UNIDAD 4 CONCRETO ENDURECIDO

4.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Fraguado del concretoUna vez que el cemento y el agua entran en contacto, seinicia una reacción química que determina el paulatinoendurecimiento de la mezcla; mientras exista agua en contactocon el cemento, progresa el endurecimiento del concreto.

Antes de su total endurecimiento, la mezcla experimenta dosetapas dentro de su proceso general que son: el fraguadoinicial y el fraguado final. El primero corresponde cuando lamezcla pierde su plasticidad volviéndose difícilmentetrabajable.Conforme la mezcla continua endureciendo, esta llegará a susegunda etapa alcanzando una dureza tan apreciable que lamezcla entra ya en su fraguado final.Concreto endurecido: es aquel que tras el proceso dehidratación ha pasado del estado plástico al estado rígido. Estado endurecido Después de que el concreto ha fraguado empieza a ganarresistencia y endurece. Las propiedades del concretoendurecido son resistencia y durabilidad el concretoendurecido no tendrá huellas de pisadas si se camina sobreél. Resistencia y durabilidad El concreto bien hecho es un material naturalmente resistentey durable. Es denso, razonablemente impermeable al agua,capaz de resistir cambios de temperatura, así como tambiénresistir desgaste por interperismo. La resistencia y ladurabilidad son afectadas por la densidad del concreto. Elconcreto más denso es más impermeable al agua. La durabilidaddel concreto se incrementa con la resistencia. La resistencia del concreto en el estado endurecidogeneralmente se mide por la resistencia a la compresiónusando la prueba de resistencia a la compresión.

La resistencia y la durabilidad son afectadas por:

La compactación. Significa remover el aire del concreto. Lacompactación apropiada da como resultado concreto con unadensidad incrementada que es más resistente y más durable. Curado. Curar el concreto significa mantener húmedo elconcreto por un periodo de tiempo, para permitir que alcancela resistencia máxima. Un mayor tiempo de curado dará unconcreto más durable. Clima. Un clima más caluroso hará que el concreto tenga unmayor resistencia temprana

4.1.1 CURADO

El curado adecuado es uno de los factores individuales másimportantes para poder lograr la máxima calidad del concreto.La permeabilidad, durabilidad, resistencia y aparienciasuperficial del concreto dependen en gran parte de si elconcreto ha sido curado en forma adecuada. El curado adecuado cumple dos funciones muy importantes:

1). Conservar la humedad del concreto para asegurar queexista la cantidad suficiente de agua para permitir lacompleta hidratación del cemento.

2). Estabilizar la temperatura a un nivel adecuado.

Las condiciones adecuadas de curado se logran cuando elconcreto se mantiene a una temperatura cercana a los 20-25ºCy totalmente húmedo por un mínimo de 7 días.Los primeros tres días son los más críticos en la vida delconcreto. En este periodo, cuando el agua y el concreto secombinan rápidamente, el concreto es más susceptible desufrir algún daño. A la edad de siete días, el concreto ha

obtenido aproximadamente 70% de la resistencia, a los catorcedías aproximadamente el 85% y los 28 días, la resistencia dediseño.

Existen varios métodos para curar el concreto, entre los máscomunes tenemos:1) Curado con agua2) Materiales selladores3) Curados a vapor

1). Curado con agua

Cuando se elige una aplicación de agua debe estudiarse laeconomía del método particular que se usará en cada obra,puesto que la disponibilidad de agua, mano de obra y otrosfactores influirán en el costo. A continuación se describenvarios métodos de curado con agua.

a) Anegamiento o inmersiónSe emplea rara vez, sin embargo es el método mas completo decurado; todo depende de que el elemento a curar se preste.Algunas veces se emplea en losas planas, puentes, pavimentos,atarjeas, es decir en cualquier elemento donde sea posiblecrear un charco.

