INTRODUCCIÓN GENERAL AL CONCRETO
El concreto es un material durable y resistente
pero, dado que se trabaja en su forma líquida, prácticamente puede adquirir
cualquier forma. .Esta combinación de características es la razón principal por
la que es un material de construcción tan popular para exteriores.
Ya sea que
adquiera la forma de un camino de entrada amplio hacia una casa moderna, un
paso vehicular semicircular frente a una residencia, o una modesta entrada
delantera, el concreto proporciona solidez y permanencia a los lugares donde
vivimos.
En la forma de
caminos y entradas, el concreto nos conduce a nuestro hogar, proporcionando un
sendero confortable hacia la puerta.
Además de
servir a nuestras necesidades diarias en escalones exteriores, entradas y
caminos, el concreto también es parte de nuestro tiempo libre, al proporcionar
la superficie adecuada para un patio.
El concreto de
uso común, o convencional, se produce mediante la mezcla de tres componentes
esenciales, cemento, agua y agregados, a los cuales eventualmente se incorpora
un cuarto componente que genéricamente se designa como aditivo.
Al mezclar
estos componentes y producir lo que se conoce como una revoltura de concreto,
se introduce de manera simultánea un quinto participante representado por el
aire.
La mezcla
intima de los componentes del concreto convencional produce una masa plástica
que puede ser moldeada y compactada con relativa facilidad; pero gradualmente
pierde esta característica hasta que al cabo de algunas horas se torna rígida y
comienza a adquirir el aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo
sólido, para convertirse finalmente en el material mecánicamente resistente que
es el concreto endurecido.
La
representación común del concreto convencional en estado fresco, lo identifica
como un conjunto de fragmentos de roca, globalmente definidos como agregados,
dispersos en una matriz viscosa constituida por una pasta de cemento de
consistencia plástica. Esto significa que en una mezcla así hay muy poco o
ningún contacto entre las partículas de los agregados, característica que
tiende a permanecer en el concreto ya endurecido.
Consecuentemente
con ello, el comportamiento mecánico de este material y su durabilidad en
servicio dependen de tres aspectos básicos:
Las
características, composición y propiedades de la pasta de cemento, o matriz
cementante, endurecida.
La calidad
propia de los agregados, en el sentido más amplio.
La afinidad de
la matriz cementante con los agregados y su capacidad para trabajar en conjunto.
En el primer
aspecto debe contemplarse la selección de un cementante apropiado, el empleo de
una relación agua/cemento conveniente y el uso eventual de un aditivo
necesario, con todo lo cual debe resultar potencialmente asegurada la calidad
de la matriz cementante.
En cuanto a la
calidad de los agregados, es importante adecuarla a las funciones que debe
desempeñar la estructura, a fin de que no representen el punto débil en el
comportamiento del concreto y en su capacidad para resistir adecuadamente y por
largo tiempo los efectos consecuentes de las condiciones de exposición y
servicio a que esté sometido.
Finalmente, la
compatibilidad y el buen trabajo de conjunto de la matriz cementante con los
agregados, depende de diversos factores tales como las características físicas
y químicas del cementante, la composición mineralógica y petrográfica de las
rocas que constituyen los agregados, y la forma, tamaño máximo y textura
superficial de éstos.
De la esmerada
atención a estos tres aspectos básicos, depende sustancialmente la capacidad
potencial del concreto, como material de construcción, para responder
adecuadamente a las acciones resultantes de las condiciones en que debe prestar
servicio. Pero esto, que sólo representa la previsión de emplear el material
potencialmente adecuado, no basta para obtener estructuras resistentes y
durables, pues requiere conjugarse con el cumplimiento de previsiones
igualmente eficaces en cuanto al diseño, especificación, construcción y
mantenimiento de las propias estructuras.
