respecto a la presión aplicada. No es recomendable para concretos muy densos o materiales muy porosos. Se debe calibrar el aparato para realizar mediciones en las distintas alturas sobre el nivel del mar para poder tener lecturas verdaderas. METODO VOLUMÉTRICO: Se introduce la mezcla de cemento en un exceso de agua y se evalúa la cantidad de agua recibida por la mezcla, esta cantidad de agua es la que ocupo el espacio en que se encontraba el aire. METODO GRAVIMETRICO: Utiliza el mismo concepto del rendimiento del volumen de la mezcla y su resultado me indica el porcentaje de aire incluido en la mezcla. Su descripción matemática es: A = (masa teórica calculada - masa real unitaria) /masa teórica Se debe tener valores muy exactos de la mas teórica otra manera de medir la cantidad de aire es teniendo en cuenta la variación de su densidad en mezclas preparadas con los mismos materiales TIPOS DE ENSAYOS Los ensayos aplicados directamente al concreto fresco ayudan a estimar la futura resistencia y durabilidad del concreto ya endurecido CONTENIDO DE CEMENTO Se basa en la correlación entre el ion calcio y la presencia del cemento, se separa el mortero del concreto por medio de un tamizado y se disuelve en este ácido nítrico. Se presentas dos tipos para analizar esta muestra una es por medio de trituración manual que implican reacciones químicas y estequiometría y la otra se realiza por una determinación instrumental fluorometrica. Este tipo de análisis se puede ver afectado por agregado calcáreo que puede distorsionar el resultado del ensayo. CONTENIDO DE AGUA Se mide la concentración del ion cloruro que resulta o queda libre al mezclar el concreto con una solución de cloruro conocida. Existen dos métodos para determinar esta concentración una es por

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medio de una solución de nitrato de plata y la otra es por la ayuda de un ácido patrón de PH bajo y concentración conocida. ENSAYOS DE REDUCCION DE AGUA Este es un experimento comparativo que se realiza preparando inicialmente una mezcla testigo y se busca llegar a cierto punto de trabajabilidad T agregándole una cantidad de agua A1, se debe tener en cuenta la correcciones por humedad de los componentes. Con un nueva mezcla se busca llegar al mismo punto de trabajabilidad T pero reduciendo la cantidad de agua agregada A2 a la mezcla gracias a la acción de aditivos. Se debe tener una aproximación máxima de 10gr en los valores de agua agregados, se presenta en forma de porcentaje de reducción de agua utilizada así: %de reducción = (A1-A2)/A1*100 este proceso sirve para evaluar distintos tipos y dosis de aditivos y otros tipos de parámetros como cantidad de agua tipo de fraguado y resistencia.

AAGGUUAA:: TTÉÉRRMMIINNOOSS RREELLAATTIIVVOOSS AALL AAGGUUAA ACIDEZ Capacidad de los medios acuosos de reaccionar con los iones OH ALCALINIDAD: Capacidad de los medios acuosos de reaccionar con los iones H ANÁLISIS DE CONTROL: Determinación de los parámetros específicos usados como criterio para las operaciones propias de un sistema. CLORO RESIDUAL: Cantidad disponible de Cl. Presente en agua a cualquier tiempo específico. DUREZA: Concentración de cationes polivalentes de agua generalmente calcio y magnesio. PARTES POR MILLON ppm: Unidad química equivalente a la cantidad en masa de soluto que hay en un millón de unidades de masa de solución. PARTICULAS EN SUSPENSIÓN: Materia no líquida dispersa heterogéneamente del agua. PH: Logaritmo negativo de la actividad del ión hidrógeno en soluciones acuosas. PRODUCTO DE CORROSION: Resultante de la reacción química y electroquímica entre un metal y el medio ambiente. SEDIMENTO: Deposito de agua formado por sedimentación SOLIDOS DISUELTOS: Materia dispersa en agua formando una sola fase homogénea. TURBIDEZ: Reducción de transparencia de una muestra debida a la presencia de material particulado. AGUA DE CURADO: Que no manche las superficies del concreto Que no ataquen ni deterioren el concreto.

Agua para el consumo substancias que pueden interferir con el fraguado del cemento, o pueden promover la corrosión del refuerzo o manchar el concreto, tales como sulfato de aluminio, cloro, sabores artificiales, fluor, azucares, etc..

COMPOSICIÓN TIPICA DEL AGUA DE MAR: Cloruro de Sodio NaCl 27000 Cloruro de Magnesio MgCl2 3200 Sulfato de Magnesio MgSO4 2200 Sulfato de Calcio CaSO4 1100 Cloruro de Calcio CaCl2 500

Total Sales Disueltas 34000

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EELL CCUURRAADDOO DDEELL CCOONNCCRREETTOO Proceso esencial que busca mantener en el concreto temperatura y contenido de humedad adecuados - por medio de agua -, tiempo procedente después del vaciado, para que se desarrollen las propiedades del propósito del concreto: resistencia, durabilidad y acabado. Si las condiciones ambientales son favorables para el curado, no se requiere tomar acciones en este sentido; por el contrario, se deberá controlar la temperatura para evitar el congelamiento del concreto hasta que haya alcanzado por lo menos una resistencia a la compresión de 3.4 MPa2. Después de esto el concreto debe permanecer a una temperatura suficiente para que alcance la resistencia que se requiere a la edad especificada. Contenido de Humedad Satisfactoria. La cantidad de agua de mezclado generalmente es mayor que la que se debe retener para el proceso de curado (agua de curado), pero la perdida excesiva de agua por evaporación puede reducir la cantidad retenida de ésta, hasta niveles menores que los necesarios para que se desarrollen las propiedades deseadas del concreto. Estos efectos negativos se previenen aplicando agua o evitando la evaporación excesiva. La combinación de la temperatura del aire, la temperatura del concreto, la humedad relativa y la velocidad del viento, creando evaporación excesiva del agua de mezclado, producen grietas de retracción en el concreto plástico. Un diagrama de los 4 factores mencionados proporciona un método gráfico para estimar la perdida de Humedad Superficial para varias condiciones climáticas.

Si la rata de evaporación es mayor que hm

kg×21 , se deben tomar las medidas pertinentes para

prevenir la pérdida excesiva de humedad de la superficie de concreto endurecido; cuando dicha rata

2 Powers, T.C., Prevention of Frost Damage to Green Concrete , Reunion Internationale des Laboratoires d’Essais et de Recherches sur les Materiaux et les Constructions, RILEM Bulletin 14, 120-124 (Mars, 1962), (PCA Res. Bull. Nº 148)

sobrepasa hm

kg×25.0 pueden requerirse dichas medidas. Esta perdida excesiva de humedad

produce el agrietamiento de retracción en el concreto plástico. Temperatura favorable. La rata de hidratación del cemento varía con la temperatura, siendo lenta a temperaturas bajas de hasta –10 ºC y rápida a temperaturas altas de hasta casi 100 ºC. Temperaturas menores a 10 ºC no favorece el desarrollo de resistencias, en el concreto, a edades tempranas. Inferiores a 5 ºC el desarrollo de resistencias a edades tempranas se retarda y a 0 ºC se desarrolla poca resitencia. Existe alguna evidencia de que el curado por períodos cortos y a altas temperaturas no es tan benéfico como el curado prolongado a temperaturas más bajas, para obtener una resistencia final dada: La resistencia a un día evoluciona de manera directa con la temperatura de curado, pero la resistencia a los 28 días lo hace de manera inversa3.

