MEZCLAS CONCRETO

CARACTERIZACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO UTILIZADAS EN

SISTEMAS INDUSTRIALIZADOS DE CONSTRUCCIÓN DE

EDIFICACIONES

Jorge C. DÍAZ', Luisa BAUTISTA 2 , Adrián SÁNCHEZ 2 , Daniel RUÍZ 3

RESUMEN

Mediante ensayos de laboratorio se llevó a cabo una caracterización físico - mecánica de los diferentesconcretos que se utilizan en los sistemas industrializados de construcción de edificaciones, haciendo unanálisis comparativo del comportamiento de este tipo de mezclas a diferentes edades (horas y días).Adicionalmente se contrastaron las principales propiedades mecánicas de estos concretos especiales conlas del concreto convencional (bombeable) usado en la construcción de placas de sistemas tradicionales.Por otro lado se llevaron a cabo ensayos de calorimetría sobre los concretos usados en los sistemasindustrializados con el fin de relacionar el diferencial máximo de temperatura (ETmax), tomado delperfil térmico, con la resistencia máxima esperada de la mezcla. Finalmente se desarrolló un prototipopara determinar el esfuerzo de adherencia entre el acero de refuerzo y el concreto con el fin de establecerla evolución de este esfuerzo en el tiempo.

PALABRAS CLAVES

Sistemas industrializados de construcción, ensayos mecánicos de laboratorio, calorimetría, evo-lución en el tiempo de propiedades mecánicas, esfuerzo de adherencia, concreto

1. INTRODUCCIÓN

El concepto de sistema industrializado paraconstrucción de vivienda está asociado a losprocesos que, mediante una adecuadaplaneación de actividades y presupuesto y unaselección acertada de equipos y materiales, ge-neran elevados rendimientos en obra y un me-jor aprovechamiento de los recursos, al crearuna especie de producción en serie, similar alos procesos repetitivos empleados en fábricas.

La industrialización de los procesos construc-tivos permite construir, mediante el uso deformaleta metálica modulada, una unidad devivienda tipo, con el principio de rotación dia-ria de la formaleta que permite una velocidadde construcción con eficiente ocupación depersonal. Entre los sistemas industrializadosmás difundidos se encuentra la construcciónde vivienda cuyo sistema estructural está con-formado únicamente por placas y muros enconcreto.

Ingeniero Civil. Director de Desarrollo Técnico. CEMEX Colombia. Email: [email protected]

2 Ingeniero Civil, Pontificia Universidad Javeriana.

3 Profesor Asistente e Investigador del grupo de Estructuras. Departamento de Ingeniería Civil. Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá,Colombia. email: [email protected]

60 -UNIVERSIDAD DE LOS ANDES •

Dentro de la clasificación de los sistemasindustrializados de construcción se encuentranlos de formaleta reutilizable que son pánelesmetálicos en aluminio o acero que unidos for-man una estructura temporal autoportante ca-paz de resistir presiones sin deformarse y cuyofin es moldear el concreto según el diseño ar-quitectónico. En general, este tipo de formale-tas se agrupan en dos sistemas: formaletería tipotúnel y formaletería manoportable.

Por otro lado debe mencionarse que debido ala rapidez en la construcción, el concreto usa-do para este tipo de sistemas debe tener carac-terísticas especiales de resistencia a edadestempranas comparadas con las resistenciasmáximas de los concretos convencionalesbombeables, ya que los sistemas estructuralesdeben ser capaces de soportar cargas sobreim-puestas a edades tempranas de su proceso defraguado.

2. SISTEMAS INDUSTRIALIZADOS DE VIVIENDA

EN CONCRETO

2.1 Tipo túnel

El sistema estructural esta conformado pormuros y placas macizas en concreto reforzadomediante mallas electrosoldadas de alta resis-tencia, fundidos monolíticamente en sitio me-diante el uso de formaletas de grandes dimen-siones en láminas y perfileria de acero que for-man semitúneles y se complementan entre sípara conformar la estructura de diseño (VerFigura l.) Dentro de las principales caracterís-ticas del sistema está el uso necesario de unatorre grúa para la movilización de la formaletay en la mayoría de los casos del concreto.

