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TECNOLOGIA DEL CONCRETO 1

Contenido Componentes del Concreto Pruebas al Concreto Diseño de Mezclas de Concreto Diseño de Mezclas de Mortero Cimbras Acero Curado del Concreto Colado en Clima Caluros 2

Componentes del Concreto • Cemento • Otros Cementantes • Agregado – Grueso – Fino

• Aditivos • Agua 3

Proporción Volumétrica

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Resistencia a la Compresión • Se define como la medida máxima de la resistencia a caraga axial de especimenes de concreto, normalmente se expresa en kg/cm2 MPa o lb/pulg2 a una edad de 28 días. • El concreto de uso general: – 200 a 400 kg/cm2 – 20 a 40 MPa – 3000 to 6000 lb/pulg2

• Concreto de alta resistencia, por definición: – 700 kg/cm2 o más – 70 MPa o más – 10,000 lb/pulg2 o más

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Desarrollo de la Resistencia a Compresión expresado como Porcentaje de la Resistencia a los 28 días

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Aproximaciones de las Resistencias del Concreto • Resistencia a Compresión ( ƒc′ )

– 7 días — 75% de los 28 días – 56 y 90 días — 10% - 15% > 28 días

• Resistencia a la Flexión ( Módulo de Ruptura) – Densidad normal

— 8% - 12% de la ƒc′

• Resistencia a la Tensión (Tracción) – Tensión directa – Cortante o cisallamiento

— 8% -12% de la ƒc′ — 8% -14% de la ƒc′ 7

Cementos Portland, Mezclados y Otros Cementos Hidráulicos

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• Los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos hidráulicos de calcio. • Fraguan y endurecen por la reacción química con el agua. • Cuando se adiciona la pasta a los agregados, la pasta actúa como un adhesivo y une los agregados para formar el concreto, el material de construcción mas usado en el mundo. 9

El Inicio de una Industria • El concreto mas antiguo descubierto data de cerca del ano 7,000 a.c., localizado en Yiftah El en Galilea, Israel. • En 500 a.c., el arte de la produccion de morteros a base de cal llego a Grecia antigua. • La palabra concreto es derivada del latin “concretus”, que significa crecido junto o compuesto 10

El Inicio de una Industria • La invención del cemento portland se atribuye a Joseph Aspdin en 1824. • Obtuvo la patente para este producto, al cual lo denomino cemento portland pues producia un concreto con color semejante a la caliza natural que se explotaba en la isla de Portland en el Canal de la Mancha.

11

La Industria en Norteamerica • EE.UU. - 1871— Coplay, Pensilvania • Canadá -1889 — Hull, Quebec

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La Industria en Latinoamérica 1888 en Brasil 1898 en Cuba 1907 en Venezuela 1909 en Colombia 1916 en Perú 1923 en Ecuador 1928 en Bolivia 1941 en Nicaragua

1897 en Guatemala 1903 en México 1908 en Chile 1912 en Uruguay 1919 en Argentina 1926 en Paraguay 1936 en Puerto Rico 1949 en El Salvador 13

Producción del Cemento Portland

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Calcio

Hierro

Sílice

Alúmina

Sulfato

CaO

Fe2O3

SiO2

Al2O3

CaSO4+ 2H2O

Desechos industriales Aragonita Calcita Polvo del horno de cemento Roca calcárea Creta Arcilla Greda Caliza Mármol Marga Coquilla Esquisto

Polvo humo horno fundición Arcilla Mineral hierro Costras laminado Lavaduras mineral Cenizas pirita Esquisto

de Silicato de calcio de Roca calcárea de Arcilla Ceniza volante Greda de Caliza Loes de Marga Lavaduras de de mineral Cuarcita de de Ceniza cáscara de arroz Arena Arenisca Esquisto Escoria Basalto

Mineral de Anhidrita aluminio Sulfato de Bauxita calcio Roca calcárea Yeso Arcilla Escoria de cobre Ceniza volante Greda Granodiorita Caliza Loes Lavaduras de mineral Esquisto Escoria Estaurolita 15

Proceso de Producción

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• La roca se reduce primero hasta un tamaño de 125 mm (5 pulg.) y después a un tamaño de 20 mm (3/4 pulg.) para entonces se almacenar.

