TECNOLOGIA DEL CONCRETO II

PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO

Trabajabilidad

Es la facilidad que presenta el concreto fresco para ser mezclado, colocado, compactado y acabado sin segregación y exudación durante estas operaciones. No existe prueba alguna que permita cuantificar esta propiedad, generalmente se le aprecia en los ensayos de consistencia.

Consistencia

Está definida por el grado de humedecimiento de la mezcla, depende principalmente de la cantidad de agua usada. El ensayo de consistencia llamado de revenimiento o asentamiento es utilizado para caracterizar el comportamiento del concreto fresco, esta prueba desarrollada por DUFF ABRAMS fue adaptada en 1921 por el ASTM y corregida en 1978. El ensayo consiste en consolidar una muestra de concreto fresco en un molde tronco cónico, midiendo el asentamiento de la mezcla luego del desmoldado. El comportamiento del concreto fresco en la prueba indica su consistencia, o sea su capacidad para adaptarse al encofrado o molde con facilidad manteniéndose homogéneo con un mínimo de vacios. La consistencia se modifica fundamentalmente por variaciones del contenido de agua en la mezcla.

Equipo a utilizar

El equipo consiste en un tronco de cono de bases circulares paralelos entre sí, midiendo 20 y 10 cm de diámetro y altura de 30 cm.

Procedimiento de ensayo

1. El molde se coloca sobre una superficie plana y humedecida manteniéndose inmóvil pisando las aletas. Seguidamente se vierte una capa de concreto hasta 1/3 del volumen, se apisona con la varilla aplicando 25 golpes distribuidos uniformemente.

2. En seguida se coloca otras dos capas apisonando cada una con 25 golpes y cuidando que la varilla penetre a la capa anterior.

3. La tercera capa se deberá llenar en exceso para luego enrazar al término de la consolidación. Lleno y enrazado el molde se levanta lentamente y con cuidado en dirección vertical.

4. El concreto moldeado fresco se asentara, la diferencia entre la altura de la mezcla fresca se denomina SLUMP.

5. Se estima que desde el inicio de la operación hasta el término no debe transcurrir más de dos minutos, de los cuales el proceso de desmolde no toma más de cinco minutos.

TABLA DE ASENTAMIENTOSLUMP CARACTERISTICAS TIPO DE MEZCLA

0’’ – 2’’ Mezcla seca, necesita vibración Mezcla seca3’’ – 4’’ Mezcla trabajable (chuceo) Mezcla plástica

> 5’’ Mezcla muy aguada (no trabajable) Mezcla fluida

Limitaciones de aplicación

En el ensayo de Abrams solo es aplicable en concretos plásticos con asentamiento normal (mezclas secas y con un correcto dosaje de agua) no tiene interés en las siguientes condiciones.

a. En el caso del concreto, sin asentamiento de alta resistencia.b. Cuando el contenido de agua es menor a 160 lit./m3 de mezcla.c. En concreto con contenido de cemento inferior a 250 kg/ m3 de mezcla.d. Cuando existe un contenido apreciable de agregado grueso de tamaño máximo que

sobrepase las 2 ½ ‘’.

Segregación

Es una propiedad del concreto fresco que implica la descomposición de este en sus partes constituyentes o lo que es lo mismo la separación del agregado grueso del mortero.

Es un fenómeno perjudicial para el concreto, produciendo en el elemento vaciado bolsones de piedra, capas arenosas, cangrejeras, etc.

La segregación es una función de la consistencia de la mezcla, siendo el riesgo mayor cuando más húmedo es esta y menor cuando es más seca.

Tener siempre presente en el diseño de mezcla el riesgo de segregación, pudiéndose disminuir este mediante el aumento de finos (cemento o agregado fino) y de la consistencia de la mezcla.

Los procesos inadecuados de manipulación y colocación son generalmente las causas del fenómeno de segregación, como el caso de las carretillas con ruedas inadecuadas, o por donde se circula tiene algunos sobresaltos, esto hace que la carretilla vibre y por consiguiente hace que el agregado grueso se precipite al fondo, mientras que los finos hacienden a la superficie; también cuando se suelte concreto de alturas mayores de 1.5 metros, asimismo cuando se permite que el concreto se transporte por canaletas y más aun si estas presentan cambios de dirección.

El exceso vibrado de la mezcla también produce segregación (30 seg. Como máximo).

Exudación

Se define como el ascenso de una parte del agua de la mezcla hacia la superficie como consecu8encia de la sedimentación de los sólidos. Influenciada por la cantidad de finos en los agregados y la finura del cemento, es decir cuanto más fina es la molienda del cemento y mayor el porcentaje de material menor que la malla Nº100, la exudación será menor pues se retiene el agua de mezcla.

El fenómeno se presenta momentos después de uqe el concreto ha sido colocado en el encofrado y puede ser producto de:

a. Una mala dosificación de la mezclab. Exceso de aguac. La temperatura, ya que a mayor temperatura, mayor es la velocidad de exudación.

Es perjudicial para el concreto porque del producto del ascenso de una parte del agua de mezclado, se puede obtener un concreto poroso, poco durable y resistencia disminuida por el incremento de la relación agua-cemento.

