Tecnología del Concreto.pdf

CONTENIDO

Pág.

CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 3 1.1.

Generalidades ..................................................................................................................... 3

1.2.

Definición de competencias ................................................................................................. 4

1.3.

Tipos de competencias ........................................................................................................ 5

1.4.

El enfoque de sistemas ........................................................................................................ 7

CAPÍTULO II. TEMARIO ........................................................................................................................ 9 2.1. Naturaleza del concreto ........................................................................................................... 9 2.1.1. Generalidades ................................................................................................................... 9 2.1.2. Historia y clasificación de cementos hidráulicos ............................................................... 10 2.1.3. Métodos de fabricación del cemento ............................................................................... 13 2.1.4. Características y propiedades de los componentes del concreto ...................................... 15 2.1.5. Propiedades y características de concretos especiales ..................................................... 33 2.2. Morteros ................................................................................................................................ 37 2.2.1. Introducción .................................................................................................................... 37 2.2.2. Propiedades y características ........................................................................................... 38 2.2.3. Clasificación de los morteros ........................................................................................... 41 2.2.4. Dosificación de morteros ................................................................................................. 43 2.3. Diseño de mezclas .................................................................................................................. 46 2.3.1. Conceptos fundamentales ............................................................................................... 46 2.3.2. Métodos de diseño .......................................................................................................... 53 2.4. Concreto fresco ...................................................................................................................... 58 2.4.1. Conceptos fundamentales .............................................................................................. 58 2.4.2. Proceso de fabricación, transporte, colocación, compactación y acabado del asd concreto en obra ............................................................................................................ 60 2.4.3. Pruebas de calidad........................................................................................................... 66 2.4.4. Procedimiento de muestreo ............................................................................................ 68 2.4.5. Interpretación de resultados ............................................................................................ 70 2.5. Concreto endurecido .............................................................................................................. 70 2.5.1. Conceptos fundamentales ............................................................................................... 70 2.5.2. Curado del concreto ........................................................................................................ 71 2.5.3. Pruebas de calidad........................................................................................................... 72 2.5.4. Análisis estadístico e interpretación de resultados ........................................................... 75 1

2.6. Patología del concreto ............................................................................................................ 75 2.6.1. Conceptos fundamentales ............................................................................................... 75 2.6.2. Tipos de fallas patológicas ............................................................................................... 76 FUENTES DE INFORMACIÓN .............................................................................................................. 85

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CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN 1.1.

Generalidades

La transformación de los modelos educativos durante las tres últimas décadas surgen como una necesidad de adaptación ante los embates de la globalización económica y sus inseparables acompañantes como son el constante avance de la ciencia y la tecnología, los cambios en los procesos productivos, las nuevas tecnologías de la información y la comunicación, la movilidad de los centros de trabajo, los cambios en el medio ambiente que, entre otros, obliga, necesariamente, a buscar nuevas alternativas para responder a tales cambios. Como una respuesta a los efectos producidos en todos los ámbitos del quehacer humano y como una necesidad para tratar de adaptarse a una economía global, tanto países desarrollados como no desarrollados, optaron por implementar nuevos modelos educativos con base en competencias, cuya finalidad, ha sido y es, la de formar individuos eficientes para el campo laboral, el campo educativo y a lo largo de la vida. Durante la década de los años 90, diferentes instituciones a nivel mundial como la Organización de las Naciones Unidas (ONU), la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO), el BANCO MUNDIAL, y algunos otros profesionales especializados en las competencias como MORIN, PERRENOUD Y TOBON principalmente se dan a la tarea de revisar a detalle el aspecto laboral y educativo bajo el enfoque de competencias. En los Estado Unidos de Norteamérica desde la década de los años 70 ya se había abordado hasta cierto punto el tema de las competencias; en Europa, durante la década de los años 90 surge el Proyecto Tuning, el cual enseguida es llevado a algunos países de América latina y, posteriormente, a México. En México, fue el Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica (CONALEP) a finales de la década de los años 80 donde se inició el análisis para implementar el enfoque por competencias, desde el punto de vista laboral haciéndose más claro durante 1994. Como respuesta a estos cambios, también se origina una reforma educativa en el Instituto Politécnico Nacional en 1996; en la educación Normal en 1997; en Preescolar en 2004, en secundaria en 2006 y, en primaria y en bachillerato en 2008. A finales de 1989, de acuerdo con los lineamientos del Programa para la Modernización Educativa (1989-1994) la Dirección General de Institutos Tecnológicos inicia la revisión curricular de los planes y programas de estudio de las carreras que ofrecía en el país, con la finalidad de modificarlos y adaptarlos a las exigencias del desarrollo científico y tecnológico de la Nación, a las necesidades del sector social y productivo y al encargo sectorial de elevar la calidad de la educación. A mediados de 1992 aparece el Programa de Reforma de la Educación Superior Tecnológica (PREST) y, una década después (abril 2003), da inicio el PROGRAMA DE EVALUACIÓN CURRICULAR con reuniones nacionales de información. El enfoque por competencias se empieza a aplicar en el Instituto Tecnológico de Oaxaca a partir del semestre agosto-diciembre/2010. Al respecto cabe comentar que, desde la perspectiva del capitalismo, caracterizada por una alta inversión de capital, la plena utilización de la capacidad productiva, el pleno empleo, un mayor consumo y una tasa elevada de benéfico para las empresas, hoy se requiere de un nuevo tipo de individuo, con una formación integral y para la vida, el cual se tiene que formar en todo en las instituciones educativas de todos los niveles, pero principalmente en las instituciones de educación superior, para acercar la escuela al campo laboral. Dentro del Programa Nacional de Educación 2001-2006, se implementó el enfoque de la educación centrada en el aprendizaje y en las normas técnicas de competencia laboral, con un 3

fundamento constructivista. Posteriormente, en el Programa Nacional de Educación 2007-2012 a través de la Reforma Integral del sector educativo, se implementa el modelo educativo basado en competencias (Programa Sectorial de Educación 2007-2012). Como parte de las exigencias o necesidades para implementar el enfoque por competencias en la educación podemos citar también los resultados obtenidos en la aplicación de la prueba PISA (Programa para la Evaluación Internacional de los Estudiantes), auspiciada por la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico). En febrero del 2011, EL INSTITUTO NACIONAL PARA LA EVALUACIÓN DE LA EDUCACIÓN (INEE), presentó los resultados del PISA (2009). Este estudio se aplicó a estudiantes de 15 años de edad de 65 países, incluido México. Se evalúo el nivel de conocimiento y habilidades en lectura, ciencias y matemáticas. En lectura México se ubicó en el lugar 48 de 65 países, por debajo de chile Turquía, Grecia y España. En ciencias México obtuvo el lugar 50 de 65, superado por países de Asia, Europa, chile y Uruguay. De acuerdo con la OCDE, el nivel promedio que deben tener los alumnos de 15 años, en cuanto a conocimiento científico es de 501 puntos, México obtuvo 416 puntos; en el desempeño en matemáticas, México se ubicó en el lugar 50 de los 65 países. El examen PISA, se aplicó en México a 38250 alumnos de secundaria. Entre las conclusiones, México mantiene un alto porcentaje de estudiantes en nivel bajo en cuanto a desempeño y esto significa, según este análisis, que los alumnos mexicanos tendrán dificultades para aprender a lo largo de la vida. Se agrega que, de continuar esta tendencia, México no tendrá suficientes especialistas de alto nivel capaces de dirigir la vida científica, cultural y económica del país.

1.2.

Definición de competencias

La definición del término competencia resulta un tanto compleja y confusa esto debido a la infinidad de soluciones que se dan desde diferentes disciplinas (Lingüística, Psicología, Sociología, etc.) y también, a partir de los diferentes paradigmas ideológicos (constructivista, funcionalista, estructuralista, conductista y holístico). En menor medida crea confusión también las definiciones que se hacen relacionadas con el mundo del trabajo y la educación y otras con respecto al origen del término. Aun cuando cada vez se habla más de competencias en el ámbito educativo, lejos de que tengamos mayor certeza y claridad respecto a este tema, parece que ocurre todo lo contrario es decir, se torna más confuso y ambiguo (MORENO, 2008, : 70). Por su lado, Díaz Barriga nos dice que el empleo del término competencias ha dado origen a un lenguaje muy amplio en el terreno de la educación. Esta diversificación lleva a promover clasificaciones distintas de las competencias y origina una enorme confusión (Díaz, 2006: 33.) En este apartado usaré definiciones sobre las competencias con base a su aplicación en el campo profesional y con base en el aspecto educativo, mencionadas en Zabala y Arnau (2010). EL DICCIONARIO LAROUSSE nos dice que “… los asuntos comerciales e industriales, la competencia es el conjunto de conocimientos, cualidades, capacidades y aptitudes que permiten discutir, consultar y decidir sobre lo que concierne al trabajo. Supone conocimientos razonados, ya que se considera que no hay competencia completa si los conocimientos teóricos no son acompañados por las cualidades y la capacidad que permita ejecutar las decisiones que dicha competencia sugiere.” La OIT (Organización Internacional del Trabajo) define la competencia como una capacidad efectiva para llevar acabo exitosamente una actividad laboral plenamente identificada.

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Levoterf (2000) para este autor, competencia es la secuencia de acciones que combina varios conocimientos, un esquema operativo transferible a una familia de situaciones. La competencia es una construcción, es el resultado de una combinación pertinente de varios recursos (conocimientos, redes de información, redes de relación, saber hacer). Dentro del ámbito educativo podemos citar por ejemplo al CONSEJO EUROPEO (2001) sobre la competencia y se nos dice que es la suma de conocimientos, destrezas y características individuales que permiten a una persona realizar acciones. La OCDE (2002) Define la competencia como la habilidad de cumplir con éxito las exigencias complejas, mediante la movilización de pre requisitos psicosociales de modo que se enfatizan los resultados que el individuo consigue a través de la acción, selección o forma de comportarse según las exigencias. Añade que, cada competencia en la combinación de habilidades, prácticas, conocimientos (incluidos los tácitos, motivación, valores éticos actitudes emociones y otros componentes sociales y de comportamiento) que pueden movilizarse conjuntamente para que la acción realizada en una situación determinada pueda ser eficaz. Perrenoud (2001). Este autor define que una competencia es la actitud para enfrentar eficazmente una familia de situaciones análogas, movilizando a consciencia y de manera a la vez rápida, pertinente y creativa, múltiples recursos cognitivos, saberes, capacidades, micro competencias, información, valores, actitudes, esquemas de percepción y de razonamiento.

1.3.

Tipos de competencias

Una competencia es una capacidad profesional que implica una construcción intelectual culturalmente diseñada, desarrollada en un proceso formativo. Se puede ver a la competencia como la combinación y desarrollo dinámico de conjuntos de conocimientos, capacidades, habilidades, destrezas y atributos de carácter intelectual y procedimental que se constituyen en un desempeño profesional producto de un proceso educativo. Las competencias se entienden como: La capacidad de conocer y comprender (conocimiento teórico de un campo académico). La capacidad de saber cómo actuar (la aplicación práctica y operativa del conocimiento de ciertas situaciones). La capacidad de saber cómo ser (los valores como parte integrante de la forma de percibir a otros y vivir en un contexto social). Se identifican dos tipos de competencias: Específicas: Definen una cualificación profesional concreta al sujeto en formación; es decir: saberes, quehaceres y manejo de tecnologías propias de un campo profesional específico. Se refieren al saber hacer profesional que consiste en: Manejo de conocimientos relativos a la ciencia, la tecnología y las humanidades en un campo profesional específico. Conocimiento de las prácticas profesionales que se desarrollan, así como la evolución y trascendencia de la profesión. Utilización precisa de terminología, simbología e instrumentos; así como el uso de lenguajes y algoritmos heurísticos. Creación y diseño de aparatos, máquinas y de objetos tecnológicos en general. Planificación, establecimiento, organización y desarrollo de procesos de distinta índole. Selección y uso de materiales, máquinas y herramientas. Montaje de aparatos e instalaciones, así como de dar solución a problemas productivos y tecnológicos. 5

Actuación profesional, trabajar en equipo, apreciar el conocimiento y los hábitos de trabajo, cultivar la precisión y la curiosidad, así como el entusiasmo y el interés en su quehacer profesional. Genéricas: Se pueden aplicar en un amplio campo de ocupaciones, condiciones y situaciones profesionales, dado que aportan herramientas intelectuales y procedimentales básicas que necesitan los sujetos para analizar los problemas, evaluar las estrategias, aplicar conocimientos a casos distintos y aportar soluciones adecuadas. Se pueden caracterizar tres tipos de competencias genéricas: Instrumentales: Se relacionan con: - La comprensión y manipulación de ideas y pensamientos (conocimientos generales básicos y de la carrera). - Metodologías para manipular el ambiente (organización, planificación); toma de decisiones, solución de problemas y organizar el tiempo y estrategias para el aprendizaje. - Las destrezas tecnológicas relacionadas con el uso de maquinaria y equipo, así como de las tecnologías de la información. - Las destrezas lingüísticas (oral, escrita, segunda lengua), de investigación, de análisis y gestión de información de diversas fuentes, así como capacidad de síntesis. Ruiz Iglesias (2010) hace la siguiente descripción dentro de las competencias instrumentales): 1. Capacidad de análisis y síntesis. 2. Capacidad de organizar y planificar. 3. Conocimientos generales básicos. 4. Conocimientos básicos de la profesión. 5. Comunicación oral y escrita en la propia lengua. 6. Conocimiento de una segunda lengua. 7. Habilidades básicas de manejo del ordenador. 8. Habilidades de gestión de la formación (habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas). 9. Resolución de problemas. 10. Toma de decisiones. Interpersonales: Tienden a facilitar los procesos de interacción social y cooperación y se expresan en: - La capacidad crítica y autocrítica. - El trabajo en equipo interdisciplinario. - Las habilidades interpersonales. - La capacidad de comunicarse con profesionales de otras áreas. - La apreciación de la diversidad y multiculturalidad. - La habilidad para trabajar en un ambiente laboral. - El compromiso ético. Sistémicas: Conciernen a los sistemas como totalidad. Suponen una combinación de la comprensión, la sensibilidad y el conocimiento que permiten al individuo ver cómo las partes de un todo se relacionan, estructuran, agrupan, incluyen: - Habilidad de planificar como un todo y diseñar nuevos sistemas. - Aplicar conocimientos a la práctica. - Aprender. - Adaptarse a nuevas situaciones. - Generar nuevas ideas (creatividad). - Liderazgo. - Conocimiento de culturas y costumbres de otros países. 6

- Habilidad para trabajar de forma autónoma. - Capacidad para diseñar y gestionar proyectos. - Iniciativa y espíritu emprendedor. - Preocupación por la calidad. - Búsqueda de logro. Reflexionemos en torno a los retos que implica este conjunto de competencias para nuestra práctica docente.

1.4.

El enfoque de sistemas

La utilización del enfoque de sistemas es muy importante para el análisis de problemas con una visión holística o de totalidad, con el fin de identificar soluciones integrales que consideran aspectos técnicos, operativos, administrativos, políticos, socioeconómicos y ecológico – ambientales, entre otros. El enfoque de sistemas tiene como propósito hacer frente a los problemas cada vez más complejos que plantean la tecnología y las organizaciones modernas, problemas que por su naturaleza rebasan nuestra intuición pura y para los que es fundamental comprender su estructura y procesos (subsistemas, relaciones, restricciones del medio ambiente, etc.) (Zenón, 1987). Por su parte, Gerez y Grijalva (1993), conceptualizan al enfoque de sistemas como una técnica nueva que cambia en forma efectiva la aplicación de conocimientos de otras disciplinas, a la solución de problemas que envuelven relaciones complejas entre diversos componentes. Un aspecto importante del enfoque de sistemas es su aplicación al desarrollo y empleo de nuevas tecnologías, tan pronto como consideraciones técnicas y económicas lo permitan. El enfoque de sistemas difiere del diseño convencional en la mayor y en calidad de su metodología. Para acercarnos a la comprensión este enfoque, partiremos de un concepto general sobre lo que es un sistema. Desde hace tiempo, tal vez desde la época de los filósofos griegos, el concepto de sistemas se viene usando para referirse a un conjunto o disposición de componentes físicos o abstractos (máquinas, sujetos, conceptos), que están interconectados o relacionados entre sí, de tal forma que constituyen o actúan como una unidad o un todo complejo para conseguir objetivos o fines (Teleología). Se dice que el enfoque de sistemas surge ante la ineficiencia del enfoque reduccionista o atomístico para tratar de resolver problemas complejos de la realidad, en los campos económico, social, político, y en la mayoría de los problemas relacionados con los fenómenos naturales. Este enfoque reduccionista, para abordar los problemas antes planteados, necesita de reducirlo a sus componentes más simples, analizar éstos como entidades separadas para explicar y terminar por explicarse el fenómeno como un todo. Se piensa que el reduccionismo ha influido en la especialización que han sufrido las Ciencias hasta hoy. Esta especialización gradual es producto entonces de la categorización de los fenómenos en clases cada vez más pequeñas, perdiéndose a la vez el conocimiento amplio de los problemas de la realidad y ganándose más profundidad. El reduccionismo se basa en experimentos aislados, donde el ambiente era controlado a través de un laboratorio o un campo experimental, buscándose relaciones causa – efecto, en forma mecánica, sin considerar que el ambiente es dinámico y teóricamente no puede manipularse ni fijarse. El considerar que todo efecto tiene siempre una causa es lo que se conoce como determinismo y considerar al mundo como una máquina que reacciona siempre igual frente a determinados impulsos, se conoce como mecanismo. Partiendo de la frase aristotélica de que “el todo es mucho más complejo que la suma de sus partes”, a partir del primer cuarto del Siglo XX, empezó a reconocerse que el reduccionismo y el mecanismo no eran los enfoques adecuados para abordar o comprender la mayoría de los fenómenos naturales, especialmente los relacionados con el hombre, como la Sociología, la Psicología, la 7

medicina, etc., y surge así el expansionismo, la teleología y el proceso de síntesis que, progresivamente, han sido reconocidas como herramientas para entender el mundo, tratando de entender las estructuras de las partes a través del todo. El expansionismo nos hace ver que cada componente del todo y cada función de los componentes pertenecen a su vez a una estructura de organización superior. También al poner énfasis en los componentes lo hacen el sentido de que son entidades interconectadas que forman un sistema indivisible. Por lo tanto, no puede interpretarse el funcionamiento del todo a partir de la estructura de sus partes consideradas aisladas. Este modo expansionista de pensar, en forma de sistemas, conduce a la síntesis a través del enfoque de sistemas en donde las partes o fenómenos a explicar, comprender u operar se ven como integrantes de un todo bien definido, que no debe dejarse de lado como referencia por el solo hecho de querer profundizar en la comprensión de un integrante cualquiera del sistema.

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CAPÍTULO II. TEMARIO 2.1. Naturaleza del concreto 2.1.1. Generalidades El concreto puede definirse como un sistema cuyos componentes, al mezclarse interactúan de tal manera que conforman una estructura semilíquida, la cual, después de pasar las etapas de fraguado inicial y final, adquieren características y propiedades semejantes a las de una roca. El manual técnico de construcción 2008, nos da la siguiente definición: “el concreto hidráulico es una mezcla de agregados pétreos naturales, procesados o artificiales, cemento y agua, a la que además se le puede agregar algunos aditivos.” Kosmatka 2004, definen que “el concreto (hormigón) es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento portland y agua, une los agregados, normalmente arena y grava (piedra triturada, piedra machacada, pedrejón) creando una masa similar a una roca. El concreto simple, de inicio, se trabaja en forma semilíquida, esto hace que pueda colocarse con relativa facilidad y adquirir cualquier forma, la cual al paso del tiempo se convierte en un material resistente y durable, razón por la que hoy en día es el material de mayor uso en la industria de la construcción a nivel mundial. Método de prueba Con base en lo anterior, la Norma Mexicana NMX-C-155-ONNCCE-2004 establece las especificaciones que debe cumplir el concreto fresco y el endurecido. Usos y ventajas del concreto Por su importancia dentro del mundo de la construcción, al concreto se le puede atribuir los siguientes usos y ventajas: Usos Puentes, túneles, edificios, vialidades, presas, aeropuertos, sistemas de riego, canales, muelles, embarcaderos, bodegas, pilas, cimentaciones, pilotes, materiales prefabricados, etc. Ventajas Resistencia a la compresión flexión, tensión, durabilidad, economía, adquirir diferentes formas, texturas diferentes, resistente al fuego, entre otras. Para verificar las especificaciones que se establecen en esta norma, deben utilizarse los métodos de prueba siguientes: a) Para los materiales componentes: o Cemento NMX-C-414-ONNCCE o Agregados NMX-C-111-ONNCCE o Agua de mezclado NMX-C-122-ONNCCE o Aditivos NMX-C-255-ONNCCE o Adicionantes NMX-C-146-ONNCCE b) Requisitos para el concreto en estado fresco. o Revenimiento NMX-C-156-ONNCCE o Masa unitaria NMX-C-162-ONNCCE o Temperatura del concreto NMX-C-435-ONNCCE o Tamaño máximo del agregado NMX-C-111-ONNCCE 9

o Volumen NMX-C-162-ONNCCE o Aire incluido NMX-C-157,158,162-ONNCCE c) Requisitos para en concreto en estado endurecido: o Resistencia a la compresión NMX-C-083-ONNCCE o Módulo de elasticidad NMX-C-128-ONNCCE o Ensaye de núcleos NMX-C-169-ONNCCE o Durabilidad NMX-C-403-ONNCCE

2.1.2. Historia y clasificación de cementos hidráulicos Cementos portland o hidráulicos El cemento portland o hidráulico es un material finamente pulverizado llamado clinker, proveniente de materias primas diversas que contienen cal, alúmina, fierro y sílice en proporciones establecidas para lograr las características deseables. Se le llama hidráulico porque tiene la propiedad de reaccionar en presencia de agua, para formar una pasta aglutinante. La Norma Mexicana (NMX-C-414-ONNCCE-2004) define al cemento hidráulico como un material inorgánico finamente pulverizado que, al agregarle agua, ya sea solo o mezclado con arena, grava, asbesto u otros materiales, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones química durante la hidratación y que, una vez endurecido, desarrolla su resistencia y conserva su estabilidad. Clasificación de los cementos En México, la industria de la construcción trabaja con seis principales tipos de cemento para la elaboración de concreto, bajo las especificaciones de la norma NOM-C-414-ONNCCE-2004, los cuales se pueden clasificar de acuerdo a lo planteado en la tabla 2.1. Tabla 2.1. Clasificación del cemento por tipo. TIPO DENOMINACIÓN CPO Cemento portland ordinario CPP

CPEG

CPC

CPS CEG

DESCRIPCIÓN Es el cemento producido a base de la molienda de clinker portland y usualmente, sulfato de calcio. Cemento portland puzolánico Es el cemento que resulta de la integración de clinker portland, materiales puzolánicos y sulfato de calcio. Cemento portland con escoria Es el cemento que resulta de la integración de granulada de alto horno clinker portland, escoria granulada de alto horno y sulfato de calcio. Cemento portland compuesto Es el cemento que resulta de la integración de clinker portland, sulfato de calcio y una mezcla de materiales puzolánicos, escoria de alto horno y caliza. En el caso de la caliza, este puede ser único. Cemento portland con humo de sílice Es el cemento que resulta de la integración de clinker portland, humo de sílice y sulfato de calcio. Cemento con escoria granulada de Es el cemento que resulta de la integración de alto horno clinker portland, sulfato de calcio y principalmente escoria granulada.

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Tabla 2.2. Clasificación del cemento por clase resistente. CLASE RESISTENTE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN, N/mm2 RÁPIDA (3 DÍAS) NORMAL (28 DÍAS) MIN. N/mm2 MIN. N/mm2 MAX. N/mm2 20 -20 40 30 -30 50 30 R 20 30 50 40 -40 -40 R 30 40 -Tabla 2.3. Clasificación del cemento por características especiales. NOMENCLATURA CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LOS CEMENTOS RS Resistente a los sulfatos. BRA Baja reactividad álcali-agregado. BCH Bajo calor de hidratación. B Blanco. Designación normalizada Los cementos se deben identificar por el tipo y la clase resistente (véase tablas 2.1 y 2.2). Si el cemento tiene especificada una resistencia a tres días se añadirá la letra r (resistencia rápida). En el caso de que un cemento tenga alguna de las características especiales señaladas en la tabla 2.3, su designación se completa de acuerdo con la nomenclatura indicada en dicha tabla; de presentar dos o más características especiales, la designación se hace siguiendo el orden de la tabla 2.3, separándolas con una diagonal. Ejemplos: Un cemento portland ordinario de clase resistente 30 con alta resistencia inicial se identifica como: Cemento CPO 30 R Un cemento portland compuesto de clase resistente 30 con alta resistencia inicial y resistencia a los sulfatos, se identifica como: Cemento CPC 30 R RS Un cemento portland puzolánico de clase resistente 30, de baja reactividad álcali-agregado y bajo calor de hidratación, se identifica como: Cemento CPP 30 BRA/BCH Un cemento portland ordinario de clase resistente 30 con alta resistencia inicial y blanco se identifica como: Cemento CPO 30 RB Tabla 2.4. Componentes de los cementos (1). TIPO

DENOMINACIÓN CLINKER PORTLAND + YESO

CPO

Cemento

95-100

ESCORIA GRANULA DA DE ALTO HORNO ----

COMPONENTES PRINCIPALES MATERIALES HUMO PUZOLÁNIC DE SÍLICE OS (3)

----

----

CALIZA

MINORITARIOS (2)

----

0-5

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portland ordinario CPP Cemento 50-94 ---6-50 ------0-5 portland puzolánico CPEG Cemento 40-94 6-60 ---------0-5 portland con escoria granulada de alto horno CPC Cemento 50-94 6-35 6-35 1-10 6-35 0-5 portland compuesto (4) CPS Cemento 90-99 ------1-10 ---0-5 portland con humo de sílice CEG Cemento con 20-39 61-80 ---------0-5 escoria granulada de alto horno Nota 1. Los valores de la tabla representan el % en masa. Nota 2. Los componentes minoritarios deben ser uno o más de los componentes principales, assdefr representados en la tabla. Nota 3. Los materiales puzolánicos incluyen: puzolanas naturales, artificiales y/o cenizas volantes. Nota 4. El cemento portland compuesto debe llevar como mínimo dos componentes principales, a excepto cuando se adicione caliza, ya que ésta puede estar en forma individual en conjunto con clinker + yeso.

Tabla 2.5. Especificaciones de los cementos con características especiales. NOMEN- CARACTERÍS EXPANSIÓN EXPANSIÓN POR CALOR DE BLANCURA CLATURA TICAS POR ATAQUE REACCIÓN ÁLCALI HIDRATACIÓN (MÍN.) ESPECIALES DE SULFATOS AGREGADO (MÁX.) (MÁX. %) (MÁX. %) (kj/kg)(Kcal/kg) 1 AÑO 14 56 DÍAS 7 DÍAS 28 DÍAS DÍAS RS Resistencia a 0.10 los sulfatos BRA Baja 0.020 0.060 reactividad álcali agregado BCH Bajo calor de 250 (60) 290 (70) hidratación B Blanco 70 Tabla 2.6. Especificaciones mecánicas y físicas del cemento. CLASE RESISTENCIA A LA TIEMPO DE ESTABILIDAD DE VOLUMEN EN 2 RESISTENTE COMPRESIÓN (N/mm ) FRAGUADO (min) AUTOCLAVE (%) 3 días 28 días Inicial Final Expansión Contracción mínimo mínimo máximo mínimo máximo máximo máximo 20 -20 40 45 600 0.80 0.20 30 -30 50 45 600 0.80 0.20 12

30 R 40 40 R

20 -30

30 40 40

50 ---

45 45 45

600 600 600

0.80 0.80 0.80

0.20 0.20 0.20

Nota 1. La resistencia inicial de un cemento es la resistencia mecánica a la compresión a los 3 días. A Para indicar que un tipo de cemento debe cumplir con una resistencia inicial especificada, se a le agrega la letra R después de la clase. Sólo se definen valores de resistencia inicial a 30 R y asd 40 R.