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• Las materias primas se muelen hasta que se vuelvan en polvo y se las mezcla.

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• La calcinación transforma químicamente las materias primas en el clínker de cemento.

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Se muele el clínker junto con el yeso para convertirlos en cemento portland.

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Proceso de Producción del Clinker

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Clinker

Yeso

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Cemento Portland Por definición — • Un cemento hidráulico producido por la pulverización del clinker, que se compone esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos. Normalmente contiene por lo menos una forma de sulfato de calcio como una adición molida conjuntamente con el clinker 26

Tipos de Cemento Portland ASTM C-150 TIPO I

Normal

TIPO II

Moderada Resistencia al Ataque de Sulfatos

TIPO III

Alta Resistencia Inicial

TIPO IV

Bajo Calor de Hidratacion

TIPO V

Resistencia al Ataque de Sulfatos 27

Norma Mexicana NMX-C-414 TIPO CPO CPC CPP CPEG CPS CEG

Cemento Portland Ordinario Cemento Portland Compuesto Cemento Portland Puzolanico Cemento Portland Escoria Granulada Cemento Porland Humo de Silice Cemento Escoria Granulada

CLASE RESISTENTE 3 Dias Minimo

28 Dias Minimo

Maximo

20

203

407

30

305

509

30R

203

40 40R

305

509

407 305

CARACTERISTICAS ESPECIALES RS

Resistencia a Sulfatos

BRA

Baja Reactividad AlcaliAgregado

BCH

Bajo Calor de Hidratacion

B

Blanco

407 * kg/cm²

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Nomenclatura • CPC 30R • Cemento Portland Compuesto, de Clase Resistente 30, con Alta Resistencia Inicial. • CPO 30R • Cemento Portland Ordinario, de Clase Resistencia 30, con Resistencia Normal • CPO 30R RS/BRA • Cemento Portland Ordinario, de Clase Resistente 30, con Alta Resistencia Inicial, de Resistencia a Sulfatos y Baja Reactividad Alcali-Agregado. • CPO 30R B • Cemento Portland Ordinario, de Clase Resistente 30, con Alta Resistencia Inicial, Blanco.

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Cementos Adicionados • • • • • • •

Clinker Yeso Cemento Portland Ceniza volante Escoria Humo de sílice Arcilla calcinada

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Hidratación del Cemento Portland

• Se usa el término “fase” preferiblemente al término “compuesto” para describirse los componentes del clínker. • Siguen los cuatro compuestos principales en el cemento portland, sus fórmulas químicas aproximadas y abreviaturas: – – – –

Silicato tricálcico 3CaO·SiO2 = C3S Silicato dicálcico 2CaO·SiO2 = C2S Aluminato tricálcico 3CaO·Al2O2 = C3A Ferroaluminato tetracálcico 4CaO·Al2O2·Al2O2 = C4AF 36

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Propiedades Físicas del Cemento • Las especificaciones de cemento presentan límites para las propiedades físicas y para la composición química. • La comprensión de la importancia de las propiedades físicas es útil para la interpretación de los resultados de los ensayos (pruebas) de los cementos. • Los ensayos de las propiedades físicas de los cementos se deben utilizar para la evaluación de las propiedades del cemento y no del concreto. • Las especificaciones del cemento limitan las propiedades de acuerdo con el tipo de cemento. Durante la fabricación, se monitorean continuamente la química y las siguientes propiedades del cemento:

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Propiedades Físicas del Cemento Finura Sanidad Consistencia Tiempo de Fraguado Fraguado Falso Resistencia a la Compresion Calor de Hidratacion Perdida por Ingnicion Masa Especifica y Relativa Masa Unitaria 41