CEMENTOS RECOMENDABLES POR SUS EFECTOS
EN EL CONCRETO
Las
condiciones que deben tomarse en cuenta para especificar el concreto idóneo y
seleccionar el cemento adecuado para una obra, pueden determinarse por la
indagación oportuna de dos aspectos principales:
1) las características propias de la estructura y de
los equipos y procedimientos previstos para construirla.
2) las condiciones de exposición y servicio del
concreto, dadas por las características del medio ambiente y del medio de
contacto y por los efectos previsibles resultantes del uso destinado a la
estructura.
Existen
diversos aspectos del comportamiento del concreto en estado fresco o
endurecido, que pueden ser modificados mediante el empleo de un cemento
apropiado, para adecuar los a los requerimientos específicos dados por las
condiciones de la obra. Las principales características y propiedades del
concreto que pueden ser influidas y modificadas por los diferentes tipos y
clases de cemento, son las siguientes:
·
Cohesión y manejabilidad
·
Concreto Pérdida de revenimiento
fresco
·
Asentamiento y sangrado
·
Tiempo de fraguado
·
Adquisición de resistencia
mecánica
·
Concreto Generación de calor
endurecido
·
Resistencia al ataque de los
sulfatos
·
Estabilidad dimensional (cambios
volumétricos)
·
Estabilidad química (reacciones
cemento-agregados)
En algunos
aspectos la influencia del cemento es fundamental, en tanto que en otros
resulta de poca importancia porque existen otros factores que también influyen
y cuyos efectos son más notables. No obstante, es conveniente conocer y tomar
en cuenta todos los efectos previsibles en el concreto, cuando se trata de
seleccionar el cemento apropiado para una obra determinada.
EFECTOS EN EL CONCRETO FRESCO
COHESIÓN Y MANEJABILIDAD
La cohesión y
manejabilidad de las mezclas de concreto son características que contribuyen a
evitar la segregación y facilitar el manejo previo y durante su colocación en
las cimbras. Consecuentemente, son aspectos del comportamiento del concreto
fresco que adquieren relevancia en obras donde se requiere manipular
extraordinariamente el concreto, o donde las condiciones de colocación son
difíciles y hacen necesario el uso de bomba o el vaciado por gravedad.
Prácticamente,
la finura es la única característica del cemento que puede aportar beneficio a
la cohesión y la manejabilidad de las mezclas de concreto, por tanto, los
cementos de mayor finura como el portland tipo III o los portland-puzolana
serían recomendables en este aspecto. Sin embargo, existen otros factores con
efectos más decisivos para evitar que las mezclas de concreto segreguen durante
su manejo y colocación. Entre tales factores puede mencionarse la composición
granulométrica y el tamaño máximo del agregado, el consumo unitario de
cementante, los aditivos inclusores de aire y el diseño de la mezcla de
concreto.
ASENTAMIENTO Y SANGRADO
En cuanto el concreto queda en reposo, después de
colocarlo y compactarlo dentro del espacio cimbrado, se inicia un proceso
natural mediante el cual los componentes más pesados (cemento y agregados)
tienden a descender en tanto que el agua, componente menos denso, tiende a
subir. A estos fenómenos simultáneos se les llama respectivamente asentamiento
y sangrado, y cuando se producen en exceso se les considera indeseables porque
provocan cierta estratificación en la masa de concreto, según la cual se forma
en la superficie superior una capa menos resistente y durable por su mayor
concentración de agua. Esta circunstancia resulta particularmente inconveniente
en el caso de pavimentos de concreto y de algunas estructuras hidráulicas cuya
capa superior debe ser apta para resistir los efectos de la abrasión mecánica e
hidráulica.
Los
principales factores que influyen en el asentamiento y el sangrado del concreto
son de orden intrínseco, y se relacionan con exceso de fluidez en las mezclas,
características deficientes de forma, textura superficial y granulometría en
los agregados (particularmente falta de finos en la arena) y reducido consumo
unitario y/o baja finura en el cementante.