Cemento portland blanco Es un cemento que casi tiene las mismas características del cemento gris, con la diferencia de que durante su proceso de fabricación se eliminan el óxido de hierro y el manganeso, lo que lo hace ser más caro. Se usa principalmente en fachadas arquitectónicas, concretos prefabricados, concreto reforzado con fibra de vidrio, plafones con yeso, mortero para ladrillos y concreto decorativo, lechadas o morteros blancos coloridos. Cementos hidráulicos adicionados (mezclados y compuestos) Los materiales principales de estos cementos portland, escoria granulada de alto horno, ceniza volante, humo de sílice, arcilla calcinada, puzolanas naturales y artificiales, y cal hidratada entre otros. Se usan en obras donde se requiere un bajo calor de hidratación, desarrollo lento de la resistencia, menor permeabilidad y mayor durabilidad, adicionados con un 80% de escoria en México, le agrega otros beneficios al concreto para usarse en presas y en agua con sulfatos. Se fabrican también cementos modificados con escorias y puzolanas, cuyos contenidos son entre un 25-35% las primeras y del 15-30 % con puzolanas.

2.1.3. Métodos de fabricación del cemento Fabricación, usos, manejo y presentación Respecto a su fabricación, dependiendo de la tecnología y el equipo de cada país, se elabora el cemento a partir de un proceso seco y un proceso húmedo. Los materiales básicos son: uno calcáreo (piedra caliza, conchas, greda o marga); y otro arcilloso (sílice, arcilla, pizarra, escoria de alto horno). En ocasiones estos materiales se encuentran en depósitos naturales. Esta materia prima, mezcladas y molidas con cierta finura, se fusionan y calcinan a temperaturas, entre 1400 °C y 1500 °C, en grandes hornos giratorios que pueden llegar a medir más de 200 m de longitud y 5.50 m de diámetro. El material resultante es el clinker, el cual una vez frio y nuevamente molido con un tamaño aproximado de partículas de 45 micrómetros, se adiciona con sulfato de calcio o yeso, (3%-5%) para controlar el fraguado, dando como resultado el cemento portland comercial. Es importante mencionar que durante la calcinación del clinker, el óxido de calcio (cal) se combina, a través de una reacción química con los otros materiales, dando lugar a los cuatro componentes fundamentales que constituyen el 90% del peso del cemento, cuyas fórmulas químicas y abreviaturas se representan en la tabla 2.7. Tabla 2.7. Compuestos principales del cemento portland. COMPUESTO FÓRMULA QUÍMICA Silicato tricálcico 3CaOSiO2 Silicato dicálcico 2CaOSiO2 Aluminato tricálcico 3CaOAl2O3 Aluminoferrito tetracálcico 4CaOAl2O3Fe2O3 Fuente: kosmatka (2004).

ABREVIATURA C3S C2S C3A C4AF

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El silicato tricálcico (C3S) es de hidratación rápida y responsable en gran medida del fraguado inicial y la resistencia temprana, esta resistencia temprana del concreto de cemento portland, aumenta en proporción al porcentaje de C3S, generalmente durante el primer mes. El silicato dicálcico (C2S) es de endurecimiento e hidratación lenta, lo cual implica en el incremento de la resistencia del concreto a edades mayores a una semana. Su fracción al 50% puede ser a los 180 días. La característica del aluminato tricálcico (C 3A) es que libera grandes cantidades de calor en los primeros días de hidratación y endurecimiento, contribuyendo en cierta medida al desarrollo de la resistencia temprana. Aquí la cantidad de yeso es importante para controlar la velocidad de hidratación ya que sin este material, el C3A fraguaría rápidamente provocando fisuras en el concreto. En bajas cantidades este compuesto le da resistencia a los concretos en presencia de suelos y aguas sulfatadas. El control de la temperatura del clinker para su manufactura o envase es una de las funciones del (C4AF) aluminato tetracálcico. También posee características de hidratación rápida y en poco contribuye a la resistencia del concreto; además, los hidratos del C 4AF son responsables en gran medida del color del cemento. Tocante a los usos, por la diversa variedad de cementos disponibles, es importante distinguir entre los de uso general y los de uso especial. La diferencia está en función de la resistencia mecánica desarrollada a la durabilidad que presenta cada uno con respecto al tiempo y los diferentes agentes agresivos del medio ambiente. Económicamente, será más recomendable optar por un cemento de uso general, a reserva de que por los requerimientos del cálculo estructural o por un proceso constructivo específico en el manejo del concreto, se requiera de un cemento de uso especial. Por lo anterior, la norma NMX-C-414-ONNCCE-2004 nos aconseja utilizar siempre que se pueda, un cemento de uso general como los cementos CPP, CPO y CPC, con la clase resistente requerida. Dentro de las razones que nos da para elegir cementos con características especiales, nos señala: La resistencia a sulfatos del terreno, agua de mar o a otros medios agresivos. La reactividad de los agregados con los álcalis del cemento. Obras masivas de concreto donde la temperatura pueda ocasionar agrietamientos por cambios térmicos. El color (blanco) del concreto. Agrega además, que las propiedades y el comportamiento del concreto dependen en gran medida del cemento, por lo que la elección del tipo más adecuado en cada caso, tiene una influencia muy importante en los aspectos técnicos y económicos de la fabricación y uso del concreto. En cuanto al manejo y presentación, el Manual técnico de construcción HOLCIM-APASCO, nos da las siguientes recomendaciones generales: Se debe usar en la obra un cemento cuya marca o fabricante respalde un proceso de fabricación, muestreo, evaluación, y envasado de acuerdo a la Norma Mexicana NMX-C-414ONNCCE-2004. El cemento debe llegar a la obra debidamente empacado y etiquetado de fábrica y permanecer así hasta su utilización (Norma Mexicana NOM-050-SCFI-2004). El contenido neto del cemento es de 50 kg es aceptable una variación de +/- 0.60 kg (Norma Mexicana NMX-002-SCFI). No es aceptable, ni aun para uso no estructural, el cemento que tenga más de tres meses almacenado a pesar de las medidas tomadas, a menos que pase por una verificación de calidad en una prueba de laboratorio. Si se acepta su utilización, el cemento no debe 14

contener piedras o grumos originados por fraguados parciales debido a la antigüedad o a la humedad. Es aconsejable tener almacenado el cemento en obra por lote o remisión, a fin de identificarlo de acuerdo a la calidad obtenida en los muestreos y pruebas. Si es rechazado, debe ser retirado inmediatamente de la obra. El lugar de almacenamiento debe cumplir con las condiciones de seguridad que propicien la inalterabilidad del cemento. Esto es, debe estar colocado a una altura suficiente del suelo (1015 cm) sobre un entarimado, para evitar el contacto con la humedad; el techo debe ser impermeable; debe estar separado de los muros y apilado a una altura no mayor a 1.50 m (de 8 a 10 bultos por pila). Para transportar el cemento por bultos, no se aceptan pilas mayores de 8. Es aceptable que el cemento se encuentre almacenado a la intemperie, pero sólo la cantidad programada para utilizarse durante la jornada de trabajo; debe estar cubierto si hay riesgo de lluvia y sobre una base lejos de la humedad.

2.1.4. Características y propiedades de los componentes del concreto Componentes básicos De manera esquemática, podemos observar la estructura interna del concreto simple o sea sus componentes básicos. *Aditivos

Cemento Hidráulico

Agua

concreto Grava

Arena

*Fibras

*Aire

Figura 2.1 Componentes del concreto. *Estos componentes pueden ser adicionados a la mezcla básica, dependiendo de las características que se le quieran imprimir al concreto con base en su resistencia, durabilidad y economía. En algunas ocasiones este esquema básico de componentes se puede simplificar más, desde el punto de vista de su participación dentro de una mezcla de 1 m3. Por un lado, generalmente la pasta está compuesta de cemento portland y agua, más un pequeño porcentaje de aire atrapado de manera natural (2%-3%), y constituye entre el 25% y 40% del volumen total del concreto, lógicamente el resto, entre el 60% y el 75%, lo conforman los agregados pétreos. Cabe mencionar que los aditivos y las fibras son materiales que se pueden incorporar en cantidades que vienen especificadas por el fabricante. Cemento portland o hidráulicos El cemento portland o hidráulico es un material finamente pulverizado llamado clinker, proveniente de materias primas diversas que contienen cal, alúmina, fierro y sílice en proporciones establecidas 15

para lograr las características deseables. Se le llama hidráulico porque tiene la propiedad de reaccionar en presencia de agua, para formar una pasta aglutinante. Algunas propiedades físicas del cemento Las especificaciones del cemento limitan las propiedades físicas de acuerdo con el tipo de cemento. Como principales propiedades tenemos: La finura es una propiedad de los cementos que tiene que ver con el desarrollo de la resistencia y con el desarrollo de calor. La densidad del cemento es una propiedad que se obtiene en los laboratorios de las empresas fabricantes, dependiendo del tipo de cemento, sus valores están entre 2.9 y 3.2 grs/cm3. Para determinar el tiempo de fraguado y la estabilidad volumétrica de la pasta, se presenta en los cementos otra propiedad conocida como consistencia. En el concreto endurecido se puede observar un cambio en su volumen, generalmente después del fraguado, tiene relación también con el proceso de hidratación del cemento. A esta propiedad se le conoce como estabilidad volumétrica. Otra propiedad de los cementos es el tiempo de fraguado, o sea, es el paso de la pasta del estado fluido a un estado sólido. El calor de hidratación es otra propiedad del cemento donde interviene su composición química, la finura y la temperatura de curado. Se conoce que la resistencia de un mortero o concreto depende de factores tales como la cohesión de la pasta, su adhesión a las partículas de los agregados y en cierto grado de la resistencia del agregado mismo. Esta propiedad se le conoce como resistencia del cemento. La masa unitaria o densidad aparente del cemento es otra de sus propiedades definida por la masa de sus partículas más el aire entre dichas partículas por unidad de volumen. Esta masa unitaria depende del manejo y almacenamiento del cemento. Si el cemento está suelto, puede pesar sólo 830 kg/m3, si está consolidado, ya sea por vibración u otro medio, el mismo cemento puede pesar hasta 1650 kg/m3. Normatividad para los cementos La Norma Mexicana NMX-C-414-ONNCCE-2004 establece las especificaciones y métodos de prueba aplicables a los diversos tipos de cemento hidráulico de fabricación nacional o extranjera que se destinen a los consumidores en México. NMX-C-059-ONNCCE Determinación del tiempo de fraguado. NMX-C-061-ONNCCE Determinación de la resistencia a la compresión. NMX-C-062-ONNCCE Determinación de la sanidad. NMX-C-031-ONNCCE Determinación del análisis químico de cementos hidráulicos. NMX-C-151-ONNCCE Determinación del calor de hidratación. NMX-C-180-ONNCCE Determinación de la reacción álcali-agregados. NMX-C-185-ONNCCE Determinación de la expansión potencial debida a la acción de los sulfatos. NMX-C-273-ONNCCE Determinación de la actividad puzolánica de las adiciones cemento portland ordinario. NMX-C-418-ONNCCE Cambio de longitud de morteros con cemento hidráulico expuesto a una solución de sulfato de sodio. NOM-002-SCFI Contenido neto (expansión por ataque de sulfatos). NOM-030-SCFI Declaración de la cantidad en la etiqueta. NOM-050-SCFI Disposiciones generales para productos. 16

Agregados para concreto Los agregados para el concreto son materiales granulares resistentes con contenido mineral, la gran mayoría se encuentran en estado natural, aunque puede haber otros procesados o artificiales. Estos materiales al mezclarse con un cementante o aglutinante hidráulico dan como resultado concreto o mortero. Dentro de los minerales más comunes contenidos en los agregados podemos encontrar cuarzo, feldespato, mica, calcita, dolomita, arcilla, entre otros. Neville y Brooks, 2010 señalan que la calidad del agregado es de suma importancia ya que le corresponden, aproximadamente, tres cuartas partes del volumen del concreto, sino que sus propiedades pueden afectar enormemente su durabilidad y desempeño. El peso unitario es una de las características importantes del concreto, pues indica algunas propiedades que influyen en el empleo que se le da. Al respecto, kosmatka (2004) señalan que los agregados fino y grueso ocupan cerca del 60% al 75% del volumen del concreto (70% al 80% de la masa) e influyen fuertemente en las propiedades, tanto en estado fresco como endurecido, en las proporciones de la mezcla y en la economía del concreto. Tocante este último aspecto Neville y Brooks, (2010) comentan, desde el punto de vista económico, es ventajosos emplear una mezcla con el mayor contenido posible de agregado y al menor posible de cemento, aunque el costo debe balancearse con las propiedades deseadas del concreto en estado fresco y endurecido. Dentro de las propiedades del concreto, ya sea fresco o endurecido, influyen también, el buen manejo y el almacenamiento adecuado de dichos agregados. B. Mather y C. Ozyildirim, (2002) indican que el manejo erróneo o excesivo y el almacenamiento inadecuado del agregado procesado puede dar lugar a uno o a los tres problemas principales que pueden afectar las propiedades de las mezclas de concreto. Enseguida señalan que tales problemas son, en primer lugar, la segregación, la cual destruye la uniformidad de la granulometría; en segundo término la contaminación y, finalmente, el de la uniformidad y estabilidad de la humedad de los agregados. Como vemos, el conocimiento de las características y propiedades de los agregados pétreos, tiene grandes influencias en la producción de concretos y morteros resistentes, durables y económicos. Así mismo, se debe considerar que algunos agregados pueden contener, tanto interna, como externamente, algunos elementos inconvenientes como sulfuros, polvos finos o pizarras en descomposición latente, los cuales al reaccionar con otros componentes del concreto, fresco o endurecido, afectan su estructura interna y su durabilidad. Clasificación de los agregados Generalmente, no existe un criterio unificado para una clasificación de los agregados pétreos, a juicio personal, considero adecuada la clasificación que hace el ing. Gerardo A. Rivera L. Clasificación según su procedencia. Agregados naturales: Son los que provienen de la explotación de fuentes naturales. Se originan a través de los procesos de intemperismo, abrasión y erosión, o mediante la trituración mecánica de rocas ígneas, sedimentarias o metamórficas. Comúnmente, estos materiales se encuentran es lechos de ríos, lagos o incluso en el mar; también se localizan en minas, bancos de cantera o roca y en depósitos glaciares. Agregados artificiales: Se obtienen a partir de productos y procesos industriales. Se encuentran dentro de este tipo las arcillas expansivas, escorias de alto horno, clinker, limadura de hierro, entre otros. Su densidad puede ser mayor o menor respecto a los agregados naturales.

17

En la actualidad, se están usando estos materiales en concretos ligeros y ultra ligeros producidos con arcilla y pizarra expandida en países como Alemania y España (arcilla expandida llamada comercialmente arlita). Clasificación según su densidad Depende de la masa por unidad de volumen y del volumen de los poros, ya sean agregados naturales o artificiales. Esta distinción es necesaria porque afecta la densidad del concreto (ligero, normal o pesado) que se desea producir como lo indica la tabla 2.8. Tabla 2.8. Clasificación de los agregados según su masa unitaria. TIPO DE CONCRETO

MASA UNITARIA APROX. DE CONC. Kg/m3 500-800

MASA UNITARIA DEL AGREGADO kg/m3 ------

Ligero

950-1350 1450-1950

480-1040

Normal

2250-2450

1300-1600

Pesado

3000-5600

3400-7520

Ultraligero

EJEMPLO DE UTILIZACIÓN

EJEMPLO DE AGREGADO

Concreto para aislamiento.

Piedra pómez agregado ultraligero. Perlita, agregado ultraligero.

Rellenos y mamposterías no estructurales, concreto estructural. Concreto estructural y no estructural. Concreto para protección de rayos gamma, X y contrapesos.

Agregado de rio o triturado. Hematita, barita, coridón y magnetita.

Clasificación según su tamaño Una manera muy general de clasificar los agregados pétreos es por el tamaño de las partículas. La manera como están distribuidas estas partículas en un cuerpo de agregados se llama granulometría. La Norma Mexicana NMX-C-111-ONNCCE-2004, clasifica a los agregados según su tamaño en; agregado fino y agregado grueso. Nos dice que el agregado fino o arena es un material obtenido de manera natural o de la trituración de rocas, escoria volcánica, concreto reciclado o una combinación de estos u otros; que es retenido por la criba 4.75 mm (malla N° 4) y que retiene la criba 0.075 mm (malla N° 200). Al agregado grueso lo define casi de la misma manera, pero la diferencia es que el material debe ser retenido por la criba 4.75 mm (malla N° 4) y que pasa por criba 90 mm (malla N° 3 1/2”). En las siguientes tablas se puede apreciar de mejor manera las especificaciones de dicha norma, respecto al agregado fino y grueso. Tabla 2.9. Requisitos granulométricos del agregado fino. CRIBA DE ABERTURA CUADRADA PORCENTAJE RETENIDO ACUMULADO G 9.5 (3/8”) (9.530 mm) 0 G 4.75 (4”) (4.750 mm) 0a5 M 2.36 (8”) (2.360 mm) 0 a 20 M 1.18 (16”) (1.180 mm) 15 a 50 M 0.600 (30”) (0.590 mm) 40 a 75 M 0.300 (50”) (0.300 mm) 70 a 90 M 0.150 (100”) (0.150 mm) 90 a 98 Charola 100 Fuente: norma NMX-C-111-ONNCCE-2004. 18

Tabla 2.10. Módulo de finura del agregado fino. MALLA No.

PORCENTAJES INDIVIDUALES PORCENTAJES ACUMULADOS RETENIDOS RETENIDOS 4 1 1 8 18 19 16 20 39 30 19 58 50 18 76 100 16 92 Charola 8 0 Totales 100 285 Nota 1. Si el módulo de finura (M. F. = 285/100 = 2.85) varía en más de 0.20 del valor determinado al a seleccionar las proporciones para el concreto, el agregado fino, debe desecharse. Es posible aceptar el uso de este agregado fino sólo si se hacen los ajustes respectivos en las proporciones para compensar esta deficiencia.

Fuente: ASTM E11 Tabla 2.11. Límites máximos de sustancias nocivas en el agregado fino. CONCEPTO Grumos de arcilla y partículas deleznables Materiales finos que pasan la criba F 0.075 (200). En concreto sujeto a abrasión. En otros conceptos. Carbón y lignito. En concreto aparente. En otros concretos.

MÁXIMO % EN MASA DE LA MUESTRA TOTAL. 3.0 3.0 5.0 0.5 1.0

Tabla 2.12. Límites granulométricos del agregado grueso (porcentaje de masa que pasa por los tamices). TAMAÑO NORMAL (mm)

100 (4”)

90 (3 ½”)

75 (3”)

63 (2 ½ ”)

50 (2”)

37.5 (1 1/2 ”)

25.0 (1”)

19.0 (3/4”)

12.5 (1/2”)

9.5 (3/4”)

4.75 (No. 4)

2.36 (No. 8”)

1.18 (No. 16”)

90 A 37.5 (3 ½” a 1 ½ ”)

100

90 a 100

---

25 a 60

---

0 a 15

----

0a5

---

---

---

---

---

63.0 a 37.5 (2 ½ “ a 1 ½ “)

---

---

100

90 a 100

35 a 70

0 a 15

---

0a5

---

---

---

---

---

50.0 a 25.0 (2” a 1”)

---

---

---

100

35 a 70

0 a 15

---

0a5

---

---

---

---

50.0 a 4.75 (2” a No 4)

---

---

---

100

90 a 100 95 a 100

---

35 a 70

---

10 30

---

0a5

---

---

37.5 a 19.0 (1 ½“ a ¾“)

---

---

---

---

100

90 a 100

20 a 55

0 a 15

---

0a5

---

---

---

37.5 a 4.75 (1 ½“ a No 4)

---

---

---

---

100

95 a 100

---

35 70

---

10 30

---

---

a

a

a

0a5

25.0 a 12.5

19

(1” a ½ “)

---

---

---

---

---

100

90 a 100

20 55

a

0 a 10

0a5

---

---

---

25.0 a 9.5 (1” a 3/8”)

---

---

---

---

---

100

90 a 100

40 85

a

10 40

a

0 a 15

0a5

---

---

25.5 a 4.75 (1” a No 4)

---

---

---

---

---

100

95 a 100

---

25 60

a

---

0 a 10

0a5

---

19.0 a 9.5 (3/4” a 3/8”)

---

---

---

---

---

---

100

90 a 100

20 55

a

0 a 15

0a5

---

---

19.0 a 4.75 (3/4” a No 4)

---

---

---

---

---

---

100

90 a 100

----

20 55

a

0 a 10

0a5

---

12.5 a 4.75 (1/2” a No 4)

---

---

---

---

---

---

----

100

90 a 100

40 70

a

0 a 15

0a5

---

9.5 a 2.35 (3/8” a No 4)

---

---

---

---

---

---

---

---

100

85 a 100

10 a 30

0 a 10

0a5

Fuente: Norma NMX-C-111-ONNCCE-2004. Tabla 2.13. Límites máximos de sustancias nocivas en el agregado grueso. USO

1M No expuestos a la intemperie: zapatas de cimentación, columnas, vigas y pisos interiores con recubrimiento. 2M Pisos anteriores sin recubrimiento. 3M Expuestas a la intemperie: muros de cimentaciones, muros de retención, pila, muelles y vigas. 4M Sujetas a exposición frecuente de humedad: pavimentos, losas de puentes, autopistas, andadores, patios, pisos de entrada y estructuras marítimas. 5M Expuesto a intemperie: concretos arquitectónicos. 1N Losas sujetas a tránsito abrasivo: puentes, pisos, andenes y pavimentos. Concreto arquitectónico. 2N

TERRONES DE ARCILLA Y PARTÍCULA S DELEZNABL ES 10.0

PARTÍCULAS DE SÍLICE ALTERNADA CON MENOR DE 2.4

SUMA DE LOS CONCEPT OS ANTERIO RES

MATERIAL FINO QUE PASA LA CRIBA F 0.075

CARBÓN Y LIGNITO

PÉRDIDA POR ABRASIÓ N

PÉRDIDA EN LA PRUEBA DE SANIDAD CON SULFATO DE SODIO EN 5 CICLOS

----

----

1.0

1.0

50.0

----

5.0

----

----

1.0

0.5

50.0

----

5.0

8.0

10.0

1.0

0.5

50.0

12.0

5.0

5.0

7.0

1.0

0.5

50.0

12.0

3.0

3.0

5.0

1.0

0.5

50.0

12.0

REGIÓN DE INTEMPERISMO NO APRECIABLES, N ------1.0 0.5

50.0

----

50.0

----

5.0

10.0

----

----

1.0

1.0

20

Otras clases de concreto

Fuente: NMX-C-111-ONNCCE-2004.

Clasificación según su forma y textura superficial La forma de las partículas de agregado puede tener efectos sobre la trabajabilidad (planas y alargadas), la resistencia (redondas) y la durabilidad de los concretos. La textura superficial del agregado influye en la manejabilidad (lisa) y la adherencia (rugosa) entre la pasta y el agregado; lo que a su vez, puede tener efectos sobre la resistencia (en especial a la flexión). Tabla 2.14. Clasificación de las partículas de agregado según su forma. FORMA DESCRIPCIÓN EJEMPLO Redondeadas Totalmente desgastada por el agua o Grava de rio o playa. completamente limada por frotamiento. Arena del desierto o playa. Irregular Irregularidad natural o parcialmente limitada Otras gravas, pedernal del suelo por frotamiento y con orillas redondas. o de excavación. Escamosa Material de espesor pequeño en relación con Roca caminada. las otras dimensiones. Angular De orillas definidas formadas en la Roca triturada de todo tipo, intersección de caras más o menos planas. escoria triturada. Alongadas Material angular con longitud Roca triturada de todo tipo, considerablemente mayor a las otras escoria triturada. dimensiones. La clasificación de las partículas de agregado según su textura superficial es en base a la superficie pulida o mate, suave o áspera. La textura depende de la dureza, tamaño de grano y no poroso de la roca original. Tabla 2.15. Clasificación de las partículas del agregado según su textura superficial. TEXTURA CARACTERÍSTICAS EJEMPLO Vítrea Fractura concoidal. Pedernal negro, escoria vítrea. Lisa Desgastada por el agua o lisa por la Gravas, pizarras, mármol, algunas fractura de la roca laminada o de grano. reolitas. Granular Fractura mostrando granos más o menos Arenisca. uniformemente redondeados. Áspera Fractura áspera de roca con granos finos Basalto, felsita, pórfido, caliza. o medianos con cristales no fácilmente visibles. Cristalina Contiene constituyentes cristalinos Granito, grabo, gneis. fácilmente visibles. Aplanada Con poros y cavidades visibles. Pómez, escoria espumosa, arcilla expandida. Propiedades físicas y químicas del agregado 21

El conocimiento de las propiedades físicas y químicas de los agregados es de suma importancia para un diseño de mezclas adecuado, que permita pronosticar lo mejor posible, el comportamiento del concreto fresco y endurecido. Estas propiedades se determinan mediante pruebas de laboratorio, cuyos resultados nos permiten conocer que tanto los materiales pétreos nos pueden garantizar un diseño para un concreto resistente, durable y económico. Se contemplan dentro de las principales propiedades físicas: La granulometría, se refiere a la distribución de los tamaños de las partículas que constituyen una masa de agregados. Se determina a través del análisis granulométrico de la arena y la grava. Normalmente los resultados se representan en una tabla o por medio de una gráfica, donde se dibuja una curva granulométrica. Los tamices y mallas usadas para el agregado fino y grueso son adecuados a la designación de la ASTM y las normas mexicanas. Granulometría fina: Tamiz N° 4, 8, 16, 30, 50, 100 y 200. Granulometría gruesa: Mallas 3/8”, ½”, ¾”, 1”, 1 ½”, 2”, 2 ½”, 3”, 3 ½”. La ASTM considera además las mallas 4”, 4 ½”, 5” y 6” Módulo de finura: es un factor empírico que permite estimar que tan fino o grueso es un material. Está definido como la centésima parte del número que se obtiene al sumar los porcentajes detenidos acumulados en los tamices 150 mm (N° 100), 300 mm (N° 50), 600 mm (N° 30), 1.19 mm (N° 16), 2.38 mm (N° 8) y 4.76 mm (N° 4). Es más recomendable obtener el módulo de finura sólo para el agregado fino, pues el del agregado grueso casi no tiene utilidad en el diseño de mezclas de concreto. Para el agregado grueso se obtiene el tamaño máximo del agregado (TMA). El cual se define como la menor abertura del tamiz que permita el paso de la totalidad del agregado. De manera práctica representa el tamaño de la partícula más grande que tiene el material. Es importante mencionar que no siempre es posible que la distribución granulométrica del agregado cumpla con las especificaciones granulométricas dadas; por lo tanto, se aconseja combinar los agregados disponibles a modo que la granulometría resultante garantice un mínimo de vacíos. Masa volumétrica o masa unitaria. En un agregado, es la masa o el peso necesario para llenar un recipiente con un volumen unitario específico. Se refiere al volumen ocupado por los agregados y por los vacíos entre las partículas de los agregados. Los agregados de peso normal, tienen una masa volumétrica aproximada de 1200 a 1750 kg/m3. La cantidad de vacíos entre las partículas afecta la demanda de pasta en el diseño de mezcla. La determinación de esta masa viene determinada por la norma NMXC-073. Densidad relativa o gravedad específica. También recibe otros nombres como densidad aparente o volumen aparente absoluto. En los agregados es la relación entre su masa y la masa de agua con el mismo volumen absoluto. El dato de esta propiedad de los agregados es útil para cálculos de proporcionamiento y control de mezclas, para conocer el volumen ocupado por agregado (s) en el método de volumen absoluto de diseño de mezclas de concreto (ACI-211). La mayoría de los agregados naturales tiene masa específica relativa entre 2.4 y 2.9, con masa específica correspondiente de las partículas de 2400 a 2900 kg/m3 (Kosmatka, 2004).