La prueba estándar esta definida por la norma ASTM C-232.

o Velocidad De Exudación

Es la velocidad con la que el agua se acumula en la superficie del concreto.

Velocidad deexudacion=Volumende exudacionTiempo

mlmin

o Volumen Total Exudado

Es el volumen total de agua que aparece en la superficie del concreto.

METODO DE ENSAYO

Consiste en llenar de concreto en un molde en 3 capas con 25 golpes cada capa dejándose una pulgada libre de la parte superior. Terminado de llenar el molde empezara el fenómeno de exudación, haciéndose lecturas del volumen parcial de agua exudada cada 10 minutos durante los primeros 40 minutos y cada 30 minutos hasta que deje de exudar.

Existen dos formas de expresar la exudación.

a. Por unidad de área

Exudacion=Volumen totalexudadoArealibre del concreto

ml

cm2

b. En porcentaje

Exudacion= Volumentotal exudadoVolumen deaguaenelmolde

x100

El volumen de agua en el molde se halla de la siguiente forma:

Volumende aguaenelmolde=Pesodel concreto enelmoldePeso total de la tanda

xVolumende agua por tanda

Ejemplo.-

Se ha preparado una mezcla de concreto con el objeto de medir la exudación en la que el peso de los materiales utilizados en la tanda es:

Cemento 10 kgAgregado fino 22 kgAgregado grueso 30 kgAgua 5.4 lit.

Las características del recipiente utilizado para el ensayo son:

Diámetro 25.4 cm

Peso del concreto en el recipiente: 36.7 kg

Los datos obtenidos durante el ensayo son:

Tiempo(minutos

)

Volumen exudado

(ml)0 0

10 710 910 1010 1230 2430 1630 1430 430 0

Tiempo(minutos)

Volumen exudado

(ml)

Volumen acumulado

exudado (ml)

Velocidad de exudación

0 0 0 010 7 7 0.7010 9 16 0.9010 10 26 1.0010 12 38 1.2030 24 62 0.8030 16 78 0.5330 14 92 0.4730 4 96 0.1330 0 96 0

Volumen total exudado = 96 ml

a. Por unidad de área

Exudacion= 96

π∗25.42

4

= 96506.71

=0.189

Exudacion=0.2 mlcm2

b. En porcentaje

Volumend eaguaen elmolde= 36.7kg10+22+30+5.4

x 5.4=2.940<¿2.940ml

Exudacion (% )= 962940

x 100=3.3%

Ley de GillkeySeñala que la mezcla de concreto está influenciada por:

a. La relación del cemento al agua de la mezcla.b. La relación del cemento al agregado.c. La granulometría, la textura superficial, perfil, resistencia y dureza de las partículas del

agregado.d. El tamaño máximo del agregado.

Este condicionamiento está ligado a la resistencia del concreto.

Ley de Powers

Señala que la resistencia del concreto es función del grado de hidratación del cemento, de la relación gel/ espacio ocupado por el gel , y de la relación agua/cemento. Es decir:

s=2380 . x3

Siendo:

x= 0.647∝

0.319∝+ac

Donde:S = resistencia del concreto a los 28 dias en kg/cm2

X = relación gel/espacio.∝= grado de hidratación del cementoa /c= relación agua/cemento

Ejemplo.-

Cuál es el grado de hidratación del cemento en una mezcla de concreto cuya relación a/c de diseño fue 0.75 y cuya probeta cilíndrica ensayada a compresión a los 28 días arrojo una resistencia de 160 kg/cm2.

S=2380 . x3 x= 0.647∝

0.319∝+ac

160=2380 . x3 0.407=0.647∝

0.319∝+0.75

x=0.407 α=0.59

El grado de hidratación es del 59%

PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO

Incluyen la resistencia mecánica, resistencia, durabilidad, elasticidad, permeabilidad, resistencia de desgaste, propiedades térmicas.

Resistencia

La resistencia del concreto no puede probarse en consistencia plástica, la f’c debe ser alcanzado a los 28 dias después de vaciado.

Equipo a utilizar

o Molde cilíndrico cuya longitud es el doble de su diámetro (6’’ x 12’’).o Barra compactadora de acero liso de 5/8’’ de diámetro y de 60 cm de longitud

aproximadamente con puntas redondeadas.o Cucharon para el muestreo, un badilejo para enrazar.

Los moldes normalizados se construyen de acero. Eventualmente se utilizan de material plástico duro, de hojalata y de cartón para finado.

Procedimiento para ensayo

Se deberá tener una muestra por cada 120 m3 de concreto producido o 500 m2 de superficie llenada y en todo caso no menos de un ensayo por día de vaciado.

Se deben preparar tres probetas de ensayo de cada muestra para evaluar la resistencia a la compresión en determinada edad por el promedio. Generalmente la resistencia del concreto se evalua a las edades de 7 y 28 dias.