Finura • La distribución total del tamaño de las partículas del cemento se llama “finura”. • La finura del cemento afecta el calor liberado y la velocidad de hidratación. • La mayor finura del cemento (partículas menores) aumenta la velocidad o tasa de hidratación del cemento y, por lo tanto, acelera el desarrollo de la resistencia. • Los efectos de la mayor finura sobre la resistencia de las pastas se manifiestan, principalmente, durante los primeros siete días. 42

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Sanidad • La sanidad se refiere a la habilidad de la pasta de cemento en mantener su volumen. • La falta de sanidad o la expansión destructiva retardada se puede causar por la cantidad excesiva de cal libre o magnesia supercalcinadas. • La mayoría de las especificaciones para cemento portland limitan el contenido de magnesia (periclasa) y la expansión máxima que se mide por el ensayo de expansión en autoclave. • Desde la adopción del ensayo de expansión en autoclave en 1943 en los EE.UU. (Tabla 2-15), pocos casos de expansiones se han atribuido a la falta de sanidad 45

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Consistencia • La consistencia se refiere a la movilidad relativa de la mezcla fresca de pasta o mortero de cemento o su habilidad de fluir. • Ambos métodos, el de consistencia normal y el de fluidez, se usan para regular la cantidad de agua en las pastas y morteros, respectivamente, para que se los utilice en ensayos subsecuentes.

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Tiempo de Fraguado • El objetivo del ensayo (pruebas) del tiempo de fraguado es la determinación (1) del tiempo que pasa desde el momento de la adición del agua hasta cuando la pasta deja de tener fluidez y de ser plástica (llamado fraguado inicial) y (2) del tiempo requerido para que la pasta adquiera un cierto grado de endurecimiento (llamado fraguado final). • Los tiempos de fraguado indican si la pasta está o no sufriendo reacciones normales de hidratación. El sulfato (del yeso u otras fuentes) en el cemento regula el tiempo del fraguado, pero este tiempo también se afecta por la finura, relación aguacemento y cualquier aditivo empleado. 49

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Resistencia a la Compresión • La resistencia a compresión es aquélla obtenida por la prueba (ensayo), por ejemplo, de cubos o cilindros de mortero de acuerdo con las normas nacionales. • Se debe preparar y curar los especimenes de acuerdo con la prescripción de la norma y con el uso de arena estándar. • El tipo de cemento, o más precisamente, la composición de los compuestos y la finura del cemento influyen fuertemente la resistencia a compresión. 52

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Calor de Hidratación • El calor de hidratación es el calor que se genera por la reacción entre el cemento y el agua. • La cantidad de calor generado depende, principalmente, de la composición química del cemento, siendo el C3A y el C3S los compuestos más importantes para la evolución de calor.

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Perdida por Ignición • La pérdida por ignición (pérdida por calcinación) del cemento portland se determina por el calentamiento de una muestra de cemento con masa conocida a una temperatura de 900°C a 1000°C, hasta que la masa se mantenga constante. • Se determina entonces la pérdida de masa de la muestra. Normalmente, una gran pérdida por ignición es una indicación de prehidratación y carbonatación, las cuales pueden ser resultantes del almacenamiento prolongado o de manera incorrecta, o de la adulteración durante el transporte.

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Masa Especifica y Masa Especifica Relativa • La masa específica del cemento (peso específico, densidad) se define como el peso de cemento por unidad de volumen de los sólidos o partículas, excluyéndose el aire entre las partículas. La masa específica se presenta en megagramos por metro cúbico o gramos por centímetro cúbico (el valor numérico es el mismo en las dos unidades). • La masa específica del cemento varía de 3.10 hasta 3.25, con promedio de 3.15 Mg/m3. El cemento portland de alto horno y el portland puzolánico tienen masas específicas que varían de 2.90 hasta 3.15, con promedio de 3.05 Mg/m3. La masa específica del cemento no es una indicación de la calidad del cemento, su principal uso es en los cálculos de las proporciones de la mezcla.