Asimismo, la utilización de los encofrados enel sistema tipo túnel permite la incorporaciónde cajas eléctricas y pasos de tubería perfecta-mente ubicados. Las instalaciones se amarrana la malla y las cajas que se incrustan en losmuros. En la placa se colocan cruces prefabri-cadas para colocar la formaleta de inicio demuro así como las mallas de refuerzo,

Formaleta para sistema industrializado tipo túnel. [FORSA, 2003]

2,2 Tipo manoportable

Cori el sistema manoportable de pánelesmodulares, la formaleta se puede acoplar fácil-mente a cualquier tipo de proyecto o diseñoarquitectónico, ya sea para edificios o casas.Dada su fabricación el sistema permite fundirmonolíticamente muros v losas logrando unrendimiento de una vivienda diaria. El nivel de

a i, In:gen era

acabado sobre la superficie de concreto puedeser liso o con textura. El sistema de encofradode la formaleta en aluminio está compuesto por

r_les y accesorios. Los paneles son confor-?aclos p or la unión entre si de perfiles extruidoscon aleación estructural. El peso promedio deun panel de 90cm x 240cm es de aproximada-mente 40 kg. (Ver Figura 2)

6 1

AltoBajo

'RITERIO DE DISENO MUROS PLACASFluidez.

Res'. . ...

Riesgo de fistaraciotemprana

P

-- , - . s n-a.'

A: paalo-^: I Mr . mYaz.lo:2hdas úias

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3. CONCRETOS UTILIZADOS eN LOS

SISTEMAS !"' r-!'°':TRIALIZADCIS DE \%i4

^ Mi,r?ne, _ - )NCRETO

tipo trlelnoportable

^ ^,-tabla a 1. Especificaciones tfc l út c+.^ det Concreto wado

para muros y pacas en sistemas %ndus : .:' .- rdos[CLAMA 2003;

62

E.; Los sister-ss industrializados de viviendade muros de concreto se requieren dos tiposde mezclas dependiendo si son usadas paralos muros o para las placas. En particular, loscriterios de diseño de las mezclas de concre-to usadas para los muros están asociadas conlas fluidez y los tiempos de fraguado debidoa la alta resistencia al bloqueo que se presen-ta al interior de los muros (espesores entre 8y 172 cm) generada por la presencia de tube-ías. refuerzos de acero v accesorios. Por su

parte las principal característica que se bus-ca en las mezclas usadas en las placas de con-creto está asociada eon la resistencia a eda-des tempranas sin perder de vista la fisuraciónplástica, Las características mencionadas a

desden-

iz Ateriormente han evolucionado esde los pri-merosmeros años de la década de los 90's cuandose introdujo al país el sistema Outinord y elContech. En los primeros años de esta déca-da se usaba un único tCiIp" pl`.a con las caracteris

ira placas corno para íos roer.;.,. .. .claro .. i. e el uso de una iin

no garantiza un adecuanagro' echan lento' de las propiedades t-scas

mecánicas de .las mezclas, dado que unmuro no requiere de tanta resistencia inicialcomo una placa de concreto v una fluidezmuy alta puede alargar los tiempos para po-der a cabo el alienado ("finishing") dela-

El concreto usado en los muros estructuralesde liste as industrializados ha evolucionadodesde mezclas fluidas con asentamientos de 7"(17,5 cm) hasta tos concretos autocompactan-tes que no requieren vibrador de inmersión yque garantizan un adecuado llenado en todoslos espacios al interior de los muros.

El presente artículo se enfoca en el análisis delos concretos de placas, donde el principal cri-terio a evaluar es su resistencia a edades tem-pranas. En este caso su fluidez, medida en elensayo de asentamiento, es apenas de 4" (10cm) lo ..:il requiere el uso de vibradores d

_., . ,_ io oler lento . tener en c.^.e

el diseño i`e4ta Tl aunquedel cemento es nrimor,t:..

las normas técnicas colombianas N321, se ha encontrado que el cemento más cveniente a usar es el tipo 3, el cual dese :o ..altas resistencias a edades tempranas. La co: -posición química dei cemento tipo 3 difiere locla del cemento tipo i aunque físicamente sonsimilares. No obstante los tamaños de las par-

U . I p, ti _ A._ DE LOS ,7 N DE 5

concreto quec1e

g4.

CARACTERÍSTICA OfffINORD j CO\TECH PLACA BOMBEASTE

i CONVENCIONAL

Re irte 0aa un: ial e spe. d icada

K<.,.:: . ..,, . . . : , •r: ,d<,100% dery

tículas del cemento tipo 3 son relativamenteinferiores a las del tipo 1 debido a que han sidomolidas más finamente, Se anota que comomedida preventiva para evitar una generaciónde calor brusca s para evitar grandes gradientesde temperatura entre el concreto fundido y elclima, se recomienda que este tipo de cemen-to tenga un valor de C3A del 8%,

Otros factores que ayudan a complementar unadecuado diseño, además de criterios básicoscomo la relación agua/cementante (á/c1 ), sonla inclusión de aditivos y fibras en el concreto,los cuales contribuyen a mejorar el tiempo demanejabilidad, el tiempo de fraguado, la fluidez

la disminución del riesgo de fisuración. Sinembargo, no debe olvidarse que el riesgo defisuración se disminuye en gran medida cuandose procura controlar los efectos ambientalescomo las muy altas o bajas temperaturas, bajahumedad relativa y la velocidad del viento.

