curso_basico_concreto

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES

“CURSO BASICO DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO”

Mayo del 2004

1

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

INDICE INDICE...................................................................................................................................................................................... 2 CAPITULO 1: ........................................................................................................................................................................... 5 CEMENTOS.......................................................................................................................................................................... 5 CAPITULO 2: ......................................................................................................................................................................... 29 AGUA PARA EL CONCRETO .......................................................................................................................................... 29 CAPITULO 3: ....................................................................................................................................................................... 432 AGREGADOS PARA EL CONCRETO ........................................................................................................................... 432 CAPITULO 4: ....................................................................................................................................................................... 609 ADITIVOS PARA EL CONCRETO................................................................................................................................. 609 CAPITULO 5: ......................................................................................................................................................................... 70 EL CONCRETO...................................................................................................................................................................... 70 DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ........................................................................................................................ 87 CAPITULO 7: ....................................................................................................................................................................... 106 ENSAYOS EN EL CONCRETO ...................................................................................................................................... 106 I. II.

EL CONCRETO EN ESTADO FRESCO ....................................................................................................................... 106 EL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO ..................................................................................................... 110

CAPITULO 8: ....................................................................................................................................................................... 118 CONTROL ESTADÍSTICO EN ELCONCRETO............................................................................................................. 118 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA ....................................................................................................................................... 131

2

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

PROLOGO

El presente documento a sido preparado como una herramienta útil para ampliar y profundizar los conocimientos de la tecnología del concreto, esta dirigido a los estudiante de la facultad de ingeniería civil de la universidad nacional de ingeniería para ser usado como documento de consulta. La ultima edición de este libro a sido mejorada y actualizada para poder brindar un notable incremento de productividad. Este trabajo a sido elaborado mediante la recopilaciones de notas y apuntes de clases del curso de tecnología del concreto I sección G con el apoyo bibliográfico de libros relacionados con la fabricación y diseño del concreto, manuales para supervisores y normas que rigen a la fabricación del concreto

3

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

CEMENTOS

Profesora::

Ing. Ana Torre Carrillo

4

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

CAPITULO 1:

CEMENTOS 1.-Antecedentes Históricos: Se saben que desde épocas antiguas que los Romanos utilizaron como agregado ladrillos quebrados los que eran embutidos en una mezcla de cal con polvo del ladrillo o la ceniza volcánica de esta forma se construyeron una variedad amplia de estructuras como caminos, acueductos, templos , palacios etc. Se sabe también que se utilizaron losas de concreto en muchas de sus estructuras públicas grandes como el Coliseo y el Partenón. Para lograr concretos de peso ligero, los romanos utilizaron recipientes de barro que eran embebidos en la estructura generando vacíos en las paredes. Y logrando así su propósito. En 1824, el ingles J.Aspin, elaboró y patentó un producto similar al cemento, obtenido mediante la cocción de una mezcla de calcáreos y arcilla finamente molida. Este ligante permitió confeccionar un hormigón similar al obtenido con la piedra Pórtland (calcáreo muy resistente de la isla de Pórtland) comúnmente utilizado en Inglaterra para la construcción. De aquí la denominación “Cemento Pórtland”

2.-Definiciones: Cemento Pórtland Según la Norma Técnica Peruana NTP 334.009, el cemento Pórtland es un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del Clìnker compuesto esencialmente por silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o más de las formas sulfato de calcio como adición durante la molienda, es decir: Cemento Pórtland = Clinker Pórtland + Yeso El cemento Pórtland es un polvo muy fino de color verdoso. Al mezclarlo con agua forma una masa (pasta) muy plástica y moldeable que luego de fraguar y endurecer, adquiere gran resistencia y durabilidad. El Clinker Pórtland Es un producto semiacabado de forma de piedras negruzcas de tamaños de ¾” aproximadamente, obtenido de la calcinación de una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos en proporciones convenientes, hasta llegar a una fusión incipiente (Clinkerización) a 1450 °C. Está compuesto químicamente por Silicatos de calcio, aluminatos de calcio, ferro aluminatos de calcio y otros en pequeñas cantidades, los cuales se forman por la combinación 5