Consecuentemente,
las medidas aplicables para moderar el asentamiento y el sangrado consisten en
inhibir la presencia de dichos factores, para lo cual es pertinente:
1) Emplear
mezclas de concreto con la consistencia menos fluida que pueda colocarse
satisfactoriamente en la estructura, y que posea el menor contenido unitario de
agua que sea posible, inclusive utilizando aditivos reductores de agua si es
necesario.
2) Utilizar
agregados con buena forma y textura superficial y con adecuada composición
granulométrica; en especial, con un contenido de finos en la arena que cumpla
especificaciones en la materia.
3) Ensayar el
uso de un aditivo incluso de aire, particularmente cuando no sea factible
cumplir con la medida anterior.
4) Incrementar
el consumo unitario de cemento y/o utilizar un cemento de mayor finura, como el
portland tipo III o el portland-puzolana. En relación con esta última medida,
es un hecho bien conocido la manera como se reduce la velocidad de sangrado de
la pasta al aumentar la superficie específica del cemento.
Sin embargo,
existe el efecto opuesto ya mencionado en el sentido de que un aumento de
finura en el cemento tiende a incrementar el requerimiento de agua de mezclado
en el concreto. Por tal motivo, es preferible aplicar esta medida limitadamente
seleccionando el cemento apropiado por otras razones más imperiosas y, si se
presenta problema de sangrado en el concreto, tratar de corregirlo por los
otros medios señalados, dejando el cambio de cemento por otro más fino como
última posibilidad.
Para fines
constructivos se considera que el tiempo medido desde que se mezcla el concreto
hasta que adquiere el fraguado inicial, es el lapso disponible para realizar
todas las operaciones inherentes al colado hasta dejar el concreto colocado y
compactado dentro del espacio cimbrado. De esta manera, este lapso previo al
fraguado inicial adquiere importancia práctica pues debe ser suficientemente
amplio para permitir la ejecución de esas operaciones en las condiciones del
trabajo en obra, pero no tan amplio como para que el concreto ya colocado
permanezca demasiado tiempo sin fraguar, ya que esto acarrearía dificultades de
orden técnico y económico.
La duración
del tiempo de fraguado del concreto depende de diversos factores extrínsecos
dados por las condiciones de trabajo en obra, entre los que destaca por sus
efectos la temperatura. En condiciones fijas de temperatura, el tiempo de
fraguado puede experimentar variaciones de menor cuantía derivadas del
contenido unitario, la clase y la finura del cemento. Así, por ejemplo, tienden
a fraguar un poco más rápido:
a) las mezclas
de concreto de alto consumo de cemento que las de bajo consumo.
b) las mezclas
de concreto de cemento portland simple que las de cemento portland-puzolana las
mezclas de concreto de cemento portland tipo III que las de portland tipo II.
Sin embargo,
normalmente estas variaciones en el tiempo de fraguado son de poca
significación práctica y no justifican hacer un cambio de cemento por este
solo.
EFECTOS EN EL CONCRETO ENDURECIDO
ADQUISICIÓN DE RESISTENCIA MECÁNICA
Conforme
se expuso previamente, la velocidad de hidratación y adquisición de resistencia
de los diversos tipos de cemento portland depende básicamente de la composición
química del Clinker y de la finura de molienda. De esta manera, un cemento con
alto contenido de silicato tricálcico (C3S) y elevada finura puede producir
mayor resistencia a corto plazo, y tal es el caso del cemento tipo III de alta
resistencia rápida. En el extremo opuesto, un cemento con alto contenido de
silicato dicálcico (C2S) y finura moderada debe hacer más lenta la adquisición
inicial de resistencia y consecuente generación de calor en el concreto, siendo
este el caso del cemento tipo IV. Dentro de estos límites de comportamiento, en
cuanto a la forma de adquirir resistencia, se ubican los otros tipos de cemento
portland.
En cuanto a los cementos
portland-puzolana, su adquisición inicial de resistencia suele ser un tanto
lenta debido a que las puzolanas no aportan prácticamente resistencia a edad
temprana. Por otra parte, resulta difícil predecir la evolución de resistencia
de estos cementos porque hay varios factores que influyen y no siempre se
conocen, como son el tipo de Clinker con que se elaboran y la naturaleza,
calidad y proporción de su componente puzolánico.