Finalmente se menciona que el concreto de altaresistencia a temprana edad alcanza su resis-tencia especificada más rápido que un concre-to normal. El período en el que obtiene la re-sistencia especificada puede variar desde unascuantas horas hasta varios días. Se anota queesta resistencia inicial es especialmente impor-tante porque gobierna el proceso de retiro dela formaleta al siguiente día de fundido el con-creto, Para el concreto usado en los sistemasindustrializados de construcción, se debe te-ner en cuenta los esfuerzos de tensión porflexión a edades temprana debido a que, por lavelocidad del proceso constructivo, se puedengenerar fisuras en las placas, causadas por elpeso de las formaletas y el personal que trabajasobre las placas en las primeras horas despuésde vaciado el concreto, Debe anotarse que sehan presentado en algunas obras de construc-ción con sistemas industrializados en Bogotá,una serie de fisuras cuyo origen puede estarasociado a solicitaciones a flexión superiores alas disponibles a las pocas horas de vaciado elconcreto. Esta solicitación temprana obliga adefinir un modelo de análisis estructural bsadoen criterios de elasticidad.

3.1 Tipos de Concreto Estudiados en la ln-;-estigación

A continuación se hará una breve descr1pciónde los concretos estudiados en el presente re-porte de la investigación llevada a cabo:

Concreto Outinord: Es un concreto de fluidezinedia, acelerado de resistencia y fraguado, di-señado especialmente para ser empleado en elsistema túnel, permitiendo una rápida rotaciónde formaleta y velocidad en la construcción.

Concreto Contech placa: Es un concreto de

fluidez media , acelerado de resistencia y fra-guado, diseñado para sistemas industrializadosde rápida rotación de formaleta y perfectosacabados.

Concreto bombeable: Es un concreto de flui-dez media, condición que brinda muy buenamanejabilidad, especialmente cohesivo lo cualpermite la colocación por medio de un equipode bombeo. El concreto bombeable es utiliza-do principalmente en placas aligeradas de es-tructuras convencionales,

En la tabla 2 se presenta un resumen de lasprincipales características de los concretos des-critos anteriormente. Obsérvese que a pesar deque se requieren asentamientos, tamaños máxi-mos, densidades y contenidos de aire iguales,los concretos para sistemas industrializados(Outinord y Contech Placa, requieren resisten-cias a edades tempranas considerables a dife-rencia de los requerimientos del concreto con-vencional.

Espec c orleS teC7?t-as del

Cewreto [CEMEX 2003]

MEZCLA DE CONCRETO

Face i tad de ingeniería

63

Tipo de Concreto

I Cc' rr_'; 'lac

Outinord

E,.ntble

Tamaño

ento Máximo Grava (

ivianoponabie I 4' í 10 mm) I r ('_> mm)

Tünel 4" (] 0 mm)

ecn•:c.cionai 4"'1̂Onun)

Resistencia

(kglcm')

210

x

I X ^ X !

) rml j X i X Í

Sistema

Constructivo IAsentam

ContechOutinord

ContechOutinord

Bombeabi` ontec hOutinord

BombeableContechOutin.,r:;

B crnl

Outi fiordeable

Módulo deElasticidad

ContechOutinord

ContechOutinord

BombeableContechOutinord

B>rrdbeab lc

ContechOutinord


Bombeable

TensiónIndirectaContechOutinordContechOutinordContechOutinord

BombeableConteeOutinord


BombeContechOutinoré

Bombeabie ContechOutinord


Bombeable

EDAD Resistencia a laCompresión

ContechOutinord ContechOutinord ContechOutinord

Bombeable

4. DESCRIPCION DE ENSAYOS

A través de diversos ensayos mecánicos se eva-luó el comportamiento de tres mezclas de con-creto a edades tempranas (horas iniciales) y alos 28 días para tres resistencias de diseño. Lasmezclas estudiadas fueron sometidas a ensa-yos para determinar la resistencia a la compre-sión, la resistencia a la tensión, el módulo deelasticidad y el módulo de rotura a diferentesedades. En la tabla 3 se presenta la matriz demezclas para tres diferentes resistencias de di-seño.