22

Absorción y humedad superficial. Estas propiedades se dan en base a que la estructura interna de las partículas de agregado contienen materia solida y vacíos que pueden o no contener agua.

Las condiciones de humedad se representan como: ESTADO

SECADO AL HORNO

SECADO AL AIRE

SATURADO CON SUPERFICIE SECA

HUMEDAD

1

2

3

TOTAL

Ninguna

Menor que la absorción potencial

Igual a la absorción potencial

HÚMEDO

4 Mayor que la absorción potencial

Figura 2.2. Condiciones de humedad de los agregados. 1. Secado al horno: totalmente absorbente. 2. Secado al aire: la superficie de las partículas está seca, pero su interior contiene aaahumedad y, por lo tanto, aun es ligeramente absorbente. 3. Saturado con superficie seca (sss): no absorben ni ceden agua al concreto. 4. Húmedos: contiene un exceso de humedad sobre la superficie (agua libre). Los agregados grueso y fino tienen niveles variables de absorción que van del 0.2% al 4% y del 0.2% al 2% respectivamente. El agua libre o humedad varían del 0.5% al 2% para el agregado grueso y del 2% al 6% para el agregado fino. El desconocimiento de estos porcentajes de humedad y absorción en los agregados, puede alterar las condiciones del concreto, tanto fresco como endurecido; por tanto, dentro del diseño de mezclas se tiene que hacer un ajuste en agua inicial. Existen otras propiedades físicas importantes como la resistencia a la congelación y deshielo, propiedades de humedecimiento y secado, de abrasión y resistencia al derrapamiento, resistencia y contracción, resistencia a ácidos y sustancias corrosivas, entre otras. Para los propósitos de este texto, solo consideramos y explicamos brevemente las relacionadas con las prácticas que se efectúan en el laboratorio. Dentro de las propiedades químicas de los agregados, considero que la más importante es la resistividad álcali-agregado (RAA). Esta reactividad (RAA) se debe a que los agregados contienen ciertos constituyentes que pueden reaccionar con los hidróxidos alcalinos es el concreto, manifestándose principalmente en una expansión en el concreto, en un cambio de color, grietas o fisuras. La RAA se presenta en dos formas: como reacción álcali- sílice (RAS) y como reacción álcali-carbonato (RAC). La primera es más preocupante ya que se considera como una fuente de deterioro potencial del concreto. Dentro de los factores que inciden en la ocurrencia del RAS tenemos: 1. Una forma reactiva de sílice en el agregado. 2. Una solución en el poro altamente alcalina (PH). 3. Humedad suficiente. La ocurrencia del RAL es menos común. 23

De lo anterior, podemos concluir que es de suma importancia una selección adecuada de los agregados pétreos para el concreto; así como también un manejo y almacenamiento acordes con la importancia de la obra o proyecto. Si fuese necesario, darles un beneficio a dichos agregados para incrementar la calidad de los mismos, a través de un tamizado, lavado y triturado complementarios. Normatividad para los agregados Algunas normas relacionadas con el estudio y análisis de los agregados aparecen a continuación. NMX-C-30-ONNCCE-2004 Agregados. Muestreo. NMX-C-71-ONNCCE-2004 Agregados. Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables. NMX-C-72-1997-ONNCCE Agregados. Determinación de partículas ligeras. NMX-C-73-ONNCCE-2004 Agregados para concreto. Masa volumétrica, método de prueba. NMX-C-75-ONNCCE-2006 Agregados. Determinación de la sanidad por medio de sulfato de sodio. NMX-C-76-ONNCCE-2002 Agregados. Efectos de las impurezas orgánicas en los agregados finos. NMX-C-77-1997-ONNCCE Agregados para concreto. Análisis granulométrico, método de prueba. NMX-C-84-ONNCCE-2006 Agregados. Partículas más finas que la criba 0.075 por medio de lavado, método de prueba. NMX-C-88-ONNCCE-1997 Determinación de las impurezas orgánicas en agregado fino. NMX-C-111-ONNCCE-2004 Agregados. Especificaciones. NMX-C-164-ONNCCE-2002 Agregados. Determinación de la masa específica y absorción de agua del agregado grueso. NMX-C-165-ONNCCE-2004 Agregados. Determinación de la masa específica y absorción de agua del agregado fino. NMX-C-166-ONNCCE-2006 Agregados. Contenido total de humedad del secado, método de prueba. NMX-C-170-1997-ONNCCE Agregados. Reducción de muestras del agregado obtenidas en campo, al tamaño requerido por las pruebas. NMX-C-180-ONNCCE-2001 Agregados. Determinación de la reactividad potencial de los agregados con los álcalis del cemento por medio de barras de mortero. NMX-C-196-1984 Agregados. Resistencia a la degradación por abrasión e impacto de agregado grueso usando la máquina de los ángeles, método de prueba. NMX-C-244-1986 Agregado ligero termoaislante para concreto. NMX-C-265-1984 Agregados para concreto. Examen petrográfico, método de prueba. NMX-C-270-1985 Agregados. Resistencia al rayado de las partículas del agregado grueso, método de prueba. NMX-C-271-ONNCCE-1999 Agregado para concreto. Determinación de la reactividad potencial, método químico. NMX-C-282-ONNCCE-2004 Agregados para concreto. Cambio de volumen de combinaciones cemento agregado, método de prueba. NMX-C-299-1987 Agregados ligeros. Especificaciones. NMX-C-305-1980 Agregados para concreto. Descripción de sus componentes minerales naturales. NMX-C-329-ONNCCE-2002 Método de prueba para la determinación de la granulometría de la arena sílice. NMX-C-330-1964 Arena sílice. 24

NMX-C-331-1964 NMX-B-131-1990

Método de prueba para la determinación de sílice en arena de sílice. Cribas de laboratorio para clasificación de materiales granulares. Especificaciones.

Agua para el concreto El agua es un insumo importante dentro de la elaboración de concretos, morteros, lechadas y otras actividades relacionadas a dicho proceso, razón por la cual, este líquido debe mantener hasta donde sea posible, sus características naturales, inodora, incolora e insípida. Aunque normalmente se piensa que el agua tiene o cumple dos funciones dentro de la elaboración del concreto, ya sea para la elaboración de la mezcla y para el curado del concreto endurecido, también nos sirve ocasionalmente para lavar los agregados; humedecer el piso o la cimbra (si fuese madera) sobre la que va a depositarse el concreto, y además para lavar las herramientas y el equipo utilizado. En relación con su empleo en el concreto el agua tiene dos diferentes aplicaciones: como ingrediente en la elaboración de las mezclas y como medio de curado de los elementos estructurales recién construidos. Puede decirse que el agua tiene un uso interno y externo a la vez. Normalmente, en las especificaciones para concreto se hace referencia a los requisitos que debe cumplir el agua para elaborar concreto, porque sus efectos son más importantes respecto a los que puede ocasionar el agua par el curado. Dentro del concreto convencional, el agua representa entre el 10% y el 25% del volumen del concreto recién mezclado, dependiendo del tamaño máximo del agregado, de la finura del cemento y de la arena y del revenimiento requerido. Generalmente, la calidad del agua de mezclado se relaciona íntimamente con el comportamiento y las propiedades del concreto, pues cualquier sustancia dañina que contenga, aun mínima, representa efectos adversos en el concreto. Dentro de las sustancias e impurezas cuya presencia es relativamente frecuente encontramos algunas sales inorgánicas (cloruros y sulfatos) sólidos en suspensión, materia orgánica, carbonatos y bicarbonatos alcalinos, cuya presencia puede determinarse a través del análisis del agua y proponer ciertos límites para poder usarse en las mezclas de concreto. También el agua puede contener otras sustancias más prejudiciales como son grasas, aceites, azucares y ácidos, cuya presencia en el agua es signo de contaminación, por lo tanto el agua con alguna (s) de esta sustancias se desecha. Enseguida, se presenta una tabla con límites máximos tolerables de algunas sustancias comunes en el agua. Tabal 2.16. Valores característicos y límites máximos tolerables de las sales e impurezas. SALES E IMPUREZAS CEMENTOS RICOS EN CALCIO CEMENTO LÍMITES EN P. P. M. SULFORESISTENTES Sólidos en suspensión En aguas naturales (limos y 2000 2000 arcillas) En aguas recicladas (finos de 50000 35000 cemento y agregados ) Cloruros como CL (a) Para concreto con acero de 400(c) 600 (c) preesfuerzo y piezas de puentes. Para otros concreto 700 (c) 1000 (c) preesforzados en ambientes húmedos o en contacto con 25

metales como aluminio. Fierro galvanizado y otros similares. Sulfatos como SO4 = (a) 3000 3500 Magnesio como Mg (a) 100 150 Carbonatos como CO3 600 600 Dióxido de carbono disuelto, 5 3 como CO2 Álcalis totales como NA 300 450 Total de impurezas en solución 3500 4000 Grasas o aceites 0 0 Materia orgánica (oxígeno 150 (b) 150 (b) consumido en ácido medio) Valor del PH No menor de 6.0 No menor de 6.5 Nota 1: Las aguas que exceden los limites para cloruros, sulfatos y magnesios, pueden emplearse si se aaaaaademuestra que la concentración calculada de estos compuestos en el agua total de la mezcla, aaaaaaincluyendo el agua de absorción de los agregados o otros orígenes, no exceden dichos límites. Fuente: NMX-C-122-ONNCCE-2004. Recomendaciones: Sólo en casos excepcionales, cuando no se tenga la posibilidad de efectuar el análisis de calidad de agua, o aún después de haber realizado las pruebas y cuyos resultados no hayan sido satisfactorios y que por circunstancias económicas sea incosteable o muy impactante en los costos directos de obra, se puede usar agua de otra fuente que sea aprobada después del muestreo. Las pruebas se deben realizar usando cilindros de concreto elaborados de la misma manera, con los mismo insumos, las mismas características (agregados, cemento, proporcionamiento, proceso de mezclado, curado, etc.) con los tipos de agua: la de referencia debe ser potable y la de dudosa calidad, propuesta para su uso. Los resultados de estas pruebas se comparan entre sí. La resistencia obtenida en los cilindros de concreto fabricados con el agua dudosa no debe ser menor que el 90% de la resistencia obtenida con los otros cilindros de concreto fabricado con el agua potable. Se sugiere complementar la información sobre este tema, consultando las Normas Mexicanas. NMX-C-122-ONNCCE-2004 Agua para concreto. NMX-C-277-1979 Agua para concreto. Muestreo. NMX-C-289-1982 Agua para concreto análisis. Aditivos para concreto Generalidades Sabemos que el concreto hidráulico normal tiene como componentes básicos al cemento, el agua, agregado fino y agregado grueso, cualquier otro ingrediente incluido en su elaboración, literalmente hablando, puede ser considerado como un aditivo. Sin embargo, en la práctica del concreto hidráulico convencional, no se consideran como aditivos a las puzolanas y las escorias cuando son parte del cemento portland, ni tampoco las fibras de refuerzo utilizadas en los concretos especiales. Nevill y Brooks, (2010) citan al respecto que los términos aditivo e ingrediente suelen usarse como sinónimos, aunque en el estricto sentido de la palabra aditivo se refiere a una sustancia que se 26

añade durante la fabricación del cemento, mientras que ingrediente es una adición en la etapa de mezclado. Por otro lado, el Comité ACI 116 nos dice que un aditivo es un material distinto del agua, los agregados, el cemento hidráulico y las fibras de refuerzo, que se utilizan como ingrediente del mortero o del concreto, y que se añade a la revoltura inmediatamente antes o durante el mezclado. En base a estas definiciones, podemos considerar que un aditivo es un material que se incorpora de manera individual al concreto, es decir, que se puede ejercer control al dosificarlo y agregarlo antes o durante el mezclado, considerando a las puzolanas y a las escorias también como aditivos si se adicionan en base a lo antes descrito. De esto pudiera pensarse que tal vez es más cuestión de forma ya que cualitativamente sus efectos pudieran ser los mismos si se adicionan mezclados con un cemento. Generalmente podemos decir que los aditivos para concreto y el mortero son utilizados con el propósito fundamental de modificar, a conveniencia del usuario, el comportamiento del concreto en estado fresco e inducir o mejorar determinadas propiedades en el concreto endurecido. Uso de aditivos El comportamiento y las propiedades del concreto hidráulico, tanto en estado fresco como endurecido, pueden ser influidos y modificados por diversos factores intrínsecos y extrínsecos. Los primeros podemos relacionarlos con las características y propiedades de los componentes y las cantidades en que estos se suministran para elaborar el concreto. En cuanto a los extrínsecos, se pueden considerar principalmente las condiciones ambientales prevalecientes durante la elaboración y colocación del concreto, las prácticas constructivas empleadas en el proceso desde su elaboración hasta el curado, y las condiciones de exposición y servicio a las que se someterá la estructura durante su vida útil. Dentro de estos factores, hay algunos que pueden ser maniobrados por el usuario del concreto pero otros no, por ejemplo, los aspectos relativos a la composición del concreto y a las prácticas constructivas se pueden ajustar y adaptar a voluntad, en cambio los que corresponden al medio ambiente y a las condiciones exposición y servicio, están comúnmente fuera del control del usuario. Como vemos, tanto los factores intrínsecos como extrínsecos están íntimamente relacionados con la selección y uso de componentes idóneos en el concreto combinados en proporciones adecuadas, y con el empleo de equipos. Prácticamente, el uso de aditivos representa una opción, cuando por otros medios no se alcanza a producir los efectos requeridos, en función de las condiciones externas presentes o futuras, debiendo considerar los aditivos más como un medio complementario que como un sustituto. Desde esta óptica el Comité ACI 212 menciona que los aditivos suelen emplearse en la elaboración de concretos, morteros o mezclas de inyección, no sólo para modificar sus propiedades en los estados fresco y endurecido, sino también por economía para ahorrar energía y porque hay casos que el uso de un aditivo puede ser el único medio factible para obtener el resultado requerido, citando como ejemplos la defensa contra la congelación y el deshielo, el retardo o la aceleración en el tiempo de fraguado y la obtención de muy alta resistencia. En base a lo anterior este Comité hace una clasificación de los aditivos de acuerdo con su función principal en el concreto. Tabla 2.17. Clasificación de aditivos con su función principal. TIPO DE ADITIVO EFECTOS DESEADOS EN EL CONCRETO Acelerantes Aceleran el desarrollo de la resistencia. Inclusores de aire Usualmente mejoran la manejabilidad. 27

Disminuyen el sangrado. Inducen control de los efectos por congelación y deshielo. Reductores de agua y controladores de fraguado (A) Reductor de agua simple Disminuyen el contenido de agua. (B) Retardantes Inducen un retardo controlado sobre el tiempo de fraguado. C) Retardantes y reductores de agua Induce retardo en el tiempo de fraguado de agua. Reducción en el contenido de agua. (D) Acelerantes y reductores de agua Acelera el desarrollo de resistencia. Reducción en el contenido de agua. (E ) Reductores de agua de alto rango Reduce radicalmente el contenido de (plastificantes) agua. Puede incrementar el revenimiento sin incremento de agua. Incrementa la fluidez de la mezcla. (F) Reductores de agua de alto rango y Marcada reducción del contenido de retardantes agua. Incrementa la fluidez de la mezcla. Minerales finamente divididos Mejora la resistencia contra el ataque de sulfatos. Reduce la permeabilidad. En algunos casos controla la reacción álcali-agregados. Produce disminución del calor de hidratación. Diversos - Formadores de gas Para producir concretos celulares. -

Para mezclas de inyección

-

Para control de expansión Adhesivos integrales

-

Auxiliares de bombeo Repelentes de humedad

- Reductores de permeabilidad Fuente: NMX-C-146-ONNCCE-2000.

Induce estabilidad, reduce la contracción de la mezcla. Regula la expansión. Aumenta la adherencia del concreto nuevo con endurecido. Incrementa la cohesión y viscosidad de la mezcla. Reduce la velocidad de penetración de agua en el concreto. Reduce la permeabilidad.

En el mismo tenor, el IMCYC, (2004) señala: El tema de los aditivos es basto, como lo son los aportes y beneficios que brinda al concreto. Un aditivo se puede definir como un producto químico que se agrega a la mezcla de concreto en cantidades no mayores al 5% por masa de cemento, con el propósito de realizar una 28

modificación o modificaciones específicas a las propiedades normales del concreto. Generalmente los aditivos se clasifican comúnmente por su función en el concreto, o con frecuencia por alguna acción adicional. La clasificación de la norma ASTM-C-494 sobre los tipos de aditivos es la siguiente: A) Reductores de agua. B) Retardadores. C) Acelerantes. D) Reductores de agua y acelerantes retardadores. E) Reductores de agua de alto rango o superfluidificantes. F) Reductores de agua de alto rango y retardantes o superfluidificantes y retardantes. Los superfluidificantes son reductores de agua, pero significativamente son más eficaces que los tipos A, D o E, y suelen ser distintos en su naturaleza. Por su parte, Nevill y Brooks, (2010) hacen una clasificación de los aditivos, señalando algunos de sus componentes y usos generales. Mencionan que los ingredientes químicos se pueden clasificar en Aceleradores, Retardadores de fraguado, Reductores de agua (plastificadores) y Superplastificadores, y dentro de otros ingredientes y aditivos señalan a los aditivos MINERALES, ingredientes para adherencia e ingredientes repelentes al agua. Los aceleradores contienen productos químicos como carbonato de sodio (para fraguado instantáneo en concreto lanzado), cloruro de aluminio, carbonato de potasio, fluoruro de sodio, aluminato de sodio, sales férricas y cloruro de calcio que es el más común de los aceleradores. Se usa en colados en bajas temperaturas (2°C a 4°C), no debe usarse en cementos con alto contenido de alúmina. Se usa del 1 al 2 % y en cantidades mayores puede causar un fraguado instantáneo, también reduce la resistencia del cemento al ataque de sulfatos en mezclas pobres; aumenta la reacción álcaliagregado y la contracción y el flujo plástico; menor resistencia del concreto con aire a la congelación y deshielo; aumenta la resistencia a la abrasión y erosión del concreto. Respecto a los retardadores de fraguado señalan que son inhibidores de corrosión por su contenido de nitritos solubles, benzoatos y cromatos, adición de azúcar, derivados de carbohidratos, sales de zinc solubles, boratos solubles que también son retardadores de agua. El 0.05 % de azúcar por masa de cemento retrasa el fraguado en aproximadamente cuatro horas, reduce la resistencia inicial y la hace a largo plazo, tienden a incrementar la contracción plástica pero no afecta la contracción por secado. De los reductores de agua plastificadores nos dicen que logran aumentar la resistencia al disminuir la relación agua/cemento; al reducir el contenido de cemento, reducen el calor de hidratación en la masa del concreto; al hacerse más plásticos también aumentan la facilidad de colado por su mayor fluidez. La disminución real en el agua de la mezcla depende del contenido de cemento, del tipo de agregado, de la puzolana y del agente de aire de arrastre, si es que están presentes. Los ingredientes del tipo ácido de hidroxilato carboxílico pueden aumentar la exudación en concreto de alta viabilidad pero, por otro lado, los de tipo ácido lignosulfónico mejoran la cohesibidad porque arrastran aire. Con relación a los superplastificadores reductores de agua de alto rango mencionan que por la relación agua/cemento bajas pueden producir concreto de alta resistencia de hasta 100 Mpa a 28 días, que curados a vapor o en autoclave pueden superar dicha resistencia. También tiene como característica que no arrastran grandes cantidades de aire; pueden reducir el agua de 25% a 35% respecto a un reductor de agua convencional. Por su gran plasticidad se usan para reducir concreto fluido en lugares inaccesibles (pisos o pavimentos) o en colados muy rápidos. 29

Dentro de los contenidos químicos presentes en estos ingredientes figuran el sulfonato de melanina formaldehido o sulfato de naptalina formaldehido, componentes que le dan la característica de fluidez sin exudación excesiva ni segregación una de las características de estos aditivos es que su costo es elevado. Recomendaciones para el uso de aditivos. El Manual Técnico de Construcción, (2008) hace las recomendaciones siguientes: El uso de cualquier aditivo debe considerarse siempre en función de la economía que traen al sistema. Los aditivos no son una respuesta mágica a los problemas del concreto derivados del mal diseño o mala práctica. Todo el concreto, incluyendo al que se añadan aditivos, tiene que ser preparado, manejado, colocado, acabado y curado siguiendo los lineamientos generalmente aceptados como buena práctica. En algunos casos el empleo de aditivos puede ser la única forma de proporcionar al concreto comportamientos, características o propiedades determinadas, sin embargo, en otras ocasiones es posible obtenerlos mediante la selección correcta y el uso de algún tipo de cemento o agregado, a fin de utilizar los aditivos únicamente cuando sea estrictamente necesario. Si se emplea un inclusor de aire se debe procurar que no exceda el 6 % de aire con respecto a la masa del concreto para evitar reducciones considerables en la resistencia del mismo. Al utilizar aditivos adhesivos a membranas de curado, es recomendable aplicarlos sobre superficies libres de pequeños elementos sueltos del mismo concreto, madera, etc., para asegurar que los efectos de estos productos se cumplan. Cuando se use un aditivo expansor es conveniente cuidar que la cimbra se encuentre totalmente cerrada y rígida para evitar sobre expansiones que reduzcan la resistencia del concreto endurecido. Los adhesivos base polímeros (p. e. látex) no se deben utilizar para unir elementos de concreto que tengan una función estructural; para este caso se recomienda el uso de adhesivos epóxicos. Si se emplea un aditivo por primera ocasión, es conveniente consultar al fabricante respecto a los usos adecuados, dosificación, requisitos para su uso eficiente, almacenamiento apropiado, caducidad, etc. Así mismo, es recomendable que se realicen pruebas previas antes de utilizarlo para verificar la efectividad y la dosificación correcta. El empleo de algunos aditivos (como los acelerantes) exige cuidados posteriores a su aplicación, por lo que se recomienda observar y monitorear el comportamiento del concreto, una vez aplicado el producto. La utilización de aditivos significa un costo extra en el precio unitario del concreto, por lo que debe considerarse en la elaboración del presupuesto original. Es importante programar la utilización de los aditivos a fin de almacenarlos el menor tiempo posibles, ya que esta circunstancia puede modificar sus propiedades. Los aditivos deben almacenarse en lugares frescos y secos, bajo techo y libres de humedad. Se tiene que cuidar minuciosamente la dosificación de los aditivos, ya que una sobredosificación puede causar efectos no deseados. Es posible y permisible tener varios tipos de aditivos actuando en una misma mezcla de concreto, siempre y cuando no provoquen efectos contrarios entre sí, por ejemplo, no añadir un aditivo acelerante junto con un retardante. 30

Debido a que la cantidad de aditivo que se suministra al concreto debe ser precisa, la dosificación debe hacerse en recipientes cuya capacidad esté perfectamente calibrada. Tanto los aditivos en presentación líquida como sólida deben conservarse en los empaques originales durante su almacenamiento y antes de su aplicación. Los aditivos se integrarán al concreto en estado líquido diluyéndose previamente con el agua para la mezcla. Los aditivos en polvo se combinarán con el cemento antes de mezclarlo con el resto de los materiales. En algunos casos, según el tipo de aditivo, el contacto directo con la piel puede ser dañino, por lo que se recomienda tomar las medidas de precaución y seguridad adecuadas para su manejo. Para mayor información y complementación sobre este tema se sugiere consultar las siguientes normas mexicanas: NMX-C-81-1981 NMX-C-90-1978 NMX-C-117-1978 NMX-C-140-1978 NMX-C-237-1985 NMX-C-241-1985 NMX-C-255-ONNCCE2006

Aditivos para concreto. Muestreo. Método de prueba para aditivos expansores y estabilizadores de volumen. Aditivos estabilizadores de volumen del concreto. Aditivos expansores de concreto. Determinación de la adherencia de los sistemas de resinas epóxicas empleadas en el concreto. Sistemas de adhesivos a base de resinas epóxicas para concreto. Industria de la construcción-aditivos químicos para concretoespecificaciones, muestreo y métodos de ensaye.