Antes de llenar los moldes la mezcla se colocara en una vasija impermeable y no absorbente para realizar el remezclado y enseguida se procede a llenar el molde hasta 1/3 de su altura compactado con la barra con 25 golpes verticales distribuidos en el área. El proceso se repite con las dos capas siguientes. La barra penetrara en la capa precedente no más de 1’’. La última capa se colocara con material en exceso para enrazar a tope con el borde superior del molde sin agregar material.

f'c=PA ( Kgcm2 )

Después de consolidar cada capa, se procederá a golpear ligeramente las paredes del molde con la barra de compactación para eliminar los vacios que pudieran haber quedado.

La superficie del cilindro será terminada con la barra, regla de madera o badilejo a fin de lograr una superficie plana, suave y perpendicular a la generatriz del cilindro.

Las probetas se retiran de los moldes entre 18 y 24 horas después de moldeadas, y luego sumergirlas en agua para su curado.

Factores que afectan la resistencia

1. La relación a/c , es el factor principal. La resistencia a la compresión de los concretos con o sin aire incorporado disminuyen con el aumento de la relación a/c.

2. El contenido de cemento, la resistencia disminuye conforme se reduce el contenido de cemento.

3. El tipo de cemento, la rapidez de desarrollo de la resistencia varia para los concretos hechos con diferentes tipos de cementos.

4. Las condiciones de curado, dado que las reacciones de hidratación del cemento solo acurren en presencia de una cantidad de agua adecuada, por lo que se debe mantener la humedad durante el periodo de curado para que el concreto pueda incrementar su resistencia con el tiempo.

Durabilidad

El ACI define la durabilidad del concreto de cemento portland como la habilidad para resistir la acción del intemperismo, el ataque químico, abrasión y cualquier proceso o condición de servicio de las estructuras, que produzcan deterioro del concreto.En consecuencia el problema de la durabilidad es sumamente complejo, ya que amerita especificación tanto para los materiales y diseño de mezcla como para los aditivos, la técnica de producción y el proceso constructivo, por lo que en este campo las generalizaciones resultan fatales.La resistencia al desgaste se logra en un concreto denso, de alta resistencia, hecho con agregados duros.

Factores que afectan la durabilidad1. CONGELAMIENTO Y DESCONGELAMIENTO, en términos generales se

caracteriza por inducir esfuerzos internos en el concreto que pueden provocar las fisuraciones reiterada y la consiguiente desintegración.El principio de los incorporadores de aire permite asimilar los desplazamientos generados por el congelamiento eliminando las tensiones.El porcentaje de aire incorporado que se recomienda en función del tamaño máximo nominal de los agregados se indica en la siguiente tabla:

Tamaño Maximo nominal en Pulgadas

Exposicion Severa con Humedad Constante

Exposicion Moderada Con Humedad Ocacional

3/8 ‘’ 7 ½ % 6%½ ‘’ 7% 5 ½%¾ ‘’ 6% 5%

1 ½’’ 5 ½% 4%3’’ 4 ½% 3 ½%

Si llegamos mediante el curado a controlar los factores como agua, temperatura y tiempo aseguramos el desarrollo completo de las propiedades del concreto y favorecemos la durabilidad.

2. AMBIENTES QUÍMICAMENTE AGRESIVOS, los ambientes agresivos usuales están constituidos por aire, agua y suelos contaminados que entran en contacto con las estructuras de concreto. Se puede decir que el concreto es uno de los materiales que demuestran mayor durabilidad frente a ambientes químicamente agresivos. Como regla general procurar evitar el contacto de los cloruros y sulfatos en solución con el concreto.

3. ABRASIÓN se puede decir que es la habilidad de una superficie de concreto a ser desgastados por rose y friccion. El mejor indicador es evaluar factores como resistencia en compresión, características de los agregados, el diseño de mezcla, la técnica constructiva y el curado.

4. CORROSIÓN DE METALES EN EL CONCRETO, el concreto por ser un material con una alcalinidad muy elevada, PH > 12.5, y alta resistividad eléctrica constituye uno de los medios ideales para proteger metales introducidos en sus estructuras al producir en ellos una película protectora contra la corrosión.

5. REACCIONES QUÍMICAS DE LOS AGREGADOS, las reacciones químicas que se presentan en los agregados están constituidos por la llamada reacción sílice-álcalis y la reacción carbonatos-álcalis.

ELASTICIDADEn general es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener deformación permanente. El concreto no es un material elástico estrictamente hablando ya que no tiene un comportamiento lineal en ningún tramo de su diagrama carga deformación en compresión. De manera que el llamado modulo de elasticidad es la pendiente a la carga del diagrama. Se determina mediante las normas ASTM C -469.Los módulos de elasticidad están en relación directa con la resistencia en compresión del concreto y en relación inversa con la relación a/c y varian 250000 a 350000 kg/cm2.

IMPERMEABILIDADSe puede mejorar esta importante propiedad reduciendo la cantidad de agua en la mezcla. Si el exceso de agua deja vacios y cavidades después de la evaporación y si esta interconectada el agua puede penetrar el concreto. La inclusión de aire, asi como un curado adecuado con tiempo prolongado suele aumentar la impermeabilidad.