Tabla 3. Matriz de mezcl_ <s,

Así mismo se anota que las mezclas estudiadascorresponden a los diseños de mezcla preesta-blecidas por Cemex Concretos, En cada casoespecifico se siguieron los lineamientos esta-blecidos en las normas NTC teniendo en cuentatodos los cuidados y criterios para llevar a cabolos ensayos. Adicionalmente las mezclas se cu-raron debidamente según la Norma NTC 550[ICONTEC, 2003; "Elaboración y curado deespecímenes de concreto en obra",

Por su parte en la tabla 4 se resumen los ensa-yos realizados sobre las tres mezclas, especifi-cando en cada caso las edades de los ensayos.Se anota que para cada mezcla estudiada, paracada tipología de ensayo, para cada edad y paracada resistencia, se efectuaron tres ensayos conel fin de tener el mínimo número de probetasestipuladas por las normas técnicas de refe-rencia.

'Libia 40 atriz de ensayos para cada unce de las mezclas estudiadas

TIPO DE ENSAYOMódulo de

Rotura ContechOutinord

echOutinord ContechOutinord

Bombeable

Contecr-.Outinord

ContechOutinord

Bom:beabie C:ontechOutinord

Bombeable Contecl.Outinord


Bombeable

ContechOutinord

Bombeable

Calorimetría

'J N'^. ,'^ HSIDAD DE :OS ANDES

#. ? Ensayo de Resistencia a la Compresión

Siguiendo los lineamientos establecidos en laNorma NTC 673 [ICONTEC. 20031 "Ensayode resistencia a la compresión de cilindros nor-males de concreto", se llevaron a cabo los en-sayos a diferentes edades del concreto. En lafigura 3 se muestra el montaje y la falla deprobetas sometidas a compresión,

Placa y bombeabiej para diferentes edades, En

la figuras 4 se presenta el montaje del ensayo y

el modo de falla de algunas probetas.

e.sistencia a la –

cuenta la N orma NTC ensa.

2003] "Método de ensayo ° :ión del LOP crt -

.. resistencia a la tensión inQirec.. ,'on carga en los LerciCs`=

i"e cilíndricos de concreto" s^. la resistencia a la te3'SiOá genera

sayos de tensión indirecta sobre de. flexión ° c^ul s d rotura) en e3 tercio :;^F- t ,^,

^t'^idladas !CJutlnord, ^,ontec^`? o ' e ' una ^ ^"^ de concreto sim^«-

65

66

En la Figuras 5 se presenta el montaje y el modode falla típico de las probetas sometidas a estasolicitación de carga.

Figura 5. Montaje y falla de una sometida al ensa-yo para determinar el módulo de rotura

4.4 Ensayo para Determinar el Módulo deElasticidad

Teniendo en cuenta la Norma NTC 4025[ICONTEC, 2003] "Método de ensayo paradeterminar el módulo de elasticidad estático yla relación de Poisson en concreto a compre-sión.", se estimó el módulo de elasticidad a di-ferentes edades del concreto para tres mezclas(Outinord, Contech Placa y bombeable), En laFigura 6 se presenta el montaje típico de esteensayo.

Figura 6. Montaje del ensayo paramódulo de elasticidad.

4.5 Ensayo de Calorimetría

A través de la calorimetría se pretende esta-blecer el incremento de calor de una pasta decemento o una mezcla de concreto en el pro-ceso de hidratación inicial. En el caso del con-creto, la calidad intrínseca de la mezcla estárelacionada con el proceso de hidratación delos materiales cementantes – cemento, cenizasvolantes, humo de sílice o puzolanas conteni-dos en la mezcla, su relación (a/c+p) y la do-sificación de aditivos, que influyen básicamen-te en la manejabilidad, el tiempo de fraguadode la mezcla de concreto y la evolución de re-sistencia potencial del concreto. Cada tipo deconcreto tiene una calidad intrínseca particu-lar que se refleja, como una huella digital en elperfil térmico.

La medición de la temperatura generada por elproceso de hidratación del cemento, en unambiente aislado térmicamente, permite esta-blecer con buena precisión las característicascalorimétricas del concreto. El diferencial máxi-mo de temperatura (ATmax), tornado del per-fil térmico, refleja, de manera precisa yconfiable la calidad intrínseca del concreto aedad temprana dentro de las 24 horas siguien-tes a su vaciado.

