CAPÍTULO 4: HORMIGÓN EN ESTADO ENDURECIDO

1. Definición: 1.1. Propiedades físicas:

En la etapa del material ya endurecido, las propiedades del hormigón evolucionan con el tiempo, dependiendo de las características y proporciones de los materiales que lo componen y de las condiciones ambientales a que está expuesto.

1.1.1.Expansión:1.1.2.Retracción:

El hormigón experimenta variaciones de volumen, dilataciones o contracciones, durante toda su vida útil por causas físico - químicas.El tipo y magnitud de estas variaciones están afectados en forma importante por las condiciones ambientales existentes de humedad y temperatura y también por los componentes presentes en la atmósfera.La variación de volumen derivada de las condiciones de humedad se denomina retracción hidráulica, y las que tienen por causa la temperatura, retracción térmica. Por su parte, de las originadas por la composición atmosférica, la más frecuente es la producida por el anhídrido carbónico y se denomina carbonatación.

Figura X: Retracción o contracción del concreto. Fuente: Propiedades del hormigón endurecido. Unidad 7. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

1.1.2.1. Retracción hidráulica:Los parámetros preponderantes en la retracción hidráulica son:

Composición química del cemento: influye principalmente en la variación de volumen, dado que ésta deriva del desarrollo del proceso de fraguado. En estas condiciones, si la composición del cemento favorece un fraguado rápido de la pasta, ella también será favorable para una más alta contracción inicial, si existen

condiciones ambientales no saturadas de humedad. Por las razones indicadas, un alto contenido de C3A favorecerá una rápida y alta contracción.

Finura del cemento: una mayor finura del cemento favorece también una evolución rápida de sus propiedades, en particular de su fraguado.

Dosis de cemento: existe una relación casi directa entre la dosis de cemento y la retracción hidráulica por estas causas.

Dosis de agua: dado que un mayor contenido de agua en el interior del hormigón conducirá a una mayor cantidad de fisuras y poros saturados, desde donde se origina la tensión superficial.

Porosidad de los áridos: el valor de la retracción por esta causa queda condicionado por la finura del árido, siendo mayor cuando ésta aumenta, puesto que ello implica una mayor cantidad de discontinuidades en la masa del árido.

Humedad: Puesto que ella condiciona la velocidad de evaporación del agua interior del hormigón.

1.1.2.2. Retracción térmica:El hormigón puede experimentar variaciones de volumen causadas por la temperatura, las cuales pueden provenir tanto externamente de la temperatura ambiente como internamente de la generada durante el fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento.Como consecuencia de lo expresado, los principales factores que condicionarán la magnitud de la retracción térmica son los siguientes:

Variaciones derivadas de causas externas:o Magnitud y velocidad de las variaciones de temperatura ambiental. Variaciones por causas internas:o Características del cemento.o Contenido de C3A.o Finura de molienda.o Temperatura en el momento de su incorporación en el hormigón.

La evaluación de la retracción térmica puede efectuarse a partir del valor de las temperaturas producidas y de las características de dilatación térmica del elemento. Para paliar los efectos derivados de la retracción térmica pueden tomarse algunas medidas, como las que se describen a continuación:Para atenuar los efectos derivados de la temperatura externa, la medida más eficaz consiste en el aumento de la aislación térmica en los paramentos que limitan con el exterior. Para los efectos térmicos generados por el proceso de hidratación de la pasta de cemento pueden tomarse diversas medidas, tales como las siguientes:

Empleo de cementos de bajo calor de hidratación, aceptándose normalmente como tales aquellos cuyo calor de hidratación a 7 días es inferior a 70 cal/g.

Disminución de la temperatura interna del hormigón por alguno de los siguientes sistemas:

o Reemplazo de parte del agua de amasado por hielo durante la revoltura en la hormigonera, con lo cual se logra rebajar la temperatura inicial del hormigón coloca-do en obra.

o Refrigeración del hormigón colocado, por circulación de agua fría a través de serpentines embebidos en su masa. Planificación de las etapas de hormigonado de la obra de manera tal que sean de espesor limitado, dejando transcurrir un lapso que permita la mayor disipación posible del calor generado en ese tiempo. El procedimiento habitual es relacionar el espesor de las etapas con el tiempo de espera, de manera de dejar transcurrir un plazo de un día por cada 0.5 mm de espesor de la etapa.

1.1.2.3. Retracción por carbonatación:El proceso de hidratación de la pasta de cemento deja una cierta proporción de cal libre, es decir, sin participar en el proceso químico de fraguado.Esta cal libre es susceptible de combinarse con el anhídrido carbónico del aire, produciendo carbonato de calcio, combinación química que tiene un carácter contractivo, por lo cual el espesor de hormigón afectado por él disminuye su volumen inicial, generándose la denominada retracción por carbonatación.En general, el espesor afectado es pequeño, alcanzando sólo algunos milímetros en la zona cercana a la superficie en contacto con el aire. Sin embargo, por el confinamiento que produce el hormigón interior adyacente, esa capa queda sometida a tensiones de tracción, pudiendo fisurarse.El proceso alcanza mayor magnitud si el hormigón se presenta superficialmente seco, la humedad relativa del aire tiene un grado de humedad intermedio, alrededor de 50%, y el hormigón es poco compacto. Disminuye, en cambio, significativamente si el hormigón está saturado, pues el agua impide la difusión del anhídrido carbónico en los poros del hormigón, o la humedad ambiente es muy baja, inferior a 25%, pues el desarrollo de la carbonatación requiere de un cierto. Grado de humedad mínimo.En consecuencia, para atenuar los efectos de la carbonatación es necesario efectuar un buen curado del hormigón.

1.1.3.Resistencia:Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor comportamiento en compresión en comparación con la tracción, debido a las propiedades adherentes de la pasta de cemento. Su resistencia a la compresión es unas diez veces mayor que su resistencia a la tracción. La resistencia es una de las propiedades más importantes del hormigón, principalmente cuando se le utiliza con fines estructurales. El hormigón, en su calidad de constituyente de un elemento estructural, queda sometido a las tensiones derivadas de las solicitaciones que actúan sobre éste. Si sobrepasan su capacidad resistente se producirán fracturas, primero de origen local y posteriormente generalizadas, que podrán afectar la seguridad de la estructura.

Por este motivo, los elementos estructurales deben ser dimensionados de manera que las tensiones producidas no sobrepasen la capacidad resistente del material constituyente, lo cual muestra la importancia de conocer esa característica.

Figura X: Factores que influyen en la resistencia del hormigón. Fuente: Propiedades del hormigón endurecido. Unidad 7. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

1.1.3.1. Resistencia a la compresión:Se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’c. Para determinar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas especímenes de mortero o de concreto; en los Estados Unidos, a menos de que se especifique de otra manera, los ensayes a compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm, en tanto que los ensayos a compresión del concreto se efectúan sobre cilindros que miden 15 cm de diámetro y 30 cm de altura.

La resistencia del concreto a la compresiones una propiedad física fundamental, y es frecuentemente empleada en los cálculos para diseño de puente, de edificios y otras estructuras. El concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm cuadrado. Un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420 kg/cm cuadrado. Resistencia de 1,400 kg/cm cuadrado se ha llegado a utilizar en aplicaciones de construcción.

Figura X: Medición de la resistencia a compresión. Fuente: Propiedades del hormigón endurecido. Unidad 7. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

1.1.3.1.1. Medida de la resistencia a la compresión:La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica principal del concreto, dada la importancia que reviste esta propiedad, dentro de una estructura convencional de concreto reforzado. La forma de evaluar la resistencia del concreto es mediante pruebas mecánicas que pueden ser destructivas, para lo cual se toman muestras y se hacen especímenes para fallar, o no destructivas, las cuales permiten probar repetidamente la muestra de manera que se pueda estudiar la variación de la resistencia u otras propiedades con el paso del tiempo. Para las primeras, se utilizan tres tipos de muestras: cilindros, cubos y primas. Para las segundas hay diferentes sistemas como se verá más adelante.

1.1.3.1.1.1. Ensayos de cilindros:El ensayo más universalmente conocido para ejecutar pruebas de resistencia mecánica a la compresión simple es el ensayo de probetas cilíndricas, las cuales se funden en moldes especiales de acero o hierro fundido que tienen 150mm de diámetro por 300mm de altura (relación diámetro: altura 1:2). Los procedimientos relativos a este ensayo se encuentran especificados en las normas NTC 550 y 673 que hacen referencia a la confección de los cilindros y al ensayo de resistencia a compresión, respectivamente.Para realizar el ensayo se procede de la siguiente forma:Antes de colocar el concreto en el molde, es necesario aceitar el interior del cilindro para evitar que el concreto se adhiera al metal; para hacer esto, es suficiente untar las paredes y el fondo con una brocha impregnada de aceite mineral; la capa de aceite debe ser delgada y en el fondo no debe acumular aceite.