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Masa Unitaria • La masa unitaria (densidad aparente) del cemento se define como masa de las partículas de cemento más el aire entre las partículas por unidad de volumen. La masa unitaria del cemento puede variar considerablemente, dependiendo de como se maneja y almacena el cemento. • Si el cemento portland está muy suelto, puede pesar sólo 830 kg/m3 (524 lb/pies3), mientras que cuando se consolida el cemento a través de vibración, el mismo cemento puede pesar tanto como 1650 kg/m3 (1034 lb/pies3).

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Transporte y Envase

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Producción de Cemento en 2000

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Almacenamiento • El cemento es un material sensible a la humedad; si se mantiene seco, va a retener su calidad indefinidamente. El cemento almacenado en contacto con el aire húmedo o humedad fragua más lentamente y tiene menos resistencia que un cemento mantenido seco. • En la planta de cemento y en las instalaciones de las plantas de concreto premezclado, el cemento a granel se almacena en silos. • La humedad relativa en los almacenes o cobertizos usados para guardar los sacos de cemento debería ser la más baja posible. • Todas las fisuras y aberturas de los muros y techos deberían ser cerradas. • No se debería almacenar los sacos de cemento en pisos húmedos pero sí deben descansar sobre tarimas (palets, estrados). Los sacos se deben apilar juntos para reducir la circulación del aire, pero no se deben nunca apilar cerca de los muros externos. • Los sacos que se almacenen por un largo periodo se deben cubrir con lonas (mantas) u otra cobertura impermeable.

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Ceniza Volante, Escoria, Humo de Sílice y Puzolanas Naturales Materiales Cementantes Suplementarios

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Propiedades sobre el Concreto Fresco

• Demanda de Agua • Trabajabilidad • Sangrado y Segregacion • Contenido de Aire • Calor de Hidratacion • Tiempo de Fraguado • Bombeabilidad 67

Propiedades sobre el Concreto Endurecido • • • • • • • • • • • •

Resistencia Resistencia al Impacto y a la Abrasion Resistencia a Congelacion-Deshielo Resistencia a Sales Descongelantes Contraccion por Secado y Fluencia Permeabilidad y Absorcion Reactividad Alcali-Agregado Resistencia a Sulfatos Corrosion Carbonatacion Resistencia Qumica Sanidad 68

Cenizas Volantes

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Escoria • La escoria granulada de alto horno molida, también llamada cemento de escoria, se produce de la escoria siderúrgica de alto horno, la cual es un cemento hidráulico no metálico que consiste básicamente en silicatos y aluminosilicatos de calcio. • Este producto se desarrolla en el estado fundido simultáneamente con el acero en un alto horno. 70

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Humo de Silice • El humo de sílice, también llamado de microsílice, humo de sílice condensado o sílice activa, es un subproducto que se usa como una puzolana (Fig. 37). • Este subproducto es el resultado de la reducción del cuarzo de alta pureza con carbón en hornos eléctricos durante la producción de liga de silicio o ferrosilicio. • El área superficial del humo de sílice condensado es aproximadamente 20,000 m2/kg (método de la adsorción de nitrógeno). Para efectos de comparación, el humo de tabaco tiene un área superficial de 10,000 m2/kg. Los cementos ASTM tipos I y III tienen un área superficial de 300 m2/kg a 400 m2/kg y de 500 a 600 m2/kg, respectivamente. 72

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Puzolanas Naturales

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Agua de Mezcla para el Concreto

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• El exceso de impurezas en el agua de mezcla puede afectar: – – – – – – –

Tiempo de fraguado Resistencia Eflorescencias Manchas Corrosión del Refuerzo Instabilidad del Volumen Reducción de la Durabilidad.