De acuerdo con las tendencias mostradas
puede considerarse que, para obtener el beneficio adecuado de resistencia de
cada tipo y clase de cemento en función de sus características, lo conveniente
es especificar la resistencia de proyecto del concreto a edades que sean
congruentes con dichas características. Consecuentemente, estas edades pueden
ser como sigue:
Tipo de cemento que se Edad recomendable
para especificar emplea en el concreto la resistencia de proyecto
Portland III 14 ó 28 días
Portland I, II y V 28 ó 90 días
Portland-puzolana 90 días, o más
En ausencia de cemento tipo III, cuya
disponibilidad en el mercado local es limitada, puede emplearse cemento tipo I
junto con un aditivo acelerante, previa verificación de su compatibilidad y
efectos en el concreto, tanto en lo que se refiere a su adquisición de resistencia
como a la durabilidad potencial de la estructura. También es posible adelantar
la obtención de la resistencia deseada en el concreto, proporcionando la mezcla
para una resistencia potencial más alta, ya sea aumentando el consumo unitario
de cemento, o empleando un aditivo reductor de agua para disminuir la relación
agua/cemento.
GENERACIÓN DE CALOR
En el curso de la reacción del cemento
con el agua, o hidratación del cemento, se produce desprendimiento de calor
porque se trata de una reacción de carácter exotérmico. Si el calor que se
genera en el seno de la masa de concreto no se disipa con la misma rapidez con
que se produce, queda un remanente que al acumularse incrementa la temperatura
de la masa.
El calentamiento del concreto lo
expande, de manera que posteriormente al enfriarse sufre una contracción,
normalmente restringida, que genera esfuerzos de tensión capaces de agrietarlo.
La posibilidad de que esto ocurra tiende a ser mayor a medida que aumenta la
cantidad y velocidad de generación de calor y que disminuyen las facilidades
para su pronta disipación. Es decir, el riesgo de agrietamiento de origen
térmico se incrementa cuando se emplea un cemento de alta y rápida hidratación,
como el tipo III, y las estructuras tienen gran espesor. Obviamente, la
simultaneidad de ambos factores representa las condiciones pésimas en este
aspecto.
Consecuentemente con lo anterior, una de
las medidas recomendables cuando se trata de construir estructuras voluminosas
de concreto consiste en utilizar cementos que comparativamente generen menos
calor de hidratación. En la Tabla 1.6 se reproducen datos del Informe ACI 225 R
(16) relativos al calor de hidratación calculado para diversos tipos de
cementos portland actuales.
En lo referente a los cementos
portland-puzolana, su calor de hidratación depende del tipo de Clinker que
contiene y de la actividad y proporción de su componente puzolánico. De manera
general se dice que una puzolana aporta aproximadamente la mitad del calor que
genera una
Cantidad equivalente de cemento. Por
consiguiente, cuando se comparan en este aspecto dos cementos, uno portland y
otro portland-puzolana elaborados con el Mismo Clinker, puede esperarse en el
segundo una disminución del calor de hidratación por una cantidad del orden de
la mitad del que produciría el Clinker sustituido por la puzolana, si bien es
recomendable verificarlo mediante prueba directa porque hay casos en que tal
disminución es menor de lo previsto (16).
Para establecer un criterio de
clasificación de los cementos portland en cuanto a generación de calor, es
pertinente definir ciertos límites. Así, haciendo referencia al calor de
hidratación a 7 días de edad, en el portland tipo IV que por definición es de
bajo calor puede suponer se alrededor de 60 cal/g; en el extremo opuesto se
ubica el portland tipo III con un calor del orden de 100 cal/g, ya medio
intervalo se sitúa el
Portland tipo II sin requisitos
especiales con un calor cercano a 80 cal/g, y al cual se le considera de
moderado calor de hidratación.
