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U n i v e r s i d a d Nacional Pedro Ruiz Gallo Facultad de Ingeniería Civil, de Sistemas y Arquitectura E s c u e l a Profesional de Ingeniería Civil

Tecnología del Concreto

NATURALEZA DEL CONCRETO Presentado por: Est. Ing. Civil César Jesús Díaz Coronel

CAMPUS UNIVERSITARIO

Av. Juan XXIII 339 – Teléfono: 074-590393 – www.unprg.edu.pe Lambayeque - Perú Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo Escuela Profesional de Ingeniería Civil

2 NATURALEZA DEL CONCRETO

GENERALIDES

Es el campo

de la ingeniería Civil que abarca el conjunto de conocimientos

científicos orientados hacia la aplicación técnica, práctica y eficiente del concreto en la construcción. En su desarrollo y utilización intervienen varias ciencias, como son la Física, la Química, las Matemáticas y l investigación experimental.

A diferencia de otros campos de la Ingeniería en que se puede ejercer un control bastante amplio sobre los parámetros que participan en un fenómeno, en la Tecnología del Concreto cada elemento que interviene, ya sea el cemento, el agua, los agregados, los aditivos y las técnicas de producción, colocación, curado y mantenimiento, representa aspectos particulares a estudiar y controlar de modo que puedan trabajar eficientemente de manera conjunta en la aplicación práctica que deseamos.

DEFINICIÓN DEL CONCRETO

El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica y moldeable y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes, lo que hace un material ideal para la construcción. La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el agua. Se le considera la fase continua del concreto, ya que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto.

El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas partículas no están unidas o en contacto unas con otras, si no se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta reducida.

Las propiedades del concreto están determinadas fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus componentes, pudiendo ser mejor comprendidas si se analiza la naturaleza del concreto.

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3 IMPORTANCIA DEL CONCRETO

Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso. Sin embargo, si bien su calidad final depende en forma muy importante tanto de un profundo conocimiento del material como de la calidad profesional del ingeniero, el concreto en general es desconocido en muchos de sus siete grandes aspectos: naturaleza, materiales, propiedades, selección, y mantenimiento de los elementos estructurales.

Las posibilidades de empleo del concreto en la producción son cada día mayores, pudiendo en la actualidad ser utilizados para una amplia variedad de propósitos. La única limitación a sus múltiples aplicaciones puede ser el desconocimiento por parte del ingeniero de todos los aspectos ya indicados; así como de la importancia relativa de los mismos de acuerdo al uso que se pretenda dar al material. COMPOSICIÓN DE CONCRETO El concreto endurecido se compone de: 1. Pasta 2. Agregado

1. La Pasta Viene a ser el aglomerante, estructura básica o matriz, que aglutina a los agregados, grueso y fino, aire, y vacíos, es considerado como la fase continua, debido a que se encuentra unida con algo de ella misma.

Elementos fundamentales Aquella parte del concreto endurecido conocida como pasta comprende a cuatro elementos fundamentales:

a) El gel, nombre con el que se le denomina al producto resultante de la reacción química e hidratación del cemento b) Los poros, incluidos en ella. c) El cemento hidratado, si lo hay. d) Los cristales de hidróxido de calcio, o cal libre, que puedan haberse formado durante la hidratación del cemento.

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Grafico 1.1

Esquema típico de la estructura del concreto endurecido

Pasta de Cemento Con vectos

Agregado Grueso

Agregado Fiino

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El agregado Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas, de origen natural o artificial. Los agregados en la fase discontinua del concreto. Ellos son materiales que están embebidos en la pasta y ocupa entre el 62% y 78% de la unidad cubil del concreto.

La estructura interna del concreto es la que establece su comportamiento resistente, debido en gran parte a la capacidad de la pasta para adherirse a los agregados, y soporte mecánico propiciado por el acomodo de las partículas inertes y sus características propias; es decir, que el resultado del comportamiento se debe a la conjunción de ambos.

La estructura del concreto no es homogénea, y en consecuencia no es isotrópica, es decir no mantiene las mismas propiedades en diferentes direcciones. Esto se debe principalmente a los diferentes materiales que intervienen, su variabilidad individual, así como al proceso de elaboración, en que durante la etapa en que la pasta es plática, se posibilita el acomodo aleatorio de los diferentes componentes hasta su ubicación definitiva al endurecer.

Existen en la pasta cantidades variables de espacios vacíos, denominados poros, esta porosidad es la que condiciona el comportamiento posterior del concreto para absorber líquidos y su permeabilidad o capacidad de flujo a través de él. POROSIDAD DEL CONCRETO

La porosidad, permeabilidad y capilaridad comprenden fenómenos físicos que tienen interdependencia, un concreto será tanto más permeable y tendrá una posibilidad de absorción capilar más importante cuanto más poroso sea.

La porosidad son sistemas de vacíos presente en la estructura interna del concreto endurecido. Esta porosidad es la que condiciona el comportamiento posterior del concreto para absorber líquidos y su permeabilidad o capacidad de flujo a través de él.

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La porosidad se encuentra bajo dos formas: -

La porosidad cerrada, en el caso en que los poros no comuniquen entre ellos ni con el exterior; está principalmente formada por una parte de la porosidad de los agregados y por el aire atrapado en el concreto.

-

La porosidad abierta, en el caso en que los poros se comuniquen entre si y con el medio exterior al concreto; está formada por una parte de la porosidad de los agregados y por los microcanales dejados al evaporarse parte del agua de mezclado del concreto (poros capilares). La porosidad abierta, es aquella que debe preocupar a los constructores en concreto.