• Por lo tanto, se pueden establecer ciertos límites opcionales para cloruros, sulfatos, álcalis y sólidos en el agua de mezcla o se pueden realizar ensayos adecuados para la determinación del efecto de las impurezas sobre varias propiedades. 77

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Límites en p.p.m. NOM-C-122-1982 Impurezas

Sólidos en suspensión En aguas naturales (Limos y Arcillas) En aguas recicladas (Finos de Cemento y Agregado) Cloruros como Cl* *** Para concreto con acero de preesfuerzo y piezas de puentes. *** Para otros concretos reforzados en ambiente húmedo o en contacto con metales como el aluminio, fierro galvanizado y otros similares. = * Sulfato como SO4 ++ * Magnesio como Mg = Carbonatos como CO3 Dióxido de Carbono disuelto, como CO2 +

+

Álcalis totales como Na , K Total de impurezas en solución Grasas o Aceites ** Materia orgánica (oxígeno consumido en medio ácido) Valor del pH

Calidad del efluente

promedio Cemento rico en Cemento sulfato(enero-mayo resistente calcio 2003) 6.97 2,000 2,000 50,000 35,000 No reportado 400

600

700

1,000

3,000 3,500 100 150 600 600 5 3 300 450 3,500 4,000 0 0 150 150 No menor de 6 No menor de 6.5

Puntual 25marzo-1999

1994 reporte 26-Ene-95

0

5.0 - 45.0

64.4

45.0 - 80

No reportado 31.16 No reportado 29.22 No reportado 439.2 No reportado No reportado No reportado 158 No reportado No reportado 15.32 5 No reportado 73 7.21 7.37

70 MPa – Aumento de la resistencia inicial – Reduce la penetración de iones 117

Superplastificantes para Concreto Fluido • También conocidos como: – Superfluidificantes – Superfluidizantes

• Son esencialmente reductores de alto rango • Tipo 1 ― Plastificante • Tipo 2 ― Plastificante y Retardador 118

Superplastificantes para Concreto Fluido • Producen concretos fluidos con alto revenimiento (asentamiento) (> 190 mm [7.5 pulg.]) • Reducen el sangrado (exudación) • Los plastificantes con revenimiento extendido reducen la pérdida de revenimiento 119

120

Aditivos Retardantes NMX-C-255

• Retardan el fraguado o la velocidad del endurecimiento para: – Colocación en clima caluroso – Colocación difícil – Procesos especiales de acabado

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Aditivos Acelerantes NMX-C-255

• Aceleran: – Hidratación (fraguado) – Desarrollo de la resistencia en edades tempranas

• Aceleradores a base de cloruro de calcio: – – – –

Aumentan contracción por secado Corrosión potencial del refuerzo Descascaramiento potencial Oscurecen el concreto

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Inhibidores de Corrosión • Control de la corrosión del acero del refuerzo • La dosis depende del nivel de cloruros previsto

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Aditivos Reductores de Contracción

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Inhibidores de RAS—Carbonato de Litio

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Aditivos Colorantes (Pigmentos)

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Fibras para Concreto

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Tipos de Fibras • • • •

Acero Vidrio Sintéticas Naturales

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Efectos de las Diferentes Fibras sobre las Propiedades del Concreto Efecto

Tipo de Fibra

Reducción de la fisuración por contracción plástica

Sintética, Acero

Aumento de la resistencia tensión (tracción)

Vidrio, Acero, Carbón

Aumento de la resistencia a flexión

Acero, Vidrio

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Ensayos de Control del Concreto

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Ensayos de Agregados Proposito: • Determinar la adecuación del material para su uso en concreto — abrasión, sanidad contra los ciclos de congelación-deshielo, Potencial de RAA, etc. • Garantizar la uniformidad— control de humedad, masa específica relativa y granulometría de los agregados, etc.