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

del Óxido de Calcio (CaO) con los otros óxidos: dióxido de silicio (SiO2) , óxido de aluminio (A12O3) y óxido férrico (Fe2O3). El Clìnker Pórtland se enfría rápidamente y se almacena en canchas al aire libre. El cemento Pórtland es un polvo muy fino de color verdoso. Al mezclarlo con agua forma una masa (pasta) muy plástica y moldeable que luego de fraguar y endurecer, adquiere gran resistencia y durabilidad. Cemento Pórtland Puzolànico: Es aquel cemento que contiene puzolana se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de clìnker Pórtland y puzolana con adición de Sulfato de calcio : El contenido de puzolana debe estar comprendido entre 15 y 40% en peso total. La puzolana debe ser un material arcilloso o silico-aluminoso que por si mismo puede tener poco o ninguna actividad hidráulica pero que finamente dividida y en presencia de humedad reacciona químicamente con el hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades hidráulicas. 3.-Materias primas del cemento Pórtland Las principales materias primas necesarias para la fabricación de un cemento Pórtland son: a. Materiales calcáreos: Deben tener un adecuado contenido de carbonato de calcio (Co3Ca) que será entre 60% a 80%, y no deberá tener mas de 1.5% de magnesia. Aquí tenemos a las margas, cretas v calizas en general estos materiales suministran el óxido de calcio o cal. b. Materiales arcillosos: Deben contener sílice en cantidad entre 60% y 70%. Estos materiales proveen el dióxido de silicio o sílice y también el óxido de aluminio o alúmina, aquí tenemos a las pizarras, esquistos y arcillas en general. c. Minerales de fierro: Suministran el óxido férrico en pequeñas cantidades. En algunos casos éstos vienen con la arcilla. d. Yeso: Aporta el sulfato de calcio. Nota: El yeso se añade al Clinker para controlar (retardar y regular) la fragua. Sin el yeso, el cemento fraguaría muy rápidamente debido a la hidratación violenta del aluminato tricálcico y el ferro aluminato tetracálcico.

4.-Proceso de Fabricaciòn •

Extracción de la materia prima: Esta se realiza con la explotación de los yacimientos a tajo abierto. El material resultante de la voladura es transportado en camiones para su trituración, los mismos que son cargados mediante palas o cargadores frontales de gran capacidad. Esta etapa comprende los procesos de exploración, perforación, carguìo y acarreo.

•

Trituración de la materia prima: Se realiza en dos etapas, inicialmente se procesa 6

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

en una chancadora primaria, del tipo cono que puede reducirla de un tamaño máximo de 1.5 m hasta los 25 cm.( Chancado primario) . El material se deposita en una cancha de almacenamiento y luego de verificar su composición química, pasa al chancado secundario reduciéndose a tamaños de hasta ¾” aproximadamente. •

Pre – homogenización : El material triturado se lleva a la planta propiamente dicha por cintas transportadoras, depositándose en un parque de materias primas. En algunos casos se efectúa un proceso de pre-homogeneización.

•

Molienda de Crudos: Este proceso se realiza por medio de molinos de bolas o prensas de rodillos que producen un material muy fino además de dosificarse adecuadamente los materiales para lograr un crudo optimo que será el que ingrese al horno.

•

Homogenización: El Crudo finamente molido debe ser homogenizado a fin de garantizar que el Clìnker sea de calidad constante es decir en esta etapa se debe asegurar la composición química constante del crudo. Una vez homogenizado este material es transportado mediante fajas transportadoras al intercambiador de calor.

•

Intercambiador de Calor ( Precalentador): Consiste en edificios que cuentan con una torre de ciclones ubicados uno encima del otro al cual se le denomina precalentador. El crudo que ya fue homogenizado ingresa por el extremo superior de este precalentador pasando a través de los ciclones quienes captan el calor residual evacuados con los gases de combustión salientes del horno en contracorriente con el flujo del material que ingresa, entonces este crudo que se calienta por acción de los gases generados en el quemador del horno e iniciándose de esta manera el proceso de descarbonataciòn y transformación termo-químico del crudo. En esta etapa se pueden alcanzar temperaturas hasta de 850ºC ( en la entrada al horno rotatorio ) , y en la parte alta ( zona de salida de los gases del precalentador ) se alcanzan temperaturas alrededor de 280ºC En la base de este edificio se encuentra un sistema de precalcinaciòn previo a su ingreso al horno rotatorio . El intercambio de calor se produce mediante transferencias térmicas por contacto íntimo entre la materia y los gases calientes provenientes del horno, en un sistema de 4 a 6 ciclones en cascada, que se encuentran al interior de una torre de concreto armado de varios pisos, con alturas superiores a los cien metros.