En las condiciones actuales de la
producción local, solamente es factible disponer de los cementos portland tipo
II y portland-puzolana, para las estructuras de concreto en que se requiere
moderar el calor producido por la hidratación del cemento. Sobre esta base, y
considerando dos grados de moderación.
EL CONTROL COMO FACTOR DE SELECCIÓN
TRABAJABILIDAD
Claramente un concreto apropiadamente diseñado debe permitir ser
colocado y compactado apropiadamente con el equipamiento disponible. El acabado
que permite el concreto debe ser el requerido y la segregación y sangrado deben
ser minimizados. Como regla general el concreto debe ser suministrado con la trabajabilidad
mínima que permita una adecuada colocación. La cantidad de agua requerida por
trabajabilidad dependerá principalmente de las
Características de los agregados en lugar de las características del
cemento. Cuando la trabajabilidad debe ser mejorada, el rediseño de la mezcla
debe consistir en incrementar la cantidad de mortero en lugar de incrementar simplemente
el agua y los finos (cemento). Debido a esto es esencial una cooperación entre
el diseñador y el constructor para asegurar una buena mezcla de concreto. En
algunos casos una menos mezcla económica podría ser la mejor solución. Y se
deben prestar oídos sordos al frecuente pedido, en obra, de “más agua”.
RESISTENCIA
Y DURABILIDAD
En general las especificaciones del concreto requerirán una
resistencia mínima a compresión. Estas especificaciones también podrían imponer
limitaciones en la máxima relación agua/cemento (a/c) y el contenido mínimo de
cemento. Es importante asegurar que estos requisitos no sean mutuamente
incompatibles.
Como veremos en otros capítulos, no necesariamente la resistencia a compresión
a 28 días será la más importante, debido a esto la resistencia a otras edades
podría controlar el diseño.
Las especificaciones también podrían requerir que el concreto cumpla
ciertos requisitos de durabilidad, tales como resistencia al congelamiento y
deshielo o ataque químico.
Estas consideraciones podrían establecer limitaciones adicionales en
la relación agua cemento (a/c), el contenido de cemento y en adición podría
requerir el uso de aditivos.
Entonces, el proceso de diseño de mezcla, envuelve cumplir con todos
los requisitos antes vistos. Asimismo debido a que no todos los requerimientos pueden
ser optimizados simultáneamente, es necesario compensar unos con otros; (por
ejemplo puede ser mejor emplear una dosificación que para determinada cantidad
de cemento no tiene la mayor resistencia a compresión pero que tiene una mayor
trabajabilidad). Finalmente debe ser recordado que incluso la mezcla perfecta
no producirá un concreto apropiado si no se lleva a cabo procedimientos
apropiados de colocación, acabado y curado.
RESISTENCIA MECÁNICA DEL CONCRETO Y RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN
Desde
el momento en que los granos del cemento inician su proceso de hidratación comienzan
las reacciones de endurecimiento, que se manifiestan inicialmente con el
“atiesamiento” del fraguado y continúan luego con una evidente ganancia de resistencias,
al principio de forma rápida y disminuyendo la velocidad a medida que
transcurre el tiempo.
En la
mayoría de los países la edad normativa en la que se mide la resistencia
mecánica del concreto es la de 28 días, aunque hay una
tendencia para llevar esa fecha a los 7 días. Es frecuente determinar la
resistencia mecánica en periodos de tiempo distinto a los de 28 días, pero
suele ser con propósitos meramente informativos. Las edades más usuales en
tales casos pueden ser 1, 3, 7, 14, 90 y 360 días. En algunas ocasiones y de
acuerdo a las características de la obra, esa determinación no es solo
informativa, si no normativa, fijado así en las condiciones contractuales.
¿POR QUÉ 28 DÍAS?