3 Verbeck and Helmuth, Proceedings, Structures and Physical Properties of Cement Pastes , Fifth International Symposium on the Chemestry of Cement, 1968, Vol. III, p.9

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El curado en autoclave, a temperaturas por encima de los 163 ºC, acelera el proceso de hidratación y puede producir en pocas horas resistencias iguales a las obtenidas a 28 días con un curado a 21 ºC. Sin embargo el curado en autoclave es un caso especial, debido a que tales presiones y temperaturas elevadas producen reacciones químicas que generan compuestos que no se forman a temperaturas más bajas (High-Pressure Steam Curing: Modern Practice, and Properties of Autoclaved Products ACI 517.2R-80). Los métodos de curado acelarado para cilindros que van a ser fallados a compresión se presentan en la norma ASTM C 684 (Making, Accelerated Curing, and Testing of Concrete Compresión Test Specimens). La temperatura del concreto a edades tempranas se ve afectada por varios factores como: la temperatura ambiente, la absorción del calor del sol, el calor liberado por la hidratación del cemento y la temperatura inicial de los materiales. La evaporación del agua de mezclado o de curado de la superficie del concreto, puede producir un efecto de enfriamiento significativo que es un benéfico mientras la evaporación no sea tan alta que reduzca la resistencia final o produzca agrietamiento por retracción plástica o por enfriamiento excesivo de la superficie. Es preferible evitar temperaturas de curado mucho mayores que la promedio que se espera para el concreto durante su vida util; además, es aconsejable mantener una temperatura razonablemente uniforme en toda la masa del concreto, con el fin de evitar agrietamiento. Para lograr este objetivo se debe entre otros tomar las siguientes medidas (Comité ACI 207): Tener un bajo contenido de cemento Emplear puzolanas u otras adiciones Enfriar los materiales del concreto Emplear cemento de bajo calor de hidratación METODOS Y MATERIALES DE CURADO Los dos sistemas para mantener un contenido de humedad satisfactorio son:

(1). La aplicación continua o frecuente de agua por medio de inundación, rociado, vapor o cubiertas de materiales saturados como tejidos de fique o algodón, tierra, arena, aserrín, paja o heno.

(2). La prevención de perdida excesiva de agua del concreto utilizando materiales cono hojas de papel reforzado o de plástico, por la aplicación de compuestos químicos para curado, que forman una membrana al ser aplicados sobre el concreto fresco.

CURADO CON AGUA Se debe considerar la economía de este método para cada aplicación en particular, debido a que la disponibilidad del agua, mano de obra, material de curado y otros factores influirán en el costo. Se debe proporcionar una cubierta de agua, continua y completa, que se encuentre libre de concentraciones dañinas de materiales nocivos. Donde la apariencia sea un factor importante, el agua debe estar libre de concentraciones dañinas de sustancias que pueden atacar, manchar o decolorar el concreto. Asi mismo se debe evitar choques o gradientes térmicos excesivos.

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METODOS PARA EL CURADO CON AGUA Mientras la superficie del concreto se encuentre a una temperatura menor que la del aire dentro del recinto de curado, el vapor a presión atmosférica creará una película de humedad que siempre estará sobre la superficie.

(1). Inmersión o inundación: Rara vez utilizado, pero se emplea en placas para alcantarillas o tableros de puentes, pavimentos, techos planos o donde se quiera que se pueda formar un estanque. Se deben evitar los daños ocasionados por el vaciado prematuro o repentino del agua. La temperatura del agua de curado no puede ser inferior a 11 ºC de la temperatura del concreto, porque esfuerzos térmicos que se introducirían con su aplicación podrían ocasionar fisuras.

(2). Atomizado o rociado: Son efectivos cuando el gasto de agua no es algo que haya que tener en cuenta. Es rentable al reciclarla por bombeo. El rociado intermitente no es aceptable si se presenta secamiento de la superficie del concreto. Mangueras agujereadas son útiles especialmente en superficies verticales.

(3). Tejido de fique o algodón: Tanto éstos como otros materiales absorbentes mantendrán agua en las superficies bien horizontales o bien verticales. Deben por ello estar libres de sustancias perjudiciales como azúcar o fertilizantes. Mientras más pesado sea el tejido, mayor cantidad de agua podrá retener y habrá que humedecerlo con menor frecuencia. Los tejidos de algodón retienen el agua más tiempo que los de fique (menor peso), con menor riesgo de secado del concreto; para colocarlos sobre una superficie fresca, se debe esperar hasta que el concreto haya endurecido un poco más que cuando se utiliza el fique.

(4). Curado con tierra mojada: se ha obtenido buenos resultados en trabajos relativamente pequeños de placas o pisos. La tierra no debe tener partículas mayores de 25 mm ni cantidades dañinas de materia orgánica u otras sustancias que puedan dañar el concreto.

(5). Arena y Aserrín: éstos, húmedos y limpios se utilizan de la misma manera que la tierra. El aserrín de maderas que contengan mucho ácido tánico no debe ser utilizado para el curado.

(6). Paja o Heno: éstos, húmedos, deben protegerse de que el viento las remueva, de que se sequen y sean vulnerables al peligro del fuego; además pueden causar decoloración de la superficie del concreto. La capa debe tener mínimo 150 mm de espesor.

(7). Acabado: A los materiales saturados no se les debe permitir que se sequen y que absorban agua del concreto.

MATERIALES SELLANTES Son láminas o membranas colocadas sobre el concreto para reducir la pérdida de agua por evaporación. Por ejemplo, las formaletas dejadas en su lugar sirven para impedir la pérdida de humedad de las superficies en contacto con ellas.

(1). Película plástica: ésta, tiene poco peso y está disponible en láminas transparentes, blancas o negras, que da un acabado de apariencia moteada, el cual puede ser evitado,

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regando agua ocasionalmente entre el concreto y el plástico; debe cumplir con las especificaciones de la norma ASTM C 171, que especifica un espesor de 0.10 mm. Dicha especificación no menciona plásticos negros pero su comportamiento es satisfactorio en algunos casos. El blanco es más costoso, pero refleja en mayor cantidad los rayos solares mientras que la película transparente tiene poco efecto en la absorción de calor. El negro se debe evitar en tiempo cálido excepto en interiores, pero tiene algunas ventajas en tiempo frío por su absorción de calor.

Se debe tener cuidado de no romper ni interrumpir de ninguna otra manera la continuidad de la película. Las películas plásticas reforzadas con fibra de vidrio son más durables y más resistentes que las no reforzadas. La anterior combinación ayuda a retener y distribuir la humedad liberada por el concreto y condensada en la cubierta para el curado.

La película plástica se debe colocar sobre la superficie humeda del concreto, tan pronto como sea posible, sin deteriorarlo, y debe cubrir todas las caras expuestas. Es necesario fijarla adecuadamente para que permanezca en contacto con el concreto durante el tiempo de curado especificado. En las superficies planas, tales como pavimentos, la película debe sobresalir de los bordes de la placa al menos dos veces el espesor de ella. La película se debe colocar completamente extendida sobre la superficie del concreto, sin arrugas, para minimizar la decoloración moteada.

Los bordes y las juntas entre láminas deben pisarse con arena, tierra o con tablas, con el fin de retener la humedad en el concreto y evitar que el viento desplace la cubierta.

(2). Papel Reforzado: También debe cumplir con la norma ASTM C 171. Está compuesto de dos láminas de papel “Kraft” unidas con un adhesivo bituminoso y, además, está reforzado con fibra. Estas laminas reforzadas tienen una superficie blanca para mejorar la reflexión y reducir la absorción de calor.

La aplicación sigue las mismas condiciones que para la película plástica. La eficiencia depende del grado en que sellen el agua del concreto y se encuentren en

contacto con éste. Cualquier tipo de escape reduce la eficiencia del curado. (3). Compuestos de curado líquidos que forman membrana: Se rigen por la norma ASTM C

309, al ensayarlos con la dosificación que tendrá para un trabajo específico. Estos compuestos son esencialmente ceras, resinas naturales o sintéticas y solventes altamente volátiles a temperatura ambiente; por lo anterior se debe tener en cuenta una adecuada ventilación y otras medidas de seguridad. La composición química de los compuestos debe ser tal que se forme una película que retenga la humedad al poco tiempo de ser aplicado y que no afecte la pasta de cemento Pórtland. Los compuestos de curado no deben ser utilizados sobre aquellas superficies que recibirán un concreto adicional, pintura o enchape que requiera de algún tipo de adherencia, a menos que se haya demostrado que la membrana puede ser removida a satisfacción antes de aplicar algún recubrimiento, o que la membrana pueda servir de base para la aplicación posterior de un producto.