b) Rociado de niebla o aspersiónEl rociado de niebla o aspersión mediante boquillas oaspersores proporcionan un curado excelente. Una de lasdesventajas es el costo del agua a menos que se cuente contoda la necesaria.El uso de mangueras es útil, especialmente cuando se tienensuperficies verticales. Sin embargo debe tenerse cuidado deno provocar la erosión de la superficie.

c) Costales, carpetas de algodón y alfombrasEstos elementos y otras cubiertas de material absorbenteretendrán agua sobre la superficie del concreto, sea estavertical u horizontal. Estos materiales deben estar libres de

substancias dañinas tales como: Azúcar o fertilizantes, quesi puedan dañar al concreto y decolorarlo.Los costales deben lavarse muy bien con agua para eliminarestas substancias y hacerlos más absorbentes.

d) Arena y aserrínLa arena y aserrín mojados proporcionan por mayor tiempo lahumedad y pueden proteger la superficie del elemento en casode lluvias para que no se despostille.

2) Materiales selladores

Los materiales selladores son hojas o membranas que secolocan sobre el concreto para reducir la pérdida del aguapor evaporación. Estos, proporcionan varias ventajas; porejemplo, cuando se impide la pérdida de humedad mediante elsellado, existe menos la posibilidad de que el concreto seseque antes de tiempo debido a un error en el mantenimientode la cubierta húmeda. Asimismo, los materiales selladoresson más fáciles de manejar y pueden aplicarse más temprano.

a). Película plásticaLa película plástica es de peso ligero y está disponible enhojas transparentes, blancas y negras. La película blanca esla más costosa, pero refleja los rayos del solconsiderablemente, mientras que la transparente tiene pocoefecto sobre la absorción de calor. La película negra debeevitarse en clima cálido, excepto para interiores, sinembargo, tiene sus ventajas en clima frío por su absorción decalor.

b) Papel impermeableEl papel impermeable está compuesto de dos hojas de papelkraft unidas entre si mediante un adhesivo bituminoso, eimpermeabilizadas con fibras. El papel impermeable puedeemplearse por segunda vez siempre y cuando conserve sucapacidad para retardar eficazmente la pérdida de humedad.

c) Compuestos líquidos para formar membranas de curadoEstos compuestos consisten esencialmente en ceras, resinasnaturales o sintéticas, así como solventes de volatilidadelevada a la temperatura atmosférica. Los compuestos decurado no deben emplearse sobre superficies que vayan arecibir capas adicionales de concreto, pintura o mosaicos querequieran buena adherencia.

3) Curados a vapor

Estos curados se llevan a cabo cuando se pretende que elconcreto obtenga su resistencia máxima antes de los 28 días.Las ventajas que se tienen son: descimbrado a los tres días,el elemento puede cargar más pronto, el tronado de cilindrosnos darían resultados inmediatos, etc.

a) Curado con vapor a baja presiónEste se lleva a cabo a presión atmosférica, envolviendo elelemento con un plástico para que el vapor no se escape.

b) Curado con vapor a alta presiónEste curado, por lo general se lleva a cabo en un autoclave,este se hace necesario en productos que no tengancontracciones a la hora del secado.

c) Tina de curadoLa tina de curado se utiliza especialmente para los cilindrosde prueba, acelerando su resistencia a temprana edad; pormedio del calentamiento del agua a cierta temperatura segúnel tiempo en el que se pretenda tronar los cilindros.

Propiedades físicas y químicas

Densidad

La densidad del concreto se define como el peso por unidad devolumen. Depende de la densidad real y de la proporción enque participan cada uno de los diferentes materialesconstituyentes del concreto. Para los concretosconvencionales, formados por materiales granularesprovenientes de rocas no mineralizadas de la cortezaterrestre su valor oscila entre 2.35 y 2.55 kg./dm3.ResistenciaLa resistencia es una de las propiedades más importantes delconcreto, principalmente cuando se le utiliza con finesestructurales. El concreto, en su calidad de constituyente deun elemento estructural, queda sometido a las tensionesderivadas de las solicitaciones que actúan sobre éste. Variaciones de volumen y fisuraciónEl concreto experimenta variaciones de volumen, dilatacioneso contracciones, durante toda su vida útil por causas físico- químicas.El tipo y magnitud de estas variaciones están afectados enforma importante por las condiciones ambientales existentesde humedad y temperatura y también por los componentespresentes en la atmósfera.