El cilindro se llena en tres capas de igual altura (10 cm) y cada capa se apisona con una varilla lisa de 16mm de diámetro, con uno de sus extremos redondeados, la cual se introduce 25 veces por capa en diferentes sitios de la superficie del concreto, teniendo cuidado de que la varilla solo atraviese que se está compactando, sin pasar a la siguiente. Al final de la compactación se completa el llenado del molde con más mezcla y se alisa la superficie con la ayuda de un palustre o de una regla.Una vez que se ha llenado cada capa, se dan unos golpes con la varilla o con un martillo de caucho a las paredes de este, hasta que la superficie del concreto cambie de mate a brillante, con el objeto de eliminar las burbujas de aire que se hayan podido adherir al molde o hayan quedado embebidas en el concreto.Los cilindros recién confeccionados deben quedar en reposo, en sitio cubierto y protegidos de cualquier golpe o vibración y al día siguiente (20 ± 4 horas después de elaborados) se les quita el molde cuidadosamente.Inmediatamente después de remover el molde, los cilindros deben ser sometidos a un proceso de curado en tanques de agua con cal, o en un cuarto de curado a 23°C ± 2°C, con el fin de evitar la evaporación del agua que contiene el cilindro, por la acción del aire o el sol, y en condiciones estables de temperatura para que el desarrollo de resistencia se lleve a cabo en condiciones constantes a través del tiempo. En estas condiciones, los cilindros deben permanecer hasta el día del ensayo.La resistencia a la compresión de mide con una prensa que aplica carga sobre la superficie superior del cilindro (Norma NTC 673).

1.1.3.1.1.2. Ensayo de cubos:El ensayo de cubos es menos generalizado que el de cilindros, peor muy utilizado en Europa, principalmente en Gran Bretaña y Alemania. A continuación se describe brevemente la norma BS-1881.Las muestras cubicas se elaboran de manera similar a los cilindros, en moldes de 150mm de arista, en tres capas que se compactan con no menos de 35 golpes y con una barra cuadrada de acero, de 26mm de arista. Después de dar acabado a la superficie superior del cubo por medio de llana, el cubo se almacena y se deja en reposo durante 24 horas, a una temperatura de 18 a 22°C y con una humedad relativa del 90%; al final de este periodo se retira el molde y se procede al curado en agua a una temperatura de 19 a 21°C.

1.1.3.1.1.3. Ensayo de prismas:El otro tipo de espécimen que se utiliza para determinar la resistencia a compresión del concreto, aunque con mucha menor regularidad que los cilindros o los cubos, es el prisma rectangular con sección transversal cuadrada. Uno de los países que lo utiliza es Francia.Esta muestra de prueba tiene aproximadamente la misma relación de diámetro: altura (1:2) que los cilindros, con la diferencia de que no presenta problemas para

obtener buenas superficies de prueba por lo que no hay que refrentar. Las dimensiones más utilizadas son 70 x 70 x 350 mm y 100 x 100 x 500 mm.

1.1.3.2. Resistencia a la flexión:La resistencia a la flexión del concreto se utiliza generalmente al diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, una vez que entre ellas se ha establecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión.

El valor de la resistencia a la flexión del concreto es aproximadamente de 8% a 12% de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.

1.1.3.2.1. Medida de la resistencia a la flexión:Otras de las características mecánicas del concreto en su estad endurecido, que reviste importancia, es su resistencia a la flexión, especialmente en estructuras de concreto simple, tales como pavimentos.

1.1.3.2.1.1. Ensayo de flexión:La resistencia a flexión del concreto se determina ensayando vigas de sección cuadrada de 500mm de longitud por 150 mm de lado, elaboradas y curadas de acuerdo con las normas ASTM C-192 y C-31.El ensayo consiste en apoyar las vigas a 2.5 cm como mínimo de sus extremos, con una luz de 45 cm y cargarlas en dos puntos situados en los tercios medios de la luz. El esfuerzo máximo de flexión se denomina módulo de rotura (MR) y se calcula según la fórmula que se mostrara a continuación, cuando la falla ocurre dentro del tercio medio de la luz libre de la viga.

MR= PL

bd2

Donde:MR = módulo de rotura del concreto, en kg/cm2.P = carga máxima aplicada en kg.L = luz libre entre apoyos en cm.b = ancho de la viga en cm.d = altura de la viga en cm.

Si la falla ocurre por fuera del tercio medio de la viga, pero no está separada de él por más de una longitud equivalente al 5% de la luz libre, el módulo de rotura debe ser calculado de acuerdo con la siguiente ecuación:

MR=3Pabd2

Donde:a = distancia entre la línea de rotura y el apoyo más próximo, medida a lo largo del eje longitudinal de la cara inferior de la viga, en cm.

Si la falla ocurre por fuera del tercio medio de la viga y a una distancia de él mayor del 5% de la luz libre de la viga, el ensayo se debe descartar.

1.1.3.3. Resistencia a la torsión:Está relacionada con el módulo de ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto.

1.1.3.4. Resistencia al cortante:Puede variar desde el 35% al 80% de la resistencia a compresión. La correlación existe entre la resistencia a la compresión y resistencia a flexión, tensión, torsión, y cortante, de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en que se encuentre.

1.1.3.5. Factores que influyen en la resistencia del concreto:Entre los innumerables factores que afectan la resistencia del concreto en estado endurecido, independientemente de la calidad y tipo de materiales que lo constituyen, para unas propiedades dadas de sus componentes en una mezcla trabajable y bien colocados se destacan los siguientes: contenido de cemento, relación agua-cemento y contenido de aire, influencia de los agregados, tamaño máximo del agregado grueso, fraguado del concreto, edad del concreto, curado del concreto y temperatura.

1.1.3.5.1. Contenido de cemento:Las características del cemento empleado tienen una enorme influencia en la resistencia del concreto a cualquier edad, debido a que es el material más “activo” de la mezcla. Desde luego, importa aún más su contenido (proporción) dentro de la mezcla debido a que para un determinado tipo de cemento, a medida que aumenta el contenido de este aumenta la resistencia. Sin embargo, las mezclas con una relación agua-cemento muy baja y un contenido de cemento extremadamente alto (superior a 470 kg/m3) exhiben un retroceso de resistencia, particularmente cuando se usa un agregado de gran tamaño. Por otra parte, las mezclas con relación agua-cemento muy alta y bajo contenido de cemento (pasta muy diluida) conducen a resistencias extremadamente bajas debido a que la estructura de la pasta es muy débil en cualquier estado de hidratación del cemento.

1.1.3.5.2. Relación agua-cemento y contenido de aire:En términos generales, la resistencia del concreto se determina por la cantidad neta de agua utilizada por cantidad unitaria de cemento, para un conjunto dado de materiales y de condiciones. Esto es lo que se conoce hoy en día como la relación “agua-cemento”, la cual está dada en peso.La resistencia de un concreto completamente compactado, a una edad dada, es inversamente proporcional a la relación agua-cemento. Para cuantificar esto, Duff Abrams propuso la siguiente expresión de tipo exponencial:

R= A

B∝

Donde: R es la resistencia media a la compresión en kg/cm2. A y B son constante empíricas que dependen de la calidad y tipo de cemento, las propiedades de los agregados, los aditivos, y las condiciones de ensayo. Α es la relación agua-cemento en peso.

En la realidad es imposible obtener un concreto completamente compactado, a pesar de los procesos de consolidación, debido a que durante la operación de mezclado queda aire naturalmente atrapado dentro de la mezcla. Por tal motivo, se dice que la ley de Abrams es un caso especial de la regla general formulada por Feret en 1896, la cual incluye el volumen de la porosidad del material y tiene la siguiente forma:

R=K (c)2

c+w+aDonde: R es la resistencia media; K es una constante que depende del cemento y los agregado; c, w y a son los volúmenes absolutos de cemento, agua y aire respectivamente.

Figura X: Relación entre la resistencia a la compresión y la relación agua-cemento. Fuente: Propiedades del hormigón endurecido. Unidad 7. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

Se debe tener en cuenta si el concreto va a llevar aire incluido (naturalmente atrapado más incorporado), debido a que el contenido de aire reduce la resistencia del concreto, por lo cual, para una misma resistencia, el concreto con aire incluido debe tener una relación agua-cemento más baja.

Figura X: Influencia del contenido de aire en las propiedades del concreto. Fuente: Propiedades del hormigón endurecido. Unidad 7. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

1.1.3.5.3. Influencia de los agregados:Dentro de las propiedades más importantes de los agregados que influyen en la resistencia del concreto, se encuentran las siguientes:

La granulometría que al ser continua permite la máxima compacidad del concreto en estado fresco y por lo tanto la máxima densidad en estado endurecido con la consecuente máxima resistencia.

La forma y textura de los agregados también influyen, debido a que los agregados de forma cúbica y rugosos permiten una mejor adherencia de la interfase matriz-agregado, aumentando la resistencia respecto a los agregados redondeados y lisos para una misma relación agua-cemento. Sin embargo, para igual contenido de cemento, los primeros exigen más agua para no variar la manejabilidad y por lo tanto el efecto neto es que las resistencias no varían apreciablemente.