Se ha comprobado que existe una correlacióndirecta entre ATmax y la evolución de resis-tencia [ASTM, 1998]. Esta relación se puede

UNIVERSIDAD DE LOS a S

67

utilizar para predecir el rango de evolución dela resistencia. La caracterización calorimétricadel concreto se establece con base en ensayosde obra, de calorimetría y de resistencia a lacompresión, que se realizan paralelamente, conel fin de establecer una base de datos,

El modelo de calorimetría [ATmax vs. Resis-tencia] es producto del análisis de la base dedatos mediante técnicas estadísticas y tiene trescomponentes paramétricos: el rango de calori-metría, la calidad característica del concreto yel nivel mínimo esperado de la resistencia[ASTM, 1998]. Cada tipo de concreto tieneuna calidad característica que está determina-da por la relación (ATmax vs. Resistencia) den-tro de su rango particular de calorimetría.

El montaje de este ensayo consiste en obteneruna muestra de concreto o pasta de morteropara llenar un molde de icopor. Este molde secoloca dentro de otros dos moldes de icoporpara garantizar un máximo aislamiento delmedio ambiente. (Ver Figura 7). Se introduceen el concreto una termocupla que transmitela temperatura al sistema de adquisición dedatos para poder realizar las gráficas correspon-dientes.

F a c u I t a d d e Ingeniería

Figura 7. Calorímetro y montaje del ensayo de ca-lorimetría.

5. ANALI: `: : ñ s' ?;SULTADOS

5.1 Resistencia a la compresión

En la figura 8 se presenta la evolución de laresistencia a la compresión en el tiempo paralas tres mezclas analizadas. En el caso de lasmezclas Outinord y Contech, la gráfica pre-senta un aumento acelerado de la resistencia ala compresión a edades tempranas (entre las14 y las 24 horas), mientras que a partir deltercer día la tasa de aumento disminuye nota-blemente presentando un crecimiento relati-vamente estable. A la edad de tres días para elconcreto Contech Placa y el concreto Outinord,la resistencia obtenida de los ensayos es ma-yor, en promedio, a la resistencia de diseño enun 42% y un 33`%© respectivamente, lo cual per-mite garantizar que el concreto trabaja con suresistencia de diseño antes de lo estipulado,Debe anotarse que tanto el concreto Outinordcomo el concreto Contech presentan resisten-cias a la compresión a los 28 días sustancial-mente superiores a las resistencias de diseño(casi el doble).

Por otro lado el concreto Bombeable no pre-senta un aumento acelerado de su resistencia aedades tempranas como el descrito anterior-mente, aunque a los 28 días llega a valores deresistencia a la compresión superiores a los es-tablecidos inicialmente.

Evolución en el tiempo de la resistencia a la compresiónCONTECH PLACA

500 –

400

a 300

.1; 200

^ 100

o100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo (horas)

-•-fc=175 kg/cm"2 -4- f'c=210 kg/cm"2 ^- fc=245 kg/cm^2

Evolución en el tiempo de la resistencia a la compresiónOUTINORD

500

Fi' 400 ;E

Y 300

; 200

100

o0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo (horas)

-^ fc=175 kg/cm^2 c=210 kg/cm"2 c=245 kg/cm^2

Evolución en el tiempo de la resistencia a la compresión

BOMBEARLE500

400.-.^ 300f,

200

loo

o

O 100 200 300 400 500 600 700 800Tiempo (horas)

-^ fc=175 kgicm^2 -^ f"c=210 kg/cm^2 ^+- f c=245 kg/cm^2

Evolución en el tiempo de la resistencia a la tensión

CONTECH PLACA

0 100 200 300 400 500 600 700 800Tiempo (horas)

c=1 75 kg/cm^2 c=210 kg/cm"2 fc=245 kg/cm^2

50

^ 40

52

; 20

I lo

O

Figura 8. Resistencia a la compresión para el con-creto Contech placa, Outinord y Concreto Bornbea-ble a diferentes edades

5.2 Resistencia a la TENSIÓN Y MÓDULODE ROTURA

En la figura 9 se presenta la evolución de laresistencia a la tensión en el tiempo para lastres mezclas analizadas. Al igual que en el casode la resistencia a la tensión, la curva de evolu-ción temporal de la resistencia a la tracción delas mezclas Outinord y Contech presenta unaumento acelerado de la resistencia hasta lostres días (72 horas). A partir de este punto latasa de crecimiento de la resistencia disminu-ye notablemente lo cual se visualiza en unapendiente relativamente horizontal en la Figu-

ras 9 a partir del tercer día. En el caso de losconcretos Contech placa y Outinord el con-creto a los tres días tiene una resistencia a latracción indirecta superior a los 20 kg/cm2 paralas tres resistencias de diseño (175, 210 y 245kg/cm2). Por su parte el concreto bombeable ala misma edad tiene resistencias inferiores a 20kg/cm2 en todos los casos.