DurabilidadComo ya se ha indicado, un concreto será bueno si es durable.La durabilidad expresa la resistencia al medioambiente. Laimpermeabilidad, la cual está directamente relacionada con ladurabilidad, se consigue con la consolidación, relación agua-cemento adecuada y curado conveniente, según el lugar dondese encuentre la obra. El ensayo de resistencia, es el máscomún de los aplicados al concreto y constituye un índice desu calidad. La resistencia final del concreto, es función dela relación agua-cemento, del proceso de hidratación delcemento, del curado, de las condiciones ambientales y de laedad del concreto.La durabilidad expresa el comportamiento del material paraoponerse a la acción agresiva del medio ambiente u otrosfactores como el desgaste, asegurando su integridad y la delas armaduras de refuerzo durante el período de construcción

y después, a lo largo de toda la vida en servicio de laestructura.ImpermeabilidadEs una característica estrechamente ligada a la durabilidad yla que más colabora con ésta. La impermeabilidad es elresultado de disponer de un concreto compacto y uniforme, conla suficiente cantidad de cemento, agregados de buena calidady granulometría continua, dosificación racional, relaciónagua/cemento lo más baja posible dentro de las condiciones deobra para permitir un excelente llenado de encofrados yrecubrimiento de jmarmadura, eliminando toda posibilidad deque queden en la masa bolsones de aire o nidos de abeja a finde impedir que ingresen a la masa del concreto los elementosagresivos.

Los factores que afectan la durabilidad del concreto, sonaquellos que producen el deterioro del mismo. Estos factoresse clasifican en 5 grupos:

1. Congelamiento y deshielo2. Ambiente químicamente agresivo3. Abrasión4. Corrosión de metales en el concreto5. Reacciones químicas en los agregados.

Congelamiento y deshieloEl congelamiento y deshielo, constituye un agente dedeterioro que ocurre en los climas en que la temperaturadesciende hasta provocar el congelamiento del agua contenidaen los poros capilares del concreto.En términos generales el fenómeno se caracteriza porintroducir esfuerzos internos en el concreto que puedenprovocar su figuración reiterada y la consiguientedesintegración.

Control de la durabilidad frente al congelamiento y deshielo:

a) Aditivos inclusores de aire. En concretos normales, existeun promedio de 1% de poros de aire atrapado, los cuales no

son suficientes para evitar el deterioro del concreto cuandoel agua llega a congelarse en los poros saturados del mismo.

b) Curado. No se puede pensar que sólo con los aditivosinclusores de aire se soluciona el problema, si no le damosal concreto la posibilidad de desarrollar resistencia, denada servirá la precaución anterior entre la fatiga que vaproduciendo la alternancia de esfuerzos en los ciclos dehielo y deshielo.c) Diseños de mezcla. Los diseños de mezcla deben ejecutarsebuscando concretos con la menor permeabilidad posible, locual se logra reduciendo la relación agua/cemento a mínimocompatible con la trabajabilidad para lo cual el acirecomienda relaciones entre 0.45 y 0.50. Ambiente químicamente agresivoEl concreto es un material que en general tiene uncomportamiento satisfactorio ante diversos ambientesquímicamente agresivos. El concepto básico reside en que elconcreto es químicamente inalterable al ataque de agentesquímicos que se hallan en estado sólido.Los ambientes agresivos usuales están constituidos por elaire, agua y suelos contaminados que entran en contacto conlas estructuras de concreto.

Efecto de compuestos químicos corrientes sobre el concreto:Dentro de este panorama, los compuestos que por sudisponibilidad en el medio ambiente producen la mayoría decasos de ataque químico al concreto están constituidos porcloruros y sulfatos.a) Cloruros. Los cloruros se hallan en el ambiente en laszonas cercanas al mar, en el agua marina, y en ciertos suelosy aguas contaminadas de manera natural o artificial.b) Sulfatos. Los sulfatos que afectan la durabilidad, sehallan usualmente en el suelo en contacto con el concreto, ensolución en agua de lluvia, en aguas contaminadas pordesechos industriales o por flujos en suelos agresivos.