Fibras El concreto elaborado con cemento portland presenta ciertas características, dentro de las que destacan: o Relativamente resistente a esfuerzos de compresión. o Frágil en cuanto esfuerzos de tensión y flexión. Esta debilidad del concreto normalmente se supera con el uso de un refuerzo que normalmente es varilla en cualquiera de sus dimensiones y, en algunas ocasiones incluyéndole un volumen suficiente de fibras. Cuando agregamos fibras al concreto se incrementa en forma importante su tenacidad; es decir, el concreto reforzado con fibras es capaz de soportar cargas bajo flexiones o deformaciones mayores a aquellas en las cuales aparece el primer agrietamiento en la matriz. Las fibras que se emplean en la elaboración de concreto son elaboradas de diversos materiales, entre los que se incluyen: acero, polipropileno, vidrio y materiales naturales (celulosa de madera, yute, palma de coco, etc.) y están disponibles en una amplia variedad de formas, tamaño y espesor; pueden ser cilíndricas, llanas, onduladas y deformadas con longitud típica de 60 mm a 150 mm y espesor de entre 0.005 mm a 0.75 mm. Dentro de las fibras más comunes tenemos: Fibras de acero. Son alambres rígidos con apariencia de grapas y suficientemente pequeñas para disiparse aleatoriamente en el concreto endurecido usando procedimientos usuales de 31

mezclado. Se surten en pequeños conjuntos denominados peines, integrados por alambre unidos con un pegamento que se disuelve al contacto con el agua. Los volúmenes de fibra de acero usados en concreto normalmente varían de 0.25% al 2%. Cuando se incrementa esta cantidad se puede reducir al trabajabilidad y la dispersión de las fibras, requiriéndose un diseño especial de las mezclas o técnicas especiales de colado. La presencia de las fibras afecta ligeramente la resistencia a compresión. Una adición de 1.5 % en volumen de fibras de acero puede aumentar la resistencia a tracción directa hasta 40% y la resistencia a la flexión hasta 150%; también pueden retardar la fractura del concreto restringido durante la contracción. Las fibras de acero presentan un módulo de elasticidad relativamente alto. Se puede aumentar su adherencia o unión con la matriz de cemento a través del anclaje mecánico o de la rugosidad superficial; así mismo, las fibras están protegidas de la corrosión por la alta alcalinidad del ambiente en la matriz del cemento. Un uso común de las fibras de acero es en pavimentos de aeropuertos y en las capas de revestimiento de las pistas, también se usan en los tableros de puentes, pisos industriales y pavimentos de autopistas. El concreto reforzado con fibras de acero tiene aplicación en el concreto prefabricado, donde se requiera un aumento al impacto de la tenacidad, así como también, es usado en el concreto lanzado, sobre todo en la estabilización de taludes y en el revestimiento de túneles. Fibras sintéticas. Estas fibras son artificiales resultado de la investigación y desarrollo en la industria petroquímica y textil y se presentan en dos formas físicas: la de monofilamentos y las de cintilla de fibrilla. La mayoría de las aplicaciones de las fibras sintéticas están en el nivel de 0.1% por volumen, sobre todo para controlar las grietas dentro de los principales tipos de fibras usadas para el concreto tenemos de polipropileno, acrílico, aramida, carbón, nylon, poliéster y polietileno, entre otras. Fibras de polipropileno. El polipropileno es un polímero de hidrocarburo sintético cuya fibra está hecha con procesos extrusión a través de estiramiento en caliente del material a través de un troquel. Esta naturaleza le hace tener ciertas desventajas, sobre todo las relacionadas con la adherencia con la matriz del cemento, un bajo punto de fusión, alta combustibilidad y un módulo de elasticidad relativamente bajo. Cuando son largas las fibras son difíciles de mezclar debido a su flexibilidad y su tendencia a enrollarse. Las fibras de polipropileno son tenaces pero con baja resistencia a tensión y bajo módulo de elasticidad, aunque presentan una característica plástica de esfuerzo deformación. Estas fibras se han usado hasta con un 12% por volumen, con técnicas de fabricación de empacado manual, pero hay reportes que 0.1% de volúmenes de fibras de 50 mm en el concreto han causado una pérdida de revenimiento de 75 mm. Fibras de acrílico. Han sido usadas para reemplazar la fibra de asbesto en productos de concreto reforzado, lo mismo para reducir los efectos del agrietamiento por contracción plástica. Las fibras de aramida son 2 ½ veces más resistente que las de vidrio y 5 veces más que las de acero, por unidad de masa. Por su costo relativamente alto, el concreto reforzado con estas fibras se ha usado principalmente para reemplazar el asbesto en ciertas aplicaciones de alta resistencia. Las fibras de carbón son fabricadas carbonizando materiales orgánicos adecuados en forma fibrosa a altas temperaturas y luego alineando los cristales de grafito resultantes por medio 32

de estiramiento. Tienen alta resistencia a tensión y alto módulo de elasticidad y una característica quebradiza bajo esfuerzo deformación. Por su alto costo su uso comercial ha sido limitado. Las propiedades de las fibras de nylon son derivadas de una base de polímeros, la adición de diferentes niveles de aditivos, las condiciones de fabricación y las dimensiones de las fibras. El uso de estas fibras da al concreto resistencia al impacto y tenacidad a flexión, igual para sostener e incrementar la capacidad para soportar cargas del concreto después de la primera grieta. Respecto a las fibras de poliéster están disponibles en forma de monofilamentos, sirven para controlar el agrietamiento por contracción plástica en el concreto. Las fibras de polietileno también se presentan en forma de monofilamentos con deformaciones superficiales parecidas a verrugas, en forma de pulpa puede sustituir a las fibras de asbesto. En contenidos de entre 2 y 4% por volumen, exhibe un comportamiento de flexión lineal bajo cargas de flexión hasta la primera grieta. Fibras de vidrio. En sus primeros usos se descubrió que estas fibras eran reactivas a álcalis, demostrado por un deteriorado rápido en los productos que eran usados. El vidrio resistente a los álcalis con un 16% de circona fue desarrollado a partir de 1960 y otros más resistentes a partir de los años 70 y 80 con incrementos más altos de circona. La fibra de vidrio resistente a los álcalis se usa en la fabricación de productos de cemento reforzado con vidrio para diversas aplicaciones. Esta fibra está disponible en longitudes continuas o en trozos. Se utilizan longitudes de fibra de hasta 35 mm para rociado y las de 25 mm en premezclado. Tiene alta resistencia a tensión y alto módulo de elasticidad, pero es quebradiza en esfuerzo deformación y poca fluencia a temperatura ambiente. Otros de los usos que tienen estas fibras es el reemplazo de fibras de asbesto en hojas planas, tubos y en variados productos prefabricados. La aplicación de los diferentes tipos de fibra depende del diseñador o constructor, y son generalmente para aprovechar las propiedades mecánicas del concreto fabricado con este producto. Para el uso de las fibras minerales se debe apoyar en la Norma Mexicana NMX-C-125-ONNCCE-2010

2.1.5. Propiedades y características de concretos especiales Derivado de la continua investigación científica y tecnológica, se han introducido al mercado nuevos productos que se pueden incorporar a las mezclas de concreto, ya sea para imprimirles mayor resistencia y durabilidad, y en otros casos hacerlos más económicos. Esto ha dado lugar a los llamados “concretos especiales”, dentro de los cuales se pueden citar los siguientes: Concreto ligero estructural. Ligeros aislantes y de resistencia moderada. Concreto celular de autoclave. Concreto de densidad elevada. Concreto translucido. Suelo-cemento. Concreto blanco y concreto coloreado. Concreto masivo. Concreto con agregado precolado. Concreto lanzado. Concreto sin revenimiento. Concreto compactado con rodillos. 33

Concreto de contracción compensada. Concreto con polímeros. Para mayor información sobre los concretos especiales, consultar el capítulo 18 Kosmatka, (2004) y capítulo 20, Neville y Brooks, (1998). Concreto lanzado El concreto lanzado surgió en Estados Unidos, el primer uso del concreto lanzado consistió en un recubrimiento. Fue por esto que el estadounidense Carl E. Akeley inventó en 1907, su máquina de lanzar morteros, utilizada para recubrir la deteriorada fachada del Field Columbian Museum of Natural Science de Chicago, y para forrar esqueletos metálicos de animales prehistóricos. (Bracamontes, 2002). El aparato conocido como “Cemen-gun”, funcionaba bajo el principio de las dos cámaras. Este sistema consiste en introducir la mezcla seca en la tubería de impulsión a través de dos cámaras presurizadas alternativamente, que permitían proyectar un mortero de cemento y de agregados finos, adicionándole el agua en la boquilla por medio de un anillo distribuidor para humedecer la mezcla antes de consolidarla sobre la superficie. El concreto lanzado es, según el ACI 506 R, “un mortero o concreto transportado por algún medio, vía húmeda o vía seca, a través de una manguera y lanzado neumáticamente a una gran velocidad contra una superficie”; es en sí simplemente un sistema de colocación del concreto. Según el tamaño máximo del agregado en la mezcla, hablamos de mortero lanzado hasta 8 mm, y de concreto lanzado entre 8 y 25 mm. Este concreto está compuesto de lo mismo que un concreto común, agregados (arena, grava), agua, cemento y en ocasiones aditivos y/o fibras; estos deben cumplir con las mismas características y propiedades que para un concreto común. Existen dos técnicas de colocación del concreto; vía húmeda y vía seca. Los dos procedimientos se distinguen por el método de elaboración de la mezcla y el equipo mecánico utilizado durante la aplicación. En el caso del procedimiento de proyección por vía seca, se conoce como mezcla en seco y consta de una mezcla de agregados secos o naturalmente húmedos y cemento, a la que se añade el agua necesaria directamente en la boquilla de lanzado a través de un anillo de distribución. En cambio, por vía húmeda se utiliza una mezcla que ya contiene el agua necesaria, añadiéndole aire comprimido a la salida de la boquilla para proporcionarle la energía necesaria de lanzado. Tabla 2.18. Comparación entre procesos vía seca y vía húmeda. FACTOR PROCESO DE VÍA SECA Equipo  Menor inversión en maquinaria y equipo.  Mantenimiento relativamente simple.  Velocidad de proyección alta (80100 m/s).  Se puede utilizar en robots. Mezclado

 En el sitio de trabajo o en una planta de mezclado.  El premezclado de los ingredientes

      

PROCESO DE VÍA HÚMEDA Menor cantidad de equipo en el sitio de trabajo. Menor desgaste en mangueras y boquillas. Menor consumo de aire. Menor velocidad de proyección (60-70 m/s). Se puede utilizar en robots. Mezclado en una planta premezcladora. Se puede utilizar arena húmeda. 34

 



Colocación

  

Rebote



 

secos puede ser usado pero no puede dejarse sin protección en ambientes húmedos. No puede utilizarse arena húmeda. Control instantáneo sobre el agua y la consistencia de la mezcla, en la boquilla, para ajustarse ante variaciones sobre la superficie de aplicación en la obra. Mayor facilidad para colocar mezclas conteniendo agregados ligeros, materiales refractarios y concretos con requerimiento de resistencias tempranas. Rara vez se pueden colocar más de 5 m3/h. Puede transportarse a mayores distancias horizontales 150 m. Se simplifican las operaciones de inicio y término, con un mínimo de pérdida y mayor flexibilidad de colocación. Puede oscilar entre 15-40% sobre superficie vertical y 20-50% sobre cabeza. Rebote muy alto de fibras metálicas (hasta un 50 %). Pérdida de agregados que dificulta el control sobre el diseño de mezcla, por lo que generalmente se coloca un exceso de cemento. Económico para aplicaciones de poco volumen.

Economía



Calidad

 Mayor resistencia por la baja relación agua/cemento.  Menor homogeneidad, debido a que la cantidad de agua es regulada por el operador.  No recomendado para la aplicación de fibras metálicas.

Velocidad de impacto

 Mayor.  Mejor adhesión.  Más fácil de usar en la posición

 El agua de mezclado es controlada en la elaboración de la mezcla y medida con exactitud. El lanzador no puede ajustar la medida de agua.  Mezclas más homogéneas por el adecuado mezclado de los ingredientes.  Mayor capacidad de producción.

 Mayor que máquinas similares entre 2 y 10 m3/hr.  Mayor que 20 m3/hr con el equipo de mayor capacidad.  Distancia máxima de transporte vertical 60 m.

 Menor rebote, con un adecuado diseño de mezclas que puede ser menor al 10%.  Muy poca pérdida de agregado.  Rebote de fibras muy bajo.

 El costo del m3 colocado es mucho menor, por lo cual se tienen significativos ahorros en aplicaciones de grandes volúmenes.  Relación agua/cemento menor por el empleo de aditivos superfluidificantes.  El empleo de nuevas tecnologías de aditivos permite ajustar la mezcla a las necesidades de la obra.  Ideal para aplicarse con fibras.  Generalmente adecuada para trabajos de túneles y minería. 35

Aditivos

sobre cabeza.  Polvos incorporados antes introducirlos en la máquina.  Líquidos en la boquilla.

de

 Gran cantidad de polvo, puede reducirse con un prehumedecimiento (método semihúmedo). FUENTE: Bracamontes, 2002. Polvos

 Se puede utilizar una gran variedad de aditivos en la elaboración de la mezcla, pero los acelerantes se adicionan generalmente en forma líquida en la boquilla.  Reduce formación de polvo.  Mejor visibilidad.

El concreto lanzado con un diseño de mezclas adecuado y aplicado correctamente es, generalmente, un material sólido, durable y con excelentes propiedades de adherencia a diversos materiales, entre los que se cuentan el concreto, la mampostería, la roca y el acero, entre otros. Tiene alta resistencia a la compresión, a los cambios climáticos y diversos ataques a sustancias químicas, así como una baja absorción y buena resistencia a la abrasión y el fuego. Las propiedades de un concreto o mortero lanzado, casi siempre son superiores o similares a las mezclas convencionales con la misma composición, y algunas de ellas son: a) El tamaño máximo de agregado del concreto lanzado es de 3/8 de pulgada (20 mm). b) La relación agua/cemento es generalmente baja 0.4 y la resistencia cuando es colocado adecuadamente es mayor. c) Requiere una mayor cantidad de cemento, entre 300 a 500 kg/m3. d) Los valores habituales de la resistencia a compresión están entre 200 kg/cm2 y 480 kg/cm2 (20 y 48 Mpa). e) El módulo de elasticidad de la mezcla proyectada, fluctúa normalmente entre 17 x 103 a 41 x 103 Mpa, de forma similar al concreto tradicional. f) La contracción por secado varía de acuerdo con las proporciones de la mezcla, pero está generalmente ubicada entre 0.06% y 0.1%. Aunque para que estas propiedades y comportamiento del concreto lanzado sean adecuadas dependen enormemente de las condiciones de colocación, el tipo de equipo utilizado, la limpieza del área, la experiencia y capacidad de personal, por tanto, un concreto lanzado, aun el mejor elaborado, puede presentar problemas cuando se aplica en una superficie no durable, que vibre o inadecuadamente preparada. Otro factor muy importante es la velocidad del aire sobre todo en la vía seca. Esta velocidad equivale a la compactación. La capacidad del aire debe ajustarse de acuerdo con el equipo utilizado, altitud, distancia de la superficie y la pérdida de aire por longitud de la manguera, peso unitario del material, curvas y fugas de la misma y de los equipos, así como otros factores que pueden reducir la presión, el volumen del aire en la máquina como la altura de la boquilla con respecto al equipo. Como regla general la presión operativa no debe de ser menor de 175 Kpa cuando se utilizan 30 metros o menos de manguera y la presión debe incrementarse 35 Kpa por cada 15 metros adicionales de manguera y 35 Kpa por cada 8 metros de altura de la boquilla sobre el equipo, y, como último factor, pero no menos importante esta el curado del concreto, el cual tiene un papel muy importante en este concreto como en el concreto tradicional, pues de este depende que el concreto tenga un funcionamiento adecuado y una vida útil mayor y de mejor calidad. (Bracamontes, 2002). 36

2.2. Morteros 2.2.1. Introducción Sin lugar a dudas, los morteros forman parte de los materiales de construcción que se han venido utilizando desde la más remota antigüedad, habiendo seguido la evolución de los conocimientos empíricos, sobre todo, de los científicos, tecnológico y técnicos a través del tiempo, tanto en lo referente a los componentes (conglomerantes y aditivos) como en la tecnología de su fabricación y elaboración en obra. Los morteros fueron desde la antigüedad parte importante dentro del hábitat del ser humano, ya sea para la construcción de sus viviendas, de sus templos, de sus centros ceremoniales, de caminos, de puentes, de acueductos, etc., que hoy en día son claros ejemplos de los avanzados conocimientos que esas cultura de la antigüedad tenían sobre algunos materiales de la construcción, cuya fabricación ha experimentado cambios importantes pasando de una elaboración artesanal a una fabricación industrial, utilizando productos de alta calidad y procedimientos industriales disponibles que le permiten garantizar hoy en día morteros de calidad. Según datos históricos, se dice que aún se conservan vestigios de morteros de suelos, muros y techos de viviendas de la ciudad neolítica de Catal Hüyüc en Anatolia, Turquía, ciudad que fue construida hacia el año 6000 a. C. También los griegos del siglo V a. C. lo usaron en la edificación del Partenón y, para el siglo I d. C., usaron los morteros de cal y yeso con adiciones de polvo volcánico para proteger sus construcciones de la agresividad del mar. En América hace 5000 años aproximadamente, aparece en el norte de Chile las primeras obras de piedra unidas por un conglomerante hidráulico, procedente de la calcinación de algas, las cuales formaban las paredes de las chozas utilizadas por los indígenas. Se piensa que también en Perú la civilización Inca de esos tiempos ya usaba el mortero. En México civilizaciones como la olmeca, los mayas, los toltecas, los teotihuacanos y los aztecas entre otros, también hicieron uso de morteros para la construcción de sus ciudades, mostrando hasta hoy los conocimientos que tenían para el manejo de la cal viva y el polvo de algunas rocas para elaborar morteros. En nuestro estado de Oaxaca en grandes construcciones como las de Monte Alban, Mitla y Yagul, por citar algunas, construidas casi al inicio de la era cristiana se puede observar que como las culturas mixteca y zapoteca ya tenían avanzados conocimientos sobre los morteros. A partir del siglo XVIII y con la primera patente del cemento portland en 1824 por Joseph Aspdin, da inicio de aglutinantes hidráulicos que fueron sustituyendo parcialmente a la cal para la fabricación de mortero. Martínez (2010). Cabe mencionar que un poco antes en 1818 Vicat realizo una serie de investigaciones que describían el comportamiento hidráulico de las mezclas de caliza y arcilla, cuyo sistema de fabricación sigue aún vigente. Para finales del siglo antes mencionado se perfecciona el proceso de fabricación que a la postre desencadeno la fabricación de los actuales cementos portland, material íntimamente ligado a la producción de los morteros actuales. La tecnificación del material en el siglo XX, produce desde las últimas décadas un desplazamiento de los morteros hecho in situ a favor de los morteros industriales. Conviene señalar que los productos o materiales utilizados en la fabricación de morteros, así como el conocimiento de los fenómenos físico-químicos que tienen lugar y de los procesos tecnológicos, han influido en el avance de la industria de los morteros dando lugar a los morteros producidos en fábrica (industriales), ya sea los preparados parcialmente (morteros secos) o totalmente (morteros húmedos). Esta actividad el mismo tiempo ha desarrollado, conjuntamente a la del cemento, la

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industria de la cal, el yeso, los aditivos y las fibras, poniendo a disposición del usuario de los morteros una gran variedad de productos Definiciones. Mortero. Es un material formado por un cementante hidráulico, finamente pulverizado, que al agregarle agua y arena, tiene la propiedad de fraguar, tanto en el aire como en el agua y formar una masa endurecida que adquiere resistencia mecánica con el paso del tiempo hasta un punto máximo (NMX – C -021 – ONNCCE 2010), (IMCYC, 2011). El Manual Técnico de Construcción (2008) define al mortero como una mezcla de agregado fino, generalmente arena y uno o varios aglutinantes, al mezclarse con el agua forman un material plástico con propiedades ligantes y adhesivas que al fraguar adquieren dureza y características de resistencia determinada, de acuerdo a la proporción especificada.

2.2.2. Propiedades y características Componentes de los morteros Por su variedad de uso, el mortero es uno de los materiales de uso más frecuente en el ámbito de la construcción. Al igual que el concreto, el mortero puede también considerarse como un sistema cuyos componentes principales son: un aglutinante (s), agregado fino, agua y en algunas ocasiones aditivos y fibras. Estos componentes, aparte de conformar una estructura física, cumplen con una función, dependiendo de sus características y propiedades particulares, las cuales a la vez, a través de reacciones químicas, térmicas o físicas, mantiene una serie de interacciones, entre sus elementos, entre sus elementos y el mortero como tal, y entre los elementos y el medio, logrando con esto que el mortero en su conjunto, como sistema abierto, cumpla con su objetivo. El conocimiento de las características y propiedades de los componentes de este sistema, de las características y las propiedades de los materiales sobre los que se va aplicar, el tipo de obra, el ambiente, entre otros, son de suma importancia antes de proceder a diseñar el mortero. Dentro de los aglomerantes que más uso tienen para la dosificación de morteros tenemos: el cemento portland, el cemento de albañilería, la cal aérea, la cal hidratada, el yeso, entre otros. Respecto del cemento portland, ya en la primera unidad se hizo un breve comentario sobre algunas de sus propiedades y características más importantes acordes con la norma NMX-C-414ONNCCE-2004. Cemento de albañilería o mortero. En la norma NMX-C-021-ONNCCE-2004 se establece las especificaciones y métodos de prueba que debe cumplir este tipo de cementante; también hace referencia sobre sus aplicaciones como: aplanado, junteo de bloques, tabiques, tabicones, repellados, trabajos decorativos, etc. Dice enseguida, que el cemento de albañilería o mortero, es un material finamente pulverizado que puede contener uno o más de los materiales siguientes: clinker portland, cualquier tipo de cemento especificado en la norma NMX-C-414-ONNCCE-2004, piedra caliza, arcilla, puzolana, escoria granulada de alto horno, ceniza volante y yeso. Además otros productos que están normatizados por la norma mexicana NMX – C – 133 – SCFI (NMX-C-021-ONNCCE-2004). Con respecto a las propiedades del cemento de albañilería o mortero, son las mismas que se señalan en la norma NMX-C-414-ONNCCE: resistencia a la compresión (C-061), tiempo de fraguado (C-059), sanidad (C-062), análisis químico (C-131), calor de hidratación (C-151), reactividad potencial (C-180), expansión potencial (C-185), actividad hidráulica (C-273), cambio de longitud (C-418), cantidad en la etiqueta (NOM-030-SCFI), contenido neto (NOM-002-SCFI) y disposiciones generales para productos (NOM-050-SCFI).

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Dentro de la misma norma también se señalan como características especiales de los cementos: la resistencia al ataque de sulfatos, la baja reactividad álcali agregado, el bajo calor de hidratación y el color blanco. La cal es otro aglomerante importante a la cual Cementos Mexicanos (CEMEX) la define como el químico natural indispensable en la preparación de morteros para albañilería. Países desarrollados especifican el uso obligatorio de la cal a los morteros en zonas sísmicas por sus características únicas de adherencia y resistencia a tensiones diagonales. La Asociación Nacional de Fabricante de Cal (ANFACAL) define a la cal como un producto básico que resulta de la calcinación de piedra caliza (CO3Ca) o carbonato de calcio, proceso del que se obtiene la cal viva (CaO) u óxido de calcio, el cual después de apagarse con agua, se convierte en cal hidratada (Ca(OH)2) hidróxido de calcio, y esta se puede utilizar en innumerables aplicaciones de diversas áreas: industria, construcción, agricultura, rellenos sanitarios, tratamientos de aguas y lodos, alimentación y muchas otras. Otros organismos nacionales como la Coordinación General de Minería (2005) señalan que la cal es el producto que se obtiene calcinando la piedra caliza por debajo de la temperatura de descomposición del óxido de calcio. En este estado se denomina cal viva (óxido de calcio) y se apaga sometiéndola al tratamiento de agua, se le llama cal apagada (hidróxido de calcio). Este mismo organismo nos señala tres variedades comerciales de la cal. Cal viva. Material obtenido de la calcinación de la caliza que al disponer anhídrido carbónico, se transforma en óxido de calcio, la cal viva debe ser capaz de combinarse con el agua, para transformarse de óxido a hidróxido y una vez apagada (hidratada) se aplique en la construcción , principalmente en la elaboración del mortero de albañilería. Cal hidratada. Es la especie química de hidróxido de calcio, la cual es una base fuerte formada por el metal, calcio unido a dos grupos hidróxidos. El óxido de calcio al combinarse con el agua se transforma en hidróxido de de calcio. Cal hidráulica. Cal compuesta principalmente de hidróxido de calcio, sílica (S 1O2) y alúmina (AL2O3) o mezclas sintéticas de composición similar que tiene la propiedad de fraguar y endurecer incluso bajo el agua. La cal está regulada por la Norma NMX-C-003-ONNCCE-1996. La única especificación para morteros de cal, considera como cementante hidráulico se da en la norma NOM-C-61-1976. Grupo Calhidra (2011). La gravedad específica de la cal es de 2.72 a 2.94, con dureza en la escala de Mohs de 3.0 a 3.5 un peso específico de 3.08 a 3.30, un PH de 12.5 y una temperatura de calcinación de la cal viva de 880 a 900 °C. Alonso y Martínez (2001). La dureza de la cal depende de las impurezas de la caliza utilizada, y al ser un material poroso esto influye en su densidad, que también depende de la temperatura de la calcinación, a mayor temperatura menor porosidad y mayor densidad. Las calizas que contienen entre un 15% y 30% de materia arcillosa producen cales altamente hidráulicas (cales cementicias). El yeso es otro de los aglomerantes importantes de la industria de la construcción, es un sulfato de calcio deshidratado (CaSO42H2O), que se presenta en cristales tabulares exfoliables en láminas, generalmente incoloros. Tiene una dureza de 2 en la escala de Mohs y una gravedad específica de 2.32. Su color varía de blanco a blanco grisáceo y en ocasiones en tonalidades de amarillo rojizo, castaño, azul grisáceo y rosa debido a las impurezas; es y plástico a altas temperaturas de calcinación pierde toda el agua. Coordinación General de Minería (2006). Este material es resistente al fuego, no es abrasivo, tiene baja temperatura de calcinación (400-500 °C), funciona como agente oxidante, de acabado en construcción y como removedor de 39

espuma, también mejora la estructura o condiciones físicas del suelo (estabilizador). Es comercializado en base a su necesidad de agua, resistencia, color blanco, tiempo de fraguado, y las cualidades estrechamente controladas de expansión y contracción. La Normatividad Mexicana para el yeso en la construcción es: NMX-C-011-1974 Yeso calcinado para la construcción. NMX-C-013-1978 Paneles d yeso para muros divisorios, plafones y protección contra incendio. NMX-C-074-1974 Terminología de la industria del yeso. NMX-C-168-1977 Placas o bloques de yeso para muros interiores. NMX-C-174-1977 Placas de yeso para plafones. NMX-C-188-1974 Determinación de las propiedades físicas del yeso y productos derivados. El consumo de yeso en México es casi en su totalidad para la industria de la construcción; el crecimiento de la demanda esta correlacionado con esta y los principales usos que se le da es para productos prefabricados que incluyen paneles, hojas, plafones y artículos similares y la industria del cemento. Con respecto a los otros componentes del concreto como son la arena, el agua, los aditivos y las fibras, estos ya fueron explicados en la unidad anterior. La diferencia que puede haber en cuanto al agregado fino es que para el caso de los morteros el máximo permisible de finos en la cantidad de arena es hasta el 10%, en el concreto es del 5%. Propiedades y características Sabemos de manera general, que las características de los objetos pueden observarse por los más superficiales o notables de este, en cambio las propiedades son un poco más complicadas de observar, se refieren a los atributos o cualidades más esenciales de una cosa u objeto, por ejemplo en el mortero, una característica seria la trabajabilidad y una propiedad haría referencia a la resistencia. Propiedades de los morteros Los morteros de albañilería poseen dos grupos de propiedades, unas para morteros en estado fresco y otros en estado endurecido. Las propiedades plásticas determinan la adaptación de un mortero en la construcción (trabajabilidad y retención de agua). Las propiedades del mortero endurecido ayudan a determinar el comportamiento de elemento terminado, ya sea mampostería, muro, aplanado, etcétera; e incluye características como la adherencia, durabilidad, elasticidad y resistencia a la compresión. En la tabla 2.19 se presentan las características y propiedades de los morteros, tanto en estado fresco como en estado endurecido. Tabla 2.19. Características y propiedades de los morteros en estado fresco y endurecido. MORTERO PROPIEDADES EN CARACTERÍSTICAS PROPIEDADES EN CARACTERÍSTIC ESTADO FRESCO EN ESTADO ESTADO AS EN ESTADO FRESCO ENDURECIDO ENDURECIDO DE CEMENTO -Adherencia -Trabajabilidad -Resistencia alta -Retracción PORTLAND, -Bajo -Costo -Durabilidad -Color más gris ARENA Y AGUA rendimiento -Fluidez -Bajo rendimiento -Dureza -Retención de -Bajo -Impermeabilidad -Adherencia agua rendimiento alta -Textura fina -Corto tiempo de -Adherencia corta -Poca elasticidad fraguado -Plasticidad -Color DE CEMENTO DE -Retención de -Fluidez -Resistencia media -Textura regular ALBAÑILERÍA, agua moderada -Plasticidad -Impermeabilidad -Color 40