La edad de
28 días se eligió en los momentos en que se comenzaba a estudiar a fondo la
tecnología del concreto, por razones técnicas y prácticas. Técnicas porque para
los 28 días ya el desarrollo de resistencia está avanzado en gran proporción y
para la tecnología de la construcción esperar ese tiempo no afectaba
significativamente la marcha de las obras. Prácticas porque 28 días es un
múltiplo de los días de la semana y evita ensayar en día festivo un concreto
que se vació en días laborables. Pero las razones técnicas han cambiado
sustancialmente porque con los métodos constructivos actuales 28 días puede
significar un decisivo adelanto de la obra por encima de los volúmenes de
concreto cuya calidad no se conoce.
La velocidad de ganancia de resistencia mecánica del
concreto depende de numerosas variables y resultan muy
diferentes entre unos y otros concretos. De esas variables, la más importante
puede ser la composición química del cemento, la misma finura, la relación agua
cemento, que cuanto más baja sea favorece la velocidad, la calidad intrínseca
de los agregados, las condiciones de temperatura ambiente y la eficiencia de
curado. Esto hace que los índices de crecimiento de la resistencia no pueden ser usados en forma
segura o precisa con carácter general para cualquier concreto.
Todos los comportamientos de la resistencia mecánica del concreto
han llevado a conocer día a día la naturaleza del concreto:
El concreto
es una masa endurecida que por su propia naturaleza es discontinua y
heterogénea. Las propiedades de cualquier sistema heterogéneo dependen de las
características físicas y químicas de los materiales que lo componen y de las
interacciones entre ellos. Con base en lo anterior, la resistencia del concreto
depende principalmente de la resistencia e interacción de sus fases
constituyentes:
– La resistencia de la
pasta hidratada y endurecida (matriz).
– La resistencia de las
partículas del agregado.
– La resistencia de la
interface matriz-agregado.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA MECÁNICA DEL CONCRETO
CONTENIDO DE CEMENTO
El cemento es el material más activo de la mezcla de concreto, por tanto
sus características y sobre todo su contenido (proporción) dentro de la mezcla
tienen una gran influencia en la resistencia del concreto
a cualquier edad. A mayor contenido de cemento se puede obtener una mayor
resistencia y a menor contenido la resistencia del concreto va a ser menor.
RELACIÓN AGUA-CEMENTO Y CONTENIDO DE AIRE
En el año de 1918 Duff Abrams formuló la conocida “Ley de Abrams”, según la
cual, para los mismos materiales y condiciones de ensayo, la
resistencia del concreto completamente compactado, a una edad
dada, es inversamente proporcional a la relación agua-cemento. Este
es el factor más importante en la resistencia del concreto:
Relación agua-cemento
= A/C
Donde:
A= Contenido de agua en la mezcla en kg
C= Contenido de cemento en la mezcla en kg
De acuerdo con la expresión anterior, existen dos formas de que la relación
agua-cemento aumente y por tanto la resistencia del concreto
disminuya: aumentando la cantidad de agua de la mezcla o disminuyendo la
cantidad de cemento. Esto es muy importante tenerlo en cuenta, ya que en la
práctica se puede alterar la relación agua-cemento por adiciones de agua
después de mezclado el concreto con el fin de restablecer asentamiento
o aumentar el tiempo de manejabilidad, lo cual va en detrimento de la resistencia
del concreto y por tanto esta práctica debe evitarse para
garantizar la resistencia para la cual el concreto fue diseñado.
También 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 tanto para que el concreto con aire incluido obtenga la misma resistencia
debe tener una relación agua-cemento más baja.
ESTIMACIÓN DEL AGUA DE
MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE
La tabla
5.1, preparada en base a las recomendaciones del Comité 211 del ACI, nos
proporciona una primera estimación del agua de mezclado para concretos hechos
con diferentes tamaños máximos de agregado con o sin aire incorporado.
Como se
observa, la tabla 5.1 no toma en cuenta para la estimación del agua de mezclado
las incidencias del perfil, textura y granulometría de los agregados. Debemos
hacer presente que estos valores tabulados son lo suficientemente aproximados
para una primera estimación y que dependiendo del perfil, textura y
granulometría de los agregados, los valores requeridos de agua de mezclado
pueden estar algo por encima o por debajo de dichos valores.