Cuando se remuevan las formaletas, el concreto expuesto debe ser humedecido inmediatamente y debe permanecer húmedo hasta que se aplique el compuesto de curado. Antes de ello, la superficie debe lograr una humedad uniforme, sin agua libre sobre la misma, y el compuesto se debe aplicar inmediatamente.

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La eficiencia depende de si su aplicación fue uniforme o fue hecha a una rata inadecuada. Adicionalmente, si la aplicación se demora demasiado, puede haber una pérdida importante de agua antes de que se selle la superficie.

(4). Protección y Curado en clima frío (ACI 306): El concreto debe ser protegido hasta que desarrolle una resistencia a compresión de 3.4 MPa.

(5). Curado en clima cálido (ACI 305): El curado con agua debe ser continuo para evitar cambios de volumen debido a humedecimiento y secado alternados. En este estado, siempre y cuando se mantegan unas condiciones de humedad favorables, el concreto obtiene un grado mayor de madurez en un tiempo muy corto.

(6). Curado con vapor a alta presión (ACI 506): Este procedimiento se utiliza en la producción de algunas unidades para mampostería de concreto, en tuberías de asbesto-cemento y en concreto liviano celular. Los productos fabricados con mezclas apropiadas y curados en el autoclave se caracterizan por un encogimiento reducido y una mayor resistencia a los sulfatos.

(7). Curado con vapor a baja presión (o a presión atmosférica: ACI 517): Se emplea comúnmente, en la fabricación de productos de concreto, para acelerar el desarrollo de la resistencia inicial.

(8). Evolución de los procedimientos de curado (ASTM C 156): Se puede utilizar también para comparar la eficiencia, en retención de agua, de los diferentes materiales de curado4.

Generalmente se considera para mantener un contenido de humedad satisfactorio, la aplicación directa de agua, ya sea por rociado, inmersión o mediante la utilización de cubiertas húmedas. Dichos procedimientos son satisfactorios solamente en la medida en que la presencia de agua sea continua y no exista oportunidad de que el concreto se seque hasta el punto que se impida el desarrollo de las propiedades deseadas. El humedecimiento intermitente, especialmente desde los dos o tres primeros días de curado satisfactorio, permite una ganancia ocasional en la resistencia aunque no tan rápida como si el curado fuera continuo. Propicia la aparición de fisuras en la superficie y reduce la durabilidad del concreto. No siempre es posible determinar la eficiencia del curado, debido a que las condiciones atmosféricas juegan un rol importante.

(9). Criterios:

9.1 Generales: Cuando la humedad y temperatura permitieron desarrollar en el concretos los niveles deseados en sus propiedades e impidieron que se desarrollaran las grietas, los descascaramientos y las fisuras que pueden resultar.

4 Ver también Carrier, R.E., “Curing Materials”, Capítulo 44 de “Significance of Tests and Properties of Concrete and Concrete-Making Materials”, ASTM STP 169B, 1978, pp. 774-786 con nueve referencias.

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9.2 Fundamentos en la resistencia: Al elegir el método y la cantidad de curado se consideran los factores económicos y de eficiencia. La resistencia es la medida más frecuente de calidad relativa del concreto.

Generalmente se juzga la resistencia del concreto ensayando cilindros o vigas vaciadas en el campo y curadas bajo condiciones controladas, frecuentemente en el laboratorio. Para establecer le momento en el cual se puede retirar la formaleta, se pueden utilizar especimenes hechos en el campo y curados del modo más parecido posible y a una temperatura promedio similar a la del concreto que representan. Estos especimenes reflejarán la influencia de las condiciones ambientales en las propiedades del concreto. El procedimiento para la toma de muestras, se rige por lo menos de 6 especimenes de los primeros 75 m³ y no menos de 3 especímenes por cada dos horas de tiempo de colocación o por cada 75 m³ subsecuentes, según el caso que dé mayor cantidad de muestras. Estos especimenes se deben tomar de acuerdo con la norma ASTM C 31 y deben recibir la misma protección del medio ambiente y ser almacenados con las mismas condiciones de humedad y temperatura en todas sus superficies que la parte de la estructura que representan.

Después de sacar los cilindros del lugar de almacenamiento, estos deben ser enfrentados y ensayados de acuerdo con los capítulos aplicables de la norma NTC 220. También es posible realizar ensayos de resistencia en núcleos aserrados o en vigas preparadas con concreto endurecido, (ASTM C 42). Se puede realizar ensayos semidestructivos y no destructivos para verificar el desarrollo de las propiedades deseadas. Métodos disponibles:

• Velocidad de pulso (ASTM C 597) • Número de rebote (ASTM C 805) • Resistencia a la penetración (ASTM C 803) • Ensayo Pull-Out (ASTM C 900)

9.3 Fundamentos en el factor de madurez5: Debido a que la ganancia de resistencia en el concreto es función del tiempo y la temperatura, cuando se evita su secamiento prematuro se puede efectuar un estimativo del desarrollo de su resistencia relacionando el tiempo y los incrementos de temperatura del concreto colocado, con la resistencia de los cilindros fabricados con la misma mezcla y curados en condiciones de laboratorio. Esta relación se expresa por medio del factor de madurez, M, así:

M = Σ(C+10)∆t Donde C es la temperatura en grados centígrados y ∆t es la duración del tiempo de curado a una temperatura C en horas o días.

5 Comité ACI 306, Sección 7.3, Journal of the American Concrete Institute Proceedings Volume 75, May 1978, p.178

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La ecuación se basa en el hecho que la hidratación del cemento y su resistencia no se incrementan a temperaturas menores que –10ºC. En el concepto de madurez se utiliza el método de superposición según el cual la resistencia es igual a la suma de los aportes en cada uno de los intervalos de curado. Cuando la temperatura es constante, como en los métodos de curado en laboratorio, el signo de sumatoria no es necesario. En la práctica se define la curva resistencia-tiempo, utilizando los resultados de resistencia a la compresión de una serie de ensayos realizados en cilindros, curados en laboratorio, a una temperatura normalizada (23 +/- 1.7 ºC). Ésta, la curva resistencia-tiempo, más un registro tiempo-temperatura del concreto colocado, es necesaria para determinar la resistencia del concreto en sitio. Estos datos se pueden obtener utilizando termistores o termopares incorporados en el concreto a diferentes profundidades. El que arroje los menores valores debe ser la fuente de las temperaturas utilizadas en el cálculo. Otras propiedades del concreto, como la permeabilidad, la resistencia a la abrasión, la resistencia al congelamiento-descongelamiento y la resistencia al ataque por sulfatos también mejoran con el curado. En consecuencia, curar más allá de lo necesario para desarrollar una resistencia dada en comúnmente deseable. Puede ocurrir que varíe el periodo de curado recomendado para diversos tipos de concreto.

(10). Requisitos mínimos para el curado: El curado natural debido a factores tales como lluvia, niebla humedad alta, temperatura baja, etc. Puede ser suficiente cuando su efecto sea equivalente al de tener el concreto húmedo por 14 días si fue elaborado con cemento tipo II, 7 días si fue elaborado con cemento tipo I, o tres días si fue con cemento tipo III, y si la temperatura ambiente es mayor de 10 ºC; y a menos que se indique lo contrario en las especificaciones del proyecto.

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CCAARRAACCTTEERRÍÍSSTTIICCAASS DDEE LLOOSS MMAATTEERRIIAALLEESS Las tres cuartas partes del volumen del concreto son ocupados por los agregados CONCRETO: - Resistencia nominal del concreto a la compresión (f’c): Define la calidad del material y

corresponde a la resistencia a la compresión en Mpa (1Mpa = 10 Kgs/cm2 que se utiliza en el diseño de los elementos estructurales. La resistencia real a la compresión se determina como el promedio de la resistencia comprobada a los 28 días de dos probetas cilíndricas convenientemente curadas de 0,15 mts. de diámetro por 0,30 mts. de altura. Los ensayos deben hacerse de acuerdo con la norma NTC correspondiente.

La parte inicial de las curvas se aproximan a unas rectas en las que se concluyen que la proporcionalidad entre las deformaciones y los esfuerzos que las producen. Esta primera parte se denomina porción elástica de la curva.