ARENA Y AGUA

-Fácil preparación -Rendimiento alto -Tiempo de fraguado moderado. DE CAL CON -Rendimiento ARENA Y alto CEMENTO -Consistencia PORTLAND -Retención de agua moderada

-Fácil preparado moderada -Trabajabilidad -Adherencia -Variedad de aplicaciones

-Trabajabilidad media -Fluidez -Retención de agua alta -Fácil aplicación DE CAL CON -Rendimiento -Retención de ARENA Y AGUA muy alto agua -Durabilidad -Maleabilidad -Largo tiempo de -Economía fraguado -Plasticidad -Cualidades -Rendimiento desinfectantes alto -Consistencia -Adherencia -Bajo desperdicio DE YESO CON -Retención de -Retención de AGUA agua elevada agua elevada -Fácil de moldear -Maleabilidad -Fraguado rápido -Plasticidad corta -Económico -Fluidez DE YESO CON -Moldeable CAL, ARENA Y -Fraguado rápido AGUA

-Dureza -Apariencia

-Porosidad -Térmico -Permeabilidad -Resistencia media -Adherencia

-Textura regular -Dureza -Rendimiento medio -Apariencia

-Resistencia baja -Porosidad alta -Térmico

-Color blanco -Textura fina -Grosor -Rendimiento alto

-Absorbente -Baja resistencia Resistencia a altas temperaturas -Térmico

-Adherencia -Color blanco -Textura muy fina -Poco rendimiento -muy frágil -Económico -Térmico -Color -Bajo contenido -Resistencia a altas -Textura fina de arena temperaturas -Baja dureza -Poco usual -Baja resistencia a -Sensible a al -Fluidez la humedad humedad -Retención de agua elevada

Fuente: Elaboración propia

2.2.3. Clasificación de los morteros Históricamente, la cal se emplea desde la antigüedad en sorprendentes construcciones internacionalmente conocidas por su solidez y resistencia a lo largo del tiempo como la Vía Apia, las pirámides de Egipto, la muralla china y el coliseo romano o las pirámides de Teotihuacán , las del área maya o las antiguas construcciones toltecas. Después de muchos siglos en que los morteros de cal fueron los únicos presentes en la construcción, se dejaron de utilizar entre otras causas, por la complicada elaboración a pie de obra. Esta elaboración era manual y peligrosa pues con el apagado de la cal se daba una reacción 41

exotérmica con temperaturas de casi 150° c. Era un proceso artesanal y, por lo tanto lento y complicado que no podía competir con el vertigiloso ritmo que se imponía en la construcción, cada vez mas tecnificada y ajustada en cortes, Bedolla (2009). La cal apagada de manera artesanal, ha sido la preferida para su uso en el campo de la restauración de monumentos para los trabajos de conservación, adicionándole materia orgánica vegetal y animal, mejorando en estos morteros sus propiedades mecánicas y su durabilidad con respecto al tiempo. Dentro de la restauración de monumentos se recomienda el uso de materiales lo más parecidos posible, tanto en composición como las propiedades, con los materiales receptores del mortero. El uso de los morteros es muy común en la edificación, dentro de los procesos productivos de mampostería y acabados, compuestos por áridos diversos como arena de rio, de mina, volcánicos, triturados, artificiales etcétera. Usando cementantes, tanto hidráulicos como aéreos: cemento portland, mortero de albañilería, cal, yeso, asfalto, cenizas volcánicas puzolánicas, cola entre otros, incorporándole ocasionalmente aditivos naturales o artificiales para mejorar su comportamiento mecánico y plástico en la restauración de monumentos. El manual técnico de construcción (2008) hace la siguiente clasificación de morteros.  Por los materiales que lo forman: Mortero: mortero maestro holcim apasco arena. Mortero: cemento CPC 30R holcim apasco arena.  Por su resistencia: Alta: igual o mayor a los 60kg/cm2. Se usa para muros de carga y cimentaciones de piedra. Media: desde 45 a 60 kg/cm2. se usa en muros divisorios de tabique rojo recocido, tabicón o block. Baja: igual o menor a 45kg/cm2. Se usa para aplanados y trabajos de albañilería. Los morteros se pueden clasificar también según el tipo de aglomerante y según los usos o aplicaciones, aunque otra seria por el tipo de fraguado. Morteros según su aglomerado: De cemento portland, arena y agua. De cemento de albañilería, arena y agua. De cemento portland, cal, arena y agua (morteros mixtos)(Ec. volumen de cemento es igual al volumen de cal) De cal hidratada, arena y agua. De yeso, 4% de cemento en volumen. De yeso con cal, arena y agua (mortero mixto). De cemento con bajo contenido de cal (5-15%) arena y agua (morteros bastardos). El mortero bastardo o mixto es el compuesto por cemento, cal y arena, que combina las cualidades del cemento y la cal. Si en la mezcla se pone más cemento que cal se hace más consistente, y si la cantidad de cal es mayor será más flexible. (NMX-C-021-1981). Romero y Castillo (2008) hacen la siguiente clasificación de los morteros. Morteros según sus usos y aplicaciones: Para albañilería, cerramientos y pega de ladrillos. Para revestimientos. Monocapa. De reparación. Autonivelantes. De relleno tipo Grouts. 42

De composición. Hechos en obra. Predosificados. Estabilizadores. Seco.

2.2.4. Dosificación de morteros En el ámbito de la construcción, el mortero es uno de los materiales de uso más frecuente por sus variados usos que tiene. Al igual que el concreto, el mortero también puede considerarse como un sistema compuesto por un aglutinante, agregado fino, agua, y de acuerdo a las condiciones ambientales, de uso, de resistencia, principalmente, usar aditivos ya sean naturales o industriales. El conocimiento de las características y propiedades de los componentes principales, las características de la obra a realizar, el acabado y naturaleza de la superficie sobre la que se va a aplicar el mortero, el ambiente, entre otros, son de suma importancia antes de proceder a diseñar y dosificar un mortero. El tipo de conglomerante ya sea cemento portland o de albañilería, cal hidratada o yeso o la combinación de algunos de ellos, además algunas de las características como el modulo de finura de la arena, su peso volumétrico, su absorción y humedad, su densidad, el agua adecuada y la selección del aditivo requerido, conjuntamente con el conocimiento de las superficies sobre las cuales se va a aplicar el mortero y el terminado requerido para la superficie, son factores determinantes que darán como resultado un mortero de calidad adecuado con la resistencia, la durabilidad, la trabajabilidad y la economía necesarias. Al igual que en el diseño de mezclas de concreto por el método de volúmenes absolutos del ACI 211.1, para obtener las proporciones de las mezclas de mortero, con las características deseadas y con el conocimiento de las propiedades de los materiales disponibles, se prepara una mezcla de prueba en el laboratorio basados en las proporciones iniciales determinadas, apoyadas en el siguientes orden: 1.- Selección de la fluidez, acorde con la norma NMX-C-144-ONNCCE-2002. 2.- Determinar la resistencia de dosificación. 3.- Selección de la relación agua/material cementante. 4.- Estimación del contenido de material cementante. 5.- Calculo de la cantidad de agua. 6.-Calculo del contenido de agregado fino. 7.- Calculo de las proporciones iniciales. 8.- Primera mezcla de prueba. Ajuste por humedad y absorción del agregado. 9.- Ajustes a la mezcla de prueba. De manera más práctica, los diferentes productores de cemento de albañilería proponen las siguientes dosificaciones para morteros. Tabla 2.20. Dosificaciones para mortero de albañilería. MORTERO PLANTILLAS MAMPOSTEO MUROS GUARNICIÓN APLANADOS PARA Y PISOS ESPECIALES Mortero de 1 1 1 1 1 albañilería Agua 2 1 4/5 1¾ 1½ 1 Arena 6 5 4 3 2 Fuente: Cemento Moctezuma. 43

La dosificación es por volumen en botes de 19 litros. Tablas de dosificación. Tabla 2.21. Proporcionamiento recomendado para cal hidratada. MEZCLA PARA CAL BOTES DE BOTES DE CEMENTO ARENA GRAVA Terraplenes Suelo-cemento ------------húmedos con cal Cimientos, 25 kg 5 ----1 palada firmes, muros, enladrillado Aplanados 25 kg 4 --------exteriores Losas de 6.5 kg 4 8 50 kg entrepiso y techos Piso de tránsito 25 kg 8 2 50 kg ligero 7-10 cm Pisos de tránsito 25 kg 4 8 50 kg pesado 10- 12 cm Fuente: Grupo Calhidra. Tabla 2.22. Dosificación recomendada para morteros de albañilería USOS CEMENTO (BULTO) ARENA (BOTES) GRAVA (BOTES) Pisos, firmes y 1 2½ 4½ banquetas Guarniciones 1 2 4 Junteo de tabique, 1 6 ----azulejos, mosaicos, celosías Mampostería y 1 7 ----aplanados Plantillas 1 5 ----Aplanados especiales 1 2 ----de alta resistencia Fuente: Cementos Cruz Azul Para morteros con cemento – arena, los cuales tienen poco uso, normalmente las proporciones que se manejan son: Proporciones en volumen cemento- arena 1:2 y 1:3 utilizados normalmente para juntear celosías de barro, ladrillo refractario y en ocasiones azulejo y loseta. Respecto a los morteros de yeso, el proporcionamiento depende del uso que se le vaya a dar, la dosificación es básicamente artesanal y va en función de la finura del yeso, sus usos son variados y pueden ser para aplanados interiores, figuras (rosetones) y otras figuras ornamentales, y molduras en interiores. Otras dosificaciones para morteros. Tablas 2.23. Dosificaciones para morteros para fabricación de 1m3 de mezcla. 44

DOSIFICACIÓN 1a4 1a5 1a6

MORTERO: MORTERO-ARENA MORTERO (TON) ARENA (m3) 0.300 1.150 0.260 1.200 0.225 1.240

AGUA (m3) 0.290 0.285 0.280

DOSIFICACIÓN 1a2 1a3 1a4 1a5 1a6

MORTERO: CEMENTO-ARENA MORTERO (TON) ARENA (m3) 0.600 1.000 0.510 1.050 0.430 1.100 0.360 1.150 0.300 1.170

AGUA (m3) 0.275 0.272 0.266 0.261 0.257

MORTERO: MORTERO-ARENA DOSIFICACIÓN MORTERO (BOTES) ARENA (BOTES) 1a4 1 4 1a5 1 5 1a6 1 6 1a7 1 7 1a8 1 8 Fuente: Manual Técnico de Construcción (2008) Tabla 2.24. Proporciones por tipo de mortero. TIPO DE PARTES DE PARTES DE MORTERO CEMENTO CEMENTO DE PORTLAND ALBAÑILERÍA I 1 0 1 0-1/2 II 1 0 1 ½-1 III 1 0

PARTES DE CAL

PARTES DE ARENA

0-1/4 0 ¼-½ 0 ½-1¼

No menos de 2.5 ni más de 4 veces la suma de cemento en volumen.

AGUA (m3) 0.290 0.285 0.280 0.275 0.270

RESISTENCIA MIN MPa (kg/cm2) 12.5 (127) 7.5 (76) 4.0 (41)

NOTA: Partes en volumen; medido en estado seco y suelto, Fuente: SCT en su N-CMT-201/-004/02. Para complementar esta unidad se sugiere consultar las siguientes normas mexicanas: NMX-C-021-ONNCCE-2004 Industria de la construcción- Cemento para albañilería (mortero)Especificaciones y métodos de prueba. NMX-C-049-ONNCCE Industria de la construcción-Método de prueba para la determinación de la finura de cementantes hidráulicos mediante el tamiz No. 130M. NMX-057-ONNCCE Industria de la construcción–Cementantes hidráulicos-Determinación de la consistencia normal. MNX-059-ONNCCE Industria de la construcción-Determinación del tiempo de fraguado de cementantes hidráulicos (Método de Vicat). NMX-C-061-Industria de la construcción-Determinación de la resistencia a la compresión de cementantes hidráulicos. 45

NMX-C-062-ONNCCE Industria de la construcción-Método de prueba para determinar la sanidad de cementantes hidráulicos. NMX-C-085-ONNCCE Industria de la construcción-Cementos hidráulicos-Método estándar para el mezclado de pastas y morteros de cementantes hidráulicos. NMX-C-133-SCFI Industria de la construcción–Cemento-Coadyuvantes de molienda empleados en la elaboración de cementos hidráulicos. NMX-C-144-ONNCCE Industria de la construcción-Cementos hidráulicos-Requisitos para el aparato usado en la determinación de la fluidez de morteros con cementantes hidráulicos. NMX-C-148-ONNCCE Industria de la construcción-Cementos hidráulicos. Gabinetes y cuartos húmedos y tanques de almacenamiento para el curado de especímenes de mortero y concreto de cementantes hidráulicos. NMX C-152-ONNCCE Industria de la construcción-Cementantes hidráulicos-Método de prueba para la determinación del peso específico de cementantes hidráulicos. NMX-C-329-ONNCCE Industria de la construcción-Cementos hidráulicos-Determinación de la granulometría de la arena de sílice utilizada en la preparación de los morteros de cementantes hidráulicos. NMX-C-414-ONNCCE Industria de la construcción-Cementos hidráulicos-Especificaciones y métodos de verificación.

2.3. Diseño de mezclas 2.3.1. Conceptos fundamentales Criterios básicos de proporcionamiento La secuencia normal de un diseño de mezclas inicia en un laboratorio, donde se realizan las pruebas para obtener las de mejor desempeño para las exigencias del proyecto particular. El procedimiento de proporcionamiento de concreto se basa en la medición del peso de cada uno de los componentes. Después se hacen pequeños ajustes usando dos enfoques principales mediante el balance de los componentes de acuerdo a: 1) un peso supuesto 2) un volumen absoluto. Los primeros son rápidos y sencillos para estimar los proporcionamientos de cada componente del concreto, a partir de un peso supuesto de mezcla por unidad de volumen. Los segundos son más exactos, pues parten de la base de establecer volúmenes absolutos, para cada componente que ocupará en la unidad de volumen de la mezcla. Para esto último, es necesario conocer el peso específico de cada ingrediente. Antes de avanzar conviene definir algunos conceptos usuales en los proporcionamientos de las mezclas. Dado que el contenido de agua, o de saturación de los agregados, afecta su peso, se hace una diferenciación entre los diferentes estados de humedad que pudieran presentar los materiales. 1. Granos secos al horno: Los granos no contienen agua en la superficie ni en los poros. 2. Secos al aire: Las porosidades de los agregados están parcialmente secas, si bien los granos presentan superficies totalmente secas. 3. Granos saturados con superficie seca: Todos los poros están llenos de agua, pero los granos presentan vacíos sin agua. 4. Granos mojados: Los agregados presentan agua libre en todos sus intersticios, además de que ellos contienen agua libre en la superficie. Aquí, es conveniente definir la gravedad especifica, la cual se refiere a la relación entre el peso del material seco al aire dividido por el peso de un volumen igual de agua. Dependiendo de la manera de obtener el peso seco, puede haber dos variantes. 46

I.

Gravedad específica al horno (G´). Es el peso seco obtenido por secado en el horno dividido por el peso de un volumen equivalente de agua. En esta definición el volumen de los poros no se considera como parte del volumen total del agregado. Por ello, el volumen que se emplea solo corresponde a la parte solida de la partícula de agregado. Ec. 1. A

Donde: Ws= Peso de la muestra saturada y superficialmente seca en el aire. Ws´= Peso de la muestra seca al horno. Wh = peso de la muestra saturada en agua. II.

Gravedad especifica cuando el material está saturado pero superficialmente seco (G). Es el peso saturado de una partícula cuya superficie está seca, dividida entre el peso de un volumen equivalente de agua. Si se utiliza esta definición se debe incluir el volumen total representado por la suma de los poros más la parte solida. Ec. 2. A La mayoría de los agregados para concreto presentan valores en el rango de 2.4 y 2.9. Los métodos de ensaye son de acuerdo a las normas AASHTO T85 y AASHTO T84, denominadas “gravedad específica y absorción” para materiales gruesos y finos, respectivamente. Los detalles de formas de ensaye y de cálculos se verán en la práctica de laboratorio correspondiente, pudiéndose consultar también en las normas ASTM o las normas mexicanas ONNCCE. Este parámetro indica el volumen que un peso dado ocupara dentro de la mezcla, así pues, para una mezcla dada, si se utilizan dos materiales de peso especifico diferente el volumen de concreto será diferente, en el caso de sustituir por peso un material por otro.

Volumen absoluto Se entiende por este volumen el de un material granular, en el caso del concreto al de agregados y cemento, aquel ocupado por partículas solidas sin tomar en cuenta el espacio entre las mismas. La manera teórica de medir este volumen sería medirlo en condiciones en donde todas las partículas tienen un contacto íntimo entre sí. Dado que en la práctica esto no es posible, se utiliza el concepto de gravedad específica, referida esta a la relación entre el peso del material seco y el peso de un volumen equivalente de agua, así, ya conocido el peso del material es posible conocer el volumen absoluto, obtenido al dividir el peso del agregado seco entre el peso volumétrico absoluto. Ec. 3. A Donde: Ws = Peso de muestra seca al horno (o peso de sólidos). = Peso volumétrico del agua, 1000 kg/m3. G = Gravedad específica.

47

El volumen total del concreto es la suma de los volúmenes absolutos del cemento, los agregados, agua y vacíos. Para calcular el volumen absoluto que ocupan los materiales es necesario conocer los pesos de material seco y el peso específico. Tabla 2.25. Pesos específicos. Cemento Arena Grava Agua

PESO/m3, EN Kg. 350 940 890 170

PESO ESPECÍFICO 3.15 2.64 2.68 1.00

Determinar este volumen para cada componente del concreto permite determinar los pesos y volúmenes de los componentes individuales para producir volúmenes requeridos de concreto. Absorción Es la medida que se utiliza para determinar el volumen total de los poros que se encuentran llenos de agua. Para esto se usa el peso de una muestra saturada con superficie seca, Ws, la cual se define como aquella en donde no existe la presencia de agua libre, pero cuyos poros están llenos de agua. También es necesario conocer el peso seco del material, secado al horno, Ws’. Ec. 4. A Contenido de agua En esta propiedad se calcula el contenido total de agua, libre y por absorción, pues se trata de una muestra cuyo peso total es Wt. (AASHTO T 255). Ec. 5. A Donde: W (%) = Contenido de agua, en porcentaje. Wt = Peso total de la muestra. W’s = Peso de la muestra secada al horno. Estas dos últimas propiedades se utilizan para conocer con mayor exactitud el contenido de agua final que debe tener la mezcla, considerando la contribución en humedad de los materiales constituyentes del concreto. La diferencia entre la humedad total y la absorción de un agregado será el contenido de agua superficial o libre. Peso volumétrico También denominado peso unitario, es el peso seco del material, Ws’, dividido entre el volumen que ocupan vacíos y parte sólida. Su ensaye puede realizarse tomando en cuenta la norma mexicana NOM-C-73-83, ASTM C 138, o AASHTO T 19. Para su obtención en el laboratorio se necesita secar el material al horno y después colocarlo en un recipiente con tres capas acomodadas con 25 golpes de varilla cada una. El peso volumétrico es igual al peso de material dispuesto entre el volumen del recipiente empleado. Para poder obtener el 48

volumen absoluto de partículas sólidas, hay que considerar que el volumen total está compuesto por sólidos y vacíos. Para conocer el volumen ocupado por los agregados, se divide el peso volumétrico entre el producto del peso volumétrico del agua por la gravedad específica conocido por la ec. 1. A. Existen otros requisitos que deben considerarse para el proporcionamiento de mezclas; en particular los que tiene que ver con la calidad de las partículas, pues dependiendo de esto serán las características del concreto en estado fresco y endurecido. Estas características tienen relación directa con la trabajabilidad y en la apariencia del concreto fresco. Es por esto que en los diferentes procesos como en el de pavimentación se deben vigilar las apariencias de los agregados según se vayan almacenando en los patios. Desde esta etapa es posible evitar fuertes variaciones en la apariencia de los concretos ya colocados, y aún, de manera más significativa, evitar que se coloquen concretos muy irregulares entre sí por razones de variaciones en los agregados. Algunas de las características más importantes que deben vigilar las brigadas de control de calidad y la entidad dedicada a la supervisión son: Forma y textura superficial de las partículas: se sabe que la forma plana o esférica de las partículas influirá en los consumos de cemento. A mayor redondez, menor área expuesta, y consecuentemente menor consumo de lechada. Textura superficial: esto se refiere a la rugosidad superficial que presenta el agregado, pudiéndose denominar como vidrioso, liso, cristalino, granular o de aspecto áspero. Así para una cierta trabajabilidad, las partículas lisas demandarán menos cantidades de agua que las de textura áspera. La textura y forma de los agregados finos tienen particular influencia en la cohesión y facilidad de colocado de las mezclas; arenas angulares y ásperas requieren mayor contenido de agua, aumentando así riesgos de durabilidad y agrietamientos prematuros por contracción por secado de las mezclas. Resistencia a la abrasión Esta resistencia mide la capacidad que tienen las partículas para soportar la fricción y desgaste al ser sometidas a estas acciones dentro del paquete de la matriz granular. El material degradable tiene dos efectos nocivos los cuales son: 1) Desde la etapa de apilamiento o almacenamiento de materiales en los patios, si los materiales son deficientes o débiles, ellos tenderán a disgregarse y a cambiar su granulometría, produciendo finos adicionales dentro de las mezclas. Esto lleva a la necesidad de ajustar proporcionamientos, e en el peor de los casos, un aumento de lechada presente en las mezclas. 2) El segundo efecto nocivo lo constituye el pulimento que sufre la superficie de rodamiento, al desaparecer la porción de mortero por la acción del tráfico desde las etapas tempranas del pavimento. Para medir la resistencia a la abrasión en el laboratorio es necesario mediante la prueba AASHTO T 96 “Método estándar de prueba para determinar la resistencia a la abrasión de agregados gruesos de tamaño pequeño usando la máquina de “Los Ángeles”. Esta prueba combina el impacto y la abrasión. Durabilidad Se considera como la capacidad de soportar los esfuerzos que se inducen dentro de los granos por la acción cíclica de la humedad y secado, congelamiento y deshielo, o por la acción de compuestos químicos dentro de la masa de concreto. Los agrietamientos suelen darse en climas extremos, en particular los fríos pueden presentarse agrietamientos en “D, los cuales consisten básicamente en fisuramientos dentro de la 49

masa de concreto endurecido por el cambio volumétrico de las partículas; estas tienden a absorber agua en ambientes muy húmedos y fríos. Cuando las temperaturas decaen a niveles de congelamiento, el agua puede incluso congelarse en el interior, aumentando así el volumen general y en consecuencia promoviendo el fisuramiento. La reacción química más adversa y común que se manifiesta dentro de la masa de concreto es del tipo álcali-sílice. Esta se debe a que existen ciertos materiales reactivos, sobre todo silíceos, con los álcalis de ciertos cementos portland. En estos casos, cuando es evidente que los agregados son reactivos, será necesario reducir el contenido de álcalis en los cementos utilizados en la mezcla. Otra reacción química adversa es la presencia excesiva de sulfatos. Es cierto que este compuesto afecta más a la lechada de cemento, aunque también puede afectar a los agregados. Uno de sus síntomas más evidentes es la exfoliación de la superficie del concreto. Esto se debe a que los recubrimientos delgados de mortero en las inmediaciones de la superficie del pavimento tienden a desprenderse, por la expansión de los agregados que envuelve. Sustancias dañinas Las sustancias dañinas son otra fuente muy importante de contaminación, que suele amenazar el desempeño del concreto. Tienen relación con presencias de materiales orgánicos, fragmentos de madera, raíces pequeñas, etc. También con materiales finos de tipo plástico, como arcillas y limos. Este tipo de contaminación puede ser originada desde las mismas operaciones de extracción o explotación en los bancos de material, así como en las actividades de transporte y almacenamiento de los agregados en patios. Los efectos indeseables de los finos son conocidos a profundidad que vienen desde resistencia y durabilidad deficientes, hasta falta de adherencia entre los agregados gruesos y la pasta de cemento. Propiedades del concreto, la mezcla del proyecto El diseño de cualquier mezcla suele estar regido en cierta medida por las características específicas a que se pueda referir el proyecto, de las cuales las más comunes son: Revenimiento. Tamaño máximo del agregado. Contenido de agua y aire incluido. Relación agua – cemento. Contenido mínimo de cemento. Resistencia. Aditivos. A continuación se dan algunas pautas para el proceso de diseño de mezclas, entre lo que se incluye la estimación y propuesta de cantidades de material. Basado en el procedimiento propuesto por el ACI: a) Revenimiento: Este parámetro se fija tomando muy en cuenta las características de la mezcla buscadas y el equipo disponible. El terminado con cimbra fija y deslizante se logra satisfactoriamente con revenimientos promedio de 7.5 cm y 6 cm más menos 2.5 cm, respectivamente. b) Tamaño máximo: La selección del tamaño máximo para el caso de pavimentos rígidos esta normalmente en el rango de 18 mm a 38 mm. Cuando se selecciona el tamaño apropiado se busca en todo momento conciliar una resistencia y trabajabilidad satisfactorias. c) Contenido de aire incluido y de agua: La cantidad de agua que se requiera por unidad de volumen de concreto, para obtener un cierto revenimiento, será función principalmente del 50

tipo de agregado: forma, tamaño máximo del agregado, TMA, y características de absorción. Así como también depende del contenido de aire incluido o atrapado. El contenido de este último será mayor conforme más severo sea el intemperismo a que este sujeto el concreto, y menor conforme aumenta el TMA. La cantidad de cemento no influye de manera importante en el revenimiento de la mezcla. En la tabla 2.26 se proporciona una guía para las cantidades de agua necesarias para producir un metro cúbico, atendiendo a tamaños máximo y revenimientos distintos. Tabla 2.26. Cantidades de agua de acuerdo al revenimiento y tamaño máximos, en kg/m 3 de concreto, para el tamaño nominal máximo de agregado indicado Revenimiento, cm Tamaño máximo de agregados (T.M.A), mm 10 12.5 20 25 40 2.5 a 5 180 175 165 160 145 7 a 10 200 190 180 175 160 De acuerdo a la tabla, ya habiendo establecido el T.M.A de 2.5 cm y revenimiento de 3.5 cm, se puede partir de un contenido de agua inicial de 160 kg/m3. d) Relación agua: cemento, a/c: Para poder seleccionar la adecuada relación a/c se consideran los dos requisitos básicos: durabilidad y resistencia. Como suele suceder, existen varias condiciones que hacen variar la resistencia del concreto desde su proceso de producción. Es por esto que debido a registros obtenidos ya sea en una planta premezcladora o documentados, se pueden conocer con precisión las variaciones en resistencias, para ciertas condiciones particulares del proyecto. Conocida esta variación, en términos desviación estándar, se pueden diseñar las mezcla para que las resistencias sean siempre superiores a un valor preestablecido, normalmente, la resistencia especificada. Es recomendable que el personal encargado del diseño de mezclas, contando con registros históricos, pueda preparar curvas de variación de resistencias respecto a relaciones a/c diferentes, aunque también se debe recordar que dependen de la naturaleza, forma y granulometría de los agregados. Aunque se puede partir de experiencias previas para proponer relaciones a/c de inicio, y proceder posteriormente a su ajuste, dependiendo de la evolución de los resultados. A continuación se presenta una tabla en donde se indican relaciones a/c y resistencias probables. Tabla 2.27. Resistencias aproximadas para diferentes relaciones a/c (las mezclas tienen aire incluido). Relación a/c F’c, 28 días, kg/cm2 Mr, 28 días, kg/cm2 0.36 400 55 0.40 350 49 0.46 300 43 0.53 250 34 0.61 200 27 En las etapas iniciales del estudio de diseño de mezclas resulta más sencillo preparar sólo cilindros. Esto se debe a que para los técnicos de laboratorio su manejo es más familiar y seguro, comparando con el cuidado que demandan las vigas en su preparación. Estas últimas se fabrican en una segunda etapa en el laboratorio, en donde ya se tienen dos o más mezclas tentativas de diseño, y el estudio se enfoca ya a conocer de manera definitiva el valor del módulo de ruptura, Mr, y su correlación con la resistencia a compresión, f’c. 51