Al mismo
tiempo, podemos usar la tabla 5.2 para calcular la cantidad de agua de mezcla
tomando en consideración, además de la consistencia y tamaño máximo del
agregado, el perfil del mismo. Los valores de la tabla 5.2 corresponden a
mezclas sin aire incorporado.
INFLUENCIA DE LOS AGREGADOS
La distribución granulométrica juega un papel importante en la resistencia
del concreto, ya que si esta es continua permite la máxima
capacidad del concreto en estado fresco y una mayor densidad en estado
endurecido, lo que se traduce en una mayor resistencia.
·
La forma y textura de los agregados también influyen. Agregados de forma
cúbica y rugosa permiten mayor adherencia de la interface matriz-agregado
respecto de los agregados redondeados y lisos, aumentando la resistencia del
concreto. Sin embargo este efecto se compensa debido a que los primeros
requieren mayor contenido de agua que los segundos para obtener la misma
manejabilidad.
·
La resistencia y rigidez de las partículas del agregado también influyen en
la resistencia del concreto.
TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO
Antes de entrar a mirar cómo influye el tamaño máximo en la
resistencia del concreto, se debe mencionar el término
“eficiencia del cemento” el cual se obtiene de dividir la resistencia de un
concreto por su contenido de cemento.
Recientes investigaciones sobre la influencia del tamaño máximo del agregado en la resistencia del
concreto concluyen lo siguiente:
·
Para concretos de alta resistencia, mientras mayor sea la
resistencia requerida, menor debe ser el tamaño del agregado para que la
eficiencia del cemento sea mayor.
·
Para concretos de resistencia intermedia y baja, mientras mayor sea el
tamaño del agregado, mayor es la eficiencia del cemento.
·
En términos de relación agua-cemento, cuando esta es más baja, la
diferencia en resistencia del concreto con tamaños
máximos, menores o mayores es más pronunciada.
SELECCIÓN DE TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO
Las
Normas de Diseño Estructural recomiendan que el tamaño máximo nominal del
agregado grueso sea el mayor que sea económicamente disponible, siempre que sea
compatible con las dimensiones y características de la estructura.
La
Norma Técnica de Edificación E. 060 prescribe
que el agregado grueso no deberá ser mayor de:
a)
1/5 de la menor dimensión entre las caras de encofrados; o
b)
1/3 del peralte de la losa; o
c)
3/4 del espacio libre mínimo entre barras individuales de refuerzo, paquetes de
barras, tendones o ductos de pre esfuerzo.
El
tamaño máximo nominal determinado aquí, será usado también como tamaño máximo
simplemente. Se considera que, cuando se incrementa el tamaño máximo del
agregado, se
Reducen
los requerimientos del agua de mezcla, incrementándose la resistencia del
concreto. En general este principio es válido con agregados hasta 40mm (1½’’).
En tamaños mayores, sólo es aplicable a concretos con bajo contenido de
cemento.
INFORMACION REQUERIDA PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS
- Análisis
granulométrico de los agregados
- Peso unitario
compactado de los agregados (fino y grueso)
- Peso específico de
los agregados (fino y grueso)
- Contenido de humedad
y porcentaje de absorción de los agregados (fino y grueso)
- Perfil y textura de
los agregados
- Tipo y marca del
cemento
- Peso específico del
cemento
- Relaciones
entre resistencia y la relación agua/cemento, para combinaciones posibles
de cemento y agregados.
PASOS PARA EL PROPORCIONAMIENTO
Podemos
resumir la secuencia del diseño de mezclas de la siguiente manera:
1. Estudio
detallado de los planos y especificaciones técnicas de obra.
2. Elección
de la resistencia promedio (‘) cr f.
3. Elección
del Asentamiento (Slump)
4. Selección
del tamaño máximo del agregado grueso.