- Resistencia a la tracción: su valor es poco determinado y depende del tipo de ensayo con el cual se trabaja y del tipo de agregado. Es de especial importancia en la resistencia del concreto al esfuerzo cortante y a la torsión.

- Coeficiente de dilatación térmica: su valor es parecido al del acero de refuerzo y se puede tomar

aproximadamente como: α = 1 X 10-5 por un grado centígrado. Por tanto, para el cálculo de las deformaciones por cambios de temperatura cambio

- Fluencia: La magnitud de la fluencia depende de la magnitud del esfuerzo, de la edad y resistencia del concreto cuando la carga es aplicada y del tiempo durante el cual el concreto esta cargado. Desde luego, también es afectada por otros factores relacionados con la calidad del concreto y las condiciones de exposición, tales como el tipo, cantidad y tamaño máximo del agregado; tipo de cemento y calidad de pasta; tamaño y forma del elemento estructural; cantidad de acero de refuerzo; y condiciones de curado. Dentro de rangos de resistencia normales, las deformaciones por fluencia para un concreto determinado son prácticamente proporcionales a la magnitud del esfuerzo aplicado; a un esfuerzo dado, los concretos de alta resistencia muestran menos fluencia que los concretos de resistencia interior, se puede apreciar que al pasar el tiempo la fluencia continúa produciéndose a ritmo decreciente, cesando después de 2 a 5 años, en cuyo momento ha alcanzado un valor final que, dependiendo de la resistencia del concreto y otros factores, es de 1.5 a 3 veces el de la deformación unitaria elástica instantánea inicial. De todas formas, la determinación de la fluencia del concreto se debe ejecutar de acuerdo con la norma ASTM C.5 12 en la cual se describen los procedimientos adecuados.

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FFIISSUURRAASS Durante el proceso de fraguado e inclusive posteriormente, las grietas capilares o cuarteadoras que algunas veces aparecen sobre la superficie del concreto en distribución hexagonal, se deben principalmente a procedimientos incorrectos de consolidación acabado y curado. Las causas más comunes de este tipo de grietas, son la sobre vibración (segregación del concreto durante la compactación o el excesivo aplanado con llana durante el acabado, que provocan el avance hacia la superficie del agua, el cemento y la fracción más fina del agregado: este material húmedo y cohesivo tiene una contracción por secado mucho más alta y una resistencia más baja que el mortero y el concreto subyacente, o cual hace que al desecarse, la superficie este sujeta a una fuerza de tensión que es superior a su resistencia a la tracción generando las cuarteadoras. Otra práctica muy común que también causa este tipo de grietas es el riego de cemento que se hace sobre la superficie del concreto para secarlo antes del acabado, lo cual genera una inusitada riqueza de la pasta superficial e induce el cuarteamiento al secarse. Las fisuras aparecen en el concreto como consecuencia de tensiones superiores a la capacidad resistente, debidas a retracciones del concreto o por cargas. La aparición de una fisura visible no significa necesariamente que algo ande mal, sin embargo, es importante conocer la causa que la produce para de esta forma poderla reparar. DIFERENTE TIPO DE FISURAS EN EL CONCRETO El diseño del concreto estructural parte de la consideración cierta de la baja capacidad para soportar esfuerzos de tensión, por lo que se considera totalmente fisurada la zona bajo esa clase de esfuerzos. Sinembargo, a pesar de ser consubstancial con el diseño tal suposición, el diseñador, constructor o interventor de una estructura de concreto no deben dejar pasar desapercibida la presencia de cualquier tipo de fisura. La diversidad de patologías de las fisuras obliga a conocer con detenimiento la causa de la aparición de cada una de ellas para acertar en su diagnóstico. El concreto puede presentar fisuras en cualquiera de las siguientes tres fases A.- En su fase plástica cuando todavía no se ha endurecido (solo se ha colocado.) a.1 Fisuras de contracción plástica a.2 Fisuras de asentamiento plástico a.3 Asentamiento diferencial por movimiento de la formaleta. B.- En su fase de endurecimiento mientras aún está nuevo (entre tres y cuatro semanas.) b.1 Restricción a movimientos térmicos prematuros b.2 Restricción a contracción por secado prematuros

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b.3 Asentamiento diferenciales de los soportes. C.- En su fase de endurecido y puesta en servicio (después de sus primeros 28 días) c.1 Sobrecarga c.2 Diseño precario c.3 Construcción inadecuada c.4 Despiece inadecuado c.5 Asentamiento diferencial de la cimentación c.6 Ataque de sulfatos en el cemento del concreto c.7 Oxidación del refuerzo debido a :

- Ataque de cloruros al refuerzo - Efecto de carbonatación en el concreto - Oxidación simple del refuerzo por exposición a la humedad

c.8 Reacción Alcali - Agregado c.9 Fabricación, manejo y colocación de elementos prefabricados. c.10 Resquebrajamiento c. 11 Intemperie c.12 Contracción de largo plazo. Para cada uno de las causas de daño que generan un patrón de fisuras del listado anteriormente reseñado, es posible la formulación de metodologías tanto de evaluación y diagnóstico como del efecto que pueda existir sobre el desempeño estructural. FISURAS POR RETRACCIÓN Retracción hidráulica antes del fraguado: Aparecen de manera aleatoria por la desecación superficial del concreto a consecuencia de la evaporación del agua y presentan las siguientes características:

1. Aparecen en las primeras horas (1 a 10 h), casi siempre en grupo.

2. Tienen una profundidad del orden de 10 a 40 mm, pudiendo alcanzar los 100 mm e incluso atravesar todo el espesor de losas delgadas.

3. Aparecen casi siempre en tiempo seco con sol directo y/o con viento, incluso débil; pero

pueden aparecer también en tiempo frío y húmedo. Retracción Hidráulica después del fraguado: Se originan por los cambios de volumen del concreto debidos a la evaporación del agua de los poros en ambientes secos. Aparecen donde la contracción está impedida con orientación perpendicular a la dirección en que el movimiento está restringido.

La retracción hidráulica antes y después del fraguado tiene mayor importancia en elementos tales como losas y muros por su gran superficie y pequeño espesor. Retracción y dilatación térmica: Aparecen en los elementos colocados en medios ambientes en los que disminuye o aumenta la temperatura y tienen limitados los movimientos de contracción. Su espesor no es uniforme y por lo general varía con los cambios de temperatura. FISURAS POR CARGAS Las fisuras producidas por cargas difieren de las de retracción porque tienen mayor profundidad y aparecen con forma típica, razón por la cual es necesario comprobar las dimensiones de la fisura para establecer sí son originadas por cargas y constituyen un problema estructural. La reparación de este tipo de fisuras involucra tratamientos con morteros especiales, productos asfálticos y resinas epóxicas, entre otros.

COMPRESIÓN En dirección paralela al esfuerzo

TRACCIÓN En dirección perpendicular al esfuerzo

FLEXIÓN

En zonas de momentos máximos, en vigas en la parte inferior del centro de la luz y la parte superior de los apoyos

CORTANTE En forma inclinada

TORSIÓN En el perímetro del elemento

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OTRAS FUENTES DE FISURACION SON: Asentamientos diferenciales de la estructura. Mala distribución de cables y esfuerzos. Oxidación de la armadura. Reacción álcali - agregado. Reflejo o inducción por elementos, tales como varillas de refuerzo y tuberías con poco recubrimiento dentro del concreto. Desplazamiento de Cimbras. Exceso de vibrado. Exceso de llana. Segregación por mala utilización del sistema de colocación. PREVENCIÓN DE LAS FISURAS Durante la colocación evite el tráfico y las operaciones sobre las superficies recién acabadas Una vez realizadas las operaciones de colocación y tan pronto desaparezca el agua de exudación, lo cual es fácilmente detéctable puesto que la superficie, cambia de brillante a mate, proporcione un adecuado curado bien sea mediante cubiertas protectoras o por tratamientos húmedos, tales como el riego directo y la arena constantemente humedecida. Prolongue el curado hasta que la resistencia sea el 70% de la resistencia de diseño, lo cual en concretos normales ocurre alrededor de los 7 días. Proteja la superficie del concreto de las elevadas temperaturas, los rayos de sol, el viento especialmente los cambios bruscos de temperatura. Verifique que las formaletas no se van a mover con la presión del concreto fresco. Asegure las camillas y ajuste los encofrados. No se debe alterar el concreto para facilitar las operaciones de acabado, ya que esto hace que el concreto sea más propenso a presentar fisuras debidas a retracción hidráulica. Humedezca el suelo o los encofrados que van a estar en contacto con el concreto para evitar que absorban el agua de mezcla. No se exceda en la vibración del concreto pues la pasta se concentra en la superficie aumentando la exudación y por tanto fomentando la retracción hidráulica que se traduce en fisuras superficiales. Tenga previstas las juntas constructivas, de dilatación o de contracción, garantizando que no queden en zonas sometidas a fuertes tracciones debido a que pueden originar fisuras.