•

Clinkerizaciòn: Es la zona mas importante del horno rotatorio siendo este el elemento fundamental para la fabricación del cemento, se trata de un tubo cilíndrico de acero con diámetros de 4 a 5 mts. y longitudes de 70 a 80 mts. los mismos que interiormente se encuentran revestidos interiormente con materiales refractarios para la obtención del clinker se debe alcanzar temperaturas alrededor de los 1500ºC, el proceso en si es complejo se puede decir que se inicia con el ingreso del crudo descarbonatado al horno rotatorio y que por efecto del calor que genera la combustión del carbón o petróleo en un quemador situado en el extremo de la salida sufre transformaciones físicas y químicas , llegándose a obtener el producto intermedio llamado Clinker esto sucede a temperaturas del orden de los 1400 a 1450ºC. El horno rotatorio de Cementos Lima alcanza una longitud de 83 mts y un diámetro de 5.25 mts y una inclinación del 3% que permite el avance del material por deslizamiento , estos 7

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

hornos giran a velocidades de 4.5 r.p.m y la temperaturas van desde 850ºC hasta 1450ºC . Sin embarga la fase liquida que nos indica el inicio del proceso de sinterización tiene lugar a temperaturas de 1260ºC y que al aumentar la temperatura aumenta también la fase liquida o fundida.

•

Temperatura en el horno ºC

Reacciones en el interior del Horno

110

Evaporación de la humedad( secado ) de los diferentes materiales

110-450

Deshidratación de los materiales eliminación del agua adsorbida.

600-750

Inicio de reacciones de los materiales deshidratados y formación en pequeñas cantidades del C2S y compuestos intermedios como el aluminato Calcico y Ferrocalcita ( CA, C2F)

900

La caliza se ha convertido en cal viva debido a la perdida de gas carbónico ,la cal viva esta lista para reaccionar con el medio ambiente por lo cual es llevada rápidamente a la zona de sinterización.

1200

Las arcillas se empiezan a descomponer y liberan sílice , alumina y Óxidos de fierro, la Sílice reacciona con la cal y se forma el C2S ( Belita)

1300

Se forma el C4AF liquido que actúa como fundente donde s e disuelven los demás materiales , este liquido es muy adhesivo y empezara a penetrar en los poros del ladrillo refractario , aislándolo y enfriándolo con lo cual queda pegado y se inicia la formación de la costra en el horno.

1340

Los materiales disueltos en el C4AF reaccionan formándose el C2S e iniciándose el C3A

1400

Se ha formado completamente el C3A , liquido muy viscoso que le da consistencia a la costra.

1450

Se encuentran formados todos los compuestos

(arcillas,

yeso,

caoliita),

Enfriamiento: No todos los minerales deseados del clìnker , hidráulicamente activos, quedan estables después del proceso de clìnkerizaciòn por lo que es necesario que el clìnker caliente deba ser enfriado rápidamente es decir una vez que el clìnker es descargado por el horno pasa a la tercera parte del circuito de clìnkerizaciòn que se 8

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

dan en los enfriadores. Estos enfriadores se encuentran a la salida del horno y recibirán toda la carga del material que sale del horno a temperaturas entre 1000 a 1100ºC , constan de varias superficies escalonadas compuestas por placas fijas y placas móviles alternadas con unos pequeños orificios por donde pasa el aire que es insuflado por la parte inferior por la acción de ventiladores con el objeto de enfriar el clìnker hasta aproximadamente 120ºC para ser almacenado posteriormente a esta temperatura el material en las canchas de almacenamiento. Si el clinker formado por el proceso de sinterización se enfría lentamente puede invertirse el sentido de las reacciones de equilibrio y podrían disolverse en la fase liquida una parte del silicato Tricàlcico ( compuesto importante para el desarrollo de resistencias en el cemento ) , por lo tanto un proceso de enfriamiento lento podría bajar la resistencia del cemento por otro lado un proceso de enfriamiento rápido el cual es deseable por los efectos que podrían causar en el cemento tales como: mejor molturabilidad por la existencia de fisuras tensionales en el clìnker , menor proporción de alita disuelta. •

Molienda del clìnker: Mediante un proceso de extracción controlado el clìnker entra a los molinos de bolas o prensa de rodillos donde se obtendrá una superficie especifica alta de los granos del cemento.