La resistencia y la rigidez de las partículas del agregado también inciden en la resistencia del concreto, ya que es muy diferente la resistencia y módulo de elasticidad de un agregado de baja densidad y poroso, a la de un agregado de baja porosidad y muy denso.

1.1.3.5.4. Tamaño máximo del agregado:Otro factor de los agregados que tiene mucha relevancia en la resistencia del concreto es su tamaño máximo, debido a que la cantidad de cemento requerida para producir una resistencia a la compresión máxima, a una edad dada, con un

determinado agregado, varía según sea el tamaño máximo del agregado grueso de la mezcla.Al utilizar tamaños mayores se reduce el área superficial y los vacíos en el agregado grueso. De manera que se requiere menos mortero (y por lo tanto menos cemento en una pasta de relación agua-cemento fija), para obtener manejabilidad dada. Esto es válido para resistencia hasta del orden de 250 kg/cm2, ya que investigaciones recientes han indicado que el menor consumo de cemento para una resistencia dada se obtiene con agregados de menor tamaño. Algunas de las conclusiones de dichas investigaciones son las siguientes:

Si se divide la resistencia de un concreto por su contenido de cemento, se obtiene una medida de la eficiencia del cemento en kg/cm2 de resistencia a la compresión por cada kg de cemento por m3 de concreto.

En concretos de alta resistencia, mientras mayor sea la resistencia requerida, menor deberá ser el tamaño para que la eficiencia sea máxima.

En concretos de baja resistencia, mientras mayor sea el tamaño máximo, mayor es la eficiencia.

En concretos de resistencia intermedia, existe un rango amplio en los tamaños que pueden usarse para una misma resistencia, esencialmente con igual contenido de cemento.

Únicamente se requerirá más cemento si se utilizan agregados de tamaños máximos pequeños.

Para cada resistencia existe un margen estrecho para el tamaño máximo, por encima o por debajo del cual será necesario aumentar el contenido de cemento.

Para una misma relación agua-cemento, concretos preparados con los tamaños máximos menores tienen mayores resistencias que aquellos que tienen los tamaños máximos mayores.

1.1.3.5.5. Fraguado del concreto:Otro factor que afecta la resistencia del concreto es la velocidad de endurecimiento, que presentan al pasar del estado plástico al estado endurecido, bajo ciertas condiciones de tiempo y temperatura (proceso de fraguado).Por tal motivo, la determinación del tiempo de fraguado es importante para saber si es necesario utilizar aditivos que controlen la velocidad del fraguado (retardantes o acelerantes), con el fin de regular los tiempos de mezclado y transporte, de manera que no se vaya a ver afectada ni la manejabilidad ni la resistencia de la mezcla.El tiempo de fraguado es un valor arbitrario tomado durante el proceso de endurecimiento.

1.1.3.5.6. Edad del concreto:Entre los factores externos que afectan la resistencia de un concreto se encuentra, en primer lugar, la edad, debido a que la relación que hay entre la relación agua-cemento y la resistencia del concreto se aplica únicamente a un tipo de cemento y una sola edad. Como la resistencia es variable, es necesario escoger una edad

definida para que la resistencia en ese momento caracterice sus propiedades mecánicas. Arbitrariamente, esta edad se ha tomado en 28 días.La relación que hay entre las resistencias a los 7 y 28 días, se puede utilizar la siguiente formula, teniendo en cuenta que es una relación aproximada, ya que a edades tempranas influyen notablemente las características del cemento, la relación agua-cemento, la humedad y el uso de aditivos, entre otros.

R28=C+KR7Donde:R28 = resistencia a la compresión a los 28 días de edad en kg/cm2

R7 = resistencia a la compresión a los 7 días de edad en kg/cm2

C, K = constante que depende del tipo de cemento.1.1.3.5.7. Curado del concreto:

La exposición al aire del concreto, debido a la perdida de humedad durante el proceso de fraguado, posteriormente impide la hidratación completa del cemento y por lo tanto la resistencia final se disminuirá. La velocidad e intensidad del secamiento depende de la masa de concreto relativa al área de superficie expuesta, así como también de la humedad del ambiente. Por tal motivo, el curado es el nombre que se le da a los procesos para promover la hidratación del cemento y consiste en controlar la temperatura y los movimientos de humedad dentro y fuera del concreto. El objeto del curado es mantener el concreto saturado o tan saturado como sea posible para terminar de hidratar el cemento.

Figura X: relación entre el periodo de curado húmedo y la resistencia a la compresión. Fuente: Propiedades del hormigón endurecido. Unidad 7. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

Figura X: relación entre la temperatura de colocación y la resistencia a la compresión. Fuente: Propiedades del hormigón endurecido. Unidad 7. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

1.1.3.5.8. Temperatura:Otro factor externo que afecta la resistencia del concreto es la temperatura durante los procesos de fraguado y de curado, debido a que una elevación en la temperatura de curado acelera las reacciones químicas de la hidratación y esto afecta benéficamente la resistencia temprana del concreto, sin efectos en la resistencia posterior. Sin embargo, una temperatura más alta durante la colocación y el fraguado, aunque incrementa la resistencia a muy temprana edad, puede afectar adversamente la resistencia a partir de aproximadamente los 7 días de edad.

1.1.4.Durabilidad:Se define como la resistencia del concreto a la acción del clima (meteorización), a los ataques químicos, a la abrasión o cualquier otro proceso de deterioro. Los procesos que afectan la durabilidad del concreto también pueden deberse a causas internas, tales como su permeabilidad, materiales constituyentes o cambios de volumen debidos a diferencias en propiedades térmicas.

1.1.4.1. Resistencia a la meteorización:La desintegración del concreto por meteorización es producida por las dilataciones y contracciones que resultan al presentarse variaciones de temperatura y cambios de humedad, por la acción del sol, el viento, la lluvia, el clima, etc.Para que la acción de la meteorización sea menos efectiva, el concreto debe ser impermeable y presentar bajos cambios de volumen, para lo cual se requiere lo siguiente:

Una relación agua-cemento baja y un mínimo contenido de agua (agregados bien gradados, porcentaje mínimo de arena, consistencia plástica en la mezcla y buena vibración).

Un concreto homogéneo (mezclado eficiente, adecuada colocación y vibración). Un curado adecuado (temperatura favorable, perdida mínima de humedad).

1.1.4.2. Resistencia a un ambiente químico agresivo:El concreto es un material que en general tiene un comportamiento satisfactorio ante diversos ambientes químicamente agresivos. El concepto básico reside en que el concreto es químicamente inalterable al ataque de agentes químicos que se hallan en estado sólido. Los ambientes agresivos usuales están constituidos por el aire, agua y suelos contaminados que entran en contacto con las estructuras de concreto.

1.1.4.2.1. Efecto de compuestos químicos corrientes sobre el concreto:Dentro de este panorama, los compuestos que por su disponibilidad en el medio ambiente producen la mayoría de casos de ataque químico al concreto están constituidos por cloruros y sulfatos.

Cloruros: Los cloruros se hallan en el ambiente en las zonas cercanas al mar, en el agua marina, y en ciertos suelos y aguas contaminadas de manera natural o artificial.

Sulfatos: Los sulfatos que afectan la durabilidad, se hallan usualmente en el suelo en contacto con el concreto, en solución en agua de lluvia, en aguas contaminadas por desechos industriales o por flujos en suelos agresivos.

1.1.4.3. Resistencia a la abrasión:Se define la resistencia a la abrasión como la habilidad de una superficie de concreto a ser desgastada por roce y fricción. El mejor criterio para la selección de un concreto resistente a la abrasión consiste en tomar la resistencia a la compresión del concreto como factor principal de su resistencia a la abrasión.

1.1.4.3.1. Tipos de abrasión:Debido a que existen diferentes condiciones de servicio de una estructura, algunos autores han considerado cuatro tipos de abrasión, a saber:

Desgaste de pisos de concreto debido al tráfico de peatones y vehículos ligeros, patinazos, raspaduras o deslizamientos de objetos sobre la superficie (frotamiento).

Desgaste de la superficie de caminos y carreteras de concreto debido a camiones pesados y automóviles con llantas que tienen tachones o cadenas (rozamiento, raspado, percusión).

Erosión de estructuras hidráulicas tales como presas, túneles y estribos de puentes que están sujetos a la acción de materiales abrasivos llevados por el agua corrientes o en otros casos por el viento.

Desgaste de presas de concreto, vertederos, túneles y otros sistemas de conducción de agua en los que se presentan altas velocidades y presiones negativas

1.1.4.4. Congelamiento y deshielo:El congelamiento y deshielo, constituye un agente de deterioro que ocurre en los climas en que la temperatura desciende hasta provocar el congelamiento del agua contenida en los poros capilares del concreto. En términos generales el fenómeno se caracteriza por introducir esfuerzos internos en el concreto que pueden provocar su figuración reiterada y la consiguiente desintegración.

1.1.4.4.1. Control de la durabilidad frente al congelamiento y deshielo:

Aditivos inclusores de aire: En concretos normales, existe un promedio de 1% de poros de aire atrapado, los cuales no son suficientes para evitar el deterioro del concreto cuando el agua llega a congelarse en los poros saturados del mismo.