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Ensayos de Agregados • Muestreo • Impurezas orgánicas • Material Fino Objetable • Granulometría • Humedad superficial • Otros

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Muestreo • ASTM D 75 • NMX-C-030

– Práctica de norma para el muestreo de agregados

• ASTM C 702 • NMX-C-170-1997ONNCCE

– Práctica normalizada para la reducción de muestras de agregados para el tamaño de ensayo

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Impurezas Orgánicas • ASTM C 40 • NMX-C-088-1997ONNCCE – Método de ensayo para determinar las impurezas orgánicas en el agregado fino para concreto

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Material Fino Objetable • ASTM C 117 • NMX-C-084

– Determinación a través de lavado, de los materiales más finos que el tamiz 75-µm (No. 200)

• ASTM C 142 • NMX-C-071

– Terrones de arcilla y partículas friables 135

Granulometría • ASTM C 136 • NMX-C-077 – Análisis granulométrico de los agregado fino y grueso

136

Contenido de Humedad (1) • ASTM C 566 • NMX-C-166

– Contenido de humedad evaporable total del agregado por secado

P = 100(H– S)/S Siendo: P= contenido de humedad de la muestra en porcentaje H= masa original de la muestra S= masa seca de la muestra

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Contenido de Humedad (2) • Cuando equipos de secado no están disponibles - ASTM C 70 – Determinación de la humedad superficial en el agregado fino

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Ensayos de Laboratorio y de Campo para el Concreto Fresco • Muestreo • Consistencia • Temperatura • Contenido de aire • Masa volumétrica • Especimenes para resistencia • Tiempo de fraguado 139

Muestreo • ASTM C 172, NMX-C-161-1997-ONNCCE

140

Alcance • Esta práctica abarca los procedimientos para obtener muestras representativas de concreto fresco, en las condiciones en que se entrega en la obra, en las cuales se efectuaran ensayes para determinar el cumplimiento de los requisitos de calidad de las especificaciones baja las cuales se suministra dicho concreto. • Esta practica incluye la toma de muestras en mezcladoras estacionarias, pavimentadoras y camiones mezcladores, así coma en aquellos equipos, provistos a no con agitadores, que se utilizan para transportar concreto mezclado en planta. 141

Procedimiento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Obtenga una muestra representativa (por ejemplo de un camión mezclador) Muestre el concreto en dos o mas intervalos igualmente espaciados durante la descarga de la porción media de la mezcla. Pase repetidamente el recipiente interceptando el flujo completo de la descarga o desvie completamente el flujo de la descarga hacia el recipiente del muestreo. Traslade la muestra al lugar de la prueba. Combine las muestras y remezcle para formar la muestra compuesta. Obtenga la muestra compuesta dentro de un intervalo de 15 minutos. El tamano mínimo de la muestra empleada para pruebas de resistencia deberá ser de 28 litros (1 pie3). Empiece las pruebas de revenimiento, temperatura y de contenido de aire dentro de los 5 minutos siguientes a la obtención de la porción final de la muestra compuesta. Empiece el moldeo de los cilindros dentro de los15 minutos siguientes a la preparación de la muestra compuesta. Proteja la muestra contra la evaporación rápida y la contaminación.

142

Medición de la Temperatura ASTM C 1064

143

Alcance • Este método de prueba permite medir la temperatura de mezclas de concreto recién mezclado. Puede usarse para verificar que el concreto satisfaga requerimientos específicos de temperatura.

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Procedimiento • Obtenga una muestra de concreto en un recipiente no absorbente lo suficientemente grande para obtener en todas direcciones un mínimo de 3 pulgadas (75 mm) de recubrimiento de concreto alrededor del sensor del dispositivo para medir la temperatura. • Utilice un termómetro que tenga una precisión de ± 1˚F (0.5˚C) en todo el rango de 30˚ a 120˚F (0˚ a 50˚C). • Coloque el termómetro en la muestra con un mínimo de 3 pulgadas de recubrimiento (75 mm) alrededor de sensor. • Presione suavemente el concreto alrededor del termómetro. • Lea la temperatura después de un mínimo de 2 minutos o cuando la lectura de la temperatura se estabilice. • Complete la medición de la temperatura dentro de los cinco minutos después de obtener la muestra. • Registre la temperatura al grado Fahrenheit (0.5 grados Celsius) mas próximo.