Esta característica hace que el concreto con-vencional no sea adecuado para la construccióncon sistemas industrializados, debido a que porla velocidad del proceso constructivo podríanaparecer fisuras por tracción generadas porflexión originadas en la aplicación temprana delas cargas asociadas con el peso de la formaletay el personal.

Por otro lado, y de acuerdo con los resultados,el concreto Contech Placa tiene una resisten-cia a la tensión indirecta de 17% de la resisten-cia de diseño a la compresión, el concretoOutinord de 16% y el concreto Bombeable de12%. En consecuencia, se puede mencionar queen promedio, el concreto usado en los siste-mas industrializados tiene una mayor resisten-cia a la tensión indirecta que el concreto bom-beable.

Debe mencionarse que las conclusiones presen-tadas anteriormente son corroboradas por losresultados de los ensayos de módulo de rotura,los cuales no son presentados en este documen-to.

68 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

Evolución en el tiempo de la resistencia a la tensiónOUTINORD

O 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo (horas)

-+-f'c=245 kg/cm^2 -+-fc=210 kg/cm^2 -r-f'c=175 kg/cm^2

Evolución en el tiempo de la resistencia a la tensión

50

O 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo (horas)

-^-f'c=175 kg/cm^2 fc=210 kg/cm^2 -+-fc=245 kg/cm^2

50

~ 40

w 30

20

rc 10

0

Evolución en el tiempo del módulo de elasticidadCONTECH PLACA

0 100 200 300 400 500 600 700 800Tiempo (horas)

-e-fc=175 kg/cm^2 -`-1"1=210 kg/cm^2 c=245 kg/cm^2

Evolución en el tiempo del módulo de elasticidadOUTINORD

300000

I 250000

200000

▪ 150000

m 100000

50000

^ o0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo (horas)

^fc=175kg/cm^2 +-fc=210kg/cm^2 fc=245kg/cm^2

Evolución en el tiempo del módulo de elasticidadBOMBEABLE

300000

▪ 250000

a 200000

^ 150000

100000

; 50000

2 o

0 100 200 300 400 500 600 700 800Tiempo (horas)

-`-f'c=175kg/cm^2 +-fc=210kg/cm^2 -+-f"c=245kg/cm^2

a 300000250000

^ 200000

„ 150000

100000

g 50000$ 0f

Figura 9. Resistencia a la tensión indirecta para elconcreto Contech placa, Outinord y Concreto Bom-beable a diferentes edades

7.3 Módulo de Elasticidad

En la figura 10 se presentan los resultados dela evolución temporal del módulo de elastici-dad para las diferentes mezclas de concreto yresistencias estudiadas. En el caso de los con-cretos para los sistemas industrializados(Contech placa y Outinord) se observa una altatasa de crecimiento inicial del módulo de elas-ticidad en las primeras horas de vaciado delconcreto. Esta tasa de crecimiento disminuyenotablemente con el transcurrir de las horaspero se mantiene creciente. Adicionalmente seanota que el módulo de elasticidad a los 28 díases en todos los casos superior a los valores esti-pulados en los códigos de diseño de concreto.Particularmente este aumento era predecibledado que el módulo de elasticidad es propor-cional a la raíz cuadrada de la resistencia a lacompresión. El comportamiento descrito an-teriormente es bastante similar para las tres re-sistencias de diseño estudiadas en las mezclasde concreto para sistemas industrializados. Por

su parte el concreto bombeable presenta uncomportamiento y una evolución temporal di-ferente a la de los concretos para los sistemasindustrializados. El concreto bombeable pre-senta una tasa de crecimiento inicial menospronunciada que la del Outinord y el Contechseguida de una tasa de crecimiento relativamen-te horizontal. Sin embargo lo que más se des-taca de las curvas presentadas en la Figura 10es que el módulo de elasticidad para las mez-clas de concreto bombeable diseñadas para te-ner una resistencia final de 175 kg/cm 2 y 210kg/cm2 es inferior a lo estipulado en los códi-gos de diseño de concreto. Lo anterior es unindicativo de la alta variabilidad del módulo deelasticidad del concreto que no se presenta enlos concretos especiales usados en la construc-ción con sistemas industrializados.