Curado: No se puede pensar que sólo con los aditivos inclusores de aire se soluciona el problema, si no le damos al concreto la posibilidad de desarrollar resistencia, de nada servirá la precaución anterior entre la fatiga que va produciendo la alternancia de esfuerzos en los ciclos de hielo y deshielo.

Diseños de mezcla: Los diseños de mezcla deben ejecutarse buscando concretos con la menor permeabilidad posible, lo cual se logra reduciendo la relación agua/cemento a mínimo compatible con la trabajabilidad.

1.1.4.5. 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 su estructura, al producir en ellos una película protectora contra la corrosión. Pero si por circunstancias internas o externas se cambian estas condiciones de protección, se producen el proceso electroquímico de la corrosión generándose compuestos de óxidos de hierro que llegan a triplicar el volumen original del hierro, destruyendo el concreto al hincharse y generar esfuerzos internos.Entre las causas de corrosión más frecuentes se encuentran:

Fugas de corrientes eléctricas: el paso de corriente eléctrica directa a través del concreto o del refuerzo utilizado en él puede originar una rápida y seria corrosión. Este tipo de corriente es producida frecuentemente por fugas de sistemas eléctricos.

Corrosión originada del concreto mismo: la forma más común de corrosión de los metales que se encuentran en el interior del concreto es causada por el flujo de una corriente eléctrica generada dentro del mismo concreto, debido a que se pueden provocar diferencias de potencial eléctrico en diversos puntos, ocasionados por las diferencias en el contenido de humedad, concentración de oxígeno, concentración de electrolitos o por contenido de metales diferentes.

1.1.4.6. Reacciones químicas en los agregados:Las reacciones químicas de los agregados contenidos en el concreto pueden afectar su comportamiento. Algunas de estas pueden ser benéficas, pero otras lo perjudican ya que causan expansiones anormales con los consiguientes agrietamientos y perdidas de resistencia. Entre dichas expansiones se encuentran la reacción álcali-sílice, la reacción cemento-agregado y la reacción expansiva álcali-carbonato.

1.1.4.6.1. Reacción álcali-sílice:Es una reacción de los álcalis (Na2O y K2O) procedentes del cemento o de otras fuentes, con el hidróxido y diversos constituyentes silíceos que pueden estar en el agregado.Esta reacción ocasiona expansión y agrietamiento severo de las estructuras y pavimentos de concreto.

1.1.4.6.2. Reacción cemento-agregado:Es una reacción entre los álcalis del cemento que producen un pH alto y abundantes oxidrilos y los componentes silíceos de los agregados. Los daños que sufre el concreto son provocados por una expansión interior moderada originada por reacciones álcali-sílice y una contracción superficial ocasionada por condiciones ambientales difíciles.

1.1.4.6.3. Reacción expansiva álcali-carbonato:Se presenta un proceso de dedolomitización que lleva a la formación de brucita y a la regeneración del álcali. Esto permite distinguir esta de la reacción álcali-sílice en la que el álcali existente al principio es consumido conforme se desarrolla la reacción.

1.1.4.7. Permeabilidad:Es la capacidad de un material de ser atravesado por líquidos o gases (fluidos). La impermeabilidad del hormigón es importante para su resistencia a los ataques químicos. Esta impermeabilidad depende en parte del exceso de agua en el amasado y del posterior curado del Hormigón.Para que un hormigón tenga mayor impermeabilidad, suelen emplearse geles especiales (aditivos).

1.1.4.8. Humedecimiento-secado:Una de las causas de deterioro del concreto, especialmente de estructuras hidráulicas, son los niveles del agua, por mareas, crecientes, operaciones de embalse, u otras causas, ya que el agua tiende a concentrarse en diferentes partes de la estructura.

1.1.5.Peso unitario del concreto:Está definido como la cantidad de masa por unidad de volumen y generalmente se expresa en kg/m3. El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en otras estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 kg por metro cúbico (kg/m3). El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la densidad relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado o intencionalmente incluido, y de los contenidos de agua y de cemento, mismos que a su vez se ven influenciados por el tamaño máximo del agregado. Para el diseño de estructuras de concreto, comúnmente se supone que la combinación del concreto convencional y de las barras de refuerzo pesa 2400 kg/m3.De acuerdo con lo anterior, entonces el peso unitario del concreto será la suma de los pesos individuales de cada uno de sus componentes por metro cubico:

Pc+Pf +Pg+H=PuPcGc

+ PfGf

+ Pg¿ +W +A=1000<¿

Donde:Pc, Pf, Pg = peso del cemento, agregado fino y agregado grueso por m3 de concreto.Gc = peso específico del cemento en g/cm3.Gf, Gg = densidad aparente seca del agregado fino y del agregado grueso en g/cm3.W = peso o volumen de agua (añadida y del agregado) en kg/m3.A = contenido de aire (naturalmente atrapado e intencionalmente incluido) en lt/m3.Pu = peso unitario del concreto en kg/m3.

1.1.5.1. Medida del peso unitario en el concreto endurecido:Debido a que durante el proceso de fraguado y posteriormente durante el proceso de adquisición de resistencia el concreto pierde el agua evaporable de la mezcla, resulta lógico pensar que el peso unitario del concreto endurecido es ligeramente menor que el del concreto fresco.

De tal manera que en los casos en que se requiere conocer con exactitud el valor del peso unitario del concreto en estado endurecido, se puede recurrir a la toma de cilindros convencionales iguales a los que se utilizan para determinar la resistencia a la compresión. Una vez moldeada estas probetas, se dejan tapadas para evitar la evaporación del agua y a las 24 horas se desmoldan, se pesan (P1) y se sumergen en agua, al cabo de 24 horas se pesan dentro del agua (P2) y fuera de ella (P3) con la superficie seca. La primera pesada a 24 horas (P1) indica el peso de la probeta y la diferencia entre las dos últimas (P3 – P2) su volumen en relación con el agua. De modo que el cociente entre el peso de la probeta y su volumen da el peso unitario del concreto endurecido en las condiciones de ensayo.

Pu=P1

P3−P21.1.6.Apariencia del concreto:

Un aspecto generalmente olvidado del concreto ha sido su apariencia; sin embargo, durante los últimos años se ha investigado esta importante característica, tanto en concretos fundidos en sitio como en las industrias de prefabricados, dadas las ilimitadas ventajas técnicas, funcionales, constructivas y económicas que presenta como material de construcción, llegándose a desarrollar los llamados concretos arquitectónicos.El concreto arquitectónico es el que permanentemente está expuesto (concreto a la vista) y que, por consiguiente, requiere de un cuidado especial en la selección de los materiales (textura y colores), formaletas (forma, estilo, tamaño, textura y sistemas de colocación, técnicas de moldeo, procedimientos de compactación y acabado), a fin de obtener la apariencia arquitectónica deseada.

1.1.6.1. Uniformidad:La belleza natural propia de los materiales que constituyen el concreto, como los agregados, es la que más frecuentemente se expresa en el concreto a la vista. De modo que la gradación, forma, textura y color de las partículas deben conservarse constantes durante el proceso de producción y colocación del concreto, al igual que el mismo tipo y marca de cemento.

1.1.6.2. Color:En el concreto, el color del cemento es el dominante. Si la superficie del concreto es progresivamente tratada mediante diferentes métodos, el color depende cada vez más de los agregados. Además de los cementos portland grises convencionales, comercialmente hoy en día es factible colorearlos a base de cemento blanco y pigmentos. Los colores de los agregados naturales varían considerablemente según su clasificación geológica y aun entre rocas de un mismo tipo hay diferencias.

1.1.6.3. Acabado:Debido a que por lo general los concretos arquitectónicos de textura lisa son bastante fluidos, requieren de cimbras más herméticas y mejor fabricadas que las que generalmente se utilizan en el concreto estructural. Las consideraciones básicas

para elegir la cimbra (y los forros para la misma) son: si es o no absorbente y si la absorción será uniforme.

1.1.6.4. Textura:El acabado con agregados a la vista es el más común, debido a la gran diversidad de tipos y tamaños del agregado, durabilidad y belleza arquitectónica del concreto. En este tipo de concretos, el agregado grueso de la mezcla se deja expuesto, bien sea retirando el mortero de la superficie o colocando cuidadosamente el agregado grueso en dicha superficie.

1.1.7.Deformación elástica:El comportamiento de una estructura bajo carga depende en gran medida de la relación esfuerzo-deformación del material de que se compone y del tipo de esfuerzos a que el material está sometido en la estructura. El concreto, como muchos otros materiales, tiene cierto grado de elasticidad. Como el concreto se utiliza principalmente en compresión, su curva de refuerzo-deformación a compresión es de fundamental interés para la deducción de las ecuaciones que se usan para calcular los elementos de concreto reforzado de una estructura. Esta curva se obtiene mediante mediciones adecuadas de las deformaciones en los ensayos de probetas cilíndricas.La curva de esfuerzo-deformación se compone de tres fases distintas: una fase o porción elástica relativamente recta, en la que el esfuerzo y la deformación son casi exactamente proporcionales; la fase intermedia, en la cual hay un aumento de curvatura hacia la horizontal, hasta alcanzar el punto máximo de esfuerzo f’c, para una deformación de aproximadamente el 0.2 por ciento; y la fase final, en la cual la deformación continua aumentado al tiempo que la capacidad de carga disminuye.