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Revenimiento • Revenimiento Abrams.

o

asentamiento

del

cono

de

– ASTM C 143, NMX-C-156-1997-ONNCCE

• Medidor K de revenimiento. – ASTM C 1362

• Aparato de vibración inclinada de la FHWA • Consistómetro Vebe – ASTM C 1170

• Ensayo Thaulow • Penetración de la esfera de Kelly – ASTM C 360-92—ahora suspendida 146

Alcance • Este método de ensaye tiene como finalidad proporcionar al usuario un procedimiento para determinar el revenimiento de concretos plásticos hechos a base de cemento hidráulico. • Este método de ensaye se considera aplicable al concreto plástico preparado con agregado grueso de basta 1 1/2 pulgadas (37.5 mm) de tamaño. Si el tamaño de partícula del agregado grueso es mayor de 1 1/2 pulgadas (37.5 mm), el método de prueba es aplicable en la fracción del concreto que pasa la malla de 1 1/2 pulgadas (37.5 mm), con la eliminación de los tamaños mayores, de acuerdo con la sección intitulada "Procedimientos adicionales para concretos con partículas grandes de agregado" de la Practica C 172.

147

Revenimiento

148

Frecuencia • Primera amasada del día • Siempre que la consistencia parezca variar • Siempre que se moldeen en la obra cilindros para ensayos de resistencia

149

Procedimiento 1. 2.

Humedezca el cono y el piso o la placa base de apoyo. Apoye el cono firmemente contra la base parándose sobre los dos estribos de apoyo. No permita que se mueva de manera alguna durante el llenado. 3. Llene el cono en tres capas aproximadamente iguales (en volumen), la primera a una profundidad de 2 5/8” de pulgada (70 mm), la segunda a una profunidad de 6 1/8” de pulgada (160 mm) y la tercera justo sobre la parte superior del cono. 4. Varille cada capa en todo su espesor 25 veces, distribuyendo los golpes uniformemente sobre toda la sección de cada capa. 5. Varille la segunda y la tercera capas de modo que penetre ligeramente la capa anterior. 6. Al varillar la capa superior, mantenga todo el tiempo un exceso de concreto por encima del molde. 7. Enrase en la parte superior del cono usando la varilla de compactación. 8. Remueva el concreto circundante de la base del molde. 9. Levante el cono hacia arriba 12 pulgadas (300 mm) con un movimiento suave, sin torsión en 5±2 segundos. 10. Mida con una precisión de ¼ de pulgada (5 mm) el revenimiento desde el borde superior del cono hasta el centro original desplazado de la superficie superior del espécimen. 11. Realice la prueba de principio a fin en 2 ½ minutos. 12. Informe apropiadamente (registre) los resultados.

150

Contenido de Aire

151

Método de Presión • ASTM C 231 • NMX-C-157

152

Alcance • Este medio de ensaye abarca la determinacion del contenido de aire en el concreto fresco recien mezclado, mediante la observacion en los cambios de volumen del concreto producidos por un cambio en la presion. • Este metodo de ensaye ha sido destinado para concretos y morteros elaborados con agregados relativamente densos o normales. 153

Procedimiento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Seleccione una muestra representativa. Humedezca el interior del tazón de medición y colóquelo en una superficie firme, plana y a nivel. Llene el tazón de medición con tres capas iguales, sobrellene ligeramente la ultima capa. Varille cada capa 25 veces con el extremo hemisférico de la varilla, distribuyendo uniformemente los golpes. Varille la capa inferior en todo su espesor sin golpear con fuerza el fondo del molde. Varille las capas intermedia y superior en todo su espesor, penetrando alrededor de 1 pulgada (25 mm) en la capa inferior. Golpee vigorosamente los lados del tazón de medición de 10 a 15 veces, con el mazo de hule después de varillar cada capa. Enrase el concreto al nivel del borde superior del tazón de medición usando la barra y limpie el borde. Limpie y humedezca la parte interior de la tapa antes de fijarla a la base.