Figura 10. Módulo de elasticidad para el concretoContech placa, Outinord y Concreto Bombeable adiferentes edades

` Facultad de Ingeniería69

CALORIMETRÍACONTECH PLACA

O 10 20 30TIEMPO (horas)

— f"c=175 kg/cm^2 — fc=210 kglcm^2 — fc=245 kg/cm^2

CALORIMETRÍA

OUTINORD

O 10 20 30

TIEMPO (horas)

— f"c=175 kg/cm^2 — f"c=210 kg/cm^2 — fc=245 kg/cm^2

CALORIMETRÍABOMBEABLE

10 20 30

TIEMPO (horas)—fc=175 kg/cm^2 —fc=210 kg/cm^2 —f"c=245 kg/cm^2

40 50

40

50

35

30

25raII 20EF 15

100 40 50

35

30

` 25^rad 20EF 15

10CALORIMETRÍA CONCRETO OUTINORD

O É 250

^ Y 200

150m^ 100

&' 50

o

á 400

`g

É ^ 300

28 días,

7 días

3 días

24 hora

20 horaj

11 13 15

^ T ma: (°C)

17

5.4 Ensayo de Calorimetría

La medición de la temperatura generada por elproceso de hidratación del cemento, en unambiente aislado térmicamente, permite esta-blecer las características calorimétricas del con-creto. Para ello es necesario registrar la evolu-ción en el tiempo de la temperatura de la mez-cla de concreto a edades tempranas. Este re-gistro de temperatura vs. tiempo se presentapara cada una de las mezclas estudiadas en lafigura 1 1.

Figura 11. Perfil de calorimetría para el concretoContech placa, Outinord y Concreto Bombeable

Una vez establecidas las curvas de evoluciónen el tiempo de la temperatura de la mezclapresentadas anteriormente, es necesario de-terminar para cada mezcla (Outinord, Contechplaca y bombeable) la relación ATmax vs. Re-sistencia a la compresión, siendo ATmax la di-ferencia existente entre la máxima temperatu-ra registrada y la temperatura inicial de la Fi-gura 11.

Al llevar a cabo este proceso se obtienen cur-vas como las presentadas en la figura 12. Ob-sérvese que la tendencia de este tipo de gráfi-cas puede asimilarse lineal. Gracias a estas cur-vas es posible establecer a partir de registrosde temperatura durante las primeras 24 horas,la resistencia esperada de la mezcla a diferen-tes edades.

Figura 12. Relación entre el ATmgx del perficalorimétrico y la resistencia a compresión a dife-rentes edades para el concreto Outinord

Teniendo en cuenta que uno de los factores másimportantes en las mezclas de concreto paralos sistemas industrializados es la resistencia aedades tempranas (días), es posible utilizar losresultados de calorimetría de las primeras 24horas para estimar la resistencia esperada de lamezcla de concreto y de esta manera estable-cer el momento ideal para retirar la cimbra.Utilizando este tipo de ensayos no destructivosse puede realizar un control de calidad de lasmezclas a la vez que se minimiza la probabili-dad de que aparezcan fisuras en las placas porsobrecargas a edades temprana.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES _J

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315Íe en acerRótula mecánica

P^ A P/2

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varilla de acero de retuerzo

Figura 13.gas en los terci

ensayo y equir

central Je la vigaio de ; tyt

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€. PLANTEAMIENTO DE UN MODELO PARA

DETERMINAR LA ADHERENCIA ENTRE EL

CONCRETO Y EL ACERO DE REFUERZO

En la actualidad, algunas de las construccionesde edificaciones con sistemas industrializados(tipo túnel y manoportabies), realizadas enBogotá están presentando fisuras en sus pla-cas, cuya condición de estructurales o no es-tructurales se desconoce. Estas fisuras se ha-cen evidentes después de un tiempo de haberfundido la placa, sin conocerse a ciencia ciertaen qué momento se han generado y cuáles sonlos agentes o factores causantes.

Basados en el anterior hecho se emprendió unainvestigación tendiente a caracterizar las pro-piedades mecánicas básicas de las mezclas deconcreto a diferentes edades tal como se pre-sentó en los apartados anteriores. Una de laspropiedades mecánicas que se buscó determi-nar fue la evolución en el tiempo de la adhe-rencia existente entre el acero de refuerzo v elconcreto, Basados en lo anterior se adapté eelensayo de adherencia entre un material com-puesto (fibras de vidrio, fibras de carbono, fi-bras de aramida, etc) y el concreto con el finde establecer de manera preliminar la edad parala cual el concreto y el acero presentan unaadherencia adecuada.