X

Debido a que el concreto no es un material completamente elástico y a que las deformaciones unitarias dependen también de la velocidad de carga, el incremento en la deformación unitaria, mientras actúa la carga completa o una parte de ella durante el ensayo, se debe en parte a algo de elasticidad y en parte a la fluencia del concreto, pero la determinación de una deformación unitaria instantánea respecto de la velocidad de carga, es difícil de hallar para distinguirlas. Por ello, en la práctica se hace una distinción arbitraria en la cual la deformación que ocurre durante la carga se considera elástica y el subsecuente incremento en la deformación unitaria se considera fluencia.

1.1.7.1. Módulo de elasticidad del concreto:El módulo de elasticidad, denotando por medio del símbolo Ec, se puedes definir como la relación del esfuerzo normal la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del límite de proporcionalidad de un material. Para concretos de peso normal, Ec fluctúa entre 140,600 y 422,000

kg/cm cuadrado, y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.Una de las ecuaciones empíricas más empleada es la siguiente:

Ec=0.034W c1.5√ f ' c

Donde:Ec = módulo de elasticidad del concreto en MPa.Wc = peso unitario del concreto en kg/m3.f'c = resistencia del concreto en MPa.

Esta ecuación es válida para concretos cuyo Wc está comprendido entre 1.450 y 2.450 kg/m3.

1.1.7.2. Relación de Poisson:Cuando se comprime en una dirección única al concreto, este se dilata en dirección transversal a la de la fuerza aplicada. La relación de la deformación transversal a la longitudinal se conoce como “relación o módulo de Poisson” y depende de la composición y otros factores. Para esfuerzos interiores a aproximadamente 0.7 f’c, la relación de Poisson del concreto está comprendida entre 0.15 y 0.20, cuando se determina a partir de mediciones de la deformación unitaria, siendo 0.17 su valor más representativo.

1.1.8.Fluencia:A pesar del carácter frágil señalado para el hormigón para las cargas de velocidad normal de aplicación, éste presenta un comportamiento plástico cuando una determinada carga permanece aplicada un largo tiempo, produciéndose en este caso una deformación denominada fluencia del hormigón.El conocimiento de la fluencia es necesaria para el análisis estructural en el caso del cálculo de deformaciones en elementos de hormigón armado, determinar la pérdida de la tensión aplicada en una estructura de hormigón pretensado o para el cálculo de tensiones a partir de la medición de deformaciones.El mecanismo que genera la fluencia en el hormigón no es bien conocido, estimándose actualmente que es causado por la combinación de dos tipos de fenómenos: uno derivado de la acomodación de la estructura cristalina de la pasta de cemento, que se denomina fluencia básica, y otro proveniente de la migración interna de la humedad, que se traduce en una retracción hidráulica adicional.Los principales factores que condicionan la fluencia del hormigón son las características del hormigón, principalmente el tipo y la dosis de cemento, la humedad ambiente, la magnitud de la tensión aplicada y la edad del hormigón en el momento de su aplicación.

1.2. Control de calidad del concreto:

El concreto está sujeto a la acción de muchas variables, las cuales dependen de los materiales que lo constituyen y de los procedimientos seguidos durante su fabricación.Sin embargo, las propiedades y características del concreto son predecibles y regulables mediante un acertado plan de control de calidad.El estudio de las tolerancias permisibles se hace fácilmente y en forma racional y sistemática por medio del control estadístico de calidad.De tal manera que la calidad del concreto se puede definir como la amplitud de este para satisfacer una necesidad definida, al menor costo.Por tanto, el ciclo de producción y manejo del concreto debe seguir un orden de procesos de la siguiente manera:

Elaboración del proyecto y definición de la categoría correspondiente al concreto Redacción de las especificaciones de calidad para el concreto Selección y habilitación de los componentes del concreto, con la calidad especificada Diseño de la mezcla de concreto requerida, con los materiales seleccionados y

dispuestos Producción de la mezcla de concreto, a escala de obra(mescla de prueba) Comprobación de las características previstas en el concreto recién elaborado Verificación de las propiedades especificadas en el concreto en estado endurecido Ajustes de la mezcla de concreto(en caso necesario), para buscar concordancia con

los requisitos especificados 1.2.1 Organización del control de calidad del concreto en la obraExisten dos medios fundamentales para ejercer el control del concreto cuyos objetivos se complementan, estos son :contro interno y supervisión externa.El control interno forma parte de la organización responsable de producir el concreto y que involucra aspectos tales como:

Control de nuevos diseños Control de materias primas Control de calidad de producción Estudios especiales del proceso de producción Control del producto Metodología del control de calidad

La supervisión externa (interventoria) que aunque puede seguir diferentes modalidades, normalmente constituye una fiscalización que procede directamente del propietario de la obra y cuya finalidad no consiste en comprobar directamente la calidad del concreto sino en aspectos tales como:

Revisar los medios de que dispone el productor del concreto para evaluar la calidad

Juzgar los procedimientos y criterios que aplica el productor de concreto para corregir y ajustar la calidad a los límites previstos

1.2.2 Ejecución del control de calidad del concreto en la obra

El control de calidad de cualquier producto manufacturado normalmente se apoya en tres actividades principales:

Control de las materias primas Supervisión del proceso completo de fabricación Verificación total del producto terminado

Aunque en el caso del concreto subsistan estas actividades fundamentales, existe un aspecto propio del concreto el cual se refiere al tiempo que necesita trascurrir para que se pueda considerar verdaderamente terminado.

Para complementar los resultados de estas pruebas se deben preparar especímenes (cilindros) en los cuales se determina la resistencia del concreto endurecido a diversas edades (norma Icontec 454). Estos especímenes pueden elaborarse en diferentes partes de la obra y recibir distintas clases de curado, según la aplicación que se le intente dar a sus resultados, por lo cual deben distinguirse tres tipos de especímenes:

1.2.2.1 Cilindros de control de calidad de producción

Estos son tomados y ensayados por quien produce el concreto, bajo condiciones normales (humedad y temperatura) de laboratorio con el fin de determinar la “resistencia potencial” del concreto, para controlar las condiciones de producción, retroalimentar su sistema de control de calidad y rediseñar la mezcla de concreto.

1.2.2.2 Cilindros de control de calidad de interventoría

Cuando el concreto no es producido por la misma persona que lo utiliza, es costumbre tomar cilindros a la descarga de la mezcladora con el fin de evitar discrepancias en cuanto a la responsabilidad por la calidad definitiva del concreto.

1.2.2.3 Cilindros para el control de resistencia en la estructura

Puesto que la resistencia potencila del concreto tal como sale de la mezcladora no necesariamente coincide con la del mismo concreto ya colocado en la estructura, debido a las desiguales condiciones.

Moldes

Los moldes para poder colar los especímenes cilíndricos para pruebas de resistencia a la compresión deberán estar construidos a base de materiales no absorbentes y

ser lo suficientemente rígidos para no deformarse. Además deberán ser impermeables.

Elaboración de los especímenes

Los moldes deberán colocarse sobre una base lisa y rígida, metálica de preferencia, para lograr que la base del cilindro de concreto sea tersa y evitar que se obtenga una superficie curva. El concreto se deberá compactar perfectamente dentro del molde cilíndrico. La mejor forma para lograr esto es colocando la muestra de concreto en el molde en tres capas del mismo volumen aproximadamente. Esto debe hacerse con un cucharón, de tal manera que se logre una distribución uniforme. Cada capa deberá varillarse con 25 golpes con una varilla de 5/8” y punta en forma de bala. Los golpes se deberán distribuir uniformemente en toda la sección transversal del molde e introducir la varilla hasta apenas penetrar la capa inferior 2 cm. El varillado no deberá abollar ni deformar la placa metálica del fondo

1.2.3 Análisis de los resultados de resistencia

Los procedimientos estadísticos nos proporcionan medios valiosos para la evaluación de los resultados de las pruebas de resistencia y la información derivada de estos procedimientos también sirve para reafirmar criterios y especificaciones de diseño.

Para que estos resultados sean valiosos los datos deben derivarse de muestras obtenidas en el curso del desarrollo de un plan de muestreo al azar.

Para obtener el máximo de información debe efectuarse una cantidad suficiente de pruebas. Por tal motivo, muchos códigos coinciden en que el número de muestras debe ser como mínimo 30, para que el análisis estadístico sea representativo.

Adicionalmente, este análisis se aplica al número total de pruebas, efectuadas a un mismo tipo de mezcla en condiciones similares durante todo el tiempo.

Finalmente, una prueba se define como la resistencia promedio de todos los cilindros de la misma edad, elaborados de una muestra tomada de una única mezcla de concreto.