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Verifique el recubrimiento de las varillas de refuerzo y de las instalaciones embebidas en el concreto para evitar la aparición de fisuras por reflejo. Evite esfuerzos sobre concretos que no han alcanzado suficiente resistencia, verificando la resistencia antes de desencofrar y/o cargar la estructura.

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IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN AA LLAA PPAATTOOLLOOGGÍÍAA DDEELL CCOONNCCRREETTOO

1. Corrosión física Producida por desgaste mecánico del material, en la que un agente externo gasta las capas superficiales del concreto.

2. Corrosión química Alteración de iones OH-, del PH, alcalinidad, debido al ataque de soluciones agresivas. Tipos de corrosión química

2.1. Corrosión externa Corrosión por lixiviación ( tipo 1 ): Corrosión producida por aguas poco

carbonatadas o de agua que contengan ácidos o ácido carbónico o por contacto o lavado con aguas excesivamente blandas.

Corrosión por cambio iónico ( tipo 2 ): El intercambio iónico de componentes del cemento y aguas agresivas forma combinaciones fácilmente solubles, causal de disolución posteriormente por una corriente de agua.

Corrosión por expansión o corrosión fisicoquímica ( tipo 3 ): También llamada corrosión fisicoquímica, la cual es función del aumento o disminución de la marea que satura los poros del concreto y luego los deseca parcialmente por evaporación. La continua repetición de este evento produce mayor concentración de sales perjudiciales.

2.2. Corrosión interna Posibles causas: Cuando un exceso de yeso en el cemento se pone en contacto con una solución de cal. Adición excesiva de cenizas volantes al cemento.

AGUAS AGRESIVAS Y DE MAR Las aguas de mar al presentar grandes concentraciones de iones sulfato, cloruro y sodio libres e iones sodio, potasio y magnesio que se presentan como sulfatos se catalogan como aguas agresivas para las estructuras de concreto. CONTENIDOS MEDIOS EN EL OCEANO ATLANTICO

Iones Sulfato (SO4-) ≈ 2800 mg/l Iones Cloruro (Cl-) ≈ 20000 mg/l Iones magnesio (Mg++) ≈ 1400 mg/l

TEORIA DE REGOURD

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El ataque al cemento por aguas de mar se da a través de la disolución de MgSO4 disuelto en agua. Los iones Mg++ forman hidróxido magnésico que es una gel que tapa los poros de los iones Ca al salir. Consecuencia de esto es la formación de yeso secundario. COMPONENTES DEL CEMENTO

Componente Nomenclatura Abreviación Silicato Tricálcico 3CaO SiO2 C3S Silicato Bicálcico 2CaO SiO2 C2S Aluminato Tricálcico 3CaO Al2O3 C3A Ferroaluminato Tetracálcico 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF

Sus constituyentes anhídridos en presencia del agua da lugar a la formación de silicatos, aluminatos, calcios hidratados y de la cal hidratada llamada Portlandita formando un gel microcristalino. El desarrollo y la multiplicación de estos microcristales aumentan las resistencias mecánicas. El cemento endurecido es una verdadera roca artificial que evoluciona en el tiempo y en función de condiciones exteriores. REACCION ALCALI-ARIDO La reacción Álcali-Agregado se produce entre los álcalis presentes en el concreto y ciertos componentes reactivos existentes en algunos tipos de agregados. En presencia de agua, esta reacción produce geles expansivos que fisuran el concreto. Los álcalis (iones Na+ y K+) son generalmente aportados por el cemento pórtland - aunque es posible que adicionalmente ingresen a través del resto de los materiales componentes o desde el exterior a través del agua o suelo de contacto - y pueden reaccionar con ciertos componentes potencialmente reactivos de algunos agregados (cuarzo tensionado, chert, calcedonia, ópalo, vidrio volcánico, arcillas, etc.). Desde hace algunas décadas, varios de los profesionales dedicados al estudio de la tecnología del concreto, se han preocupado y dedicado específicamente al estudio de la reacción álcali-agregado cuya manifestación más frecuente y conocida es la reacción álcali-sílice (en adelante RAS). Esta reacción, que en casos extremos puede ocasionar serios problemas estructurales y económicos, sólo puede generarse en estructuras construidas con concreto elaborado a partir de un conjunto de materiales componentes (cemento Pórtland, agua, agregados, adiciones minerales y aditivos) capaces de combinarse químicamente y formar un compuesto que incrementa su volumen con la humedad denominado "gel de RAS". Es por esto, que la RAS sólo preocupa en aquellas estructuras de concreto que durante al menos por un largo período de su vida en servicio estará en forma permanente o periódica en contacto con agua o suelos húmedos o atmósferas con alta humedad relativa. Cuando se dispone de antecedentes de obras con más de 10 a 15 años de servicio, que no poseen evidencias de expansiones y/u otros daños asociados con RAS construidas a partir de materiales

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componentes similares en condiciones de exposición similares o más exigentes que las que tendrá la nueva estructura a construir, no es necesario preocuparse por la posible futura RAS de la nueva estructura ya que el comportamiento de los materiales en condiciones reales resulta la mejor prueba de comportamiento, incluso superior a cualquier otro ensayo de laboratorio que intentemos realizar independientemente de la complejidad del mismo. Los efectos dañinos del uso del agregado alcali-reactivo se pueden evitar por medio del agregado inofensivo. Muchos agregados que tienen cierto grado de reactividad serán inofensivos cuando están utilizados con el cemento del bajo alcali (equivalente de NaO de 0,60% o menos, de 0.66% de KO). Si un agregado reactivo de la alcali-silicona se debe utilizar con el cemento que no es bajo alcali, el daños pueden ser evitados o ser reducidos al mínimo usando cantidades adecuadas de puzolana o de una escoria conveniente. Debido a la heterogeneidad de los agregados usados en hormigones y con el propósito de simplificar las variables, se trabajará con materiales constituidos exclusivamente por vulcanistas ácidas como agregados para concreto evaluando su comportamiento en la reacción álcali sílice. Se determinará el contenido de especies deletéreas, vidrio volcánico, la presencia de minerales arcillosos en especial montmorillonita y el diferente grado de alteración que presentan sus componentes mineralógicos. Se estudiarán rocas graníticas frescas, con diferentes tipos de alteración y con cantidades variables de cuarzo tendionado. Se proseguirá con los ensayos de corrosión sobre superficies pulidas a fin de evaluar el grado de ataque sufrido al ser sumergidas en soluciones de NaOH 1 N. Se trabajará estadísticamente a partir de imágenes digitalizadas. Para este fin se utilizarán rocas volcánicas básicas. Se continuará con el estudio del desarrollo de esttringita en hormigones deteriorados y su estabilidad. Se estudiaran hormigones endurecidos utilizando microscopio petrográfico, estereomicroscopio, SEM-EDAX y DRX a fin de identificar presencia de especies deletéreas, causas del deterioro, desarrollo de la RAS, etc. Los resultados se aplicarán en la evaluación del comportamiento de hormigones de obra, teniendo en cuenta las características petrográficas de los agregados finos y gruesos y relacionándola con la edad del emprendimiento. Además se compararán las conclusiones con hormigones de diferentes tipos de obras (carreteras, aeropuertos, puentes, etc). Se incorporarán nuevos materiales, fibras sintéticas, metálicas, materiales livianos, etc, con el propósito de relacionarlo con la potencial reactividad y como son afectados durante su desarrollo. Más allá de algunas sutiles diferencias, en el ámbito científico-técnico existe una razonable coincidencia en que para analizar la aptitud del agregado para ser utilizado en estructuras donde existe posibilidad de RAS se realice un análisis siguiendo los pasos del diagrama de flujo de la figura N° 2 [1]. Cuando no se dispone de antecedentes suficientes sobre el comportamiento ante RAS de los agregados a utilizar en una nueva obra, o se tenga dudas sobre su reactividad potencial con los álcalis, se recomienda realizar un estudio petrográfico de manera de identificar y cuantificar la presencia de aquellos minerales (en general, formas amorfas de sílice) que pueden reaccionar