Cuando el concreto no esté sujeto a agentes que amenacen su durabilidad como ciclos de congelación y deshielo, se puede aumentar ligeramente la relación a/c, y su diseño vendrá regido por criterios de resistencia y trabajabilidad; sin embargo cuando se prevean agentes que puedan afectar la durabilidad la relación a/c nunca debe ser mayor a 0.50. e) Estimación del contenido de cemento: A partir de los dos pasos anteriores, el contenido de cemento queda fijo y conocido, mediante la relación. El contenido de cemento puede ser mayor, si así se especifica. f) Contenido de agregado grueso: En general la cantidad de agua de mezclado requerida para producir un metro cúbico de concreto con un revenimiento dado, es función del tamaño máximo del agregado, forma y cantidad de agregado grueso. Los tamaños mayores minimizan los requerimientos de agua. La forma redondeada de un agregado contribuye también a minimizar las exigencias de agua, para un mismo revenimiento, comparado con una grava triturada por ejemplo. Existen dos parámetros básicos de los agregados que intervienen en la trabajabilidad del concreto: Granulometría (distribución y tamaño máximo). Características físicas (textura superficial, forma y porosidad). La granulometría tiene una gran influencia en la economía, pues afecta la cantidad de concreto que se puede producir con determinada cantidad de cemento y agua. El tamaño máximo de agregado debe ser el más práctico posible, atendiendo a los espesores de la losa. Para poder cumplir con los requisitos de resistencia se tiende a buscar mezclas ricas, y para conciliar esto con criterios económicos se trata de utilizar agregados más gruesos, esto es, con composición fina de mayor módulo de finura. Este último tiene incidencia entonces para establecer un criterio de partida al momento de seleccionar la cantidad de agregado grueso que se debe utilizar en una mezcla. Un módulo de finura bajo indica una graduación de partículas relativamente fina; cuando dicho módulo es alto el material se considera grueso. Es por este tipo de consideraciones que en el caso de las arenas se requiere que durante la obra no haya variaciones importantes, pues se afecta la trabajabilidad y aumentan los requerimientos de cemento. La AASHTO M6 (“Especificación estándar para agregado fino para concreto hidráulico) establece que dicho módulo no debe variar en más de 0.20 de valor supuesto en la selección de la mezcla. Si ello no se cumple se deben realizar ajustes a las proporciones de los agregados finos y gruesos. En la tabla 2.28 se proporciona la fracción aproximada de agregado grueso que es ocupada en una unidad de volumen de concreto, como función del módulo de finura y del tamaño máximo del agregado. Tabla 2.28. Fracción de agregado grueso Tamaño máximo Volumen de agregado grueso, varillado en seco, por volumen unitario de de agregado mm concreto, para distintos módulos de finura. 2.40 2.60 2.80 3.00 9.5 0.55 0.53 0.51 0.48 12.7 0.65 0.63 0.61 0.58 19.0 0.73 0.70 0.68 0.66 25.4 0.78 0.76 0.74 0.72 38.1 0.84 0.81 0.79 0.77 50.8 0.86 0.84 0.82 0.79 52

Una vez que se adopta un volumen de agregado grueso para la mezcla, este valor permanece constante durante el proceso de proporcionamiento. Asumiendo un valor del módulo de finura, M. F., y conociendo el tamaño máximo del agregado se establece así el volumen referido. Si se conoce el peso volumétrico del agregado se puede conocer su peso en una unidad de volumen de mezcla. g) Agregado fino: Representa el balance o compensación para constituir el peso o volumen de concreto por hacer.

2.3.2. Métodos de diseño Diseño de mezclas por peso El peso volumétrico del concreto se puede asumir con base a la experiencia local que se tenga con los materiales que lo componen. El peso de los finos será la diferencia entre el peso del concreto, que es precisamente el que se busca, menos la suma de los pesos individuales de los componentes, ya conocidos. Tabla 2.29. Proporción de pesos volumétricos para una primera aproximación. PRIMERA APROXIMACIÓN DE PESOS VOLUMÉTRICOS DE CONCRETO FRESCO Tamaño máximo del agregado, mm Primera aproximación del peso volumétrico del concreto fresco, kg/m3 9.5 2,190 12.7 2,235 19.0 2,280 25.9 2,315 38.1 2,355 Los valores de P. V. fueron estimados para un contenido de cemento de 330 kg/m3, para revenimiento y gravedad específica de 2.7. Los requerimientos de agua son los mostrados en tablas anteriores, para un rango de revenimientos de 7.5 cm a 10 cm. En caso de tener información disponible, se pueden realizar los siguientes ajuste: a) Por cada 5 kg que el agua difiera de los valores indicados en el renglón inferior de la tabla, se procede a corregir el P. V. del concreto en 8 kg/m 3 pero en la dirección opuesta. b) Por cada 20 kg que el contenido de cemento difiera de 330 kg/m 3, se debe de corregir el P. v. en 3 3 kg/m en la misma dirección. c) Por cada 0.1 que difiera el peso específico del agregado difiera de 2.7, se debe corregir el P. V. del concreto en 70 kg/m3 en la misma dirección.

Diseño de mezclas por volumen absoluto El método del volumen absoluto ofrece mayor precisión y un mejor significado de la secuencia de diseño, particularmente en el caso de pavimentos de concreto hidráulico. La principal razón es que en los pavimento de concreto hidráulico prevalece más en importancia el volumen de las mezclas en comparación con su peso. Es por esto que una compensación de los componentes a través de volúmenes reviste mayor interés que por peso, en donde necesariamente se tiene que suponer un peso volumétrico, como hipótesis de partida. La hipótesis de partida puede no necesariamente arrojar los valores requeridos de las mezclas; además, la compensación de una mezcla por peso es función de los pesos volumétricos de cada componente, cuya determinación podría ser fuente adicional de error. El fundamento principal de los volúmenes absolutos es que cada uno de los componentes de la mezcla contribuye con un porcentaje del volumen del concreto. 53

La compensación de la mezcla involucra las etapas siguientes: 1) Determinación del volumen absoluto de todos los componentes, incluyendo el aire. 2) Por diferencia, determinar el volumen absoluto del agregado fino para completar la unidad de volumen del concreto. 3) Determinación del peso de agregado fino mediante la conversión de volumen a peso, usando la gravedad específica y el peso del agua. Ajustes de campo en los pesos de la mezcla Las condiciones diferentes que hay entre el laboratorio y el campo obligan a realizar ajustes a lo estimado en la etapa de diseño y mezclas de prueba. En muchas ocasiones las condiciones de humedad, y en particular la condición del agregado saturado y superficialmente seco no se cumplen en el campo. Es por esto que, frente a las condiciones variables de humedad de los agregados, será indispensable corregir los diseños de las mezclas para tomar en cuenta estas variaciones, y otras de orden geológico, que influyen en las propiedades físicas de los agregados. La variación de los pesos específicos y de las humedades de los agregados afectan también el rendimiento, que es un aspecto de suma importancia para contratistas y dueños de los proyectos. Ajustes por gravedad específica Las variaciones de los pesos específicos ocasionan cambios en la relación de peso y volumen para un diseño de mezclas particular. Así, para una variación descendente en el campo del valor de G respecto al valor teórico de laboratorio, el peso del agregado necesariamente representaría un mayor volumen, y como consecuencia se reducen los volúmenes de los demás componentes. Por el contrario, cuando G de campo es mayor al asumido en laboratorio, ocurre que si se mantiene el peso de los agregados, estos ocuparán menor volumen dentro de la mezcla, y faltaría compensarla. Es por esto que deben hacerse ajustes de la mezcla en el campo. Los ajustes se pueden hacer de manera sencilla si se conocen las gravedades específicas, G, reales que se vayan a utilizar en el campo y las empleadas en la etapa de laboratorio, mediante la ecuación:

Donde: War = Peso real del agregado en la mezcla. Wa = Peso de diseño. G = Gravedad específica real. Gs = Gravedad específica supuesta. El mismo criterio se aplica para determinar los pesos reales del agregado fino. En general cuando la gravedad específica de los agregados en el campo es mayor que el valor de laboratorio, el peso del agregado por unidad de volumen correspondiente es mayor en campo que el determinado en el laboratorio. Ajustes por cambios en la humedad En la práctica casi siempre el agregado cuenta con un cierto contenido de agua, dependiendo de su naturaleza y condiciones de exposición. Como regla general el peso de agregado superficialmente seco se debe incrementar para tomar en cuenta el peso del agua atrapados en sus poros o absorbida, e incluso libre. El peso del agua atrapada en los agregados luego se sustrae del contenido de agua de 54

diseño. No determinar las humedades en agregados y hacer las correcciones pertinentes en la mezcla afecta al revenimiento, la relación a/c de la misma, y como consecuencia su resistencia. Rendimiento Normalmente se ajustan las cargas de concreto (“bachas”) cuando el volumen contenido de estas últimas y el contenido de cemento varían en 1% de los volúmenes teóricos. El rendimiento se calcula dividiendo el volumen de concreto por carga de mezclado entre el volumen de cemento por carga. El volumen de concreto es la suma de los pesos de los ingredientes dividida entre el peso volumétrico del concreto. El rendimiento se usa para estimar el área teórica de colocación del concreto, para después compararla con el área real. Las empresas de supervisión y la encargada de la construcción misma de la obra deben llevar los cálculos diarios de los rendimientos para así asegurar que los materiales se están utilizando de manera óptima. Durante la producción del concreto se debe estar verificando el volumen teórico de carga (“bacha”) por medio de determinaciones del peso volumétrico. Existen una gran cantidad de métodos empíricos de diseño de mezclas para obtener concretos con características específicas, sin embargo todos estos métodos deben ser tomados solamente como referenciales pues siempre requieren de pruebas de laboratorio para su afinamiento. EJEMPLO Diseño de mezclas de concreto método de volúmenes absolutos ACI-211 Problema: Se requiere diseñar concreto para una losa de pavimentación que tendrá una resistencia especificada de 250 kg/cm2 y un revenimiento de 8 cm. Los datos de los materiales a ocupar aparecen en la siguiente tabla. MATERIALES PVSS PVSC DENSIDAD O G. E. T. M. A. M. F. % ABS. % HUM. (kg/m3) (kg/m3) Cemento 3.15 Arena 1488 1606 2.59 3.0 1.11 4.0 Grava 1462 1274 2.38 1½ 1.83 1.68 Agua 1.00 1.Rev =8 cm F´c = 250 kg/cm2 F´c > 250

f´cr = f´c + 85 f´cr = 250 + 85 = 335 kg/cm 2

2.- Cálculo del agua de mezclado (T. 4.1) T.M.A = 1 ½ M.F.=3.0 Rev =8 cm 178 litros 1% aire 3.- Relación agua – cemento F´c=300 kg/cm2 ----- 0.55 F´c =335 kg/cm2 ----- 0.50 F´c = 350 kg/cm2 -----0.48 Rel. A/C = 0.50 55

4.- Consumo de cemento

5.- Estimación del contenido de grava T. M. A. = 1 ½ = 40 mm M. F. = 3.0 0.70 m3 de grava (PVSC) = 0.70 (1574) 1102 Kg/m3 6.- conocidos los insumos de: Agua ----------- 178 litros. Cemento ------ 356 kg. Grava --------- 1102 kg. Aire --------------- 10 kg.____ 1646 kg Podemos estimar la cantidad de arena en base al peso volumétrico estimado T. 7.3.7.1 2410 kg – 1646 = 764 kg/m3 de arena 7.- En base al volumen absoluto tenemos. MATERIALES PESO (kg) Agua 178 Cemento 356 Grava 1102 Arena ----Aire 10 TOTAL -----

DENSIDAD 1.00 3.15 2.38 2.59 -----

VOLUMEN (Lts) 178 113 463 ----10 764

VOLUMEN DE ARENA REQUERIDO: 1000 – 764 236 (2.59) = 611 Kg/m3 8.- Ahora comparamos los pesos/m3 de concreto MATERIALES BASADO EN LITROS BASADO EN VOL. LITROS PESO ESTIMADO ABS. Agua 178 178 178 178 Cemento 356 113 356 113 Grava 1102 463 1102 463 Arena 764 295 611 236 Aire 10 10 10 10 Totales en peso (kg) 2410 kg/m3 2257 kg/m3 Totales en volumen (kg) 1059 lts./m3 1000 lts./m3 Se observan dos volúmenes diferentes, para nuestra práctica emplearemos el diseño basado en volúmenes absolutos. 9.- Corrección por humedad y absorción de los agregados. AGREGADO ABSORCIÓN % CONTENIDO DE HUMEDAD % 56

Arena Grava MATERIALES

Cemento Arena Grava Agua Total

1.11 1.83

4.0 1.68

MASA DEL DISEÑO DE LA MEZCLA. AGREGADOS EN CONDICIÓN SECA AL HORNO Kg/m3

MASA DE AGREGADOS. (CONDICIÓN SATURADO CON SUPERFICIE SECA SSS) 3 kg/m

356 611 1102 178 2247

356 617.78 1122.16 178 2274

MASA DE AGREGADOS (CONDICIÓN HÚMEDA) kg/m3

CORRECCIÓN DEL AGUA DE LA MEZCLA PARA LA HUMEDAD SUPERFICIAL LIBRE EN LOS AGREGADOS kg/m3

635.44 1120.51

17.66 -1.69 15.97

MASA AJUSTADA kg/m3

356 635 1121 162 2274

Método de Duff Abrahams El método propuesto por Duff Abrahams en 1918, se caracteriza porque es un método grafico y de fácil uso. Tiene limitaciones ya que no considera a los materiales suplementarios y aditivos químicos en su diseño, además la mezcla diseñada bajo este método es conocida como concreto ordinario. El diseño de mezclas se basa en la resistencia mecánica del concreto y su filosofía de diseño. Para utilizar este método se pueden obtener las grafica en la literatura o publicaciones de la Comisión Federal de Electricidad (C. F. E., 1998) en donde se establece toda la metodología a seguir para la dosificación de mezclas de concreto. Método de la Asociación Canadiense de Cemento Portland El método canadiense requiere conocer: la relación agua-cemento (a/c en decimal), el tamaño máximo del agregado grueso (mm), el modulo de finura de la arena, especificar si el concreto tendrá introducido o no, y el revenimiento deseado (mm). El proceso de diseño se hace con base en intentos, los pasos que se acostumbra seguir son como sigue: 1.- Elegir una cantidad de cemento requerido para elaborar digamos tres cilindros de concreto, con dimensiones estándar de 15 X 30 cm. En este caso 10 kg con suficientes. 2.- Determinar la cantidad de agua, multiplicando la cantidad de cemento por la relación aguacemento, por ejemplo si la relación a/c=40 Agua=10 X 0.40 = 4 kg 3.- Estimar la masa del agregado requerido, supóngase que el tamaño máximo del agregado es de 20 mm, y que el concreto no tendrá aire introducido. Masa total del agregado= 8.1 X 4= 32.4 kg. 4.- Obtener las masas tanto de la arena como de la grava, supóngase que el modulo de finura de la arena es de 2.5, por lo tanto el 35% será arena, y su complemento grava. Arena= 0.35 X 32.4= 11.34kg Grava=0.65 X 32.4= 21.06 kg Se aconseja pesar un 20% más de arena y de grava para posibles ajustes, con el fin de lograr la consistencia y trabajabilidad deseada. 57

5.- Mézclese el cemento y el agua, adicionando la arena y la grava hasta que la mezcla sea trabajable con la cuchara de albañil. Mida el revenimiento de la mezcla y determine si la mezcla es arenosa, gravosa o tiene una buena trabajabilidad, si la mezcla hubiera sido con aire introducido, a estas alturas se haría la prueba correspondiente para determinar el contenido de aire. 6.- Obténgase la densidad de la mezcla entendiéndose esto como la relación entre la masa y el volumen que ocupa en un recipiente de volumen conocido, en ingeniería se conoce esto como el peso volumétrico, aceptando que intercambiamos sin ningún problema los términos masa y peso. 7.- Colar o moldear los cilindros para las pruebas de resistencia a la compresión. 8.- Calcular las proporciones de la mezcla por m3. Considérese hipotéticamente que la mezcla con cantidades 11.34 kg de arena y 21.06 kg de grava salió bien, y que el peso que se acomodo en un recipiente de 0.01 m3 correspondió a 22 kg, entonces: Peso volumétrico = 2 200 kg/m3 Las cantidades empleadas se resumen a continuación Cemento = 10kg Agua = 4 Arena = 11.34 kg Grava = __21.06 kg__ Total = 46.40 kg

2.4. Concreto fresco 2.4.1. Conceptos fundamentales Es aquel concreto recién preparado cuyo estado es plástico y moldeable, en el cual no se produce el fraguado ni el endurecimiento y adopta la forma de la cimbra o encofrado que lo ha de recibir. El manual técnico de construcción (2008) menciona que el concreto hidráulico es una mezcla de agregados pétreos naturales, procesados o artificiales, cementante y agua, a la que además se le puede agregar algunos aditivos. Generalmente, esta mezcla es dosificada en unidades de masa en plantas de concreto premezclado y/o en volumen en las obras. Los aditivos se dosifican en volumen o en masa según su presentación: en polvo, en masa y líquidos en volumen, el concreto tiene las siguientes propiedades: Trabajabilidad Exudación o sangrado Consistencia Tiempo de fraguado. Cohesibidad o

Trabajabilidad es el mayor o menor trabajo que hay que aportar al concreto en estado fresco en los procesos de mezclado, transporte, colocación, compactado y acabado.

Dentro de los factores que afectan la trabajabilidad del concreto esta la influencia de la pasta, el contenido de agua y el equilibrio entre la proporción de los agregados (arena y grava), produciendo con ello una continuidad de desplazamiento natural o inducido por algún medio de la masa del concreto. También influyen en la trabajabilidad, en contenido de cemento, su finura, la forma y tamaño del agregado grueso, su textura superficial. Entre más cemento y más fino contenga una mezcla se tendrá mayor trabajabilidad. Con respecto al agregado influyen su tamaño, su forma y su textura, siendo los de menor tamaño (1/2” a 1”) y de textura lisa y forma redonda los que influyen positivamente en la trabajabilidad. El modulo de finura de la arena en realidad tiene poca influencia en este aspecto, y lo más recomendable es que este entre los rangos aceptables (2.3 a 3.2). 58

Cuando se le incorporan puzolanas al concreto o están presentes en el cemento, mejoran tanto la trabajabilidad como la consistencia por su finura. El concreto con humo de sílice es utilizado típicamente con bajos contenidos de agua con aditivos de agua de alto rango, haciendo más cohesivas y viscosas las mezclas que las de un concreto normal. Las cenizas volantes y las escorias, por lo general reducen la demanda de agua para el revenimiento requerido del concreto. Los aditivos fluidificantes o incorporadores de aire también pueden mejorar la trabajabilidad del concreto. Dentro de los factores que afectan la trabajabilidad tenemos: Un exceso en el tiempo de transporte o un mezclado prolongado, aun con una velocidad de agitación baja, puede tener efectos negativos en la trabajabilidad. No se debe agregar más agua a la mezcla para hacerla más trabajable, ya que va en contra de la resistencia, la durabilidad y la impermeabilidad del concreto endurecido. Si consideramos uno de los puntos anteriores donde se señala que un volumen aceptable de pasta le da mayor fluidez a la mezcla también sucede lo contrario si este volumen es menor, pues tiende a hacer más dura y áspera la mezcla. Si la pasta contiene más cemento y menos agua, será seca y poco trabajable; y si la pasta contiene más agua y menos cemento, la pasta se volverá más fluida pero perderá cohesibidad. Se debe tener en cuenta entonces que la trabajabilidad de una mezcla de concreto sea la adecuada para el lugar en que se va a acomodar y el uso que tendrá ya endurecido. Un concreto poco trabajable requerirá de más esfuerzo o energía para colocarse y compactarse. El concreto debe ser lo suficientemente trabajable para garantizar un buen colocado, acomodo y compactado, sin la necesidad de añadir más agua. En realidad, no existe un método de laboratorio exacto para medir la trabajabilidad del concreto fresco, esto depende del criterio y experiencia del ingeniero encargado o La consistencia otra de las propiedades del concreto fresco para definir la humedad de la mezcla por su grado de fluidez. La consistencia se define por el asentamiento o revenimiento de la mezcla cuando se realiza el ensayo del cono de Abrahams (NMX-C-156) los valores de la consistencia se pueden dividir por rangos: mezcla áspera de 0 a 5 cm; mezclas plásticas de 7.5 a 10 cm; mezclas fluidas de 15 a 20 cm y mezclas más fluidas a resultados con revenimientos mayores a 20 cm. Al igual que la trabajabilidad la consistencia también se ve afectada por algunos factores como la calidad de la pasta, la forma, tamaño y textura de los agregados; así como la cantidad de estos con respecto a la pasta. Concretamente, la granulometría seleccionada debe dar la consistencia adecuada, con el menor contenido de humedad. o Cohesibidad se define como aquella propiedad gracias a la cual es factible controlar la posibilidad de segregación en la etapa del manejo de la mezcla, contribuyendo a la vez a prevenir la aspereza de la misma, y facilitar su manejo al compactar el concreto. Generalmente, se considera una cohesibidad adecuada del concreto cuando no es demasiado plástico ni viscoso. Es importante considerar la cohesibidad del concreto, ya que a la hora de transportar a la mezcla a distancias mayores, por ejemplo en carretilla a 60 m, puede segregarse, lo mismo que si se transporta por canaletas. La segregación se puede definir como una avería o descomposición mecánica del concreto fresco en sus partes constituyentes cuando el agregado grueso tiende a separarse del mortero, lo cual ocasiona que le concreto se más débil, menos durable y su acabado superficial sea deficiente con negativos resultado en el concreto ya endurecido respecto a su resistencia y su durabilidad. 59

o

o

Exudación o sangrado esto se presenta con la elevación de un aparte del agua de la mezclas hacia la superficie, generalmente por la sedimentación de sólidos. Este proceso se inicia momentos después que el concreto a sido colocado y consolidado en la cimbra continuado hasta que se inicie el fraguado de la mezcla. Este fenómeno puede traer graves consecuencias en la superficie del concreto al dejar su estructura un tanto débil y a la vez provocar agrietamiento por el cambio volumétrico repentino al perder agua de manera más rápida al encontrarse en la superficie. Siendo la exudación del concreto una magnitud aproximadamente constante, para cada mezcla de acuerdo a sus características, aquellas estructuras que posean una menor relación superficie/volumen estarán más afectadas por la exudación. Si la exudación es excesiva debe ponerse atención en la granulometría y angularidad del agregado fino. El empleo de arenas muy finas debe de ser controlado para evitar la exudación, se debe tratar de que sea una arena adecuadamente graduada, con presencia de los tamaños menores en las proporciones adecuadas. Se debe tener cuidado en no mezclar demasiado el concreto para que no se disgreguen los agregados ya que con esto se aumenta el contenido de finos en la mezcla, lo cual puede ser un factor par que se presente el sangrado. Tiempo de fraguado se llama así cuando el cemento y el agua entran en contacto, iniciándose una reacción química exotérmica que determina el paulatino endurecimiento de la mezcla. Dentro del proceso de endurecimiento se presenta un estado en que la mezcla pierde apreciablemente su plasticidad y se vuelve difícil de manejar (45- 60 min.); tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla. A medida que se produce el endurecimiento normal de la mezcla se presenta un nuevo estado en el cual la consistencia a alcanzado un valor muy apreciable; a este estado se le denomina fraguado final, el cual puede ocurrir en un lapso aproximado de entre 3 y 10 horas, dependiendo de varios factores como el clima, proporciones de la mezcla, tipos de agregados, etc.

2.4.2. Proceso de fabricación, transporte, colocación, compactación y acabado del asd concreto en obra Para el concreto hecho en obra se pueden considerar nueve etapas de fabricación que son las siguientes: Etapa 1. Materiales Etapa 6. Vaciado. Etapa 2. Proporcionamiento. Etapa 7. Compactación o vibrado. Etapa 3. Dosificación. Etapa 8. Acabado. Etapa 4. Mezclado. Etapa 9. Curado. Etapa 5. Transporte Etapa 1. Materiales. El empleo de materias primas de calidad, no contaminadas y correctamente almacenadas, son esenciales para la calidad del concreto hecho en obra. Un cemento de buena calidad debe estar seco, que no esté hidratado y con un endurecimiento prematuro, almacenado sobre tarimas de madera para impedir el contacto con el suelo (mínimo 10 cm de elevación), colocando los sacos juntos para evitar la circulación del aire y cubierto con bolsas o plásticos en buen estado, en obras grandes debe haber una bodega especial para su almacenamiento, cuidando también el contacto con paredes o muros gaviones. De preferencia no se debe almacenar por más de 30 días.

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Los agregados por representar del 60 – 75 % del volumen total del concreto, deben se calidad para asegurar una mejor y mayor cohesión de la mezcla. Se debe asegurar que sean densos, sanos, limpios y bien graduados. Se debe conocer que a mayor tamaño del agregado grueso, se requiere de menos consumo de agua; sin embargo, hay que cuidar no exceder el tamaño, según el tipo de armado, la separación de las orillas de la cimbra y el peralte del elemento a colar. Se debe evitar su contaminación con tierra, arcilla, limos, sales, basura, materia orgánica, grasas, aceites, etc. Se deben almacenar con cuidado, en forma de montaña para evitar la segregación. El agua recomendada para la mezcla no deberá tener olor, color o sabor que pueda indicar que está contaminada, si se duda, hay que hacer las pruebas respectivas, para asegurarse de que no contiene sales en exceso, grasas, aceites o materia orgánica disuelta.

Fotografía 2.1 Agregado grueso.

Fotografía 2.2. Agregado fino.

Fotografía 2.3 Cemento. Etapa 2. Proporcionamiento. Una mezcla bien diseñada reduce costos al utilizar solo la cantidad, por ejemplo de cemento que es el material más caro, adecuada, que garantice la trabajabilidad y la consistencia en estado fresco y la resistencia y durabilidad en estado endurecido. Cuando no se tiene experiencia en el diseño de mezclas, se puede recurrir a tablas de dosificación. Hay que cuidar el abuso de agua en el diseño de mezclas, pues una alta dosis nos puede traer problemas como grietas, bajas resistencias, fraguado lento entre otros. También se debe verificar en los materiales pétreos el contenido de humedad, para hacer los ajustes respectivos del agua en el proporcionamiento. 61

Cemento APASCO hace la siguiente sugerencia para el diseño de mezclas. Tabla 2.30. Proporcionamiento para concreto hecho en obra con grava de ¾” RESISTENCIAS USOS SACOS DE PROPORCIONES DE BOTES DE 19 LTS. Kg/cm2 CEMENTO ARENA GRAVA ¾ AGUA Bases para 100 empedrado y firmes. 1 7½ 8 3 150 Pisos, castillos y 1 5½ 6½ 2½ guarniciones. 200 Losas, trabes, 1 4 6 2 zapatas y muros. 250 Columnas y losas 1 3½ 5 1¾ especiales. 300 Concreto de alta 1 2½ 4½ 1¼ resistencia. Tabla 2.31. Proporcionamiento para concreto hecho en obra con grava de ½” RESISTENCIAS USOS SACOS DE PROPORCIONES DE BOTES DE 19 LTS. Kg/cm2 CEMENTO ARENA GRAVA ½ AGUA Bases para 100 empedrado y firmes. 1 7½ 9½ 3 150 Pisos, castillos y 1 5½ 8½ 2½ guarniciones. 200 Losas, trabes, 1 4 7½ 2 zapatas y muros. 250 Columnas y losas 1 3½ 6½ 1¾ especiales. 300 Concreto de alta 1 2½ 5½ 1¼ resistencia. Etapa 3. Dosificación. Una forma fácil de dosificar el concreto en obra es por volumen (litros); para el caso del concreto premezclado se dosifica por peso (kg). Se recomienda usar botes de plástico con capacidad de 19 lts, los cuales deberán estar limpios, sin tierra, arcilla, sales, grasas, aceites o materia orgánica, deben estar también en buen estado y preferentemente verificar que al dosificar estén llenos y enrasados para que las cantidades sean lo más exactas posibles. Etapa 4. Mezclado. Generalmente, el mezclado en obra se realiza en revolvedoras de distintas capacidades. Es importante checar que la olla este en buen estado, que no contenga residuos de mezclas endurecida, que las aspas no estén demasiado desgastadas y que su funcionamiento sea adecuado, cuidando de que haya el combustible y aditivos necesarios para ello. Todo esto es con la intención de obtener mezclas uniformes y homogéneas, sin exceso de vacios. Este tipo de mezclado es más eficiente que el mezclado hecho a mano, ya que optimiza el uso del agua hasta en un 10%. Es importante ubicar la olla revolvedora en un lugar estratégico, cerca de los materiales y, sobre todo cuidar el orden de vaciado. Se recomienda poner primero agua a la revolvedora (un 20% aproximadamente del total), enseguida la grava, luego la arena y después el cemento y se completa al final con el resto del agua. La incorporación de los materiales debe hacerse con la olla en movimiento, 62

mezclando los componentes por un tiempo entre 60 y 90 min, según la capacidad de la revolvedora y el N° de revoluciones por minuto.

Fotografía 2.4. Mezclado en obra. Etapa 5. Transporte. El transporte del concreto fresco se puede hacer por diferentes medios; si se hace en obra con revolvedora se pueden usar botes de 19 lts, y carretillas metálicas, si el concreto es premezclado, puede ser con bomba, con banda transportadora o con cucharon. Independientemente del medio de transporte, es importante cuidar o garantizar la conservación de las características de uniformidad y cohesión de la mezcla, para evitar después del colado la segregación y el sangrado. Es importante también, mantener la zona entre el mezclado libre de obstáculos, para darle fluidez a las maniobras y sobre todo seguridad a los coladores o a la cuadrilla o equipo encargado de colar, este equipo debe de ser el número suficiente, de acuerdo al área a cubrir. Generalmente para un colado de 100 m2 en primera planta se requiere un equipo de 7 personas aproximadamente para un tiempo de colado de entre 4 y 5 hrs con botes de 19 lts y revolvedora de 1 saco de cemento.

Fotografía 2.5. Transporte en carretilla.

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Fotografía 2.6. Transporte. Etapa 6. Vaciado. Es necesario cuidar que el concreto quede en la cimbra denso, sin huecos y uniforme (sin segregación). Si se usa vibrador se debe cuidar el tiempo de vibrado (15 – 20 seg.), según el tipo de vibrador y la distancia entre cada vibrado, procurando hacer el menor contacto con el acero de refuerzo. El vaciado es recomendable iniciarlo en la esquina más lejana con respecto al acceso, para evitar que se esté pisando el concreto. También tener precaución de que la parrilla o el acero de refuerzo esté un poco elevado con respecto a la superficie de la cimbra (min 1”) y también de que los ductos o mangueras para la luz, no se maltraten y que las cajas de registro no se muevan de su lugar. Hay que cuidar que el vaciado no se efectúe a una altura superior a los 80 cm y además que se haga continuo y lo más rápido posible.

Fotografía 2.7. Vaciado.

Fotografía 2.8. Vaciado con bomba

Etapa 7. Compactación o vibrado. Durante la etapa anterior, a la hora de vaciar el concreto, por naturaleza, siempre queda una cantidad de aire atrapado. Este elemento lo podemos eliminar ya sea mediante el vibrado o el compactado (varillado) para obtener un concreto denso y lo más impermeable posible. Es importante hacer esta actividad inmediatamente después del vaciado y antes de su enrasado. Se recomienda que si se usa el vibrador, la persona que lo ejecute debe tener cierta experiencia en su manejo, pues un exceso en la operación, puede dar cabida a un sangrado, hay que respetar también el orden en el que se vacío el concreto. Para el varillado manual es conveniente utilizar una varilla del N° 4 o de ½“ y del tamaño adecuado (largo). Se debe cuidar la función del escantillón, con el varillado para compactar el concreto y el de aplanado con cuchara o con llana con el de compactación. Esta actividad la debe ejecutar un ayudante experto, mientras el maestro albañil se encarga del acomodo y nivelado. 64

Etapa 8. Acabado. El acabado tiene como finalidad, darle la calidad adecuada y apropiada apariencia a la superficie terminada del concreto, para hacerlo resistente al desgaste, al descascaramiento y hacerlo lo más impermeable posible, sobre todo en losas y pisos. Normalmente el acabado se da cuando el sangrado desaparece y la superficie pierde su brillo. La calidad del acabado se puede evaluar de manera sencilla por la condición y la apariencia de la superficie. Lo más recomendable es usar una llana de madera ya que permite la transpiración del agua a la superficie; en cambio, la llana metálica sella y no permite la transpiración. No se debe espolvorear cemento sobre la superficie, sobre todo si está muy húmeda, ya que provoca al secarse pequeñas láminas que son fácilmente removidas y le dan mal aspecto al acabado. Este último puede tener un acabado liso, escobillado, antiderrapante o pulido.

Fotografía 2.9. Acabados. Etapa 9. Curado. Esta última etapa del concreto fresco, es bastante importante para darle al concreto la resistencia deseada y para evitar al máximo fisuras o agrietamientos a edades tempranas que pueden ser la vía para una carbonatación o una oxidación del acero de refuerzo. La importancia de un buen curado radica en que hay que mantener hidratado el concreto, debido al calor de hidratación que desprende por las reacciones químicas, donde consume gran cantidad de agua para continuar o seguir ganando resistencia. Si el concreto a la hora de colarlo está demasiado aguado, debido a varias reacciones tanto internas como externas con el medio, esta agua se evapora y el concreto se encoge o contrae, provocando fisuras y pudiéndole restar con el paso del tiempo hasta un 30 % de resistencia. Para evitar complicaciones, es necesario un curado adecuado y continuo, mínimo durante los primeros 7 días después del colado. Los métodos que se pueden utilizar son variados y van, desde empapar la superficie con papel de las bolsas de cemento, inundar la superficie con agua a chorro, moderado, regar aserrín o arena y saturarlo de agua, hasta más sofisticados como el curado a vapor, membranas o ceras. Preferentemente si se usa el riego a mano, con manguera o cubeta, se debe hacer por las mañanas o después de las 18:00 hrs. También depende del clima y el método a usar.

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Fotografía 2.10 Curado.

2.4.3. Pruebas de calidad La norma mexicana NMX-C-155-ONNCCE-2004 nos sugiere lo siguiente: El productor debe facilitar en la planta la toma de muestras necesarias al comprador o al laboratorio, autorizado por las partes que interviene, en la obra, a fin de determinar si el concreto está produciéndose de acuerdo con los requisitos señalados en esta norma, con la frecuencia de muestreo sugerida en la tabla 3. Las pruebas y visitas de inspección no deben interferir en la producción. El muestreo para cada tipo de concreto, se sugiere realizar con la frecuencia indicada en la tabla 4, por día de colado y con el mínimo de muestras señalado para cada caso, con el fin de que resulte efectivo. Las pruebas de contenido de aire, si el concreto es con aire incluido, deben hacerse por lo menos en aquellas entregas para las pruebas de resistencia a compresión. Tabla 2.32. Frecuencias mínimas de muestreo para control de producción. PRUEBA Y MÉTODO CONCRETO INDUSTRIALIZADO Y DOSIFICADO EN MASA Revenimiento (NMX-C-156-ONNCCE) Al inicio del colado y cuando se detecte visualmente cambio de consistencia, pero no menos de una por cada 100 m3 o fracción Masa unitaria (NMX-C-162-ONNCCE) Una por cada día de colado Temperatura si la temperatura ambiente es No menos de una por cada 60 m3 o fracción. menor de 7°C o mayor que 32 °C. Una por cada entrega Contenido de aire (NMX-C-162), en concretos Cada entrega. En caso de producción continua, con aire incluido cada 12 m3 Resistencia a la compresión (NMX-C-083- Cada 100 m3 o fracción ONNCCE) Módulo de elasticidad (NMC-C-128-ONNCCE) Cuando lo solicite el usuario ](cliente) NOTA: Para la prueba de resistencia a la compresión de la muestra obtenida y mezclada de acuerdo a asd la norma mexicana NMX-C-161-ONNCCE deben hacerse, como mínimo dos especímenes para asd probar la edad especificada. Asdg f Fuente: norma mexicana NMX-C-155-ONNCCE-2004. Para la prueba de resistencia a la compresión, de la muestra obtenida de acuerdo a la norma NMX-C-161-ONNCCE, deben hacerse como mínimo, 2 especímenes para probar a la edad especificada. 66

Al concreto en estado fresco, antes de su colocación en las cimbras de una obra específica, se le deben hacer pruebas para verificar que cumple con los requisitos especificados para su aceptación. Se le deben hacer las pruebas de revenimiento y masa unitaria, y cuando se especifique aire incluido se debe hacer la prueba correspondiente. Cuando las condiciones del medio ambiente lo ameriten, además se le debe hacer la prueba de temperatura. Las muestras se toman de acuerdo con la norma NMX-C-161-ONNCCE. Estas pruebas se realizan al concreto obtenido de la obra, mediante el muestreo realizado con la frecuencia mínima sugerida en la tabla 4, o la que indique el director responsable de la obra o su equivalente, considerando el tipo de obra. Tabla 2.33. Frecuencias mínimas de muestreo en obra. PRUEBA Y MÉTODO CONCRETO DOSIFICADO POR MASA Revenimiento (NMC-C-156-ONNCCE) En todas las entregas, o de acuerdo con especificaciones de obra. Masa unitaria (NMX-C-162-ONNCCE) Una por cada día de colado Temperatura si la temperatura ambiente es Cada entrega. En caso de producción continua, menor de 7°C o mayor que 32 °C. cada 12.0 m3 Contenido de aire (NMX-C-162- ONNCCE), en Cada entrega. En caso de producción continua, concretos con aire incluido cada 12.0 m3 Resistencia a la compresión Cada 40 m3 o fracción Resistencia a la compresión en columnas y Cada 40 m3 o fracción muros (NMX-C-083-ONNCCE) Módulo de elasticidad (NMC-C-128-ONNCCE) Tres determinaciones por obra como mínimo y cuando lo solicite el director responsable de la obra. Métodos de prueba Para verificar las especificaciones que se establecen en esta norma, deben utilizarse los métodos de prueba señalados. Requisitos para el concreto en estado fresco. Revenimiento De acuerdo con la norma NMX-C-156-ONNCCE. Masa unitaria De acuerdo con la norma NMX-C-162-ONNCCE. Temperatura del concreto De acuerdo con la norma NMX-C-435-ONNCCE. Tamaño máximo del agregado De acuerdo con la norma NMX-C-111-ONNCCE. volumen De acuerdo con la norma NMX-C-162-ONNCCE. Aire incluido De acuerdo con la norma NMX-C-157-ONNCCE. De acuerdo con la norma NMX-C-158-ONNCCE. De acuerdo con la norma NMX-C-162-ONNCCE.

Requisitos para el concreto en estado endurecido. Resistencia a la compresión De acuerdo con la norma NMX-C-083-ONNCCE. Módulo de elasticidad De acuerdo con la norma NMX-C-128-ONNCCE. Ensaye de núcleos De acuerdo con la norma NMX-C-169-ONNCCE. Durabilidad De acuerdo con la norma NMX-C-403-ONNCCE.

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2.4.4. Procedimiento de muestreo Prueba del revenimiento Determinación del revenimiento del concreto fresco (Norma Mexicana NMX-C-156-1997-ONNCCE). El revenimiento es la medida de la consistencia del concreto fresco en términos de disminución de altura. Para hacer la prueba se requiere un molde en forma de cono truncado de acero o de cualquier otro material no poroso ni absorbente como se muestra en la siguiente figura, un cucharon como el utilizado para la toma de muestras, una varilla del No. 5 (5/8”) con punta semiesférica, una charola metálica o de otro material no absorbente ni poroso y una cinta métrica relativamente rígida.

Fig. 2.3 (a) Medidas del cono de Abrahams.

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Fig. 2.3 (b) Detalle del cono de Abrahams. El procedimiento es el siguiente: Se humedece el molde cónico trunco. Se coloca el molde sobre la charola sujetándolo firmemente con los pies y sobre los estribos del cono. Cada capa de concreto se compacta por medio de la varilla haciendo 25 penetraciones de manera uniforme en toda la sección del molde. En la primera capar se introduce la varilla hasta tocar el fondo, sin abollarlo ni deformarlo y en las dos siguientes hasta penetrar 2 cm aproximadamente de la capa inferior anterior. La capa superior debe rebasar el molde del molde y enrasarse con la misma varilla al término de la compactación. Se levanta el molde verticalmente y sin movimientos laterales ni torsionales; esta operación debe hacerse entre 3 y 7 segundos. Después del llenado del molde hasta su retiro no deberán pasar más de 2.5 minutos. El molde se coloca a un lado del espécimen de concreto. Inmediatamente se mide el revenimiento. Se coloca la varilla horizontalmente en la parte superior del molde y sobre el espécimen de concreto y se mide la distancia desde la parte inferior de ésta, hasta el centro desplazado de la parte superior de la masa de concreto. Si alguna parte del concreto se desliza o se cae hacia un lado, se desecha la prueba y se efectúa otra utilizando un concreto diferente pero de la misma muestra tomada originalmente. 69

Si la segunda prueba presenta caída o deslizamiento del concreto es probable que se deba a que la mezcla no tiene la suficiente plasticidad y cohesividad en cuyo caso la prueba del revenimiento no se aplicará. El reporte de la prueba debe contener los siguientes datos: o Revenimiento obtenido en cm. o Revenimiento de proyecto en cm. o Tamaño máximo del agregado o Identificación y datos del concreto. A continuación se presenta en las siguientes tablas información acerca de los revenimientos más comunes y de sus respectivas tolerancias. Tabla 2.34. Revenimientos especificados. REVENIMIENTO (cm) 10 12 14 14 Bombeable 18 Bombeable

CARACTERÍSTICAS Poco trabajable y no bombeable. Trabajable en grado medio y no bombeable. Trabajable y no bombeable. Trabajable y bombeable. Muy trabajable y bombeable.

Tabla 2.35. Valor nominal del revenimiento y tolerancias. REVENIMIENTO NOMINAL (mm) Menor de 50 De 50 a 100 Mayor de 100

TOLERANCIA (mm) +/- 1.5 +/- 2.5 +/- 3.5

Conclusiones de la prueba Si el revenimiento medido en la o las pruebas no es el requerido ni aún aplicando las tolerancias respectivas, el concreto de donde se tomó el muestreo debe desecharse pues no es aceptable para su colocación. Si el revenimiento es menor al especificado o solicitado puede ser que el concreto haya iniciado el proceso de fraguado. Si el revenimiento es mayor, puede ser que la relación agua/cemento se haya incrementado sin la debida autorización o control, lo cual afecta la resistencia. Es importante mencionar que la utilización de las pruebas antes mencionadas no es limitativa ni exclusiva de los concretos premezclados; desde luego son aplicables también al concreto hecho en obra.

2.4.5. Interpretación de resultados Estos resultados se pueden interpretar principalmente en el laboratorio y en obra, obteniéndose durante la realización de las prácticas correspondientes. Se utilizaran para el diseño de mezclas en el laboratorio.

2.5. Concreto endurecido 2.5.1. Conceptos fundamentales El concreto endurecido puede definirse como la etapa en que después que ha fraguado empieza a ganar resistencia y endurece.

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Características y propiedades Las características del concreto pueden variar en un grado considerable, mediante el control de sus ingredientes. Por tanto, para una estructura específica, resulta económico utilizar un concreto que tenga las características exactas necesarias, aunque esté débil en otras. Las principales propiedades del concreto endurecido son: resistencia y durabilidad. Durabilidad. El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio. Impermeabilidad. Es una importante propiedad del concreto que puede mejorarse, con frecuencia, reduciendo la cantidad de agua en la mezcla. Resistencia al desgaste. Los pisos, pavimentos y estructuras hidráulicas están sujetos al desgaste; por tanto, en estas aplicaciones el concreto debe tener una resistencia elevada a la abrasión. Los resultados de pruebas indican que la resistencia a la abrasión o desgaste está estrechamente relacionada con la resistencia la compresión del concreto. Un concreto de alta resistencia a compresión tiene mayor resistencia a la abrasión que un concreto de resistencia a compresión baja. Como la resistencia a la compresión depende de la relación Agua – Cemento baja, así como un curado adecuado son necesarios para obtener una buena resistencia al desgaste. El tipo de agregado y el acabado de la superficie o el tratamiento utilizado también tienen fuerte influencia en la resistencia al desgaste.

2.5.2. Curado del concreto Inminentemente después que se acaban las operaciones de terminado y se ha evaporado la película de agua de la superficie o tan pronto tan pronto como el concreto ya no se pegue, la superficie del concreto recién colado deberá ser cubierto y curado de acuerdo a los diferentes métodos existentes. En todos los casos en los cuales el curado requiera el uso de agua, esta operación debe tener prioridad sobre el suministro o suministros de agua. Se debe emplear la norma ACI 308 como guía. En esta recomendación se requieren siete días de curado en temperaturas mayores a 4.4 °C, pero se especifican periodos más cortos para el curado si se puede alcanzar más pronto el 70 % o más de la resistencia a compresión o la flexión especificada: Membrana de curado: inmediatamente después de que la película de agua ha desaparecido de la superficie del concreto, la superficie debe ser uniformemente cubierta con un material de membrana de curado líquida, que deberá ser colocado con una máquina rociadora mecánica a una proporción no menor a 1 litro por 3 m2 de superficie. Para asegurar una consistencia y una dispersión uniforme del pigmento en el material de curado, se debe agitar en el contenedor de abastecimiento justo antes de ser transferido al distribuidor y se debe mantener agitado durante la aplicación. En las áreas irregulares o en las secciones donde no es posible emplear la máquina rociadora, se puede rociar con equipo manual aprobado. Los cantos de la losa deben ser también recubiertos 60 minutos después de que se muevan las cimbras. Arpilleras o mantas de algodón: toda la superficie y orillas de la losa deben ser cubiertas con mantas. Antes de ser colocadas, éstas últimas se deben saturar completamente con agua. Las mantas se deben colocar de tal manera de tal manera que queden en íntimo contacto con la superficie, pero no se deben colocar hasta que la superficie se haya endurecido lo suficiente como para evitar que se peguen. Se deben mantener completamente húmedas y en posición durante el periodo especificado de curado.

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Papel a prueba de agua: tan pronto como la losa se haya endurecido lo suficiente como para evitar que se pegue debe ser completamente cubierta con papel a prueba de agua. Los pliegos de papel se deben traslapar 300 mm. El papel a prueba de agua debe ser suficientemente ancho como para y sobrepasar los lados de la losa después de que se cuente con tiras adicionales para el curado de los lados. El papel se debe colocar y mantener en contacto íntimo con la superficie y los lados de la losa durante el periodo de curado; solo se podrá colocar sobre una superficie húmeda. Si la superficie está seca se debe humedecer con un rociador de manera suficiente para evitar daños en el concreto fresco. Lienzos de polietileno blanco: la superficie y los lados de la losa deberán estar completamente cubiertos con los lienzos de polietileno blanco. Estos se deben colocar mientras la superficie de concreto este aún húmeda. Si la superficie está seca se debe mojar muy bien con un rociador antes de que se coloquen los lienzos. Los pliegos adyacentes se deberán traslapar 460 mm. Los lienzos podrán ser lastrados para mantenerlos en contacto con la superficie de la losa y deben ser lo suficientemente grandes como para extenderse más allá de la orilla de la losa y cubrir completamente los lados de la losa después de que la cimbra sea removida. Los pliegos de polietileno deberán mantenerse en su lugar durante todo el periodo de curado. Se especifica un espesor mínimo del polietileno de 1 mm. Curado de cortes de sierra: los cortes de sierra en las losas en proceso de curado deben ser protegidos en un secado rápido. Este se logra frecuentemente con papel con dobleces o cordones de fibra o con tiras engomadas de polietileno o con algún otro material aprobado. Curado en clima frío El curado en clima frío debe proveer la protección necesaria para evitar congelamiento sin pasar por alto el objetivo principal de retener la humedad durante el tiempo que sea necesario para que el cemento se hidrate hasta un punto aceptable. Los lienzos de polietileno cubiertos con heno o paja sirven para ambos propósitos. Revisar las normas ACI 306 y ACI 306.1.

2.5.3. Pruebas de calidad Las pruebas siempre deben hacerse cuidadosamente. Los resultados erróneos de una prueba pueden ser costosos. Prueba de compresión: La prueba de compresión muestra la mejor resistencia posible que puede alcanzar el concreto en condiciones perfectas. Esta prueba mide la resistencia del concreto. La resistencia se mide en kg/cm2 Megapascales (Mpa) y comúnmente se especifica como una resistencia característica del concreto medido a los 28 días después del mezclado. La prueba de resistencia se determina mediante una muestra en forma de cilindro, la cual es sometida a esfuerzos de compresión. Como el concreto aumenta su resistencia conforme pasa el tiempo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida más común de esta propiedad. Desde el punto de vista normativo se toman como referencia las normas mexicanas NMX-C-083-ONNCCE2002 (prueba de resistencia a la compresión con especímenes de concreto cilíndricos) y NMX-C-1691997-ONNCCE (extracción y prueba de núcleos o corazones de concreto sometidos a compresión). Es importante mencionar que al concreto endurecido se le realizan pruebas de calidad por métodos destructivos y por métodos no destructivos. Cuando la resistencia es la base de la aceptación del concreto, deben elaborarse especímenes, de acuerdo con la norma NMX-C-160-ONNCCE-2004. El número de muestras debe estar de acuerdo con lo indicado en la tabla 2.28, que considera para la prueba de resistencia un mínimo de dos especímenes a la edad especificada, de la muestra obtenida asegún la NMX-C-161-1997-ONNCCE. 72

El resultado de una prueba debe ser el promedio de las resistencias obtenidas en los especímenes compañeros excepto si se observa el alguno de ellos una deficiencia de muestreo, elaboración, manejo, curado o prueba no se tomaran en cuenta y el promedio de las resistencias de los especímenes restantes debe ser considerado como el resultado de la prueba. Si se obtuviera una resistencia inferior a la especificada no es motivo para rechazar el espécimen. Para cumplir con los requisitos de resistencia de esta norma con un nivel de confianza de 90% los resultados de las pruebas de resistencia deben estar de acuerdo a los requerimientos indicados. La resistencia a la compresión debe ser igual o mayor a 19.6 Mpa (200 kg/cm 2), a menos que de común acuerdo con el productor de concreto, el estructurista y el usuario se establezca otra. El concreto debe alcanzar la resistencia especificada a la compresión (f´c) a 28 días y a otra edad convenida con lo siguiente: a) Se acepta que no más del 10% del número de pruebas de resistencia a la compresión, tenga valores inferiores a la resistencia especificad f´c se requiere un mínimo de 30 pruebas. b) Se permite no más del 1% de los promedios de tres pruebas consecutivas de resistencia a la compresión, puede ser inferior a la resistencia especificada. El mínimo requerido es de 30 pruebas. NOTA: Debido a la variación de los materiales. Operaciones y pruebas, la resistencia promedio para alcanzar estos requisitos debe ser considerablemente más alta que la resistencia especificada. Esta resistencia es más alta en la medida es que las variaciones aumenten y más baja en la medida en que estas disminuyan. El muestreo del concreto. o o

o

La planta dosificadora debe apegarse siempre a las normas mexicanas para la selección de los materiales y aplicación de los procesos. La empresa fabricante del concreto premezclado debe permitir al constructor responsable, ejecutante de la obra o supervisor, llevar a cabo la toma de muestras necesarias para las pruebas con el fin de verificar la calidad requerida del concreto que se recibe. La toma de muestras debe hacerse para cada tipo de concreto solicitado y de acuerdo con la frecuencia señala en la tabla 2.28.

Verificación de la calidad del concreto. Las pruebas más usuales que se aplican al concreto son las siguientes: Prueba verificable en el laboratorio. - Determinación de la resistencia a la compresión de cilindros moldeados de concreto (NMX-C-083-ONNCCE-2002). Prueba verificable en obra. - Determinación del revenimiento del concreto fresco (NMX-C-156-ONNCCE-1997). Hay métodos complementarios de prueba para el concreto cuyo objeto es verificar si cumplen con los requisitos de fabricación requeridos. Se recomienda consultar estos métodos en las siguientes normas mexicanas:  NMX-C-109-0NNCCE-2004 Cabeceo de especímenes cilíndricos.  NMX-C-157-ONNCCE-2006 Determinación del contenido de aire del concreto fresco (método de presión).  NMX-C-160-ONNCCE-2004 Elaboración y curado en obra de especímenes de concreto.  NMX-C-162-ONNCCE-2000 Determinación de la masa unitaria, cálculo del rendimiento y contenido de aire del concreto fresco por el método gravimétrico.

73

Cabe mencionar que, en el laboratorio, cada cilindro se someterá a un esfuerzo de compresión a diferentes edades. La tabla 2.32 nos muestra en forma muy general el comportamiento de los cilindros de concreto sometidos a compresión y en la figura 2.4 se representa gráficamente ese comportamiento. Tabla 2.36. Comportamiento de cilindros de concreto sometidos a la prueba de compresión. CONCRETO RESISTENCIA NORMAL CONCRETO RESISTENCIA RÁPIDA Edad (días) % de la resistencia de Edad (días) % de la resistencia de diseño diseño 7 65 3 65 14 80 7 85 28 100 14 100

Figura 2.4. Comportamiento normal de un espécimen de concreto sometido a Compresión en diferentes edades. Obtención y prueba de corazones y vigas de concreto extraído: La Norma Mexicana establece el procedimiento para la obtención, preparación y prueba de corazones extraídos de concreto endurecido; para la determinación de espesores; de su resistencia a la compresión simple; de su resistencia a la tensión por compresión diametral así como de las vigas cortadas en concreto endurecido, para determinar la resistencia a la tensión por flexión. Corazones: Son los núcleos cilíndricos de concreto, que se extraen haciendo una perforación en la masa de concreto con una broca cilíndrica de pared delgada. Vigas: Son piezas prismáticas de concreto. Cabeceo: Es el procedimiento empleado para preparar las bases de los especímenes cilíndricos de concreto con los materiales adecuados. Las pruebas destructivas son:  Martillo de rebote.  Pistola de Windsor o prueba de penetración.  Ensayos de corazones y vigas de concreto.  Ensayos de arranque.  Ensayos de rotura. 74



Ensayos dinámicos o de vibración.