Abrasión

Se define la resistencia a la abrasión como la habilidad deuna superficie de concreto a ser desgastada por roce yfricción. Este fenómeno se origina de varias maneras, siendolas más comunes las atribuidas a las condiciones de servicio,como son el tránsito de peatones y vehículos sobre lasveredas y losas, el efecto del viento cargado de partículassólidas y el desgaste producido por el flujo continuo deagua.

Corrosión de metales en el concretoEl concreto por ser un material con una alcalinidad muyelevada (ph > 12.5), y alta resistividad eléctrica constituyeuno de los medios ideales para proteger metales introducidosen su estructura, al producir en ellos una películaprotectora contra la corrosión. Pero si por circunstanciasinternas o externas se cambian estas condiciones deprotección, se producen el proceso electroquímico de lacorrosión generándose compuestos de óxidos de hierro quellegan a triplicar el volumen original del hierro,destruyendo el concreto al hincharse y generar esfuerzosinternos.

Reacciones químicas en los agregadosLas reacciones químicas en los agregados que se puedenproducir desintegración han sido y continuarán siendo muyinvestigadas a nivel mundial en relación a su repercusión enel concreto. Las reacciones químicas que se presentan enestos agregados están constituidos por la llamada reacciónsílice-álcalis y la reacción carbonatos-álcalis.

4.2 PRUEBAS DE CALIDAD

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU NATURALEZA:Destructivas: determinan la resistencia mediante la rotura deprobetas o piezas de concreto. Las pruebas destructivas que

comúnmente se utilizan son: Prueba a la compresión simple,prueba de flexión, prueba de tensión.No destructivas: determinan la calidad sin destruir la estructura. Las pruebas no destructivas más comunes tenemos; prueba del martillo de rebote (esclerómetro), prueba de resistencia a la penetración (pistola de windsor), prueba de pulso ultrasónico, pruebas dinámicas o de vibración y prueba de extracción de corazones, esta última algunos autores la consideran como prueba semidestructiva.

4.2.1 PROCEDIMIENTO DE MUESTREO

Prueba de compresión (ASTM C-39)Para una prueba de resistencia se necesitan preparar comomínimo dos cilindros estándar de una muestra de concreto.Muestreo. Para que el muestreo sea representativo deberemostomar porciones de diferentes puntos de la mezcla amuestrear. La muestra deberá ser transportada al lugar dondese van a preparar los cilindros y luego se volverá a mezclarcon una pala para asegurar su uniformidad.Moldes. Los moldes para poder colar los especimenescilíndricos para pruebas de resistencia a la compresióndeberán estar construidos a base de materiales no absorbentesy ser lo suficientemente rígidos para no deformarse. Ademásdeberán ser impermeables.Elaboración de los especimenes. Los moldes deberán colocarsesobre una base lisa y rígida, metálica de preferencia, paralograr que la base del cilindro de concreto sea tersa yevitar que se obtenga una superficie curva.El concreto se deberá compactar perfectamente dentro delmolde cilíndrico. La mejor forma para lograr esto escolocando la muestra de concreto en el molde en tres capasdel mismo volumen aproximadamente. Esto debe hacerse con uncucharón, de tal manera que se logre una distribuciónuniforme. Cada capa deberá varillarse con 25 golpes con unavarilla de 5/8” y punta en forma de bala. Los golpes sedeberán distribuir uniformemente en toda la seccióntransversal del molde e introducir la varilla hasta apenas

penetrar la capa inferior 2 cm. El varillado no deberáabollar ni deformar la placa metálica del fondo.Curado de los especimenes de prueba. Se deberán curar a unatemperatura de 16 a 17 ºC durante 24 horas en el sitio de laobra. Posteriormente se transportarán al laboratorio, seextraerán de los moldes y se almacenarán en condicionescontroladas de laboratorio a una temperatura de 23 ± 2ºC yhumedad relativa de mínimo el 95%.Cabeceo de especimenes. Los especimenes deben tener sus basessuperior e inferior planas con una tolerancia de 0.05 mm y aescuadra con el eje del cilindro. Generalmente se requieredel cabeceo para cumplir con esta tolerancia. Este se lleva acabo con una pasta de cemento o con mezclas de azufre conmaterial granular fino.