•

Envasado y despacho: Generalmente el cemento se comercializa en bolsas de 42.5 Kg., de acuerdo a los requerimientos del usuario también puede despacharse a granel. Las bolsas, son de en papel krap extensible tipo Klupac con contenido de hojas, entre dos y cuatro de acuerdo a los requerimientos de transporte o manipuleo. Solo en casos muy especiales y necesarios, estas bolsas van provistas de un refuerzo interior de polipropileno.

Estas bolsas de cemento son periódicamente controladas mediante la verificación de su porosidad al aire, absorción, impermeabilidad y resistencias mecánicas. Las fábricas cementeras también comercializan el cemento en bolsones con capacidad de 1.5 toneladas. Dichos bolsones son conocidos como big bag. Todas las fábricas de cementos del Perú despachan cemento a granel. De esta forma se despacha la cantidad mínima de 25 a 30 toneladas. Durante mucho tiempo, el cemento ha sido suministrado en sacos de papel. Sin embargo, la tendencia mundial es el de distribuirlo a granel, transportándolo en camiones cisterna y almacenándose en silos. Ventajas de adquirir el cemento a granel: • • • • •

Economía en la compra de cemento, mano de obra en la descarga, almacenamiento y manipulación. Economía por pérdidas, debido a deterioros en las bolsas. Incremento en la productividad de la obra, se cuenta con el cemento iinmediatamente Mínimo riesgo de robos. Además que significa para un país ahorro de sus divisas por la disminución de la importación de insumo para fabricación del envase.

9

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

5.-Composición Química a. Componentes Químicos Los componentes químicos del cemento Pórtland se expresan por el contenido de óxidos, en porcentajes. Los principales óxidos son: la cal, sílice, alúmina y el óxido férrico, siendo el total de éstos del 95% al 97%. En pequeñas cantidades también se presentan otros óxidos: la magnesia, el anhídrido sulfúrico, los álcalis y otros de menor importancia. Así tenemos:

Oxido Componente

Porcentaje Típico

Abreviatura

CaO

58% - 67%

C

SiO2

16% - 26%

S

Al2O3

4% - 8%

A

Fe2O3

2% - 5%

F

SO3

0.1% - 2.5%

MgO

1% - 5%

K2O y Na2O

0% - 1%

Mn2O3

0% - 3%

TiO2

0% - 0.5%

P2O5

0% - 1.5%

Pérdida x Calcinación

0.5% - 3%

b. Compuestos Químicos Durante la calcinación en la fabricación del clinker de cemento Pórtland los óxidos se combinan con los componentes ácidos de la materia prima entre si dando lugar a cuatro importantes compuestos . Los principales compuestos que constituyen aproximadamente el 90-95% del cemento, también se presentan en menores cantidades, otros compuestos secundarios. Designación

Fórmula

Abreviatura

Porcentaje

Silicato tricálcico

3CaO.SiO2

C3S

30% a 50%

Silicato dicálcico

2CaO.SiO2

C2S

15% a 30%

Aluminato tricálcico

3CaO.Al2O3

C3A

4% a 12%

Ferro aluminato tetracálcico

4CaO.Al2O3.Fe2O3

C4AF

8% a 13%

Cal libre

CaO

Magnesia libre (Periclasa)

MgO

10

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

Estos compuestos en presencia del agua se hidratan y forman nuevos compuestos que forman la infraestructura de la pasta de cemento endurecido en el concreto .

6.-Propiedades de los compuestos principales a. Silicato Tricálcico (C3S), conocido también como alita. • •

Se hidrata y endurece rápidamente Es el más importante de los compuestos del cemento

•

Determina la rapidez o velocidad de fraguado

•

Determina la resistencia inicial del cemento

•

Libera gran cantidad de calor de hidratación es equivalente a 120 cal/gr. Este compuesto tiene mucha importancia en el calor de hidratación de los cementos

•

Contribuye una buena estabilidad de volumen

•

Contribuye a la resistencia al intemperismo

b. Silicato Dicálcico (C2S), conocido también como belita. • • • • • • •

Contribuye con las resistencias a edades mayores a una semana Por su porcentaje en el clinker es el segundo en importancia Se hidrata y endurece con lentitud Alcanza elevada resistencia a la compresión a largo plazo (después de prolongado endurecimiento) El valor de hidratación es equivalente a 63 cal/gr Contribuye a la resistencia al intemperismo junto al C3S Su contribución a la estabilidad de volumen es regular

c. Aluminato Tricálcico (C3A) • • • • • • •

Es el primero en hidratarse, o sea fragua con mucha rapidez (hidratación violenta) Libera gran cantidad de calor durante los primeros días de la hidratación Incide levemente en la resistencia mecánica Tiene baja resistencia al intemperismo (acción del hielo y deshielo) Tiene mala estabilidad de volumen Escasa resistencia a la acción del ataque de los sulfatos y ataques químicos Calor de hidratación equivalente a 207 cal /gr