5.
Estimación del agua de mezclado y contenido de aire.
6. Selección
de la relación agua/cemento (a/c).
7. Cálculo
del contenido de cemento.
8.
Estimación del contenido de agregado grueso y agregado fino.
9. Ajustes
por humedad y absorción.
10. Cálculo
de proporciones en peso.
11. Cálculo
de proporciones en volumen.
12. Cálculo
de cantidades por tanda.
FRAGUADO DEL CONCRETO
Otro factor que afecta la resistencia del concreto
es la velocidad de endurecimiento que presenta la mezcla al pasar del estado
plástico al estado endurecido, es decir el tiempo de fraguado. Por tanto es muy
importante su determinación.
EDAD DEL CONCRETO
En general, se puede decir que a partir del momento en que se presenta el fraguado
final del concreto, comienza realmente el proceso de
adquisición de resistencia, el cual va aumentando con el tiempo.
Con el fin de que la resistencia del concreto sea
un parámetro que caracterice sus propiedades mecánicas, se ha escogido
arbitrariamente la edad de 28 días como la edad en la que se debe especificar
el valor de resistencia del concreto.
Se debe tener en cuenta que las mezclas de concreto con menor
relación agua-cemento aumentan de resistencia más rápidamente
que las mezclas de concreto con mayor relación agua-cemento.
CURADO DEL CONCRETO
El curado del concreto es el proceso mediante el
cual se controla la pérdida de agua de la masa de concreto por efecto de la
temperatura, sol, viento, humedad relativa, para garantizar la completa hidratación de los granos de cemento y por tanto garantizar la
resistencia final del concreto. El objeto del curado es mantener tan saturado
como sea posible el concreto para
Permitir la total hidratación del cemento; pues si está no se completa la
resistencia final de los concretos se disminuirá.
TEMPERATURA
La temperatura es otro de los factores externos que afecta la resistencia
del concreto, y su incidencia es la siguiente:
Durante el proceso de curado, temperaturas más altas aceleran
las reacciones químicas de la hidratación aumentando la
resistencia del concreto a edades tempranas, sin producir efectos negativos en
la resistencia posterior.
Temperaturas muy altas durante los procesos de colocación y fraguado del
concreto incrementan la resistencia a muy temprana edad pero
afectan negativamente la resistencia a edades posteriores,
especialmente después de los 7 días, debido a que se da una hidratación
superficial de los granos de cemento que producen una estructura físicamente
más pobre y porosa.
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO
La resistencia a la compresión simple es la característica
mecánica principal del concreto. Se define como la capacidad para soportar una
carga por unidad de área, y se expresa en términos de esfuerzo, generalmente en
kg/cm2, MPa
y con alguna frecuencia en libras por pulgada cuadrada (psi).
El ensayo
universalmente conocido para determinar la resistencia a la compresión, es el ensayo sobre probetas
cilíndricas elaboradas en moldes especiales que tienen 150 mm de diámetro y 300
mm de altura. Las normas NTC 550 y 673 son las que rigen los procedimientos de
elaboración de los cilindros y ensayo de resistencia a la compresión
respectivamente.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Antes de
diseñar una mezcla de concreto debemos tener en mente, primero, el revisar los
planos y las especificaciones técnicas de obra, donde podremos encontrar todos
los requisitos que fijó el ingeniero proyectista para que la obra pueda cumplir
ciertos requisitos durante su vida útil.
ELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO (SLUMP)
Si las especificaciones
técnicas de obra requieren que el concreto tenga una determinada consistencia,
el asentamiento puede ser elegido de la siguiente tabla:
Si las
especificaciones de obra no indican la consistencia, ni asentamiento requeridos
para la mezcla a ser diseñada, utilizando la tabla podemos seleccionar un valor
adecuado para un determinado trabajo que se va a realizar. Se deberán usar las
mezclas de la consistencia más densa que puedan ser colocadas eficientemente.
VIDEO:
