jueves, 1 de octubre de 2015

CAPITULO 8 : Concretos

CONCRETOS

I. Definición :

Los romanos fueron los primeros en construir con lo que conocemos como concreto, y nuestra palabra concreto viene de la palabra latina concretus, que significa que crecen juntos.

El concreto es un mezcla de arena grava, piedra u otro agregado que se mantiene unida por una pasta endurecida de cemento y agua.

Material (piedra artificial) formado por la mezcla en cantidades adecuadas y precisas de cemento, agua, arena y piedra.




La mayor parte del material consta de agregado fino y grueso, el concreto es un material durable y resistente pero, dado que se trabaja en su forma líquida, prácticamente puede adquirir cualquier forma.

II. Clasificación:

A. Concreto simple: 

Se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos. En la albañilería el concreto es utilizado también en forma de tabiques o bloques.

Cemento + Arena + Piedra + Agua 

* VENTAJAS: 

  • Resistencia a fuerzas de compresión elevada
  • bajo costo
  • larga duración
  • puede moldearse de muchas formas
  • presenta variedad de colores y texturas

B. Concreto ciclópeo

Es el concreto simple + piedras grandes.

Es un tipo de material de construcción usado en cimientos, en lechos marinos o de río.

Cemento + Arena + Piedra grande + Agua

C. Concreto armado:

Es el concreto simple + acero.

Consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras.

El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales, también en elementos estructurales (vigas, losas, columnas, pantallas, fundaciones, dinteles, muros). 




Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado:
  1. El coeficiente de dilatación del hormigón es similar al del acero, siendo despreciables las tensiones internas por cambios de temperatura.
  2. Cuando el hormigón fragua se contrae y presiona fuertemente las barras de acero, creando además fuerte adherencia química. Las barras, o fibras, suelen tener resaltes en su superficie, llamadas corrugas o trefilado, que favorecen la adherencia física con el hormigón.
  3. Por último, el pH alcalino del cemento produce la activación del acero, fenómeno que ayuda a protegerlo de la corrosión.

D. Concreto pre-comprimido o pre-esforzado

Se denomina hormigón pretensado a la tecnología de construcción de elementos estructurales de hormigón sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta de servicio. dichos esfuerzos se consiguen mediante barras, alambres o cables de alambres de acero que son tensados y anclados al hormigón.
El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del hormigón introduciendo un esfuerzo de compresión interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural.



III. Tipos de concretos de acuerdo a su peso :

1. Concreto normal:

Es un material utilizado en la construcción, principalmente con el objetivo de unir inertes y conformar una masa sólida de resistencia y durabilidad adecuada para obras. Es habitualmente utilizado en elementos estructurales como cimientos, placas o losas, columnas, muros, canales, tanques y pisos.



2. Concreto ligero:


Es el concreto poca densidad, formado por áridos de pequeña densidad.
Es utilizado para la obtención de elementos que no precisen grandes resistencias, como tabiques, forjados de pisos, fachadas de revestimiento, y, sobre todo, como aislante del calor y del sonido. 
Por su pequeña densidad se pueden obtener piezas de grandes dimensiones y aligerar las estructuras. Secan rápidamente y permite ser clavados o aserrados.



3. Concreto Pesado:

Se caracterizan por su densidad, que varía entre 2.8 a 6 T/m3, a diferencia de los concretos normales, que se encuentran entre 2.2 a 2.3 T/m3.
La fabricación de los cementos pesados se realiza con los cementos Portland normalizados y con agregados pesados, naturales o artificiales.
La aplicación principal de los concretos pesados la constituye la protección biológica contra los efectos de las radiaciones nucleares. También se utiliza en paredes de bóvedas y cajas fuertes, en pisos industriales, en elementos, que sirven de contra-peso y en la fabricación de contenedores para desechos radiactivos.