TAMAÑO MÁXIMO DE AGREGADOS

EL TAMAÑO MÁXIMO del conjunto de agregado, esta dado por la abertura de la malla inmediata superior a la que retiene el 15% a mas, al tamizar por ella el agregado más grueso.DOSIFICACIÓN DE AGREGADOSUn primer método consistirá en mezclar cantidades diferentes de agregados y preparar probetas con cada dosificación de concreto y luego ensayarlas para tener finalmente la “dosificación típica” la que mejores resultados da.Como este método no es práctico, es más sencillo que la mezcla de agregados se adopte a lo mejor posible curvas granulométricas ya prefijadas. Una de ellas la de Füller que da lugar a un método del mismo nombre.

o Método De FüllerEste método es general y se aplica cuando los agregados no cumplen con las normas ASTM C - 33 que es para los agregados de concreto. Se deberá usar este método para concretos con más de 300 kg. de cemento por m3 de

concreto y para un tamaño máximo nominal de agregado grueso comprendido entre ¾” ( 20mm) y 2” (50mm).

La ley de Füller.

y=100 √ dTMy = % que pasa la malla de abertura d.d = abertura de malla de referencia.TM= tamaño máximo del agregado.

La ley de Füller es para hallar la relación en volúmenes absolutos en que debe mezclarse los agregados en la forma siguiente:

1. Se dibujas las curvas granulométricas de los dos agregados en un papel semilogaritmico.

2. En el mismo papel se dibuja la ley de Füller llamada también “parábola de GESSNER”.

3. Por la malla Nº4 trazamos una vertical, la cual determinara en las curvas tres puntos.

a.Porcentaje de agregado fino que pasa la malla Nº4.b.Porcentaje de agregado grueso que pasa la malla Nº4.c. Porcentaje de agregado ideal que pasa la malla Nº4.

Llamado:

∝ = % del volumen absoluto del agregado fino dentro de la mezcla de agregados.

β = % del volumen absoluto del agregado grueso dentro de la mezcla de agregados.

Luego:

∝=C−BA−B

x 100

β=100−∝

Ejemplo.-

En un mezcla de concreto, la relación a/c de diseño es 0.48, el contenido total de aire es 0.5% el volumen unitario de agua de mezclado es de 155 lit/m3. Determinar la cantidad de material por m3 de concreto, si la combinación de agregados debe acomodarse a la curva de Füller. Se tiene:

Agregado Fino Agregado GruesoMalla % Retenido Malla % RetenidoNº 4 4,0 1 1/2" 4,0

Nº 8 10,4 1" 14,4Nº 10 9,0 3/4" 9,0Nº 16 13,8 1/2" 13,8Nº 20 14,1 3/8" 14,1Nº 30 13,5 Nº 4 13,5Nº 40 12,3Nº 50 9,8Nº 80 8,3

Nº 100 4,2Resto 0,6

Solución.-

Cemento= 1550.48

=323 Kgm3

Tenemos PE del cemento = 315 gr/cc

El volumen absoluto de las materias presentes en m3 de concreto será:

Cemento= 3233.15 x1000

=0.1025m3

Agua= 1551000

=0.155

Aire= 0.5100

=0.0050m3

Agregados=1−(0.1025+0.155+0.005)=0.7375m3

Para calcular el volumen absoluto del agregado fino y el agregado grueso aplicamos el hecho de que la mezcla de agregado debe acomodarse a la curva de Füller.

% de porcentaje absolutodel agreg . fino=C−BA−B

x 100

Por definición de la curva granulométrica:

A= 96%

B= 0%

TM =1 ½” =38.1mm

C=100√ 4.76mm38.1mm=35.35

% de porcentaje absolutodel agreg . fino=35.35−096−0

x100

% de porcentaje absolutodel agreg . fino=36.82%

% de porcentaje absolutodel agreg . fino=100−36.82%=63.18%

Luego:

Volumenabsoluto del agregado fino=0.3682x 0.7375=0.2718m3

Volumenabsoluto del agregado fino=0.7375−0.2715=0.466m3

Por consiguiente el peso de los materiales por m3 de concreto será:

Cemento: = 323 kg

Agregado Fino: 0.2715 x 2361 x 100 = 709 kg

Agregado Grueso: 0.466 x 2.70 x 100 =1258 kg

Agua: = 155 lit.

CONCRETOS ESPECIALES

Introducción

La clasificación de concretos especiales es actualmente amplia y no se pretende abarcar toda la variedad de concretos especiales, pues por un lado no sería realista realizar métodos de diseño de mezcla para concretos que nunca se han hecho en el país pero que se abordaran algunos para ensayos en el laboratorio.

Relación de concretos especiales

Esta relación es tomado en parte del concreto ACI 116 R-778 (Cement And Terminology) que muestran algunos tipos de concretos especiales.

Concretos especiales fabricados en cemento Portland

Concreto con aire endurecido Concreto arquitectónico Concreto con densidad controlado Concreto de cenizas volantes Concreto pesado Concreto con alta resistencia temprana Concreto rolado-compactado Concreto liviano con resistencia moderada Concreto ciclópeo Concreto puzolanico

Concreto pretensado Concreto microsilico Concreto suelo-cemento, etc.