El ensayo implementado en el laboratorio sebasa en el equilibrio de fuerzas y de momentosque debe existir al interior de una viga simple-mente apoyada con dos cargas aplicadas en lostercios de su luz (Figura 13a)). El dispositivopara ejecutar el ensayo se bosqueja en la Figura13b) y su fotografía y planos se presentan en laFigura 14. Si la sección central de la viga estáconformada por una rótula mecánica en la par-te superior y una varilla en la zona inferior (VerFigura 13h)), el momento generado al interiorde la viga (P*L/6) debe ser soportado por elpar de fuerzas mostrados en la figura(T*d=C*d), en donde la rótula estaría some-tida a compresión (Fuerza C) y la varilla estásometida a tracción (Fuerza T). Si se tiene en

F Üc c l i a ci de I n g e n i e rí a

cuenta que la rótula fue diseñada para que nun-ca fallase a compresión, el modo de falla de laviga debe estar asociado a la fluencia o al desli-zamiento de la varilla.

n

La varilla instalada en la zona central del dis-positivo de ensayo tenia un diámetro No. 2 yaque este es el diámetro usado en las mallaselectrosoldadas de refuerzo colocadas en lasplacas de los sistemas industrializados. Se ano-ta que para las dimensiones del molde se tuvoen cuenta que la varilla estuviese embebidadentro de los bloques de concreto (Ver Figura13b) una longitud superior a la longitud dedesarrollo establecida en los códigos de con-creto para esta varilla. De esta manera se ga-rantiza que si existe una adherencia adecuadaentre el acero y el concreto, la falla se presentapor fluencia de la varilla y no por deslizamien-to. Para la elaboración del ensayo, se coloca lavarilla antes de vaciar el concreto y se procedea llenar el molde de igual manera que una vigapara el ensayo de flexión.

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esquema de falsa..on pase en tos resultados acompresión i- a tensión, y la evolución tempo-ral de las resistencia descritas en apartados an-teriores, se espera que a los tres d ías la falta del

nc tema su origen en la fluencia de la va-rilla, Sin embargo este aspecto aun es objetode estudio dentro de la investigación.

CLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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estimar el valor de la resistencia a la com-presión a cualquier edad sin necesidad deusar ensayos destructivos. No obstante estetipo de ensayos deben ser calibrados me-diante procedimientos estadísticos basadosen ensayos destructivos elaborados en la-boratorio. Así mismo con base en los ensa-yos de calorimetría se pueden estimar da-tos de resistencia en obra que permitan to-mar la decisión sobre el momento adecua-do para retirar la formaleta minimizando elriesgo de aparición de fisuras por tensiónen el concreto, teniendo en cuenta una es-pecificación de resistencia inicial calculadamediante un modelo matemático adecua-do.

• Se recomienda realizar más pruebas delensayo de adherencia para poder determi-nar la curva de evolución de la resistenciaen función del tiempo.

8. REFERENCIAS

1. ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE PRODUCTO-RES DE CONCRETO, ASOCRETO, Construcción consistemas industrializados de muros en concreto para vi-vienda. Memorias, 2003.

2. ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE PRODUCTO-RES DE CONCRETO, ASOCRETO, Tecnología y pro-piedades, Colección básica del concreto, Asocreto, Bogo-tá, 1997.

3. ASTM C 1074, 1998, American Society for TestingMaterials, Standard Practice for Estimating ConcreteStrength by the Maturity Method, volume 4.02.

4. CEMEX CONCRETOS DE COLOMBIA, Guía Téc-nica, Bogotá, 2003

5. COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD, Ma-nual de tecnología del concreto, Limusa Noriega Editores,México, 1994.

6. FORMALETAS S.A. — FORSA. Tomado de internet:URL: http://www.forsa.com.co/

7. ICONTEC. Normas Técnicas Colombianas. 2003.

8. INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DELCONCRETO, Tecnología del concreto, Editorial Limusa,México, 1989.

9. KLIEGER, Paul & LAMOND, Joseph, Significanceof test and properties of concrete and concrete makingmaterials, Bond with reinforforcing steel, pág. 202-208,1994.

10. SÁNCHEZ DE GUZMÁN, Diego, Tecnología delconcreto y del mortero, Editorial Bhandar, 3a edición, Bo-gotá, 1996.

11. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES, Industrializa-ción de la construcción, Magíster ingeniería civil, Area deingeniería y gerencia de la construcción (MICIGC).

9. AGRADECIMIENTOS

Este documento está enmarcado dentro delproyecto denominado "Determinación de lascausas de fisuras en placas de sistemasindustrializados, para la construcción de edifi-caciones en Bogotá y planteamiento de posiblessoluciones", financiado por la VicerrectoríaAcadémica de la Pontificia UniversidadJaveriana y ejecutado por el grupo de investi-gación Estructuras.

Los autores desean agradecer la colaboraciónde CEMEX Colombia, quien suministró todoslos materiales, las mezclas para la ejecución delos ensayos presentados en este documento yejecutó parte de los ensayos en su laboratoriodel Centro de Tecnología del Concreto.

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