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desfavorablemente con los álcalis. Si se detecta suficiente presencia de estos minerales el agregado se califica como "potencialmente reactivo" y se recomienda la realización del ensayo acelerado de la barra de mortero. Este ensayo puede realizarse individualmente con cada una de las fracciones de agregados que intervendrán en el concreto o puede combinarse los agregados en proporciones similares a que se utilizará en la fórmula obra. Si del estudio petrográfico resultara que el agregado no es potencialmente reactivo, no sería necesaria la ejecución del ensayo acelerado de la barra de mortero aunque este punto es discutido por algunos autores. Si luego de realizado el ensayo acelerado de la barra de mortero, resulta una expansión a 16 días inferior a 0,100 %, el agregado se considera "no potencialmente reactivo", si es mayor se recomienda evaluar los agregados mediante el método de ensayo de prismas de concreto (IRAM 1700) donde sólo se considerará potencialmente reactivo a los agregados o la mezcla de agregados en las proporciones de obra cuando la expansión a la edad de un año es igual o mayor que 0,040 %. Como muchas veces este último ensayo (IRAM 1700) se descarta debido a que los plazos de obra no permiten esperar tanto tiempo para obtener confirmación de resultados, es recomendable que los proveedores de concreto elaborado, agregados, cemento pórtland u otros materiales componentes dispongan - de ser posible - de antecedentes que demuestren la efectividad de la combinación a utilizar en obra. Cuando alguno de los agregados o la mezcla de agregados a utilizar en la obra resultan potencialmente reactivos con los álcalis, se recomienda adoptar alguna de las siguientes soluciones:

a) Cambiar total o parcialmente el agregado potencialmente reactivo por otro que demuestre ser no reactivo de acuerdo al mismo criterio.

b) Utilizar un cemento pórtland (en general con adiciones minerales) que demuestre mediante ensayos ser efectivo para evitar RAS con los agregados de obra.

c) Usar una combinación de cemento pórtland más una adición mineral activa que demuestren ser efectivas para evitar RAS.

d) Limitar el contenido total de álcalis totales en el concreto (aportados por el cemento y los demás materiales componentes) a 3 kg/m3 expresados en Na2O equivalente. Esta solución no es válida cuando existe la posibilidad de aporte externo de álcalis

e) Incorporar inhibidores químicos al concreto en proporciones suficientes que demuestren ser efectivas para evitar RAS.

Figura N° 4: La figura muestra la influencia del CUC (contenido unitario de cemento) en la mezcla del concreto y el contenido de álcalis del cemento pórtland sobre el contenido total de álcalis del concreto (sólo por aporte del cemento pórtland) Como estuvimos analizando, los pasos descriptos en el diagrama de flujo de la figura N°2, resultan aplicables para evaluar la potencialidad de RAS del agregado, pero sólo se evalúa y debe verificarse la efectividad para inhibir RAS del conjunto cemento-agregado en los puntos a) sólo en el caso de

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reemplazo parcial de agregados, b), c) y e), mientras que el las soluciones a) sólo en el caso de reemplazo total de agregados, d) no necesitan ser verificadas porque: 1º. En el punto a), resulta evidente que el conjunto no necesita verificarse cuando se utiliza en forma total agregados considerados no potencialmente reactivos. 2º. Si el concreto no posee suficiente cantidad de álcalis (ni existe posibilidad de aporte externo), no hay posibilidad de RAS. (*) Existen antecedentes, que al someter ciertas combinaciones de agregados potencialmente reactivos con CPN (RRAA: Resistencia a la Reacción Álcali Agregado) cemento pórtland normal - generalmente de bajo álcali- al ensayo acelerado de barra de mortero luego de 16 días se midieron valores de expansión superiores a 0,100 % (incluso superiores a 0,200 %). En este ensayo (intenta evaluar al agregado), se somete la barra de mortero a una solución muy rica en álcalis y, consecuentemente, existe un evidente aporte externo de los mismos por lo cual los resultados obtenidos son prácticamente independientes del contenido de Na2O equivalente del cemento pórtland (sólo para cementos "puros" o CPN) [5]. Este ensayo sólo aparece como parcialmente válido para comprobar efectividad de cementos pórtland con adiciones minerales que no cumplen la condición RRAA (ver punto c). En el caso que la expansión sea menor a 0,100 % puede afirmarse que el cemento pórtland (en general con adiciones minerales) analizado tiene la capacidad de inhibir o disminuir considerablemente la expansión por RAS a límites tolerables pero no sirve para concluir lo contrario en caso que la expansión supere este límite y se recomienda pasar al ensayo sobre prismas de concreto a fin de sacar conclusiones más confiables. Los cementos RRAA tiene una composición equilibrada para que los efectos de dichos geles sea despreciable. Alta Resistencia a los Sulfatos (ARS) Cuando los sulfatos disueltos en agua se ponen en contacto con el concreto pueden dar lugar a una reacción con compuestos derivados del Aluminato Tricálcico (C3A) del cemento Portland. Esta reacción produce yeso y ettringita expansiva que conducen al deterioro del concreto. Por tal razón, el clinker de los cementos ARS tiene limitado su contenido de C3A a un valor máximo del 4%. BAJO CALOR DE HIDRATACIÓN (BCH) Las reacciones entre el cemento y el agua producen calor en el interior de la masa de concreto. Ese calor desarrollado durante la hidratación puede dar lugar a choques térmicos y efectos de contracción que, en el caso de estructuras masivas, pueden llegar a provocar un peligroso estado de fisuración de origen térmico. Los cementos BCH están especialmente formulados para limitar la producción de calor del concreto.

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RREESSIISSTTEENNCCIIAA DDEELL CCOONNCCRREETTOO La resistencia física es la propiedad más importante del concreto, de tal manera que los concretos más resistentes son (3): - más densos, - menos permeables - y más resistentes a la intemperie y a agentes agresivos. También exhiben mayor contracción por fraguado y menor extensibilidad, por tanto son más propensos al agrietamiento. La resistencia del concreto es una habilidad para resistir esfuerzos, por lo cual se puede considerar de 5 maneras:

RESISTENCIA DEBIDO A CARGAS (FISURAMIENTO)

COMPRESIÓN En dirección paralela al esfuerzo

TRACCIÓN En dirección perpendicular al esfuerzo

FLEXIÓN

En zonas de momentos máximos, en vigas en la parte inferior del centro de la luz y la parte superior de los apoyos

CORTANTE En forma inclinada

TORSIÓN En el perímetro del elemento

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El concreto presenta una alta resistencia a los esfuerzos de compresión y muy poca a los de tracción, motivo por el que la resistencia a la compresión simple es la propiedad más importante y a partir de ella se estudian las demás. RELACION AGUA/CEMENTO Un factor que se ha venido mencionando y que tiene gran influencia en la mayor parte de las propiedades del concreto y en especial en la resistencia, es la relación agua/cemento. Cuando se estudió lo referente al agua de mezclado se notó que ésta hace parte aproximadamente del 15% del volumen total del concreto, del cual el 5% hidrata el cemento y el 10% es agua evaporable. Este último se utiliza para proporcionar fluidez a la mezcla y lograr una masa plástica; al evaporarse deja en su lugar poros de aire. El cociente entre el peso del agua de mezclado (A) y el peso del cemento empleado (C) es lo que se conoce como la relación agua/cemento. R = A/C. Entre mayor es el contenido de agua de mezclado, mayor es el contenido de agua que no se combina con el cemento, y por consiguiente, al disiparse la parte de agua evaporable, la pasta será más porosa y la resistencia del concreto se disminuye. Esta propiedad fue demostrada por Duff Abrams en 1918. FACTORES DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO (4) Las propiedades y la resistencia de cualquier sistema heterogéneo dependen de las características físicas y químicas de sus componentes y de las interacciones entre ellos mismos. Por su naturaleza, el concreto es una masa endurecida y heterogénea cuya resistencia depende únicamente de: - La resistencia de la pasta endurecida: es sabido que el cemento al contacto con agua se hidrata

y forma una masa semi-cristalina discontinua llamada “gel”, que con el transcurso del tiempo adquiere resistencia la cual será mayor a medida que se incrementa el grado de hidratación.