11

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

d. Ferro Alumínato Tetra calcico (C4AF) • • • • • •

Reduce la temperatura de formación del clinker Rápida velocidad de hidratación El calor de hidratación es equivalente a 100 cal/gr (moderado) En la resistencia mecánica no esta definida su influencia La estabilidad de volumen es mala Influye en el color final del cemento

Nota : El Silicato Tricálcico (C3S) y el Silicato Dicálcico (C2S) constituye el 75% del cemento. Por eso la resistencia mecánica se debe a éstos dos compuestos. 7.-Propiedades del cemento a. Finura o Fineza Referida al grado de molienda del polvo, se expresa por la superficie específica, en m²/kg. En el laboratorio existen 2 ensayos para determinarlo • Permeabilimetro de Blaine • Turbidimetro de Wagner Importancia: A mayor finura, crece la resistencia, pero aumenta el calor de hidratación y cambios de volumen. A mayor finura del cemento mayor rapidez de hidratación del cemento y mayor desarrollo de resistencia. Ejemplo: Tipo de cemento I II III IV V

Finura Blaine m2 / kg 370 370 540 380 380

b. Peso Especifico Referido al peso del cemento por unidad de volumen, se expresa en gr/cm³. En el laboratorio se determina por medio de: •

Ensayo del Frasco de Le Chatelier (NTP 334.005)

Importancia: Se usa para los cálculos en el diseño de mezclas Los pesos específicos de los cementos Pórtland son de aproximadamente 3.15 c. Tiempo de Fraguado Es el tiempo entre el mezclado (agua con cemento) y la solidificación de la pasta. Se expresa 12

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

en minutos. Se presenta como: El tiempo de Fraguado Inicial y El tiempo de Fraguado Final. En el laboratorio existen 2 métodos para calcularlo •

Agujas de Vicat : NTP 334.006 (97)

•

Agujas de Gillmore

: NTP 334.056 (97)

Importancia: Fija la puesta correcta en obra y endurecimiento de los concretos y morteros. d. Estabilidad de Volumen Representa la verificación de los cambios volumétricos por presencia de agentes expansivos, se expresa en %. En el laboratorio se determina mediante: •

Ensayo en Autoclave : NTP 334.004 (99)

e. Resistencia a la Compresión Mide la capacidad mecánica del cemento a soportar uan fuerza externa de compresión . Es una de las más importantes propiedades, se expresa en Kg/cm². En el laboratorio se determina mediante: •

Ensayo de compresión en probetas cúbicas de 5 cm cemento-arena normalizada): NTP 334. 051 (98)

de lado (con mortero

Se prueba a diferentes edades : 1,3,7, 28 días. Importancia: Propiedad que decide la calidad de los cementos f. Contenido de aire Mide la cantidad de aire atrapado o retenido en la mezcla (mortero), se expresa en % del volumen total. En el laboratorio se determina mediante: •

Pesos y volúmenes absolutos de mortero C-A en molde cilíndrico estándar: NTP 334.048

Importancia: Concretos con aire atrapado disminuye la resistencia (5% por cada 1 %) g. Calor de Hidratación Es el calor que se genera por la reacción ( agua + cemento ) exotérmica de la hidratación del cemento, se expresa en cal/gr.y depende principalmente del C3A y el C3S . En el laboratorio se determina mediante: •

Ensayo del Calorímetro de Langavant o el de la Botella Aislante. Se emplea morteros estándar: NTP 334.064

13

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

8.-Tipos de cementos a. Cementos Pórtland sin adición Constituidos por Clinker Pórtland y la inclusión solamente de un determinado porcentaje de sulfato de calcio (yeso). Aquí tenemos según las Normas Técnicas: ¾

Tipo I : Para usos que no requieran propiedades especiales de cualquier otro tipo

¾

Tipo II: Para uso general y específicamente cuando se desea moderada resistencia a los sulfatos o moderado calor de hidratación