IV. Algunos tipos de concretos especiales :


Son aquellos cuyas características especiales no son las del concreto ordinariamente, ya sea por algún tipo especial de insumos, o por la tecnología de producción y/o aplicación.

a) Concreto de alta resistencia temprana:


DEFINICIÓN: Es un concreto que alcanza su resistencia especificada a una edad más temprana que la que requiere un concreto normal. Se obtiene usando una combinación de los siguientes materiales:

  • Cemento Tipo III (Alta –resistencia temprana)
  • Alto contenido de cemento (360 a 600 kg/m3)
  • Baja relación agua/cemento (0.2 a 0.45)
  • Aditivos químicos
  • Microsílica
El concreto de alta resistencia a temprana edad se utiliza en:

  • En concretos prefabricados para tener una rápida producción de elementos.
  • En las construcciones de alta velocidad colocadas en el lugar.
  • Para construcciones en climas fríos.
  • Para reparaciones rápidas con el propósito de reducir los periodos de paralización del tránsito.
  • Para pavimentaciones rápidas de caminos ( permite poder abrir al tránsito 24 hr después de haberlo colocado) y para varios otros usos.

b) Concreto Masivo :


DEFINICIÓN: Se define como cualquier volumen cuantioso de concreto colado en un lugar, con dimensiones lo suficientemente grandes, que obliguen a tomar medidas para enfrentar problemas provocados por las altas temperaturas y el cambio volumétrico a fin de minimizar los agrietamientos.


En este tipo de concreto el aumento de temperatura es causado por el calor de hidratación que trae como consecuencia una diferencia de temperatura entre la parte interior y la superficie, gradiente que ocasiona esfuerzos de tensión y rajaduras en la superficie del concreto:el ancho y la profundidad de las fracturas depende precisamente del gradiente de la temperatura.

CARACTERÍSTICAS GENERALES:

Es un material temporalmente plástico, que puede colarse y moldearse, después se convierte en una masa solida por reacción química.


c) Concreto sin slump :





DEFINICIÓN: Es un concreto con una consistencia correspondiente a un slump de ¼ pulg. O menos. 
Este concreto en estado normal (seco), debe ser lo suficientemente trabajable para ser colocado y consolidado con el equipo que va a ser usado en el trabajo.


d) Concreto rolado-compactado : 

DEFINICIÓN: Este es un concreto sin slump, y seco que es compactado mediante un rodillo vibratorio, un equipo en forma de una platea de compactación. Este concreto es una mezcla de agregado, cemento y agua. 
Está considerado como el más rápido y económico método de construcción en presas de gravedad, pavimentos, aeropuertos, caminos rurales, y como sub-bases para caminos y avenidas que luego serán pavimentadas.




e) Concreto Shotcrete:

DEFINICIÓN: Es un mortero de concreto que es lanzado neumáticamente sobre una superficie a alta velocidad. 

La relativamente seca mezcla es consolidada por la fuerza de impacto y puede ser colocada sobre superficies verticales u horizontales sin ocurrir disgregación.


Es usado tanto para una nueva construcción como para reparaciones. Su aplicación es particularmente importante en estructuras abovedadas o en la construcción de túneles para la estabilización de fragmentos de roca suelta y expuesta.

f) Concreto blanco:


DEFINICIÓN: El cemento blanco portland es usado para producir concretos blancos. Es un material usado ampliamente como material arquitectónico. Este concreto es producido con agregados y agua que no contengan materiales que puedan modificar la coloración del concreto. 




g) Concreto coloreado: 

DEFINICIÓN: Este concreto, puede ser producido usando agregados coloreados, añadiendo pigmentos de colores o ambos. Cuando son usados los agregados de colores ellos deberán ser expuestos en la superficie del concreto.



V. Características de un buen concreto :

1. Concreto fresco: 


  • TRABAJABILIDAD: Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del concreto. En esencia, es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante puede manejarse, transportarse y colocarse con poca pérdida de la homogeneidad. 
  • CONSISTENCIA: La facilidad con que un concreto fresco se deforma nos da idea de su consistencia. Los factores más importantes que producen esta deformación son la cantidad de agua de amasado, la granulometría y la forma y tamaño de sus áridos. 
  • DOCILIDAD: Puede considerarse como la aptitud de un concreto para ser empleado en una obra determinada; para que un concreto tenga docilidad, debe poseer una consistencia y una cohesión adecuada, así, cada obra tiene un concepto de docilidad, según sus medidas y características. 
  • DENSIDAD: Es un factor muy importante a tener en cuenta para la uniformidad del concreto pues el peso varía según la granulometría, y humedad de los áridos, agua de amasado y modificaciones en el asentamiento.
2. Concreto endurecido:



  • Debido al proceso continuo de hidratación del cemento, el concreto tiende a aumentar su resistencia y en general a mejorar sus características, con la edad.
  • Resistencia a la Compresión simple
  • Resistencia a la Tensión
  • Resistencia a la Flexión
  • Resistencia a la Torsión
  • Resistencia al Impacto
  • Resistencia a la Fatiga

CAPITULO 7 : Agua para Concretos y Morteros

AGUA PARA  CONCRETOS Y MORTEROS

I. CONCEPTOS:


Es un material compuesto empleado en construcción formado esencialmente por un aglomerante al que se añade partículas o fragmentos de un agregado agua y aditivos específicos.
Material (piedra artificial) formando por la mezcla en cantidades adecuadas y precisas de cemento, agua, arena y piedra, con la posible presencia de otros elementos en mínimas proporciones.

* Concreto


Se obtiene mezclando cemento, arena gruesa, piedra chancada y agua. La cantidad de cada uno de estos materiales dependerá de la resistencia que se quiera lograr. Esta resistencia también dependerá de dónde se va a emplear el concreto, podría ser en zapatas, columnas, techos, vigas, escalera, etc.
Concreto de uso común en la construcción elaborado con agregados estrictamente seleccionados y aditivos que permiten obtener un producto perfectamente homogéneo y durable.
Aplicaciones:
  • Estructuras de concreto más comunes: cimentaciones, columnas, muros, techos, pisos, veredas, entre otros.


* Mortero de cemento


El mortero es un compuesto de conglomerantes inorgánicas, agregados finos y agua y posibles aditivos que sirven para pegar elementos de construcción tales como ladrillos, piedras, bloques de hormigón, etc. Además se usa para rellenar los espacios que quedan entre los bloques y para el revestimiento de paredes Los más comunes son el del cemento y están compuestos por cemente agregado fino y agua, generalmente se utilizan para obras de albañilería como material de agarre, revestimiento de paredes, etc.
El hormigón es un mortero de cemento especial al que se añade además de los componentes ya citados grava o piedras.


La falta de trabajabilidad de los morteros puede corregirse añadiendo aditivos plastificantes. También pueden mejorarse con la adición de otro tipo de conglomerantes, como la cal, o modificando la dosificación del mortero.

* Agua


El agua es un componente esencial en las mezclas de concreto y morteros, pues permite que el cemento desarrolle su capacidad.

Para cada cuantía de cemento existe una cantidad de agua del total de los agregados que se requiere para la hidratación del cemento, el resto del agua solo sirve para aumentar la fluidez de la pasta para que cumpla la función de lubricantes de los agregados y se pueda obtener la manejabilidad adecuada de las mezclas frescas. El agua adicional es una masa que queda dentro de la mezcla y cuando se fragua el concreto va a crear porosidad, lo que reduce la resistencia, razón por la que cuando se requiera una mezcla bastante fluida no debe lograrse su fluidez con agua, sino agregando aditivos plastificantes.

El agua utilizada en la elaboración del concreto y mortero debe ser apta para el consumo humano, libre de sustancias como aceites, ácidos, sustancias alcalinas y materias orgánicas.

En caso de tener que usar en la dosificación del concreto, agua no potable o de calidad no comprobada, debe hacerse con ella cubos de mortero, que deben tener a los 7 y 28 días un 90% de la resistencia de los morteros que se preparan con agua potable.

Algunas de las sustancias que con mayor frecuencia se encuentran en las aguas y que inciden en la calidad del concreto se presentan a continuación.

  • Las aguas  que contengan menos de 2000 ppm de sólidos disueltos generalmente son aptas para hacer concretos, si tienen más de esta cantidad deben ser ensayados para determinar sus efectos sobre la resistencia del concreto.
  • Si se registra la presencia de carbonatos y bicarbonatos de sodio o de potasio en el agua de la mezcla esta pueden reaccionar con el cemento produciendo rápido fraguado, en altas concentraciones también disminuyen la resistencia del concreto.
  • El alto contenido de cloruros en el agua de mezclado puede producir corrosión en el acero de refuerzo o en los cables de tensionamiento de un concreto pre esforzado.
  • El agua que contenga hasta 10000 ppm de sulfato de sodio, puede ser usada sin problemas para el concreto.
  • Las aguas ácidas con pH  por debajo de 3 pueden crear problemas en el manejo deben ser evitadas en lo posible.
  • Cuando el agua contiene aceite mineral (petróleo) en concentraciones superiores a 2% pueden reducir la resistencia del concreto en un 20%.
El agua del curado tiene por objeto mantener el concreto saturado para que se logre la casi total hidratación del cemento, permitiendo el incremento de la resistencia.