- La resistencia propia de las partículas del agregado: Los agregados tienen propiedades bien definidas e independientes del tiempo dentro de los cuales se destaca la resistencia de los granos. Al estar incrustados los agregados en una matriz (pasta de cemento) formando una masa endurecida, parte de la resistencia mecánica que soporta esta masa es aportada por las partículas de agregado.

- La adherencia entre la pasta y los agregados: se debe a que durante el proceso de fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento, se genera una trabazón entre los agregados y la pasta debido a la superficie de adherencia que se genera. La zona de interacción entre los dos elementos, llamada interfase “agregado-matriz”, es la fase más importante del concreto que establece el enlace crítico y normalmente se constituye en el elemento más débil de la masa endurecida.

El factor más importante en la resistencia de un concreto totalmente compactado es (1) la relación A/C : Si se representa gráficamente la resistencia a la compresión Vs. la relación agua/cemente, la

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curva toma una forma hiperbólica•. Se observa que a menor relación A/C, mayor es la resistencia; sin embargo al aplicar relaciones muy bajas de A/C, la mezcla se vuelve más seca y difícil de compactar quedando porosa, al punto que la resistencia comienza a decrecer. Para una mezcla trabajable, bien dosificada y en condiciones estándar de mezclado, curado y métodos de prueba, intervienen otros elementos como: (2) la granulometría, textura superficial, forma, resistencia, rigidez y tamaño máximo del agregado: para una misma relación A/C, las partículas de agregado con textura rugosa o de forma angular forman concretos más resistentes qye otros redondeados o lisos debido a que hay mayor trabazón entre los granos gruesos y el mortero; pero para igual contenido de cemento, los primeros exigen mayor cantidad de agua para lograr una determinada manejabilidad y por ello el efecto neto sobre la resistencia no varía en forma apreciable. Una masa de agregados con granulometría continua, permite elaborar mezclas de alta compacidad, mucho más densos y por la tanto se consiguen mayores resistencias. La resistencia y rigidez propia de los granos de agregado también influyen en la resistencia del concreto. Lo anterior se debe a que un agregado muy poroso y de baja densidad, tiene menor resistencia que uno de alta resistencia y muy denso. Tipo y calidad del cemento: Es el material químicamente “activo” en la mezcla. Lo más importante es la cantidad en la mezcla, y generalmente se cumple que a mayor contenido de éste, se obtienen mayores resistencias. El límite se comprobó con una baja relación agua/cemento con alto contenido de cemento (470 kg/m³), donde la resistencia disminuye, en especial cuando se utiliza agregado de gran tamaño, debido a los esfuerzos inducidos por la contracción, que al ser obstruida por las partículas de agregado, causa agrietamiento de la pasta o una pérdida de adherencia entre el cemento y el agregado. Se debe tener en cuenta que distintas marcas, así sean del mismo tipo, no se deben intercambiar sin antes hacer un riguroso análisis del efecto que este cambio pueda tener sobre la resistencia. calidad del agua Tipo y calidad de los aditivos. Otros: la temperatura, el fraguado, la edad del concreto.

• Válido para concreto elaborado con materiales de características determinadas y a una edad dada.

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MMAATTEERRIIAALLEESS MMEETTAALLIICCOOSS

El hierro tiene una capacidad de disolver Carbono hasta cierto límite, es así como sobre 1.7ºC, el hierro queda saturado de Carbono y este se manifiesta en estado libre. He ahí la diferencia entre el hierro fundido y el acero.

I. ACEROS AL CARBONO (Clasificación según su soldabilidad)

A medida que el Carbono aumenta en el acero, su soldabilidad se va dificultando, lo que se debe a que con el incremento del Carbono, la elasticidad va disminuyendo y su capacidad de templabilidad aumenta. Aceros de Bajo Contenido de Carbono “ABCC” ( 0.05% - 0.3% C ) Estos aceros son utilizados especialmente para estructuras como perfiles, vigas, planchas, cañerías, tuberías, alambres, pernos, etc. Este acero es dúctil, maquinable, maleable, forjable, no templable, se puede endurecer superficialmente por cementación, cianuración y nitrocianuración. No presenta dificultades para soldar. Aceros de Medio Contenido de Carbono “AMCC” ( 0.3% - 0.60% C) Estos aceros son utilizados especialmente en elementos de máquinas de cierta importancia: ejes, engranajes, piñones, pasadores, chavetas, etc. Estos aceros tienen mayor resistencia a la tracción y mayor dureza, menos elasticidad, es templable y difícil de forjar, son soldables, pero requieren de cuidados en la temperatura de precalentamiento de aplicación y en el enfriamiento. Aceros de Alto Contenido de Carbono “AACC” (0.6% - 1.7% C) Aceros de alta dureza y resitencia a la tracción, utilizados para resortes, brocas mineras, matrices, herramientas de presión. Su soldabilidad es muy difícil y es necesario darles un recocido antes de soldar, especialmente a los de mayor porcentaje de Carbono. SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS AL CARBONO La soldadura oxiacetilenica se emplea para aceros de bajo y mediano contenido de Carbono principalmente. El procedimiento para soldar con arco eléctrico es: 1º) LIMPIEZA: La pieza debe estar totalmente limpia, libre de óxidos, lubricantes, etc. 2º) BISELAJE: Eliminación de soldaduras defectuosas, remaches, pernos, perforaciones y biselar

hierro fundido y otros materiales. 3º) PRECALENTAMIENTO: Será más fuerte y compleja si la pieza es más grande o el contenido

del Carbono es más alto.

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4º) SOLDAR: Seleccionar el electrodo de menor diámetro posible, de acuerdo con el tipo de acero a soldar, rango de amperajes bajo, soldar con cordones cortos y alternados, martillar cada cordón.

5º) ENFRIAMIENTO LENTO: Utilizar asbesto, ceniza, cal, etc.

II. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Debido a las limitaciones que tienen los aceros al Carbono, se agregan otros elementos para mejorar sus características técnicas. El porcentaje de estos elementos no sobrepasa los 6 puntos. Son clasificados por la Sociedad Americana de Ingenieros Automotrices (S.A.E.) con cuatro números así: 1º) Primer Número: Indica el (los) elemento(s) de aleación principal(es):

1 Acero al Carbono 2 Acero al Níquel 3 Acero al Níquel-Cromo 4 Acero al Molibdeno 5 Acero al Cromo 6 Acero al Cromo-Vanadio 7 Acero al Tungsteno 8 Acero al Cromo-Níquel-Molibdeno 9 Acero al Silicio-Manganeso

2º) Segundo Número: Indica el porcentaje aproximado del (los) elemento(s) de aleación

predominante(s). 3º) 4º) Tercer y Cuarto Número: juntos multiplicadospor 0.01 indican la cantidad aproximada de

Carbono en el Acero. SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Para soldar los aceros de baja aleación se siguen los mismos pasos que para los aceros al Carbono, cambiando las temperaturas de precalentamiento las cuales dependen del porcentaje de los elementos de aleación, del porcentaje de Carbono, del tamaño y complejidad de la pieza. (Cer las tablas de precalentamiento de los metales). Se recomienda postcalentar aquellas piezas que se precalentaron a mucha temperatura a unos 100ºC por encima de la temperatura de precalentamiento.

III. ACEROS RAPIDOS

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Son usados como herramientas de corte, estampado o forja. Presentan un alto contenido de Carbón (0.60% a 2%) y elementos de aleación como Cr, Mo, W, Va, Co, Mn, para garantizar dureza, deberan ser soldados preferiblemento con arco eléctrico y con un tratamiento de pre y postcalentamiento, y en algunos casos con un revenido antes de soldar.

IV. ACEROS AL MANGANESO AUSTENITICOS O HADFIELD Descubierto en 1882 por Sir Robert Hadfield. Este acero contiene de 10 al 14% de Mn y de 1 al 1.5% de Carbono. Se encuentra clasificado entre los aceros de alta aleación, que se caracteriza por ser: no magnético, endurece por trabajo en frío, alta Tenacidad, Resistencia la desgaste por abrasión con impacto. Se utiliza para la fabricación de dientes de excavadoras, muebles trituradosres, cambios y agujas de vías de ferrocarril, etc. Se recomienda no calentar sobre los 300ºC, ni enfriar lentamente. SOLDABILIDAD 1º) LIMPIEZA: La zona a soldar debe estar totalmente limpia, libre de óxidos, lubricantes, etc. 2º) BISELAJE: Las superficies endurecidas propias del acero al Manganeso deben ser removidas

con esmeril o con un electrodo especial para biselar. 3º) PRECALENTAMIENTO: NO se debe realizar precalentamiento; solo es aceptable cuando la

temperatura ambiente es menor de 20ºC o la pieza es muy complicada y se recomienda entre 50 y 100ºC.

4º) SOLDAR: Seleccionar el electrodo de menor diámetro posible y de mejor calidad. Emplear arco corto, soldar con oscilación (medias lunas) no mayor de 2 o 3 veces el diámetro del electrodo y avanzar en forma rápida con cordones cortos (máximo 10 cm.) y alternados.

5º) Martillar en caliente cada cordón en forma no excesiva. 6º) Mantener la temperatura de la pieza a menos de 260ºC. Esto se logra colocando la palma de la

mano a 15 cm. Y esta debe ser capaz de soportar el calor; en caso que no, se debe dejar enfriar para continuar con el proceso.

V. ACERO INOXIDABLE

Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro que contiene al menos un 11.5% de Cromo distribuido uniformemente a través del metal. Con este porcentaje de Cromo se forma una película de oxido de Cromo altamente resistente a la corrosión y a la temperatura. Clasificación (AISI)

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SERIE 200, Acero Inoxidable de Cromo-Níquel-Manganeso (Austeníticos) tiene características muy similares a los de la serie 300, pero de menor calidad y su uso no es muy frecuente (soldabilidad similar a la serie 300). SERIE 300, Acero Inoxidables de Cromo-Níquel (Austeníticos). Su contenido de Cromo varía del 14 al 30% y de Níquel del 7 al 36%. SERIE 400, denominados “Cromos Puros”, debido a que contiene (o en muy poca cantidad) Níquel, son magnéticos y se dividen en dos grupos:

∴ Martensíticos: contiene de 11.5 a 17% Cromo. Son duros, tratables térmicamente, tienen resistencia al desgaste; se emplean en bombas, alabes de turbinas, torres de enfriamiento de aceites, válvulas de agua, etc. Se siguen los mismos pasos para soldar que un acero de baja aleación, pero se recomienda un postcalentamiento mayor dependiendo del acero.

∴ Ferríticos: contienen de 17 a 30% Cromo. Blandos, no tratables térmicamente, mayor resistencia a la corrosión y temperatura que los martensíticos. Se utilizan en la fabricación de moldes para vidrio, etc. Tienen problemas de soldadura porque entre los 370 a los 760ºC se produce un crecimiento de grano que fragiliza el acero por lo cual después de soldado se debe calentar a 870ºC aproximadamente y simultáneamente deberá ser enfriado (cambio fuerte).

SERIE 500: Aceros que contienen de 4 a 6% de Cromo, por lo cual no son realmente aceros inoxidables pero se clasifican dentro de tales, porque presentan cierta resistencia a la corrosión. Contienen porcentajes aproximados del 0.50% de Molibdeno, por lo cual se les conoce como aceros “Chrom-Moly” (Cromo-Molibdeno). Son magnéticos, duros, responden al temple, y se usan principalmente en la industria petroquímica. El procedimiento de trabajo de soldadura radica en un precalentamiento entre los 200 a 260ºC sin dejar caer la temperatura a menos de 93ºC; posteriormente, hacer un recocido a 870-940ºC y dejar enfriar al aire. Características No magnético, de bajo coeficiente de fricción, alta resistencia a tensión, dúctil, no templable, blando, se endurece por trabajo en frío y presenta mayor resistencia a la corrosión que los cromos “duros”. Usos En la industria química, empacadora de alimentos, embotelladoras, cervecería, enseres domésticos, etc. SOLDABILIDAD Los aceros inoxidables deben su resistencia a la corrosión, a su contenido de Cromo. Al calentar el acero inoxidable austenítico a una temperatura entre 430 y 820ºC, en los bordes de grano, el Carbón en exceso de 0.02% se combina con el Cromo y forma Carburos de Cromo. Al ocurrir esto, el Cromo ya no proporciona resistencia a la corrosión y al exponerlo a un medio corrosivo resulta en una forma de ataque llamado “corrosión intergranular”. Por esto se recomienda el uso de aleaciones de bajo contenido de Carbono. También un inconveniente al soldar, es la expansión en un 50% más que el acero al Carbono, por esto su tendencia al enrollamiento. Tiene baja conductovidad térmica,

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lo que da lugar a serios problemas de distorsión y la tendencia a perforar láminas delgadas; tiene alta resistividad eléctrica por lo cual la tendencia a los electrodos de colocarse al rojo. No se recomienda la soldadura autógena, pero si no hay otra alternativa, usar aleaciones de bajo punto de fusión, soldaduras tipo plata. 1º) LIMPIEZA: La zona a soldar debe estar totalmente limpia, libre de óxidos, lubricantes, etc. 2º) BISELAJE: Espesores menores de 4 mm deben ser soldados a tope; de 4 a 12 mm el

procedimiento debe ser en forma de “V”; sobre los 20 mm, la soldadura deberá ser en doble “V” con un ángulo de 60º o en doble “U”.

3º) PRECALENTAMIENTO: NO se debe realizar precalentamiento. 4º) Puntear la unión, con una frecuencia de dos o tres veces más con respcto a un acero común. 5º) SOLDAR: Se empleará el menor diámetro y amperaje, con la condición de no oscilar el

electrodo y con el arco corto. Se utiliza la técnica de cordones salteados manteniendo la temperatura baja al soldar (máx. 50ºC)

6º) Eliminar la escoria. Entre pases y cubrir todo cráter que se forma al soldar. 7º) Enfriamiento rápido.

VI. HIERRO FUNDIDO

El Hierro Fundido es una aleación, Hierro – Carbono con 1.7 a 6% de Carbono. Para la obtención del HF se utiliza: Arrabio, Chatarra y ferroaleaciones para mejorar su estructura y propiedades. Se clasifica en cinco grupos: 1. Fundición Gris En las fundiciones grises, casi todo el Carbono está libre en forma de grafito, razón por la

cual obtiene la coloración gris, es blando, maquinable, frágil, de baja resistencia de tensión y de alargamiento prácticamente nulo, pero resistente a la compresión. Es una fundición moldeada de arena (enfriamiento lento) por ello su apariencia es granulosa y es la fundición más utilizada debido a su facilidad de moldeo y bajo costo; se utiliza para bases de maquinaria, carcazas de bombas, bloques de motor, etc. Tiene buena soldabilidad.

2. Fundición Blanca En las fundiciones blancas no hay Carbono libre, todo esta totalmente combinado con el

Hierro (a ello su color blanco mate) en una escritura llamada Cementita. Son duras, frágiles, no maquinables y resistentes a ala abrasión. Su moldeado se realiza en coquillas metálicas