Concretos especiales sin uso del cemento portland

concreto acrílico concreto asfaltico concreto latex concreto polímero concreto epoxico concreto sodio y potasio concreto sulfuroso, etc.

CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA

Introducción

En muchos países del mundo que has estado empleando de las últimas décadas y cuyo eso es mayor cada año.

Las razones de uso son de diferente índole:

a. desde el punto de vista estructural y arquitectónico por la selección de secciones estructurales de las columnas, vigas o muros que incide en la disminución en el peso propio del elemento estructural.

b. Desde el punto de vista constructivo el concreto tiene mayor fluidez, alta cohesión interna contribuyendo o evitar la segregación, tiene rápido desarrollo resistencial permitiendo desencofrados más tempranos y aumentando la eficiencia del proceso constructivo.

c. Del punto de vista económico que permite que este material se esté extendiendo su uso, como por ejemple en la reducción del acero empleado en columnas.

Definición

El concreto de alta resistencia tiene como característica principal su alta resistencia a la compresión.

Esta definición depende de quien la esté haciendo y de qué país, siendo entre los siguientes:

La escuela japonesa de ingenieros (JSCE) considera concretos con resistencia entre 600 y 800 kg/cm2.

El instituto japonés de arquitectura considera concretos entre 270 y 350 kg/cm2. Existe dos concretos del instituto americano del concreto.

o El ACI 363 “concreto profesional de alta resistencia” señala que son concretos iguales o mayores a 420 kg/cm2.

o El ACI 441 “columnas de concreto” indica que son concretos cuya resistencia a la compresiones igual o mayor a 700 kg/cm2.

Ventajas del uso de concreto de alta resistencia

Presenta diversas ventajas, teniendo un costo inicial más elevada que un concreto convencional.

Baja permeabilidad, ausencia de exudación optima adherencia sobre el concreto viejo, alta resistencia a la abrasión, baja segregación, etc.

Requisitos de los materiales

Se requiere al menos las siguientes características en los materiales.

Cemento, son recomendables los tipos I y II con contenidos significativos de silicato tricalcico (mayores que los normales), modulo de finura alto y composición química uniforme.

Grava, de alta resistencia mecánica, estructura geológica sana, bajo nivel de absorción, buena adherencia, de tamaño pequeño y densidad elevada.

Arena, bien graduada con poco contenido de material fino plástico y modulo de fineza controlado ( cercano a 3.00).

Agua, debe estar dentro de las normas establecidas. Mezcla, relaciones agua/cemento bajas (0.25 a 0.35), mezclado previo del cemento

y del agua con mezcladora de alta velocidad, empleo de agregados cementantes, periodo de curado mas largo y controlado, compactación del concreto, compactación y confinamiento de la mezcla en dos direcciones.

Aditivos, es recomendable emplear alguno o una combinación de aditivos químicos: super fluidicantes y retardantes; y de los aditivos minerales: ceniza volante (FLY ASH), microsilico (silico fume) o escoria de altos hornos.

Efecto de la granulometría del agregado grueso en las propiedades mecánicas del concreto

Se ha observado que las propiedades mecánicas del concreto mejora al emplear gravas densas y con baja absorción. Se prefiere la piedra triturada a la grava redondeada porque la geometría y la forma influyen a la adherencia entre la paste del cemento y el agregado, pero con el inconveniente que tiene mayor demanda de agua para requisitos de consistencia similares, debido a la superficie mojada.

La mayoría de los especialistas recomienda la adopción de tamaños máximos nominales menores que los habituales, usando de manera genérica los comprendidos entre 10 y 15 mm, aunque se puede usar gravas entre 20 y 25 mm siempre que el material sea suficientemente resistente y homogéneo.

Considerarse también que en concretos normales las gravas tienen una resistencia superior que la del concreto del que forman parte en cambio de concreto de alta resistencia algunas de estas gravas usualmente presenta resistencias menores que los del concreto del que forman parte. Es por ello que en concretos normales la falla se reduce al agotarse la capacidad de la pasta alrededor del agregado mientras que el concreto de alta resistencia como consecuencia del incremento de la resistencia de la pasta, un alto porcentaje de gravas se fractura hasta producir la falla de la mezcla en su conjunto.

Finalmente se puede señalar que en la actualidad no existe una metodología específica para la elaboración de concreto de alta resistencia, sin embargo el seguimiento de alguno de los principios generales que los especialistas han permitido desarrollar en diversas investigaciones los procedimientos para obtener un concreto en un periodo de tiempo relativamente corto y sobre todo utilizando los materiales en la forma más parecida a las condiciones y propiedades que tienen cuando se entregan en las obras.

CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA EN CONCRETO PRE-ESFORZADO

El concreto que se usa en la construcción pre-esforzada se caracteriza por una mayor resistencia que aquel que se emplea en concreto reforzado ordinario y además es necesario por varias razones:

Para minimizar el costo en los anclajes comerciales para el acero de pre-esfuerzo, son diseñados con base de concreto de alta resistencia, de aquí que el concreto de menor requiere anclajes especiales o puede fallar mediante la aplicación de pre-esfuerzo.

El concreto de alta resistencia a la compresión ofrece una mayor resistencia a la tensión y al corte, así como a la adherencia y al empuje.