Procedimiento1. Antes de colocar el espécimen en la máquina de ensaye,deberá comprobarse la total limpieza de las superficies delas placas que deberán estar en contacto con las cabezas delespécimen.2. El eje del espécimen estará perfectamente alineado con elcentro de aplicación de la carga de la máquina de ensaye.3. Se comenzará a aplicar una carga en forma continua y sinimpacto. La velocidad de aplicación de la carga deberámantenerse dentro del intervalo de 1.5 a 3.5 kg/cm2/seg.Durante la aplicación de la primera mitad de la carga totalpodrá permitirse una velocidad ligeramente mayor, pero nodeberán hacerse ajustes en los controles de la máquina deprueba cuando el espécimen comienza a deformarse rápidamente,inmediatamente antes de la falla.4. La carga deberá aplicarse hasta que el espécimen hayafallado, registrándose la carga máxima soportada. Tambiéndebe anotarse el tipo de falla y la apariencia del concretoen las zonas de falla.5. La resistencia a compresión del espécimen deberácalcularse dividiendo la carga máxima soportada durante laprueba, en kilogramos, entre el área promedio de la seccióntransversal, en cm2. el resultado deberá aproximarse a 1.0kg/cm2.

Prueba de flexión (ASTM C-78)Esta prueba se usa para determinar la resistencia a la flexión del concreto, empleando una viga simplemente apoyada con carga en los tercios del claro.

ProcedimientoEl espécimen de ensaye será girado sobre uno de sus lados,respecto a la posición en que fue colado, y centrado sobrelos apoyos.Los dispositivos de aplicación de carga se pondrán encontacto con la superficie del espécimen en los tercios delclaro entre los apoyos. Si no se logra un contacto completoentre el espécimen, los dispositivos de aplicación de lacarga y los apoyos, las superficies de contacto seráncabeceadas, pulidas o calzadas con tiras de piel en todo elancho de los especimenes.

La carga se aplicará rápidamente hasta alcanzar el 50%,aproximadamente, del valor de ruptura. Después, la velocidadde aplicación será uniforme de tal manera que los incrementosdel esfuerzo en las fibras extremas del espécimen no excedande 10 kg/cm2 por minuto.

Después del ensaye se medirá en la sección de falla el anchoy el peralte promedio del espécimen aproximando las lecturasal milímetro.

Método del esclerómetro. El esclerómetro o martillo deSchmidt, es en esencia, un medidor de la dureza de lasuperficie que constituye un medio rápido y simple pararevisar la uniformidad del concreto. Mide el rebote de unémbolo cargado con un resorte después de haber golpeado una

superficie plana de concreto. La lectura del número de reboteda una indicación de la resistencia a compresión delconcreto. Los resultados de la prueba con esclerómetro (ASTMC-805) se ven afectados por la lisura de la superficie, eltamaño, forma y rigidez del espécimen; la edad y condición dehumedad del concreto; el tipo de agregado grueso; y lacarbonatación de la superficie del concreto. Cuando sereconocen estas limitaciones y el esclerómetro se calibrapara los materiales particulares que se utilicen en elconcreto, entonces este instrumento puede ser útil paradeterminar la resistencia a la compresión relativa y launiformidad del concreto en la estructura.