Esta plenamente demostrado que al disponer de una serie de resultados de pruebas de resistencia que se colocan en un grafico de frecuencia, como se muestra en la figura ¡”#%$/, se conforma una curva muy definida, cuya forma varia muy poco cuando el número de pruebas anotado es relativamente alto (más de 30), esta curva asume un patrón similar al de la distribución normal de frecuencias , cuyas propiedades pueden definirse matemáticamente y a partir de ella calcular ciertas funciones de la resistencia del concreto.

Figura x: Distribución de frecuencias de pruebas de resistencia del concreto y su correspondiente distribución normal, Unidad 10. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

1.2.3.1 Promedio general x

Es la suma aritmética de los resultados de resistencias de todas las pruebas individuales, dividida por el número total de pruebas efectuadas.

x=x1+x2+x

3+… xn

N

Como la característica principal de esta curva es que presenta simetría en relación con el promedio x se tendrá que la mitad de datos son menores y la otra mitad son mayores.

1.2.3.2 desviación estándar ᵟ

Es la medida de dispersión más conocida y está definida como la raíz cuadrada del promedio de la suma de los cuadrados de la desviaciones de la resistencias, respecto a la resistencia promedio, dividida entre el número de pruebas (N) menos uno.

ᵟ=√ Σ [x1−(Σ x1N )] ²

N−1

1.2.3.3 Coeficiente de variación V

Para comparar el grado de control de varias clases de concreto es preferible dal la dispersión como un porcentaje del promedio general, para lo cual se define el coeficiente de variciaon V como:

V=100 ( δx )1.2.3.4 Intervalo R

El intervalo es la función estadística que se obtiene restando el menor de un conjunto de números, del más alto del grupo. El intervalo dentro de la prueba se obtiene de igual manera, restando la menor de las resistencias de conjunto de cilindros que conforman la prueba, de la más alta del grupo.

1.2.3.5 Variación en la prueba

La variación en la resistencia del concreto dentro de una prueba única se obtiene calculando la variación de un grupo de cilindros elaborados de una muestra de concreto toma de de una mezcla determinada. Es razonable suponer que una mezcla de prueba de concreto es homogénea y que cualquier variación entre dos cilindros compañeros, elaborados de una muestra determinada es ocasionada por las variaciones en la fabricación, el curado y la prueba.

No obstante una única mezcla de prueba de concreto no proporciona los datos suficientes para el análisis estadístico y se requieren cilindros compañeros de, por lo menos, diez muestras de concreto a fin de establecer valores confiables para R. la desviación estándar dentro de la prueba y el coeficiente de variación pueden calcularse como sigue:

σ1= 1

d 2R

V 1=100 ( σ1X )Donde:

σ 1=desviacionestandar dentro de la prueba

1d2

=constante que depende de la cantidad de cilindros para producir una prueba

(tabla ¡”#$#%)

R=¿Intervalo promedio dentro de los grupos de cilindros compañeros

V 1=coeficiente de variación dentro de la prueba

X=resistencia promedio

Tabla ¡”$#% factores para calcular la desviación estándar inherente a la prueba; Unidad 10. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

1.2.3.6 Normas de controlLa decisión relativa de si la desviación estándar o el coeficiente de variación es la medida adecuada de dispersión que debe utilizarse en determinada situación, depende de cuál de las dos medidas es la contante más cercana a las características de resistencia, a través de un intervalo de resultado, de esa situación en particular. Sin embargo por lo general la desviación estándar permanece como una constante más aproximada, en especial en resistencias superiores a los 200Kg /c m2; y se considera más aplicable el coeficiente de variación para la variaciones dentro de la prueba.

Tabla ¡”#$% normas para el control del concreto; Unidad 10. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

1.2.4 Criterios de evaluación para diseño de mezcla

Es imposible producir un concreto completamente homageneo dadas las diferentes causas de variación en sus propiedades, para diseñar un mezcla de concreto se requiere de una resistencia promedio de diseño f ´ cr superior a la resistencia f ´ c especificada.

De tal manera que entre más elevada sea la desviación estándar σ o el coeficiente de variación V, el factor de sobrediseño será más alto y por lo tanto más costoso.

f ´ cr=f ´ c+ factor desobrediseño

Donde:

f ´ cr = resistencia promedio requerida en Kg/cm2

f ´ c =resistencia especificada de diseño en Kg/cm2

1.2.5 Pruebas de resistencia del concreto en la obra

Cuando existe evidencia del incumplimiento de algunas de las condiciones anteriormente expuestas, puede ser necesario verificar el estado real del concreto colocado, mediante procedimientos especiales de campo. por ello, durante las últimas décadas se han realizado muchos esfuerzos por desarrollar métodos rápidos, económicos y reproducibles, para llevar a cabo las pruebas del concreto en las estructuras. Dependiendo de la magnitud se clasifican de la siguiente manera:

Ensayos no destructivos Ensayos semidestructivos Ensayos destructivos Pruebas de carga

Algunas de las más utilizadas entre ellas son:

Pruebas no destructivas.Las Pruebas no destructivas son aquellas que pueden entrañar algún daño menor a la estructura, pese a lo cual su comportamiento o apariencia no deberá deteriorarse.

Prueba del martillo de rebote o esclerómetro: se basa en el principio de que el rebote de una masa elástica depende de la dureza de la superficie contra la cual golpea la masa. En la prueba del martillo de rebote una masa con carga de resorte tiene una cantidad fija de energía que se consigue mediante la extensión del resorte a una posición fija, esto se logra al pensar el embolo contra la superficie del concreto sujeto a prueba. Al soltarlo, la masa rebota del émbolo, todavía en contacto con la superficie de concreto. Algunos modelos de martillo dan los resultados de la prueba en hoja impresa.

Figura”#!”$ Martillo de rebote; Unidad 10. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

Prueba de resistencia a la penetración: Se realiza por medio de una varilla de acero, o sonda, impulsada por una cantidad fija de energía, puede utilizarse para valorar la resistencia del concreto a la compresión, se basa en que la profundidad de penetración es inversamente proporcional a la resistencia a la compresión del concreto. Esta prueba es útil para determinar si puede ser removida la cimbra, tiene mayor ventaja que la prueba del martillo por que se prueba una mayor profundidad del concreto, pero es más costoso.

Prueba de extracción: mide por medio de un gato de tensión especial, la fuerza requerida para extraer un inserto de metal colado previamente con un extremo agrandado. El inserto se saca con un trozo de concreto, aproximadamente de forma de cono. Para una geometría dada, la fuerza de extracción se relaciona con la resistencia del concreto a compresión. Esta prueba es superior descrita a los dos anteriores, porque involucra un volumen más grande de concreto.

Prueba de fractura interna (semidestructiva): se rosca un perno de ancla de cuña dentro de un agujero taladrado en el concreto. Se saca el perno haciendo girar una tuerca que descansa en un cojín, la torsión requerida para sacar el perno da una valoración de la resistencia a la compresión del concreto. (Adam Neville, 1999).

Prueba del pulso ultrasónico: el método consiste en medir el tiempo en que una onda ultrasónica atraviesa el concreto. Desde una unidad central se transmite un impulso electrónico a un transductor emisor donde el impulso excita un bloque de cristales. El transductor, atreves del bloque, emite un impulso ultrasónico que viaja a través del concreto hasta el transductor receptor. Aquí el impulso ultrasónico se vuelve a transformar en eléctrico, que s e dispersa sobre la superficie de un osciloscopio de rayos catódicos. El tiempo que tarda entre la emisión inicila y la recepción del impulso se mide en microsegundos.

El ensayo se puede ejercer de tres maneras:a) Transmisión directa b) Transmisión semi-indirectac) Transmisión indirecta o superficial

Figura!”#$ diferentes maneras de colocar los trasmisores del emisor y el receptor en la prueba de pulso ultrasónico; Unidad 10. Universidad tecnológica nacional. Ing. M. Fernanda Carrasco.

Pruebas Destructivas.

El propósito fundamental de medir la resistencia de los especímenes de pruebas de concreto es estimar la resistencia del concreto en la estructura real. El énfasis está en la palabra “estimar”, y realmente no es posible obtener más que una indicación de la resistencia del concreto en una estructura puesto que la mima depende, entre otras cosas, de lo adecuado de la compactación y del curado. La resistencia de un espécimen de prueba depende de su forma, proporciones y tamaño, de modo que un resultado de prueba no da el valor de la resistencia intrínseca del concreto.

Los corazones también pueden utilizarse para descubrir separación por acumulación de agregado o para verificar la adherencia en las juntas de construcción o para verificar el espesor del pavimento.

Los corazones se cortan por medio de una herramienta giratoria de corte con broca de diamante. De esta manera se obtiene un espécimen cilíndrico, que contienen algunas veces fragmentos empotrados de acero de refuerzo , y que tiene normalmente superficies terminales que están lejos de ser planas y a escuadra. Tanto las normas británicas como las ASTM especifican un diámetro mínimo de 100mm, con el requisito de que el diámetro sea al menos tres veces el tamaño máximo del agregado; sin embargo, la norma ASTM C 42-90 permite, como un mínimo absoluto, que la relación de los dos tamaños sea 2. (IMCYC, 1999).