El concreto de alta resistencia esta menos expuesto a las grietas por contracción que aparecen frecuentemente en el concreto de baja resistencia antes de la aplicación del pre-esfuerzo.

CARACTERÍSTICAS ESFUERZO-DEFORMACIÓN DEL CONCRETO EN COMPRESIÓN BAJO CARGA RÁPIDA

En la siguiente figura se muestra un juego típico de curva esfuerzo-deformación para el concreto obtenidas a velocidades de ensayos normales en concretos de 28 días, para varias resistencias cilíndricas f’c.

Todas las curvas tienen características similares, consiste de una parte inicial elástica relativamente recta en la cual los esfuerzos y deformaciones son casi proporcionales; luego empieza a curvarse a la horizontal alcanzando el máximo esfuerzo ( la resistencia a la compresión) alcanzando una deformación de 0.002 y finalmente muestra una rama descendente.

Se observa que los concretos de menor resistencia son menos frágiles, es decir se rompe a deformaciones mayores que los concretos de alta resistencia.

El modulo de elasticidad del concreto es mayor para resistencia de concretos mayores, la forma que establece como determinarse el modulo de elasticidad estático del concreto ASTM C-463 y estos módulos varían entre 250000 a 350000 kg/cm2 y están en relación inversa con la relación a/c. Conceptualmente las mezclas más ricas tienen modulo de elasticidad mayores y mayor capacidad de deformación de la muestra pobre.

El modulo de elasticidad representa el grado de rigidez del material por ejemplo:

Em pino amarillo (madera) es 0.124x106 kg/cm2

Ea (acero) es 2.039x106 kg/cm2

CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA TEMPRANA

Este concreto adquiere a edad temprana una resistencia específica mayor que la que se obtendría a la misma edad con un concreto estándar.

Una alta resistencia temprana se obtendría usando uno o una combinación de los siguientes materiales dependiendo de la edad necesaria y condiciones de trabajo que las especificaciones la requiera:

1. Cemento tipo III, alta resistencia temprana.2. Alto contenido de cemento (de 300 kg/cm3)3. Baja relación a/c (0.2 a 0.45)4. Aditivos químicos.5. Microsilica

El concreto de alta resistencia temprana es usado para el concreto pre tensado, concreto pre mezclado para una rápida producción de de elementos, construcciones rápidas, construcciones con climas fríos, pavimentación para uso inmediato y otros usos.

CONCRETO LIGERO

El concreto ligero es preparado por agregados ligeros o sea densidad inferior a la usual y también puede ser combinado con los agregados estándar. La densidad del cemento liviano normalmente está entre 1365 y 1850 kg/cm3 y una resistencia a la compresión a los 28 días de aproximadamente 175 kg/cm2.

En nuestro país hay un gran potencial en cuanto al empleo de agregados porosos de origen volcánico en la producción del concreto ligero, como es el caso del sillar en Arequipa. No obstante su uso en esa región es muy empírica y artesanal en concreto.

En los diseños en mezcla hay que tener muy presente la alta porosidad de los agregados que ocasionan absorciones elevadas siendo necesario usarlas en condiciones saturadas para conseguir uniformidad y regular los tiempos de mezclado por ser muy desgastables a la abrasión motivando el incremento de finos y perdidas de trabajabilidad.

Finalmente en la industria se emplea en pre-fabricados y primordialmente para reducir el peso propio en elementos de contacto tales como losas de entre pisos, en edificios altos y en donde sea necesario disminuir cargas muertas.

CONCRETO IMPREGNADO DE POLÍMEROS

La polimerización es la reacción química de dos monómeros que son líquidos orgánicos de muy bajo peso molecular que combinan sus moléculas para formar un compuesto con los mismos elementos y en la misma proporción pero con un peso molecular mucho más alto y propiedades resistentes elevadas.

Cuando un concreto normal después de eliminar el agua de sus poros capilares se impregna luego con un monómero y posteriormente se induce a la polimerización creando una estructura

resistente adicional a la del concreto, que confiere al producto final grandes propiedades resistentes y de durabilidad.

Este concreto se usa mucho en rehabilitación y reparación de estructuras y en el desarrollo de concretos de alta resistencia.

CONCRETO CEMENTADO CON POLÍMEROS

Es una mezcla donde el material cementante es un polímero dosificado conjuntamente con agregados normales y algunas veces cemento, pero este ultimo material no tiene función resistente sino solo hace de relleno.

Se emplea mucho en reparaciones prefabricadas, capas de rodaduras y en cualquier aplicación donde se requiere alta resistencia inmediata y gran durabilidad al desgaste físico-químico.

CONCRETO PESADO

Introducción

Es producido con agregados pesados especiales, lográndose una densidad por encima de 6400 kg/cm3. El concreto pesado es usado generalmente con una pantalla contra la radiación pero también es empleado como contrapeso o lastre y otras aplicaciones donde la alta densidad es importante, asimismo se usa también como aplicación principal en la protección biológica contra los efectos de las radiaciones nucleares, paredes de bóvedas y cajas fuertes, pisos industriales.