Método de penetración. El sondeo Windsor (ASTM C-803), comoel esclerómetro, es básicamente un probador de dureza quebrinda un medio rápido para determinar la resistenciarelativa del concreto. El equipo consiste de una pistolaaccionada con pólvora que clava una sonda de aleación acerada(aguja) dentro del concreto. Se mide la longitud expuesta dela sonda y se relaciona con la resistencia a compresión delconcreto por medio de una tabla de calibración.Tanto el esclerómetro como el sondeo de penetración dañan lasuperficie del concreto en cierto grado. El esclerómetroproduce una pequeña muesca sobre la superficie; y el sondeode penetración deja un agujero pequeño y puede causaragrietamientos leves.

Pruebas dinámicas o de vibración. Una prueba dinámica o de vibración (velocidad de pulso) (ASTM C-597) se basa en el principio de que la velocidad del sonido en un sólido se puede medir: 1) determinando la frecuencia resonante de un espécimen ó 2) registrando el tiempo de recorrido de pulsos cortos de vibración a través de una muestra. Las velocidades elevadas indican que el concreto es de buena calidad, y las velocidades bajas indican lo contrario. Pruebas de corazones (ASTM C-42). Los corazones de concretoson núcleos cilíndricos que se extraen haciendo unaperforación en la masa de concreto con una broca cilíndrica

de pared delgada; por medio de un equipo rotatorio comoespecie de un taladro al cual se le adapta la broca concorona de diamante, carburo de silicio u otro materialsimilar; debe tener un sistema de enfriamiento para la broca,impidiendo así la alteración del concreto y el calentamientode la broca.El diámetro de los corazones que se utilicen para determinarla resistencia a la compresión debe ser cuando menos de 3veces el tamaño del máximo del agregado grueso, y puedeaceptarse de común acuerdo por lo menos 2 veces el tamañomáximo del mismo agregado, debiendo anotarse en el reporte.

4.2.2 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Los requisitos del reglamento de construcción para concretoreforzado ACI 318 señalan que la resistencia a compresión delconcreto puede considerarse satisfactoria si los promedios detodos los conjuntos de tres pruebas de resistenciaconsecutivas igualan o exceden la resistencia especificada alos 28 días y si ninguna prueba de resistencia individual (elpromedio de dos cilindros) se encuentra más allá de 35 kg/cm2

debajo de la resistencia especificada.

Si la resistencia de cualquier cilindro curado en ellaboratorio es inferior a la resistencia especificada menosde 35 kg/cm2, se deberá evaluar la resistencia del concretoen el lugar. Cuando sea necesario evaluar la resistencia delconcreto en el lugar, deberá determinarse ensayando trescorazones por cada prueba de resistencia en que los cilindroscurados en el laboratorio hayan estado por debajo del f’c enmás de 35 kg/cm2. Si la estructura permanece seca durante suservicio, antes de la prueba deberán secarse los corazones 7días a una temperatura de 16 a 27ºC y a una humedad relativade menos de 60%. Los corazones deberán sumergirse en agua porlo menos 40 horas antes de la prueba si la estructura vaestar en servicio en un ambiente húmedo.

Los métodos de prueba no destructivos no sustituyen a laspruebas de corazones (ASTM C- 42). Si la resistencia promediode tres corazones es de por lo menos 85% del f’c y si ningúnes menor que 75% del f’c, se considerará estructuralmenteadecuado al concreto de la zona representada por el corazón.Si los resultados de las pruebas de corazones correctamenterealizadas son tan bajos como para poner en duda laintegridad estructural del concreto, deberá optarse pordemoler el elemento o probar físicamente con la carga a lacual estará trabajando dicho elemento.

UNIVERSIDAD MEXIQUENSE DEL BICENTENARIO

“UNIDAD DE ESTUDIOS SUPERIORES TLATLAYA”

TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

UNIDAD 4 CONCRETO ENDURECIDO

ING. MIGUEL ÁNGEL PARRA RODRÍGUEZ

HUMBERTO SOLIS DE LA SANCHA

INGENIERÍA CIVIL CUARTO SEMESTRE

SAN PEDRO LIMÓN, TLATLAYA, MÉXICO, 16 DE MAYO DEL 2012