EL AGUA PARA MORTEROS:


  • El agua no debe contener sustancias en suspensión o disueltas que alteren el fraguado del cemento.
  • Las aguas muy puras como la lluvia, son ácidas si el pH < 7.
  • El agua potable es incolora, inodora, insípida, fresca y no contiene materia orgánica.
  • Los mayores problemas del concreto provenientes del agua están relacionados con la cantidad y no con calidad.
  • Cuando se sospecha de la calidad del agua lo mejor es hacer ensayos comparativos de cementación, resistencia mecánica y estabilidad del volumen.


LIMITES MÁXIMOS DE SUSTANCIAS EN AGUAS NO POTABLES




DOSIFICACION DE MORTEROS


  • Los morteros son una mezcla de un aglomerante con arena y agua
  • El panel que desempeña la arena es puramente mecánico y evita las contracciones que se producen en el fraguado.
  • Teóricamente se necesita la cantidad de aglomerante para cubrir con una película a los granos de arena. 
  • La dosificación se expresa por la relación entre los volúmenes de volúmenes de aglomerantes y arena.
En general se expresa:
  • CEMENTO: ÁRIDO: AGUA
La dosificación del agua depende del aglomerante, plasticidad, clima y aplicación.

Fórmulas de dosificación

1.       Dosificación en volumen
Es la cantidad de material necesaria para obtener 1 m3 de mortero.
Factores:
  • Relación de mezcla
  • Composición granulométrica de áridos
  • Forma
  • Humedad
  • Asentamiento
  • Llenado del recipiente

2.       Dosificación en peso

Es el valor exacto de materiales necesarios para preparar 1m3 de mortero.

Factores:

DENSIDAD

Ejemplo: Sea un mortero de la relación 1:6:0,52 en peso y la densidad aparente del mortero fresco sea 2.300kg/m3.

Aglomerante

Z= G/ l + h + w

Z= 2.320/ l + 6 + 0.52

Z= 308.5 kg/m3


ÁRIDO = Z * 6.0  = 308.6 * 6.0 = 1.851 kg/m3

AGUA = Z * 0.52  = 308.6 * 0.52 = 160 kg/m3

POROSIDAD:

Se define como los huecos o vacíos existentes en un mortero y que pueden llenarse de un líquido que penetre por capilaridad o presión. Los morteros hechos con arena fina son muy porosas.

PERMEABILIDAD:

La permeabilidad consiste en dejarse atravesar o filtrar por los líquidos a presión. La permeabilidad se expresa por la cantidad de agua que atraviesa el mortero en una hora a determinada presión.

II. ENSAYO DE DETERMINACIÓN DE CALIDAD


En la base a la Norma Técnica Peruana (NTP 339.088)

REQUISITOS DE CALIDAD DEL AGUA PARA EL CONCRETO: Componente que se utiliza para generar las reacciones químicas en los cementantes del concreto hidráulico o del mortero de cemento Portland.

AGUA: Aguas potables o sobre las que se posea experiencia por haber sido empleadas para tal fin, con resultados satisfactorios.

EN EL CONCRETO: Se admite todas las aguas potables y las tradicionalmente empleadas, aunque no necesariamente el agua que es buena para beber es buena para el concreto.
EL CURADO: 
Es un proceso que consiste en mantener en un ambiente húmedo el concreto por varios días después del vaciado, con el propósito de que éste adquiera la totalidad de su resistencia (f´c) especificada en el plano y además para evitar probables rajaduras superficiales.
 
 
Puede ser agua potable,  es decir, aquella que por sus características químicas y físicas es útil para el consumo humano o que cumpla con los requisitos de calidad establecidos en la NTP 339.088.
El agua empleada para amasar y curar el concreto será de propiedades, no deberá contener sustancias que puedan producir efecto desfavorables sobre:

·         Colorantes nulas
·         Clara
·         Libre de glúcidos (Azúcares)
·         Ácidos
·         Álcalis
·         Materias orgánicas
·         Aceites

¿CÓMO SE EVALÚA LA CALIDAD DEL MORTERO?