En la elaboración de estos concretos se utilizan agregados de pesos específicos entre 3.4 y 7.5 combinados entre ellos o con agregados normales dependiendo del peso unitario que se desea para el concreto y las condiciones particulares que especifica.

En la siguiente tabla se puede apreciar algunos de estos agregados finos:

DENOMINACION PESO ESPECIFICO PESO UNITARIO DE CONCRETO PESADO (kg/m3)

Limonita , Geotita 3.4 a 3.8 3000 a 3300Borita 4.0 a 4.4 3400 a 3800Ilmenita,Hematita , Magnetita 4.2 a 5.0 3600 a 4000Acero, Hierro 6.5 a 7.5 5200 a 5800

El principio fundamental en el diseño de mezclas en el concreto pesado, asumiendo que ya se eligieron los agregados a emplearse, reside en que el análisis granulométrico de la mezcla tiene que evaluarse en volumen absoluto y no en peso si se mezclan agregados diferentes como normalmente ocurren ya que de otro modo no se obtiene la distribución real del tamaño de las partículas.

Otro aspecto medular consiste en que mientras mayor sea la diferencia de pesos específicos entre la piedra y la arena abra mayor segregación pues las partículas pesadas tenderán a asentarse en el fondo.

Método de Diseño

Es similar a la de los concretos normales, con las consideraciones que se han indicado , siendo recomendable el emplear algún aditivo plastificante para mejorar sus características de trabajabilidad.

Propiedades del concreto pesado en estado Fresco y Endurecido

Estas propiedades pueden estar condicionadas para darle a este trabajabilidad adecuada y los requisitos necesarios para su uso, mediante una selección cuidadosa de materiales de diseño. Excepto por la densidad, las propiedades físicas del concreto pesado son similares a los del concreto estándar.

CONCRETO EN CONDICIONES EXTREMAS DE TEMPERATURA

INTRODUCCIÓN

Consideramos que se trabaja en condiciones normales cuando la temperatura ambiente varia entre 5ºC y 30ºC, si esta excede los limites anteriores podemos decir que estamos en condiciones especiales de temperatura, la tecnología de concreto basa sus puntos generales en condiciones de temperatura de mezcla de alrededor de 20ºC, por lo que se dan las recomendaciones a los responsables para tener un resultado destacado en calidad estructural, resistencia, durabilidad y acabado.

DEFINICIONES

Se define como condiciones extremas de temperatura ambiental cuando están por debajo o por encima de valores críticos y también cuando inciden en la mezcla combinaciones de temperatura ambiental, humedad relativa y velocidad del viento.

El ACI define el tiempo frio cuando la temperatura media diaria por mas de tres días consecutivos es menor de 5ºC (< 5ºC) y si la temperatura sube por encima de los 10ºC por mas de mediodía ya no se considera tiempo frio.

El ACI define al tiempo caluroso: cuando cualquier combinación de alta temperatura del aire, baja humedad relativa y velocidad del viento afectan la calidad del hormigón fresco o endurecido.Otras normas, reglamentos y autores tienen sus propias definiciones al respecto.El ACI solo fija valores aproximados por lo que se debe sobre la ocurrencia de problemas a aplicar las posibles soluciones estudiadas.

CONCRETO EN CLIMAS CÁLIDOS

GENERALIDADES

Se entiende por clima cálido para estos efectos no solo cuando existen altas temperaturas por encima de los 30°C, sino también la humedad relativa del medio ambiente, velocidad del viento y la combinación de ambos.Se deben extremar precauciones para grandes volúmenes de vaciado donde el efecto negativo del calor de fragua se incrementa y tiene especial cuidado para grandes superficies de exposición como los pavimentos, losas, estructuras delgadas, etc.

EFECTOS NEGATIVOS más notables que se presentan sobre el concreto tanto en estado fresco como endurecido

1. Disminución de la resistencia final del concreto, esto implica menor durabilidad, mayor permeabilidad y fisuración producidos por el aumento de la cantidad de agua amasado.

2. Disminución del tiempo en la colocación y vibrado correcto del concreto, aumenta las posibilidades de cangrejeras, grietas y juntas frías, por aceleración del proceso de fragua del cemento.

3. Disminución de la trabajabilidad por la rápida evaporación de agua de amasado, aceleración del proceso de fragua, mayor absorción por parte de los agregados.

4. Incremento de la fisuración por retracción, al producirse la evaporación violenta.5. Deficiencia en el curado, debido al que tiempo disponible de curado disminuye así como

posteriormente resulta difícil mantener la humedad optima sobre superficies expuestas.

USO DEL CONCRETO

DosificaciónEs importante tener diseños de mezclas alternativos para los trabajos de concreto en los climas cálidos.

Aditivos retardadores de fraguaEs recomendable su uso por que permite al concreto tomar sus propias reacciones y reducir las fisuras por retracción de fragua.

Aditivos reductores de aguaPermite para una misma cantidad de agua mayor trabajabilidad de la mezcla sin pérdida de resistencia final. No es recomendable mayor cantidad de cemento para mantener la relación a/c, ya que el mayor contenido de cemento supondría mayor temperatura de la mezcla.