Corazones de concretoSi se confirma la baja resistencia, se extraerán tres corazones por cada resultado abajo de f´c en más de 35k/C2 (para la referencia 6: en más de 50k/c2). La relación longitud/diámetro del cilindro o corazón será de preferencia y como máximo de 2:1. Los tamaños más usuales son de 15 x7.5 cm o de 20x10 cm, pudiéndose aceptar como mínimo hasta 1:1, multiplicado la resistencia obtenida por un factor de corrección (norma NMX -169).el diámetro debe ser por lo menos dos veces (de preferencia tres veces) el tamaño máximo del agregado grueso. Debe tenerse cuidado que al hacer la perforación la máquina no se detenga hasta terminar para evitar que la broca forme escalones o muescas en la superficie cilíndrica del corazón, que podrían ocasionar concentraciones de carga durante la prueba

Prueba de compresión de corazonesSi la estructura va a estar en un ambiente seco durante su vida de servicio, los corazones extraídos para la prueba deberán secarse al aire durante siete días y probarse en seco. Si la estructura va a trabajar dentro de un ambiente húmedo se sumergirán los corazones de agua saturada de cal durante 48 horas (según la norma NOM: 40 horas) y probarse en húmedo.

Resultado de la prueba de corazonesEl concreto se considerará adecuado si el promedio de resistencia a la compresión de los tres corazones es mayor o igual que un 85% de f’c especificada y si ningún corazón tiene una resistencia menor del 75% de la f’c. Si hay alguna duda se puede repetir la prueba una sola vez.

Si se confirma la baja resistencia, el supervisor decidirá, tomando en cuenta los criterios del undécimo párrafo de la introducción, si el elemento deberá demolerse o si procederá sólo una penalización económica al contratista.Deberá corregirse la causa revisando el contenido de cemento, el proporcionamiento, los agregados, la relación A/C, un mejor control o la reducción del revenimiento, el mezclado, la transportación, una reducción en el tiempo de entrega, el control del contenido de aire, colocación en los moldes y sobre todo la compactación y el curado (Federico, 2004).

1.3. Diseño de mezclas del concreto:Como se ha visto, el concreto está compuesto de cemento, agregados, agua, alguna cantidad de aire naturalmente atrapado o intencionalmente incluido, y eventualmente aditivos.El proporcionamiento de mezclas de concreto o “diseño de mezclas”, es un proceso que consiste en la selección de los ingredientes disponibles (cemento, agregados, agua y aditivos) y la determinación de sus cantidades relativas para producir, tan económicamente como sea posible, concreto con el grado de requerido de manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las propiedades de resistencia, durabilidad, peso unitario, estabilidad de volumen y apariencia adecuadas. Estas proporciones dependen de las propiedades y características de los ingredientes usados, de las propiedades particulares del concreto especificado, y de las condiciones particulares bajo las cuales el concreto será producido y colocado.

1.3.1.Consideraciones básicas:Hay tres consideraciones básicas que deben ser contempladas por quien este diseñando la mezcla: economía, especificaciones y tecnología existente en el sitio de producción.

1.3.1.1. Economía:La primera consideración que debe ser estudiada después de los aspectos técnicos y de seguridad en un diseño de mezcla, es la factibilidad económica de su producción, lo cual es sin duda alguna uno de los requisitos más comunes de la ingeniería. El costo de producción del concreto, como el de cualquier material de construcción, está constituido por:

Costos de producción. Costos de la mano de obra. Alquiler de equipos. Proporciones óptimas. Costo de los materiales. Propender por la Calidad de los Materiales: de esta dependerá la calidad del

producto terminado y la seguridad de la obra y las personas que la usarán.1.3.1.2. Especificaciones:

Por lo general, cada proyecto tiene requerimientos particulares que dependen del tipo de estructura, condiciones de clima, sistema constructivo, tiempo y costos de ejecución, entre otros, que pueden abarcar una gran gama de propiedades y características del concreto. Frecuentemente, las especificaciones pueden solicitar algunos de los siguientes aspectos:

Resistencia Mínima. Máxima Relación Agua/Cemento. Contenido Mínimo de Aire. Contenido Mínimo de Cemento. Asentamiento Máximo (SLUMP). Tamaño Máximo del Agregado. Densidad o Peso Unitario. Uso de Aditivos.

1.3.1.3. Tecnología existente:El otro aspecto que debe ser considerado por el diseñador de la mezcla, es la tecnología existente en el sitio de obra para producir el concreto, debido al hecho de que hay diferentes sistemas de dosificación, mezclado, transporte, colocación y curado, que tienen influencia sobre las propiedades del concreto.

1.3.2.Información requerida de los materiales:En la medida de lo posible, la selección de las proporciones de una mezcla de concreto debe estar basada en datos de ensayo (propiedades de los materiales) o experiencia con los materiales que realmente se van a utilizar. La siguiente información para los materiales disponibles será de gran utilidad.

1.3.2.1. Propiedades del cemento:En el caso del cemento, no solo basta su conformidad con las normas. Pues debido a que hoy en día hay muchas clases y tipos de cemento disponible, es importante conocer las propiedades y características de cada uno de los cementos que eventualmente van a ser empleadas en el sitio de trabajo, y especialmente cuando varias marcas diferentes van a ser utilizadas al mismo tiempo. Esta información debe incluir como mínimo los siguientes datos:

Peso específico. Superficie específica. Consistencia normal y tiempos de fraguado. Expansión a la autoclave. Resistencia a la compresión a 1, 3, 7, 14, 28 y 56 o 90 días de edad. Composición química.

1.3.2.2. Calidad del agua:El agua a utilizarse debe cumplir con las recomendaciones sobre las tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de curado y mezclado.

1.3.2.3. Propiedades de los agregados:

Debido a que el concreto está constituido en su mayor parte por agregados (70% o más en volumen), estos no son menos importantes que la pasta de cemento.La siguiente información referente a los agregados es importante:

Origen y propiedades petrográficas y mineralógicas. Análisis granulométrico. Forma y textura superficial de las partículas. Peso específico aparente. Capacidad de absorción de agua. Contenido natural de humedad. Masas unitarias. Contenido de finos y sustancias perjudiciales.

1.3.2.4. Características de los aditivos:En cuanto a los aditivos, el fabricante y las pruebas desarrolladas con ellos deben proveer la siguiente información para establecer su compatibilidad con el cemento y los materiales empleados, y su eficiencia dentro de la mezcla de concreto:

Capacidad de reducción de agua. Efecto sobre la manejabilidad, cohesión y plasticidad. Efecto sobre la pérdida de asentamiento. Inclusión de aire. Efecto sobre el calor de hidratación. Efecto sobre la velocidad de fraguado. Efecto sobre la exudación del concreto. Efectos sobre la contracción, resistencia, durabilidad y otras propiedades del

concreto.1.3.2.5. Información adicional:

Si es posible y hay datos disponibles, la siguiente información es muy útil para disminuir el número de mezclas de prueba:

Requerimiento del agua de mezclado en concretos producidos con los mismos materiales y en condiciones similares.

Curva de correspondencia entre la resistencia del concreto y la relación agua-cemento para los materiales a usarse.

1.3.3.Procedimiento de diseño:Como se ha visto, son muchos los factores y las consideraciones que se deben tomar en cuenta para diseñar una mezcla de concreto.El procedimiento recomendado, paso a paso, es el siguiente:

Selección del asentamiento. Selección del tamaño máximo del agregado. Estimación del contenido de aire. Estimación del contenido de agua. Determinar la resistencia de diseño. Selección de la relación agua/cemento.

Calculo del contenido de cemento. Estimar las proporciones de los agregados. Ajustes por humedad y absorción.

1.3.3.1. Selección del asentamiento:Las propiedades del concreto en estado fresco (para manejarlo, colocarlo y compactarlo) son importantes, debido a que de ellas dependen en gran parte las propiedades en estado endurecido. Las primeras consideraciones que se deben tomar en cuenta para especificar una consistencia determinada en el concreto fresco, son el tamaño de la sección que se va a construir y la cantidad y espaciamiento del acero de refuerzo. El segundo aspecto que se debe considerar son las condiciones de colocación, ya que hoy en día existen múltiples sistemas de vaciado.El tercer aspecto es el sistema de compactación, debido a que la máxima resistencia se logra cuando la masa unitaria del concreto es máxima.

Figura X: Asentamientos recomendados para diversos tipos de construcción y sistemas de colocación y compactación. Fuente: Tecnología del concreto y del mortero. Diego Sánchez de Guzmán.

1.3.3.2. Selección del tamaño máximo del agregado:Los agregados bien gradados con mayor tamaño máximo tienen menos vacíos y menor área superficial que los de menor tamaño máximo; por consiguiente, si el tamaño máximo de los agregados en una mezcla de concreto se aumenta (para un mismo asentamiento), los contenidos de cemento y agua disminuirán. Por lo tanto, el tamaño máximo del agregado deberá ser el mayor económicamente disponible y compatible con las dimensiones de la estructura.

En relación con la geometría y el refuerzo de las estructuras, el tamaño máximo del agregado se selecciona de acuerdo con la estrechez de los espacios por lo que debe desplazarse el concreto durante su colocación, de modo que el agregado grueso no sufra obstrucciones y pueda distribuirse uniformemente en todas las direcciones. Para ello, deben considerar aspectos tales como lo angosto de las secciones y las distancias mínimas ente las varillas del refuerzo y entre estas y el recubrimiento.El tamaño máximo nominal del agregado no debe exceder de las siguientes dimensiones:

La quinta parte de la separación mínima entre lados de la cimbra. Las tres cuartas partes del espaciamiento libre mínimo entre varillas o alambres

individuales, torones o ductos de refuerzo, lotes de varillas, o entre el acero y la formaleta.

La tercera parte del espesor, en el caso de losas.1.3.3.3. Estimación del contenido de aire:

Como es sabido, durante la operación de mezclado queda aire naturalmente atrapado dentro del concreto. Pero cuando se prevea que habrá condiciones de exposición severa, es conveniente incluir aire en el concreto. Bajo estas condiciones, se tienen unas cantidades aproximadas de aire atrapado que pueden ser esperadas en el concreto sin aire incluido, y los niveles recomendados de aire intencionalmente incluido para diferentes tamaños máximos de agregado, y para el nivel de exposición que puede ser ligero o severo.

Figura X: cantidad aproximada de aire esperado en concreto sin aire incluido y niveles de aire incluido para diferentes tamaños máximos de agregado. Fuente: Tecnología del concreto y del mortero. Diego Sánchez de Guzmán.

1.3.3.4. Estimación del contenido de agua de mezclado:

El agua de mezclado cumple dos funciones principales en una mezcla de concreto: hidratar las partículas de cemento y producir la fluidez necesaria.La cantidad de agua de mezclado por volumen unitario de concreto, que se requiere para producir un asentamiento determinado, depende del requerimiento de agua del cemento y del requerimiento de agua del agregado, así como del contenido de aire.

Figura X: requerimiento aproximado de agua de mezclado para diferentes asentamientos y tamaños máximos de agregados, con partículas de forma redondeada y textura lisa, en concreto con aire incluido. Fuente: Tecnología del concreto y del mortero. Diego Sánchez de Guzmán.

1.3.3.5. Determinación de la resistencia de diseño:El concreto debe diseñarse y producirse para asegurar una resistencia a la compresión promedio (f’ct) lo suficientemente alta para minimizar la frecuencia de resultados de pruebas de la resistencia por debajo del valor de la resistencia a la compresión especifica del concreto (f’c). La resistencia a la compresión promedio o resistencia de diseño de la mezcla es calculada de la siguiente expresión:

f 'ct= f ' c+(tσ )Donde:f'ct = promedio requerido de resistencia o resistencia de diseño de la mezcla (kg/cm2).f’c = resistencia especificada del concreto (kg/cm2).

t = constante que depende de la proporción de pruebas que puede caer por debajo del valor de f’c y el número de muestras usadas para hallar el valor de σ ; preferiblemente, al menos 30 muestras deben ser usadas.σ = valor preestimado de la desviación estándar en kg/cm2.

1.3.3.6. Selección de la relación agua-cemento:Debido a que la resistencia del concreto se rige principalmente por la resistencia e interacción de sus fases constituyentes: pasta, agregado e interfases de adherencia pasta-agregado, es común que los diferentes agregados y cementos produzcan resistencias distintas con la misma relación agua-cemento. Por esta razón, es importante conocer o desarrollar la correspondencia entre la resistencia y la relación agua-cemento, para cada grupo de materiales en particular y para diferentes edades.

Figura X: correspondencia entre la resistencia a la compresión a los 28 días de edad y la relación agua-cemento para los cementos colombianos, portland tipo I, en concreto sin aire incluido. Fuente: Tecnología del concreto y del mortero. Diego Sánchez de Guzmán.

Figura X: correspondencia entre la resistencia a la compresión a los 28 días de edad y la relación agua-cemento para los cementos colombianos, portland tipo I, en concreto con aire incluido. Fuente: Tecnología del concreto y del mortero. Diego Sánchez de Guzmán.

De otra parte, la relación agua-cemento no solo determina los requisitos de resistencia, sino también factores pertinentes a la durabilidad y propiedades para el acabado del concreto, debido a que este debe ser capaz de soportar aquellas exposiciones que puedan despojarlo de su capacidad de servicio, tales como: congelación y deshielo, humedecimiento y secado, calentamiento y enfriamiento, agentes congelantes, resistencia a la abrasión y sustancias químicas agresivas, entre otras.

1.3.3.7. Cálculo del contenido de cemento:Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relación agua-cemento han sido determinados, el contenido de cemento por metro cubico de concreto es fácilmente establecido, al dividir el contenido de agua de mezclado entre la relación agua-cemento:

C= A

(AC

)

Donde:C = contenido de cemento en kg/m3.A = requerimiento de agua de mezclado, en kg/m3.A/C = relación agua-cemento, por peso.

1.3.3.8. Estimación de las proporciones de los agregados:Por lo general, la estimación de las proporciones de los agregados está basada en su tamaño máximo y gradación, debido a que la combinación granulométrica total de

ambos agregados, finos y gruesos, es de considerable importancia en relación con las propiedades del concreto, tanto en estado fresco como en estado endurecido. Antes de proseguir a mencionar los métodos para la estimación de las proporciones, se considera interesante observar que el agregado se puede encontrar bajo tres circunstancias:

Agregados controlados: son aquellos agregados que tienen estrictamente garantizada su calidad en todos los aspectos.

Agregados conocidos pero no controlados: son aquellos que provienen de una zona o lugar de explotación de la que habitualmente se extraen agregados, cuya inocuidad ya fue analizada en algunas ocasiones y probada en algunas otras, pero que la preparación y control a que son sometidos no permiten garantizar que su limpieza y granulometría sean adecuadas y se mantengan en el tiempo.

Agregados nuevos: son agregados de los cuales se desconocen sus propiedades y características.

Los métodos utilizados para estimar las proporciones de los agregados son: Método A.C.I 211.1. Método gráfico.

1.3.3.9. Ajuste por humedad en los agregados:Debido a que los agregados pétreos presentan cierta porosidad (poros que están conectados a la superficie de las partículas), el agua de mezclado puede ser absorbida dentro del cuerpo de las partículas. Por otra parte, la superficie de las partículas también puede retener agua formando una película de humedad.Para calcular la cantidad de agua que los agregados pueden sustraer o adicionar a la pasta de cemento de una mezcla determinada, se han definido cuatro estados de humedad de los agregados que permiten estudiar la influencia de los poros internos de las partículas del agregado, su permeabilidad y absorción.

Seco al horno (S) = toda la humedad del agregado removida por secado al horno a 105°C de temperatura hasta obtener un peso constante. Todos los poros están vacíos.

Seco al aire (SA) = toda la humedad removida de la superficie, pero los poros internos parcialmente saturados.

Saturado y superficialmente seco (SSS) = todos los poros llenos de agua, pero sin película de humedad sobre la superficie de las partículas.

Húmedo (HS) = todos los poros completamente llenos de agua y adicionalmente con una película de agua sobre la superficie de las partículas.

La capacidad de absorción (CA o absorción) representa la máxima cantidad de agua que el agregado puede absorber en sus poros saturables.

CA=[ Psss−PsPs ]∗100

Donde:Psss = peso de una muestra de agregado en estado SSS.Ps = peso de una muestra de agregado en estado S.

La absorción efectiva (AE) representa la cantidad de agua requerida para llevar el agregado del estado SA al estado SSS.

AE=[ Psss−PsaPsss ]∗100

Donde:Psss = peso de una muestra de agregado en estado SSS.Psa = peso de una muestra de agregado en estado SA.

La humedad superficial (HS o humedad libre), representa el agua en exceso (que compone la película de humedad sobre la superficie de las partículas) respecto al estado SSS.

HS=[ Phs−PsssPsss ]∗100

Donde:Psss = peso de una muestra de agregado en estado SSS.Phs = peso de una muestra de agregado en estado HS.

Una vez conocido el contenido de humedad de los agregados, se procede a hacer la corrección de peso seco a peso húmedo:

Ph=Ps(1+ H100

)

Donde:Ph = peso húmedo del agregado.Ps = peso de una muestra de agregado en estado S.H = porcentaje de humedad del agregado.

En cuanto a las correcciones por humedad y absorción de os agregados, para determinar el faltante o sobrante de agua de mezclado respecto de la condición de saturado y superficialmente seco, se tiene:

Aa=−Ps(H−CA)/100Donde:A = agua en exceso o defecto respecto de la condición SSS.Ps = peso seco del agregado.H = humedad del agregado.CA = capacidad de absorción del agregado.