Lo acostumbrado en el uso de mortero es la dosificación por partes de cemento y de arena (1: n) desconociendo la resistencia que dichos morteros. Es claro plantear la necesidad de diseñar y dosificar el mortero de acuerdo a las condiciones de adherencia y resistencia y algunas otras propiedades y características importantes para el buen uso del mortero.

De lo anterior es importante conocer las propiedades del mortero en estado plástico, determinar la facilidad de construcción de la mampostería y el acabado de los elementos estructurales, las propiedades en estado plástico influenciarán en el comportamiento del mortero endurecido. Las propiedades en estado endurecido que ayudan a determinar el comportamiento final de la mampostería son la adherencia, durabilidad, elasticidad y resistencia a la compresión.

Muchas de las propiedades del mortero no son cuantitativamente definibles en términos de proceso debido a la carencia de especificaciones.

PARTES POR MILLÓN (ppm)


Es una unidad de medida de concentración. Se refiere a la cantidad de unidades de la sustancia que hay por cada millón de unidades del conjunto.
Por ejemplo en un millón de granos de arroz, si se pintara de negro, este grano representaría una parte por millón (ppm).

III. LÍMITES PERMISIBLES :

El agua es un elemento fundamental para la elaboración del concreto y del mortero, pero debemos saber que dosis optimas debe cumplir para garantizar de la mezcla.

Limites permisibles para el agua de mezcla y curado según la norma NTP 339.008

IV. AGUAS NO RECOMENDABLES:


  • Aguas acidas.
  • Aguas calcáreas; minerales; carbonatadas; o naturales.
  • Aguas provenientes de minas o relaves.
  • Aguas que contengan residuos industriales.
  • Aguas con un contenido de cloruro de sodio mayor del 3%; o un contenido de sulfato mayor de 1%.
  • Aguas que contengan algas, materias, orgánica, humus, partículas de carbón, turba, azufre, o descargas de desagües.
  • Aguas que contengan ácido úrico u otros ácidos orgánicos.
  • Aguas que contengan azucares o sus derivados.
  • Aguas con porcentajes significativos de sales de sodio o potasio disueltos en especial en todos aquellos casos en que es posible la reacción álcali-agregado.


V. AGUAS UTILIZABLES :

* AGUA POTABLE:

El agua empleada para concretos y morteros (amasar y curar) será de propiedades colorantes nulas, clara, libre de glúcidos (azucares), ácidos, álcalis, materias orgánicas y de aceites, de preferencia debe ser agua potable. 

Además, no deberá contener substancias que puedan producir efectos desfavorables sobre le fraguado, la resistencia, la durabilidad o apariencia del concreto o sobre los elementos metálicos embebidos en este. La norma peruana limita los contenidos perjudiciales en el agua de acuerdo a la Norma Técnica Peruana 339.088 (NTP 339.088). El agua es el elemento indispensable para la hidratación del cemento y el desarrollo de sus propiedades, por lo tanto este componente debe cumplir ciertos requisitos para llevar a cabo su función en la combinación química, sin ocasionar problemas colaterales si tiene ciertas sustancias que pueden dañar al concreto.

El agua de mezcla en el concreto tiene tres funciones principales:

  • Reaccionar con el cemento para hidratarlo.
  • Actuar como lubricante para contribuir a la trabajabilidad del conjunto.
  • Procurar la estructura de vacíos necesaria en la pasta para que los productos de hidratación tengan espacio para desarrollarse.


VI. AGUA DE MAR:



  • Contiene treinta mil ppm (partes por millón) de sales y puede ser usada en concretos y simples.
  • El concreto armado produce corrosión a las armaduras, en caso puede protegerse con impermeabilizantes.
  • En concretos post-tensados no debe utilizarse agua de mar.
  • La institución española del concreto admite su empleo para el concreto en masa, previniendo acerca de la posible aparición de eflorescencia (producidas por cristalización de sales) y de la probable caída de resistencia (aprox. un 15%).
  • El contenido de cloruro sódico del agua de mar es del orden de 25 granos por litro (aprox. 15g/l de ión Cl- ) inadmisible para concreto armado.
  • No se admite presencia de algas, ya que impiden la adherencia árido pasta, provocando multitud de poros en el concreto.
  • El amasado con agua de mar suele ser perjudicial si el hormigón va a estar en contacto con agua marina. Por ellos en obras marítimas es normal amasar siempre con agua dulce, sobre todo si se emplean cementos aluminosos.

VII. MUESTREO E INSPECCIÓN :