ALMACENAMIENTO DE LOS MATERIALESPara evitar mayor absorción del calor se recomienda mantener los agregados cubiertos de los rayos solares directos así como mantener los acopios de agregados debidamente humedecidos no solo para bajarles las temperaturas sino para evitar el resecamiento de los mismos. En lo posible evitar el uso del cemento recién salido de la molienda, por presentar temperatura más alta que la normal. El agua en lo posible debe estar en estanques a la sombra pintados de blancos. No olvidar que el agua tiene de 4 a 5 veces más calor específico que los otros componentes del concreto.

PREPARACIÓN DE LA MEZCLA

La temperatura ideal para la preparación del concreto de 15°C que es imposible conseguir en climas cálidos siendo la tendencia de temperatura de los concretos mayores, por lo que hacer el máximo esfuerzo para bajar la temperatura de colocación debajo de los 30°C.

La forma más directa de mantener la temperatura del concreto fresco es regulando las temperaturas de sus componentes, en función de su calor especifico, temperatura propio y cantidad a hacer usada. Un método fácil bajo costo es utilizando hielo en escama o picado en el agua.Formulando la asociación de cemento portland para cuando se usa hielo.

T=0.22 (Ta Pa+T cPc )+T aPh+T w Pw−112H

0.22 (Pa+Pc )+Ph+Pw+HDonde:

H=Peso de hielo en Kg.T=Temperatura del concreto fresco.T a=Temperatura de los agregados.Pa=Peso de los agregados.T c=Temperatura del concreto.Pc=Peso del concreto.T w=Temperatura del agua.Pw=Peso del agua.Ph=Peso del agua en los agregados.

Para calcular el peso del hielo para enfriar al concreto a una temperatura deseada se usa:

H=0.22 (T a+T )+0.22Pa(T ¿¿ a−T )+Ph (T a+T )+Pw (T w+T )

112+T¿

Adicionalmente se recomienda tomar las siguientes condiciones.- Si el cemento está caliente se debe mezclar uniformemente con los agregados antes de

ingresar agua, caso contrario se puede producir fragua violenta y formación de grumos.- El tiempo de amasado debe ser el menor posible, el exceso producirá aumento de

temperatura.

TRANSPORTE DE LA MEZCLASe debe tomar las siguientes medidas: Si se usan aditivos reductores de agua es preferible colocarlos en la mezcla antes de

colocarlos en su posición definitiva o de la tolva de la bomba. Reducir al mínimo el tiempo de transporte porque el proceso de fragua y el exceso de

amasado produce un aumento de temperatura de mezcla. Cuando se usa bomba de concreto la tubería debe mantenerse humedad exteriormente. Colocación del concreto Para mantener la calidad del concreto en el proceso de colocación se recomienda lo siguiente: El terreno natural y los encofrados deben humedecerse mediante regado, para que no

absorban agua de la mezcla. Cuando hay demora en el vaciado aplicar riego tipo neblina a la superficie para evitar

formación de juntas frías y grietas. Si se formaran juntas frías se recomienda humedecerlas con lechada de cemento, antes de colocar el concreto fresco. Las grietas deben ser rellenadas con lechada de cemento, mortero o algún pegamento epóxico.

En el caso de vaciado masivos y con concretos con alto contenido de cemento los efectos descritos anteriormente se magnifican por lo que deberán tomar precauciones adicionales.

Será preferible colocar el concreto en horas de menor temperatura e inclusive hacerlo de noche.

CURADO Y PROTECCIÓN DEL CONCRETO

Se deben tomar las siguientes medidas: Inicio del curado lo antes posible.

Es preferible el curado continuo con agua. Proteger las superficies expuestas en especial losas y pavimentos de la acción del viento. Si el curado húmedo no prosigue cubrir las superficies con membranas de curado cuando la

superficie del concreto este aun húmeda. En superficies verticales usar membrana de curado. Si de usan mantos están deben

mantenerse en todo momento saturados con agua. Tomar testigos adicionales los que serán curado con los mismos métodos que la estructura

principal.

CONCRETO EN CLIMAS FRIOS

GENERALIDADES

Si aun no se ha iniciado el proceso de endurecimiento y el concreto se confina, el agua de amasado aun libre se convierte en hielo y el proceso de endurecimiento se detiene, debido a que el aumento volumétrico del agua en estado solido rompe la débil adherencia entre las partículas del concreto.

Si el endurecimiento a alcanzado a iniciarse, este quedara suspendido hasta que el concreto se descongele, reiniciándose el proceso en el punto que quedo, sin embargo abra una merma en la resistencia final, grado de compactación y adherencia tanto mayor como menor sea la edad a la que se inicio el proceso.

RESISTENCIA MINIMA

No hay criterio común sobre el cual es la resistencia mínima, por lo que la congelación del concreto no produce reducciones significativas en la resistencia final, ya que el ACI dice 35 kg/cm2, las normas inglesas BS 8110: 50 kg/cm2 , la asociación de concreto y cemento y el autor Sad grove dice 20 kg/cm2, otros autores mas conservadores dan 50 kg/cm2 y no menores que el 50% de la resistencia de diseño.