Es la que favorece más o menos: - El camino de los agentes agresivos hacia las armaduras. - La contracción hidráulica - La acción de la helada - La permeabilidad - Las resistencias bajas

La suma de las dos porosidades constituye la porosidad total o denominada simplemente porosidad.

La porosidad de acuerdo al lugar como se encuentran, podemos clasificarnos como: la porosidad de la pasta y de la porosidad de los agregados. Porosidad de la pasta

Los poros presentes en la pasta se clasifican en cuatro categorías definidas por el origen, tamaño promedio o ubicación. Sin embargo no existe una línea clara de demarcación que separe un rango de tamaños del otro, los poros de estas cuatro categorías son: - Poros por aire atrapado - Poros por aire incorporado - Poros capilares - Poros gel

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7 a) Poros por aire atrapado, Durante el proceso de mezclado una pequeña cantidad de aire, del orden del 1% son aportados por los materiales y queda atrapada en la masa del concreto, no siendo eliminada por los procesos de mezclado, colocación o compactación. Los espacios que este aire forma en la masa de concreto se conoce como poros por aire atrapado. Son parte inevitable en todos los concretos, varían en tamaño desde aquellos que no son perceptibles a simple visita, hasta aquellos de 1 cm. o más de diámetro, su perfil suele ser irregular y no necesariamente están interconectados.

La presencia de poros por aire atrapado es indeseable dado a que contribuyen a la disminución de resistencia y durabilidad del concreto, pudiendo adicionalmente incrementar la permeabilidad.

b) Poros por aire incorporado, Fundamentalmente por razones de incremento en la durabilidad del concreto, por incremento en la protección de la pasta contra los procesos de congelación del agua en el interior de la misma, se pueden incorporar intencionalmente, mediante el uso de aditivos químicos, minúsculas burbujas de aire las cuales se conocen como poros de aire incorporado.

Las burbujas de aire incorporado son generalmente de perfil esférico con diámetros promedio entre 0.08 a 0.10 mm. Pueden ocupar hasta un 5% o más de volumen en el concreto. Este sistema de vacíos estrechamente espaciados permite un incremento significativo de la durabilidad del concreto al crear un gran número de cámaras en las que se puede congelar el agua presente en los poros capilares, evitando que la tensión generada por la expansión debido a la conversión de

agua a hielo contribuya a

agrietar el concreto.

El principal inconveniente de la presencia de burbujas de aire en la mezcla es que estas al incrementar la porosidad, tienden a disminuir las resistencias mecánicas en un 5% por cada 1% de aire incorporado.

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8 c) Poros capilares, Se define como poros capilares a los espacios originalmente ocupados por el agua en el concreto fresco, los cuales en el proceso de hidratación del cemento no han sido ocupados por el gel. El gel sólo puede desarrollarse en los espacios originalmente llenos de agua. Por tanto si la relación agua / cemento es alta o el curado es pobre, la cantidad de espacios ocupables por el gel será alta y sólo una parte de ellos será ocupada por el gel durante el proceso de hidratación, quedando los espacios residuales en la condición de poros capilares.

Los poros capilares no pueden ser apreciados a simple vista, varían en perfil y forman un sistema, en muchos casos interconectados, distribuido al azar a través de la pasta.

Dependen de la relación agua / cemento, como del grado de hidratación de la pasta; aunque son de tamaño submicroscópico están en capacidad de contener agua que puede congelarse. Es evidente que conforme aumenta el número de poros capilares, la resistencia será menor, al mismo tiempo que tenderá a aumentar

la porosidad, permeabilidad y capacidad de

absorción de la pasta y por ello del concreto. d) Poros gel, Durante el proceso de formación de gel quedan atrapados dentro de este, totalmente aislados unos de otros, así como del exterior, un conjunto de vacíos a los cuales se les conoce con el nombre de poros gel.

Estos poros se presentan en el gel independientemente de la

relación

agua/cemento y el grado de hidratación de la pasta, ocupando aproximadamente el 28% de la misma.

Los poros gel tiene un diámetro muy pequeño, del orden de aproximadamente de 0.00000018 mm. Equivalente al de las moléculas de agua. Debido a su muy pequeño diámetro el agua no congela en ellos, estos poros no están interconectados.

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Gráfico 1.2

Esquema típico de la estructura de la pasta de cemento

1.1.1

L a

p o r o s i d a d

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10 La porosidad del agregado

Las cuatro categorías de poros que pueden presentarse en la pasta corresponden a espacios que están en el concreto fuera de los límites de los agregados. Sin embargo este es poroso y permeable, pudiendo variar el total de poros, de acuerdo a los diferentes tipos de rocas, entre el 0.3% y el 20%.

Algunas rocas presentan macroporos, los cuales se definen como poros lo suficientemente grandes como para que los efectos de la capilaridad en ellos sean muy pequeños o despreciables.

Los pequeños vacíos presentes en el agregado, en forma similar a los poros capilares de la pasta, pueden bajo determinadas circunstancias ser parcial o totalmente llenados de agua y originar problemas como la congelación, que afecta la durabilidad del concreto.

De todo lo anterior, se deduce que el concreto endurecido no es de por si impermeable al agua, debiéndose esto, a al porosidad que posee, la cual permita la filtración del agua cuando entran en contacto.

Se debe señalar, que la permeabilidad del concreto, no es una simple función de la cantidad de poros, sino que depende del tamaño, de su distribución y la continuidad de ellos; por consiguiente su determinación es necesario tomar estos aspectos.

El agua fluirá mas fácilmente a través de los poros capilares, que a través de los poros gel, debido básicamente al tamaño de ellos. Luego se puede indicar que la permeabilidad de la pasta y consecuentemente del concreto, es controlada por la porosidad capilar.

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