¾

Tipo III: Para utilizarse cuando se requiere altas resistencias iniciales

¾

Tipo IV: Para emplearse cuando se desea bajo calor de hidratación

¾

Tipo V: Para emplearse cuando se desea alta resistencia a los sulfates.

b. Cementos Pórtland Adicionados Contienen además de Clinker Pórtland y Yeso, 2 o más constituyentes inorgánicos que contribuyen a mejorar las propiedades del cemento. (Ejm.: puzolanas, escorias granuladas de altos hornos, componentes calizos, sulfato de calcio, incorporadores de aire). Aquí tenemos según Normas técnicas: ¾

¾

Cementos Pórtland Puzolánicos ( NTP 334.044 ) ƒ

Cemento Pórtland Puzolánico Tipo IP : Contenido de puzolana entre 15% y 40%.

ƒ

Cemento Pórtland Puzolánico Modificado Tipo I (PM) : Contenido de puzolana menos de 15%.

Cementos Pórtland de Escoria ( NTP 334.049 ) ƒ

Cemento Pórtland de Escoria Tipo IS : Contenido de escoria entre 25% y 70%

ƒ

Cemento Pórtland de Escoria Modificado Tipo I (SM) : Contenido de escoria menor a 25%

¾

Cementos Pórtland Compuesto Tipo 1 (Co) (NTP 334.073): Cemento adicionado obtenido por la pulverización conjunta de Clinker Pórtland y materiales calizos (travertino), hasta un 30% de peso.

¾

Cemento de Albañilería (A) (NTP 334.069): Cemento obtenido por la pulverización de Clinker Pórtland y materiales que mejoran la plasticidad y la retención de agua.

¾

Cementos de Especificaciones de la Performance (NTP 334.082): Cemento adicionado para aplicaciones generales y especiales, donde no existe restricciones en la composición del cemento o sus constituyentes. Se clasifican por tipos basados en requerimientos específicos: Alta resistencia inicial, resistencia al ataque de sulfatos, 14

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

¾

calor de hidratación. Sus tipos son: ƒ

GU : De uso general. Se usa para cuando no se requiera propiedades especiales

ƒ

HH : De alta resistencia inicial

ƒ

MS : De moderada resistencia a los sulfatos

ƒ

HS : De alta resistencia a los sulfatos

ƒ

MH: De moderado calor de hidratación

ƒ

LH : De bajo calor de hidratación

9.-Los Cementos en el Perú En el Perú, actualmente tenemos las siguientes empresas cementeras: NOMBRE

Cementos Lima S A Cementos Pacasmayo S A A Cemento Andino S A Yura SA Cemento Sur S A Cemento Rioja

UBICACIÓN

Atocongo – Lima Pacasmayo - La Libertad Condorcocha - Tarma ( Junin ) Yura - Arequipa Caracote - Juliaca ( Puno ) Pucallpa - Ucayali

Nota: El cemento en el Perú se comercializa en bolsas de 42.5 kg. de papel krap extensible tipo Klupac , que usualmente están entre dos y cuatro pliegos, de acuerdo a los requerimientos de transporte o manipuleo eventualmente y por condiciones especiales pueden ir provistas de un refuerzo interior de polipropileno. Estas bolsas son ensayadas para verificar su porosidad al aire, absorción, impermeabilidad y resistencias mecánicas. Las fábricas cementeras Nacionales están preparadas para realizar la comercialización del cemento en bolsones con capacidad de 1.5 toneladas a estos se les conoce como big bag. Además se puede despachar estos cementos a granel. La capacidad instalada (Tn/Año), así como los mercados de cada uno de estas fábricas de cemento se muestran a continuación:

15

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

EMPRESA

CAP. INST.

MERCADO

Cementos Lima S A

4’300,000

Lima, Callao, Ica, Ancash

Cementos Pacasmayo S A A

2’300,000

La Libertad, Amazonas, Cajamarca, Lambayeque, Piura, Tumbes, Ancash

Cemento Andino S A

1’060,000

Lima, Callao, Junín, Huancavelica, Cerro de Pasco, Loreto, Ucayali, San Martín, Ayacucho

Yura SA

600,000

Arequipa, Moquegua, Tacna, Apurimac

Cemento Sur S A

155,000

Puno, Cusco, Apurimac, Madre de Dios, Moquegua, Tacna

En relación a los tipos cementos por empresa producidos actualmente en el Perú, tenemos:

EMPRESA

TIPOS DE CEMENTO QUE PRODUCE

Cementos Lima S A

Sol I, Sol II, Supercemento Atlas IP

Cementos Pacasmayo S A

Pacasmayo I, Pacasmayo II, Pacasmayo V, Pacasmayo MS-ASTM C-1157 , Pacasmayo IP, Pacasmayo ICo ( COMPUESTO )

Cemento Andino S A

Andino I, Andino II, Andino V, Andino IPM

Cementos Selva

Cemento Pórtland Tipo I, Tipo II, Tipo V ,Puzolanico 1P,Compuesto 1Co

Yura SA

Yura I, Yura IP, Yura IPM, Cemento de Albañilería marca Estuco Flex .

Cemento Sur S A

Rumi I, Inti 1PM, Portland tipo II, Portland Tipo V.

Cemento Rioja S.A.

Cemento Pórtland Tipo IPM

16

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

10.-Requisitos Técnicos de los cementos: Se muestran de acuerdo a las Normas Técnica Peruanas NTP 339.009, los requisitos físicos y químicos de los cementos Pórtland. Requisitos físicos obligatorios Tipos

Requisitos Físicos

I

II

V

MS

IP

ICo

3 días

120

100

80

100

130

130

7 días

190

170

150

170

200

200

28 días

280*

280*

210

280*

250

250

Inicial, mínimo

45

45

45

45

45

45

Final, máximo

375

375

375

420

420

420

0.80

0.80

0.80

0.80

0.80

0.80

--

--

0.04*

0.10

0.10*

--

14 días

6meses

6meses

Resistencia la Compresión mín Kg/cm²

Tiempo de fraguado, minutos

Expansión en autoclave, % máximo Resistencia a los Sulfatos % máximo de expansión

Calor de Hidratación, máx, KJ/Kg 7 días

--

290*

--

--

290*

--

28 días

--

--

--

--

330*

--

a. Requisitos químicos obligatorios

Requisitos Químicos

Tipo I

II

V

MS

IP

ICo

Óxido de Magnesio (MgO), máx, %

6.0

6.0

6.0

--

6.0

6.0

Trióxido de Azufre (SO3), máx, %

3.5

3.0

2.3

--

4.0

4.0

Pérdida por Ignición, máx, %

3.0

3.0

3.0

--

5.0

8.0

Residuo Insoluble, máx, %

0.75

0.75

0.75

--

--

--

Aluminato tricálcico (C3A), máx, %

--

8

5

--

--

--

0.6*

0.6*

0.6*

--

--

--

Álcalis equivalentes ( Na2O + 0.658 K2O ), máx, %

17

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

b. Requisitos físicos opcionales Tipo

Características Físicas Opcionales

I

II

III

IV

V

50

50

50

50

50

7 días

--

70

--

60

--

28 días

--

--

--

70

--

Resistencia la Compresión (MPa) 28 días

280

280

--

--

--

Resistencia a los sulfatos, 14 días, máx

--

--

--

--

0.04

Falso Fraguado, % ( P. Fin ) minimo Calor de Hidratación, máx, Cal/gr

c. Requisitos químicos opcionales

Características Químicas Opcionales

Tipo I

II

III

IV

V

Aluminato tricálcico (C3A), máx, %

--

--

5-8

--

--

Suma ( C3S + C3A ), máx %

--

58

--

--

--

0.6

0.6

0.6

--

--

Álcalis equivalentes ( Na2O + 0.658 K2O ), máx, %

Los tipos de cemento cuyo requisitos para concretos expuestos a soluciones que contienen sulfatos se muestran a continuación:

Tipo Cemento

Concreto con agregado de peso normal rel. a/c máx en peso

Concreto con agregado de peso normal y ligero Resist. Comp. mínma MPa

0 350

f’c + 70 f’c + 84 f’c + 98 126

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

Ejemplo 3

Supongamos que hubo cambio en la supervisión de una obra, teniendo los datos estadísticos de resistencias a la compresión de las probetas en obra, deseamos conocer ? - El f´cr de diseño - El f´c especificado - Desviación Estándar - El comportamiento del concreto en obra Solución Lo que haremos primero es calcular la resistencia promedio y la desviación estándar de las probetas N° Ensayo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Resistencia ( Kg/cm² ) Individual Promedio 3 281 304.7 315 304.3 318 292.3 280 279.7 279 278.0 280 288.3 275 288.3 310 295.0 280 295.7 295 307.3 312 307.7 315 306.7 296 298.3 309 302.3 290 300.7 308 306.7 304 306.0 308 308.0