Normatividad que rige al concreto endurecido NMX-C-083-ONNCCE-2002 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto – Método de prueba. NMX-C-089-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto – Determinación de las frecuencias fundamentales, transversal, longitudinal y torsional de especímenes de concreto. NMX-C-109-ONNCCE-2010 Industria de la construcción – Concreto – Cabeceo de especímenes cilíndricos. NMX-C-128-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto sometido a compresión – Determinación del módulo de elasticidad estático y relación de Poisson. NMX-C-163-1997-ONNCCE Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia a la tensión por compresión diametral de cilindros de concreto. NMX-C-169-ONNCCE-2009 Industria de la construcción – Concreto – Extracción de especímenes cilíndricos o prismáticos de concreto hidráulico endurecido. NMX-C-191-ONNCCE-2004 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia a la flexión del concreto usando una viga simple con carga en los tercios del claro. NMX-C-192-ONNCCE-2006 Industria de la construcción – Concreto – Determinación del número de rebote utilizando el dispositivo conocido como esclerómetro. NMX-C-205-ONNCCE-2005 Industria de la construcción – Concreto – Determinación de la resistencia del concreto a la congelación y deshielo acelerados. NMX-C-219-ONNCCE-2005 Industria de la construcción – Concreto – Resistencia a la compresión a edades tempranas y predicción de la misma a edades posteriores – Método de prueba. NMX-C-221-ONNCCE-2005 Industria de la construcción – Concreto – Longitud de los corazones de concreto – Método de prueba. NMX-C-243-ONNCCE-2005 Industria de la construcción – Concreto – Prueba de resistencia al cortante en concreto endurecido.

2.5.4. Análisis estadístico e interpretación de resultados Estos resultados se pueden interpretar principalmente en el laboratorio y en obra, obteniéndose durante la realización de las prácticas correspondientes. Se utilizaran para el diseño de mezclas en el laboratorio.

2.6. Patología del concreto 2.6.1. Conceptos fundamentales La patología del concreto puede definirse como el estudio sistemático de los procesos y características de las enfermedades o de los defectos y daños que puede sufrir el concreto, sus consecuencias y su terapia. Causas 75

Las causas de las alteraciones y las patologías que pueden generarse en el concreto tienen su origen en una gran diversidad de factores. El conocimiento de estas es fundamental en cualquiera de las etapas de una construcción que emplee concreto como material. Para ello hay que tener muy en cuenta tanto los factores de diseño, así como su construcción. La determinación de las causas que ha provocado el concreto no siempre es fácil, pero es importante como medida previa a la aplicación de remedios y de una terapia adecuada; no hay que olvidar que, en general, las mismas causas producen idénticos tipos de defectos, de forma que conociendo la causa es posible prever el cuadro de fisuras que pueden aparecer, esquematizar el fenómeno y determinar sus posibles consecuencias o viceversa. Teniendo en cuenta, que en varias ocasiones las causas pueden ser combinadas. Se puede realizar una pequeña clasificación de las causas según su origen: Derivadas de los componentes del concreto Derivadas de la fabricación y ejecución Defectos y deterioro del acero de la armadura Influencia del ambiente o Deterioro por agentes externos:  Físicos  Químicos Se origina siempre que la tensión, generalmente a tracción, a la que se encuentra sometido el material sobrepasa su resistencia última. Se podrán distinguir por varias razones: o Edad de aparición en el elemento estructural o Por su forma o Trayectoria o Abertura o Movimiento, etc. Hay que tener especial cuidado con distinguir el concreto endurecido del fresco y los defectos, fallos o lesiones en uno y otro porque, por ejemplo, un defecto del concreto fresco puede provocar una lesión en el endurecido (un concreto con una consistencia muy seca, difícilmente compactable, puede quedar con oquedades y poros que permitan la corrosión de las armaduras). Un dato a tener en cuenta, es la consideración que se le da al concreto como un sistema homogéneo en su composición, compacto e inerte al medio donde se sitúa. Pero en realidad es todo lo contrario, se trata de un compuesto de sistema heterogéneo y poroso, sometido, a un medio capaz de alterarlo y reaccionar con sus componentes; jugando como factor fundamental no solo su protección física sino también su composición química, que es la que permite la correcta protección de la armadura.

2.6.2. Tipos de fallas patológicas Corrosión de los metales ahogados El concreto es un material de alta alcalinidad. El pH del concreto recién mezclado generalmente se ubica entre 12 y 13. En este rango de alcalinidad, el acero ahogado está protegido contra la corrosión por una película de pasivación adherida a la superficie de la varilla de refuerzo. Por lo tanto, cuando se rompe esta puede surgir la corrosión. La corrosión es un proceso electroquímico que requiere de un ánodo, un cátodo y un electrolito. La matriz de un concreto húmedo forma un electrolito aceptable, y el acero de refuerzo proporciona el ánodo y el cátodo. La corriente eléctrica influye entre el cátodo y el ánodo, y la reacción da como resultado un incremento en el volumen del metal cuando el Fe (hierro) se oxida para formar Fe (OH)2 y Fe (OH)3 y se precipita como FeO OH (color de herrumbre). Para que la reacción tenga lugar debe haber agua y oxígeno. En concreto de buena calidad la velocidad de la 76

corrosión será muy lenta. Tendrá lugar corrosión acelerada si el pH (alcalinidad) se reduce (carbonatación) o si se introducen en el concreto químicos agresivos o metales diferentes. Otras causas incluyen corrientes eléctricas vagabundas y celdas de concentración causadas por un ambiente químico disparejo o variable. Agrietamiento y astillamiento inducidos por corrosión El agrietamiento y el astillamiento del concreto inducidos por la corrosión del acero son funciones de las siguientes variables: 1. Resistencia a tensión del concreto. 2. Calidad y espesor del recubrimiento del concreto sobre la varilla de refuerzo. 3. Adherencia entre la varilla de refuerzo y el concreto circundante. 4. Diámetro de la varilla de refuerzo. 5. Porcentaje de la corrosión por peso de la varilla de refuerzo. Con una relación de espesor recubrimiento a diámetro de la varilla (C/D) igual a 7, el agrietamiento del concreto inicia cuando la corrosión alcanza el 4%, mientras que con una relación C/D de 3, solamente el 1% de la corrosión es suficiente para agrietar el concreto (ver tabla siguiente). Tabla 2.37. Relación C/D respecto al porcentaje de corrosión. RELACIÓN C/D RECUBRIMIENTO, TAMAÑO DE VARILLA pulgada/mm 7 3

3.5/89 1.5/38

#4 #4

PORCENTAJE DE CORROSIÓN PARA CAUSAR AGRIETAMIENTO 4% 1%

Penetración de cloruros Los cloruros pueden introducirse en el concreto cuando éste entra en contacto con ambientes que los contienen, tales como agua de mar o sales descongelantes. La penetración de los cloruros empieza en la superficie, posteriormente se mueve hacia adentro. La penetración toma tiempo, dependiendo de: 1. La cantidad de cloruros que entra en contacto con el concreto. 2. La permeabilidad del concreto. 3. La cantidad de humedad presente. En algunas ocasiones, la concentración de cloruros en contacto con el acero de refuerzo causará corrosión cuando estén presentes humedad y oxígeno. A medida que se forma una capa de herrumbre, las fuerzas de tensión generales por la expansión del óxido, hacen que el concreto se agriete y se deslamine. El astillamiento de la laminación ocurre cuando las fuerzas naturales de gravedad o las cargas actúan en el concreto flojo. Cuando el agrietamiento y la delaminación progresan, tiene lugar una corrosión acelerada, debido al fácil acceso de sales corrosivas, oxígeno y humedad. Entonces la corrosión empieza a afectar las varillas de refuerzo ahogadas más adentro del concreto. La concentración de cloruros necesarios para promover la corrosión, entre otros factores, es afectada grandemente por el pH del concreto. Se demostró que se requiere un nivel de umbral de 8000 ppm de iones de cloruro para iniciar la corrosión, cuando el pH era del 13.2. Cuando el pH se reducía a 11.6, la corrosión se iniciaba con solamente 71 ppm de iones de cloruro. Grietas y cloruros 77

Las grietas y las juntas de construcción en el concreto permiten que los químicos corrosivos tales como las sales descongelantes entren al concreto y se introduzcan en el acero de refuerzo. La corrosión del acero puede presentarse, inclusive, en un ambiente altamente alcalino cuando hay presencia de cloruros. Los cloruros no se consumen en el proceso de corrosión, pero si actúan como catalizadores para el proceso y permanecen en el concreto. El ACI 224 R – 90 presenta la tabla siguiente de anchos de grietas tolerables en el concreto reforzado. Tabal 2.38. Anchos de grietas tolerables en el concreto reforzado. CONDICIÓN DE EXPOSICIÓN ANCHO DE GRIETA TOLERABLE (pulgada) (mm) Aire seco, membrana 0.016 0.41 protectora Humedad, aire húmedo, suelo 0.012 0.30 Químicos para deshielar 0.007 0.18 Agua de mar y rociado con 0.006 0.15 agua de mar; mojado y secado Estructuras que retienen el 0.004 0.10 agua Cloruros en el colado Pueden encontrarse cloruros ene l concreto reforzado incluso antes de que las estructura esté en servicio. Los cloruros pueden introducirse deliberadamente como un acelerante, o en forma de ingredientes naturales localizados en algunos agregados. El concreto producido con arena de playa o que tiene agua de mar usada como agua de mezclado dará como resultado cloruros en la mezcla. Los cloruros pueden ser solubles en agua o solubles en ácidos. Los cloruros usados como aditivos son solubles en agua, mientras que los que se encuentran en fuentes de agregados sólo pueden ser solubles en ácido. Los cloruros solubles en agua son los más dañinos, ya que rápidamente se liberan para atacar el acero de refuerzo. El ACI 201.2 R propone los límites para los iones de cloruro en el concreto, antes de la puesta del concreto en servicio, los cuales se muestran en la tabla 2.39. Tabla 2.39. Límites para los iones de cloruro. CONDICIONES DE SERVICIO Concreto presforzado Concreto convencionalmente reforzado en un ambiente húmedo y expuesto a cloruros Concreto convencionalmente reforzado en un ambiente húmedo no expuesto a cloruros Construcción de edificios por encima del suelo en donde el concreto permanecerá seco

% DE CI CON RESPECTO AL PESO DEL CEMENTO 0.06 0.10 0.15 Sin límite

Carbonatación La carbonatación del concreto es una reacción entre gases ácidos en la atmosfera y los productos de la hidratación del cemento. El aire normal contiene dióxido de carbono (CO2) en concentraciones relativamente bajas (0.03%). El nivel del dióxido de carbono en atmosferas industriales es, por regla 78

general, alto. El dióxido de carbono penetra en los poros del concreto por difusión y reacciona con el óxido de calcio disuelto en el agua de los mismos poros. Como resultado de esta reacción, la alcalinidad del concreto se reduce a un valor pH de aproximadamente 10 y, consecuentemente, se pierde la protección del concreto del acero de refuerzo. La pasividad de la capa protectora en el acero es destruida. Cuando el acero es despasivado y el ambiente es ácido o ligeramente alcalino, empieza la corrosión si la humedad y el oxígeno ganan acceso hacia el concreto. En un concreto de buena calidad, el proceso de carbonatación es muy lento. Se ha estimado que el proceso continuará a una tasa de hasta 0.04 pulgadas (1 mm) por año. El proceso requiere de cambio constante en los niveles de humedad desde seco hasta mojado y nuevamente a seco. No ocurrirá carbonatación cuando el concreto esté constantemente bajo el agua. Mecanismos de desintegración La exposición a químicos agresivos (naturales o artificiales) suelen provocar que el concreto altere su composición química, provocando cambio en sus propiedades mecánicas. Dependiendo del tipo de ataque, el concreto puede ablandarse o desintegrarse, en una parte o en su totalidad. El agua puede ser uno de los ambientes más agresivos que causan la desintegración. Si el concreto está saturado con agua y sometido a congelación, la fuerza expansiva del incremento en volumen puede causar que el concreto se separe en pequeños pedazos. Similar a los efectos del hielo es la expansión de los cristales, de las sales en su superficie de concreto sometidos a soluciones salinas. No todos los mecanismos de desintegración son causados por factores externos. Las reacciones álcali – agregado, están internamente contenidas dentro del concreto originalmente elaborado. Tales reacciones dan como resultado la expansión del agregado afectado. Exposición a químicos agresivos Ciertos químicos en solución atacan a varios constituyentes del concreto. Los químicos agresivos pueden dividirse en las siguientes categorías: 1. Ácidos inorgánicos. 2. Ácidos orgánicos. 3. Soluciones alcalinas. 4. Soluciones salinas. 5. Varios. El ataque de ácidos al concreto es la reacción entre el acido y el hidróxido de calcio del cemento portland hidratado. La reacción produce compuestos de calcio solubles al agua, que luego son lixiviados. Cuando se usan agregados de piedra caliza o dolomitas, el ácido puede disolverlos. Desintegración por congelación y deshielo La desintegración o el deterioro por congelación y deshielo tienen lugar cuando se presentan las siguientes condiciones: 1. Ciclos de temperatura de congelación y deshielo dentro del concreto. 2. Concreto poroso que absorbe agua (poros capilares llenos de agua). El deterioro por congelación y deshielo generalmente ocurre en superficies horizontales que están expuestas a agua, o en superficies verticales que están en la línea de agua en porciones sumergidas de estructuras. El agua de congelación contenida n la estructura de poros se expande hasta convertirse en hielo. La expansión causa fuerzas de tensión localizadas que fracturan la matriz de concreto circundante. La fractura ocurre en pequeñas piezas, yendo de las superficies exteriores hacia el interior. La velocidad del deterioro por congelación y deshielo está en función de lo siguiente: 79

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Porosidad incrementada (la velocidad aumentada). Saturación de humedad incrementada (la velocidad se incrementa). Numero incrementado de los ciclos de congelación y deshielo (la velocidad se incrementa). Aire incluido (la velocidad se reduce). Superficies horizontales que atrapan agua estancada (la velocidad se incrementa). Agregado con una pequeña estructura capilar y alta absorción (la velocidad aumenta).

Reacción álcali-agregado Las reacciones álcali-agregado (AAR) pueden crear expansión y agrietamiento severo en estructuras y pavimentos de concreto. Los mecanismos que causan reacciones álcali-agregado no han sido entendidos completamente. Lo que se conoce acerca de este tipo de reacción es que ciertos agregados, tales, como, formas reactivas de sílice, reaccionan con el hidróxido de potasio, sodio, y calcio que están en el cemento y forman un gel alrededor de los agregados reaccionantes. Cuando el gel alrededor del agregado es expuesto a humedad, se expanden, creando fuerzas que causan grietas por tensión y que se forman alrededor del agregado. El concreto no confinado que experimenta AAR muestra algunos signos de aviso de agrietamiento superficial tipo “mapas” sobre las superficies expuestas. Una vez que se ha formado el agrietamiento, más humedad penetra en el concreto, acelerando la reacción álcali – agregado y permitiendo daño adicional por congelación y deshielo. La reacción álcali – agregado puede pasar inadvertida por algún tiempo, posiblemente años, antes de que se desarrollen severos trastornos asociados. Comúnmente las pruebas para detectar la presencia de reacciones álcali – agregado se hacen por el examen petrográfico del concreto. Recientemente, se ha desarrollado un nuevo método capaz para monitorear una reacción posible. Este método utiliza la técnica de fluorescencia de acero de uranio, es rápido y económico. Ataque de sulfatos La presencia de sulfatos solubles (principalmente de sodio, calcio y magnesio) es común en zonas de operaciones mineras, y de las industrias químicas y del papel. Los sulfatos de sodio y calcio con los más comunes en suelos, agua y procesos industriales. Los sulfatos de magnesio son menos comunes, pero más destructivos. Los suelos o las aguas que contienen estos sulfatos con frecuencia se llaman suelo o aguas “álcali”. Todos los sulfatos son potencialmente dañinos al concreto. Ellos reaccionan químicamente con la cal hidratada de la pasta de cemento y con el aluminato de calcio hidratado. Como resultado de esta reacción, se forman productos sólidos con un volumen más grande que los productos que entran en la reacción. La formación de yeso y ettringita se expande, presiona y rompe la pasta. Como consecuencia, se inicia la formación de escamas y la desintegración, seguido por el deterioro de la masa. La resistencia a sulfatos del concreto se mejora por una baja relación a/c y un factor adecuado de cemento, con un aluminato con bajo contenido tricálcico y con aire incluido apropiado. Con un proporcionamiento apropiado, el humo de sílice (microsílice), la ceniza volante y la escoria molida generalmente mejoran la resistencia del concreto al ataque de sulfatos, principalmente reduciendo la cantidad de elementos reactivos necesario para reacciones de sulfato expansivo. Erosión Cavitación

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La cavitación causa la erosión de las superficies de concreto como resultado del colapso de burbujas de vapor que se forman por cambios de presión en un flujo de agua a gran velocidad. Cuando se forman burbujas de vapor, éstas fluyen siguiendo la corriente con el agua. Cuando entran en una región de presión más alta, se colapsan con gran impacto. La formación de burbujas de vapor y su colapso consecuente se llama cavitación. La energía liberada al colapsarse causa “daño por cavitación”. Se forman cavidades cerca de las curvas y rebajos, o en el centro de los vórtices. El daño por cavitación da como resultado la erosión de la matriz del cemento, dejando el agregado más duro en su lugar. A velocidades más altas, las fuerzas de cavitación pueden ser lo suficientemente grandes como para desgastar y llevarse grandes cantidades de concreto. El daño por cavitación se evita produciendo superficies lisas y evitando obstrucciones salientes al flujo. Abrasión La abrasión es el desgaste de la superficie por raspado y fricción. Generalmente, la superficie es uniformemente desgastada, incluyendo la matriz de cemento y los agregados. Los factores que alteran la resistencia a abrasión son: 1. Resistencia a compresión. 2. Propiedades de los agregados. 3. Métodos de acabado. 4. Uso de capas de desgaste. 5. Curado. Efectos de la humedad En el concreto fresco, los espacios entre las partículas están completamente llenas de agua. El exceso de agua se evapora después de que endurece el concreto. La pérdida de humedad hace que el volumen de la pasta se contraiga. Esto, a su vez, conduce a esfuerzos de contracción. El concreto cambia de volumen en respuesta a los cambios de la humedad ambiental. Contracción por secado En su exposición a la atmósfera, el concreto pierde algo del agua original que tenía a través de la evaporación, y se contrae. El concreto de peso normal se contrae de 400 a 800 microdeformaciones. La contracción por secado, si no tiene restricciones, da como resultado un acortamiento del elemento sin la deformación de esfuerzo por contracción. Si el elemento tiene restricciones para moverse, la creación de esfuerzos puede exceder la resistencia a tensión del concreto. Este sobre – esfuerzo da como resultado agrietamiento debido a contracción por secado. La colocación correcta del acero de refuerzo en el elemento distribuye los esfuerzos de contracción y controla los anchos y las grietas. Transmisión del vapor de humedad El vapor de agua viaja a través del concreto cuando las superficies de un elemento estructural están sujetas a diferentes niveles de humedad relativa (HR). El vapor de humedad se traslada desde una alta HR a otra HR más baja. La cantidad de la transmisión de vapor de humedad es una función del gradiente HR entre las caras, y la permeabilidad del concreto. El vapor de humedad también se mueve hacia a adentro y hacia afuera de la estructura de poros del concreto, al ocurrir diferencias en la humedad relativa. El vapor de humedad se mueve desde lugares de humedad alta hasta lugares de baja humedad. El vapor también se mueve con los cambios en la temperatura. Cuando la temperatura se eleva, el vapor se expande y se mueve fuera de las estructura de poros. 81

Cambio de volumen – contenido de humedad El concreto cambia de longitud dependiendo de su contenido de humedad. El concreto húmedo que se seca se contrae, mientras que el concreto seco que se humedece se expande. El concreto puede tener cambios de acuerdo a las estaciones: los veranos calientes y húmedos generan altos contenidos de humedad, mientras que los veranos fríos y secos reducen los contenidos de humedad. Se pueden establecer valores para la cantidad de contracción o expansión causada por un cambio en el contenido de humedad, recurriendo a una estimación con base en los valores de contracción por secado se basan en un contenido inicial de humedad del 100% reducido a una humedad ambiental relativa de aproximadamente 50%. Ondulación (alabeo) La ondulación es un problema común con las losas coladas en el terreno. Este es causado por los gradientes desiguales de humedad y temperatura a través del espesor de la losa. El alabeo se incrementa a medida que aumenta la contracción por secado. Las superficies de losas, usualmente están secas en la parte superior, en donde están expuestas al aire, y húmedas en la parte inferior, en donde están expuestas al suelo. La superficie más seca tiende a contraerse a lo largo, en relación con la superficie húmeda de la parte inferior. La contracción de la superficie superior sólo puede aliviarse por medio de la ondulación de la losa hacia arriba. Los gradientes de temperatura a través de una losa pueden crear los mismos problemas que los gradientes de humedad. La situación típica es el calentamiento solar de la superficie superior de la losa, causando una temperatura más alta en esta superficie. La superficie superior tiene entonces una tendencia a crecer a lo largo con relación a la superficie inferior. Ocurre un alivio en el esfuerzo cuando la losa se ondula hacia abajo. Efectos térmicos El efecto de la temperatura en las estructuras y elementos de concreto es producido por el cambio de volumen. La relación del volumen a temperatura se expresa por el coeficiente de expansión/contracción térmica. Los cambios de volumen crean esfuerzos cuando el concreto está restringido. Los esfuerzos resultantes pueden ser de cualquier tipo: tensión, compresión, cortante, etc. Las condiciones de esfuerzo pueden resultar en un comportamiento indeseable: agrietamiento, astillamiento y deflexión excesiva. Cambio de volumen por temperatura El concreto, como todos los materiales, cambia de volumen cuando está sometido a cambios de temperatura. Un incremento en la temperatura incrementa el volumen de concreto; inversamente, un decremento en la temperatura reduce el volumen de concreto. Cargas térmicas diferentes Los gradientes de temperatura existen en muchas estructuras. La temperatura en la superficie de una losa de cubierta expuesta a los rayos directos del sol puede alcanzar 48 °C, mientras que el lado inferior de la cubierta puede ser de solamente 26 °C una diferencia de 22 °C conocida como calentamiento solar diurno. Esto provoca quela superficie de arriba tienda a expandirse más que la superficie de abajo. Esto da como resultado un movimiento hacia arriba durante el calentamiento, y un movimiento hacia abajo durante el enfriamiento. Tramos continuos

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El calentamiento solar diurno afecta las estructuras de manera diferente, dependiendo de su configuración. Las estructuras de tramos simples se flexionan hacia arriba y hacia abajo y están libres de girar en los soportes de los extremos. Las estructuras continuas pueden comportarse de forma diferente porque no tienen la libertad para girar en los soportes. Si existe suficiente gradiente térmico, junto con suficiente capacidad de tensión en la parte inferior del miembro, puede formarse una bisagra. Las articulaciones pueden ocurrir al azar en las grietas recién formadas, o pueden formarse en las juntas de construcción cerca de las columnas. Las articulaciones se abren y se cierran con los cambios diarios de temperatura. Restricción al cambio de volumen Si un elemento estructural está libre de deformarse como resultado de cambios en la temperatura, humedad., o cargas, no hay acumulación de esfuerzo interno. Si el elemento estructural está restringido, ocurre acumulación de esfuerzo y puede ser muy significativo. Cuando se libera el esfuerzo acumulado, ocurrirá en la porción más débil del elemento estructural o en su conexión a otras partes de la estructura. El esfuerzo puede derivar en grietas por tensión o grietas por cortante o pandeo. Agrietamiento térmico temprano del concreto recién colado El concreto recién colado experimenta elevación de temperatura proveniente del calor generado por la hidratación del cemento. La elevación de calor sucede en las primeras horas o días después del colado, luego se enfría hasta la temperatura ambiente circundante. Cuando tiene lugar el enfriamiento dos o tres días después del colado, el concreto tiene muy poca resistencia a tensión. La débil resistencia a la tensión, aunada a un miembro que se contrae térmicamente, crea las condiciones para grietas por tensión. Los factores que afectan la temprana elevación de la temperatura incluyen: 1. Temperatura inicial de los materiales. los materiales calientes generan un concreto caliente. La temperatura del agregado es el factor más crítico. 2. Temperatura ambiental. Temperaturas ambientales más altas conducen a picos más altos. 3. Dimensiones. Las secciones más grandes generan calor. 4. Curado. El curado con agua disipa la acumulación de calor. Debe evitarse el shock térmico. 5. Tiempo para remoción de cimbras. La remoción temprana de las cimbras reduce la temperatura pico. 6. Tipo de cimbras. Las cimbras de madera producen temperaturas más altas que las de fierro. 7. Contenido de cemento. Más cemento en la mezcla significa más calor. 8. Tipo de cemento. El cemento tipo III produce más calor que la mayoría de los otros cementos usados. 9. Reemplazos del cemento. La ceniza volante reduce la cantidad de calor acumulado. Movimientos térmicos en grietas existentes Los esfuerzos térmicos pueden ser aliviados de diferentes maneras a la formación de grietas. Las grietas que se formaron por medio de otros mecanismos, tales como agrietamiento por contracción por secado, pueden proporcionar un lugar en el miembro en donde las deformaciones por cambios térmicos pueden ser absorbidas. La grieta se mueve en el mismo ciclo que lo hace el ciclo de temperatura en el miembro de concreto. El movimiento térmico asumido por estas grietas reduce el movimiento en las juntas de expansión planeadas. Daño por fuego El fuego afecta al concreto de varias maneras, algunas de las cuales se enlistan enseguida: 83

1. Cambios desiguales en el volumen de miembros afectados, que en consecuencia presentan torsión, pandeo, y agrietamiento. 2. Astillamiento de las superficies de concreto que se expanden rápidamente, debido al calor extremo cerca de la fuente del fuego. Algunos agregados se aumentan a manera de pequeñas explosiones, astillando la matriz adyacente. La humedad rápidamente se transforma en vapor, causando explosiones localizadas de pequeñas piezas de concreto. 3. El mortero de cemento se convierte en cal viva a temperaturas de 400 °C, causando así desintegración del concreto. 4. El acero de refuerzo pierde se capacidad de resistencia a tensión a medida que se eleva la temperatura. 5. Una vez que el acero de refuerzo está expuesto por la acción del astillamiento, el acero se expande más rápidamente que el concreto circundante, causando pandeo y pérdida de adherencia al concreto adyacente, en donde el refuerzo está completamente empotrado.

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