N° Ensayo 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Resistencia ( Kg/cm² ) Individual Promedio 3 290 285.3 280 287.0 286 290.3 295 299.7 290 306.3 314 305.0 315 307.3 286 295.0 321 291.7 278 276.3 276 287.7 275 288.3 312 293.3 278 282.3 290 283.0 279 280

Calculamos los parámetros básicos de la información que contamos, entonces: Xprom = 294.3 Kg/cm² = f’c diseño Ds = 15.3 Kg/cm²

127

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

Valores de dispersión en el control del concreto en ensayos individuales

Resistencia (Kg/cm ²)

330

Máximo 321 Kg/cm²

320 310 300

Prom 294 Kg/cm²

290 280 270 0

5

10

15

20

25

30

35

Mínimo 275 Kg/cm²

N° Muestra

Valores de dispersión en el control del concreto en promedio de 3 ensayos consecutivos 310.0

Máximo 307.7 Kg/cm²

Resistencia (Kg/cm ²)

305.0 300.0

Prom 294.8 Kg/cm²

295.0 290.0 285.0 280.0

Mínimo 276.3 Kg/cm²

275.0 270.0 0

5

10

15

20

25

30

35

N° Muestra

Cálculo del f’c especificado

1. El promedio de todos los grupos de 3 ensayos de resistencia en compresión consecutivos sea ≥ f’c 294.3 = f ' c + 1.34(15.3) => f ' c = 273.8 Kg / cm²

2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que f´c en más de 35 Kg/cm² 294.3 = f ' c − 35 + 2.33(15.3) => f ' c = 293.7 Kg / cm²

Escogiendo el menor valor tenemos que : f ' c = 273.8 Kg / cm² 128

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

Ejemplo 4

El contratista nos entrega los datos de la resistencia a compresión de las probetas, además nos dice que el f´c = 210 Kg/cm², deseamos conocer ? - El f´cr especificado - Desviación Estándar - Si el concreto esta cumpliendo con el f´c especificado Análisis del Problema N° Ensayo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Resistencia ( Kg/cm² ) Individual Promedio 3 226 215.3 212 226.0 208 248.7 258 250.0 280 232.7 212 217.7 206 232.0 235 233.3 255 228.3 210 211.3 220 210.7 204 210.7 208 214.3 220 220.0 215 219.3 225 234.3 218 224.3 260 222.3

N° Ensayo 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Resistencia ( Kg/cm² ) Individual Promedio 3 195 205.7 212 212.3 210 218.3 215 230.0 230 226.7 245 216.7 205 205.3 200 208.7 211 211.3 215 209.7 208 218.0 206 220.3 240 231.7 215 238.3 240 260.0 260 280

Cálculo del f’c de diseño

Promedio = 224.5 Kg/cm² = f´cr Ds = 22.4 Kg/cm² Comprobando el factor t: t=

224.5 − 210 = 0.58 24.89

De la tabla del factor t encontramos una probabilidad de 2.5 en 10 (25%) de obtener probetas 129

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

por debajo del f’c lo que no satisface el ACI (1 en 100) Cálculo del f’c especificado

1. El promedio de todos los grupos de 3 ensayos de resistencia en compresión consecutivos sea ≥ f’c f ' cr = 210 + 1.34(22.4) => f ' cr = 240 Kg / cm² 2. Ningún ensayo de resistencia debe ser menor que f´c en más de 35 Kg/cm² f ' cr = 210 − 35 + 2.33(22.4) => f ' cr = 227.2 Kg / cm² Escogiendo el mayor valor tenemos que : f ' c = 240 Kg / cm²

130

CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA INGENIEROS CIVILES ING. ANA TORRE C.

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA -

Código ACI 318.

-

Normas ASTM

-

Normas Técnicas Peruanas

-

Naturaleza y Materiales del Concreto, Ing. Enrique Rivva Lopez

-

Concretos de Alta Resistencia, Ing. Enrique Rivva Lopez

-

Diseño de Mezclas, Ing. Enrique Rivva Lopez

-

Diseño de Mezclas, Ing Rafael Cachay Huamán

-

Tópicos de Tecnología del Concreto en el Perú, Ing. Enrique Pasquel C.

-

Manual de supervisión de obras de concreto, Federico Gonzales

131