154

Procedimiento • 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

•

Usando un Medidor Tipo B Abra ambas llaves de purga. Cierre la válvula de aire entre la cámara de aire y el recipiente Inyecte agua a trabes de la llave de purga hasta que salga por la otra llave llave de purga. Continue inyectando agua en la llave de purga mientras sacude y golpea ligeramente el medidor para asegurarse de que todo el aire sea expulsado. Cierre la válvula de alivio de aire y bombee aire por arriba de la línea de presión inicial. Cierre ambas llaves de purga. Abra la válvula de aire entre la cámara y el recipiente. Golpee vigorosamente los lados del recipiente con el mazo. Lea el porcentaje de aire después de golpear ligeramente el manómetro para estabilizar la manecilla. Cierre la válvula de aire y luego abra la llaves de purga para liberar la presión antes de quitar la tapa. Calcule el contenido de aire correctamente: Contenido de aire = lectura del medidor – factor de correcion del agregado

Informe apropiadamente (registre) los resultados.

155

Método Volumétrico • ASTM C 173 • NMX-C-158

156

Alcance • Este método de ensaye abarca la determinación del contenido del aire en mezclas de concreto fresco recién mezclado que contiene cualquier tipo de agregado, ya sea denso, ligero o celular.

157

Procedimiento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Obtenga una muestra de concreto fresco recién mezclado de acuerdo a la ASTM C172 Humedezca el interior del contenedor. Llene con dos capas iguales. Varille cada capa 25 veces. Cuando varille la segunda capa, penetre la primera capa aproximadamente 1 pulgada (2.5 cm). Golpee los lados del recipiente de 10 a 15 veces con el mazo después de varillar cada capa. Enrase el concreto al nivel de la parte superior del contenedor usando la regla de enrase y limpie la pestaña. Humedezca el interior de la sección superior y la junta. Sujete la sección superior al contenedor, inserte el embudo, agregue al menos medio litro de agua, agregue la cantidad seleccionada de alcohol y entonces agregue agua hasta que aparezca en el cuello de la sección superior. Remueva el embudo y ajuste el nivel de agua hasta que la parte inferior del menisco este a nivel con la marca cero. Coloque y apriete la tapa con rosca. Repetidamente invierta el medidor de aire y sacuda horizontalmente, por no mas de 5 segundos a la vez y por un mínimo de 45 segundos en total para liberar el concreto de la base. Ruede vigorosamente el medidor en ¼ a ½ vuelta, por un minuto como mínimo. Ocasionalmente voltee la base aproximadamente 1/3 de vuelta durante el proceso de rodamiento.

158

Procedimiento 12. 13. 14.

15.

16.

Si el medidor gotea mientras lo invierte o rueda, inicie una nueva prueba con una nueva muestra. Coloque el medidor derecho y permita que el aire se eleve hasta que el nivel del liquido se estabilice. Si el toma mas de 6 minutos para que el nivel del liquido se estabilice o hay mas de 2 porciento (en una división de aire) de espuma encima del liquido, descargue la muestra e inicie una nueva muestra; incremente la cantidad de alcohol utilizada. Una vez terminado el rolado:

1. 2.

Lea el nivel del liquido en el cuello al 0.25% mas próximo. Registre la lectura del medidor. Reapriete la tapa y repita los pasos 11 al 14.

Una vez terminado el rolado:

1. 2.

Lea el nivel del liquido en el cuello al 0.25% mas próximo. Si la segunda lectura ha cambiado respecto de la inicial por mas de 0.25%, registre esta como lectura final

159

Masa Volumétrica • ASTM C 138 • NMX-C-162ONNCCE-2000

160

Alcance • Este método cubre la determinación de la densidad de concreto fresco y proporciona formulaciones para calcular el volumen producido, contenido de cemento y contenido de aire en el concreto. El volumen producido se define como el volumen de concreto producido con la mezcla de cantidades conocidas de los materiales que lo componen. 161

Procedimiento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Determine el peso del recipiente vacio (lb o kg). Coloque el concreto en el recipiente en tres capas de aproximadamente igual volumen. Varille cada capa con la varilla de compactación 25 veces para recipientes de 0.5 pies³ (28 dm³) o mas pequeños o 50 veces para contenedores de 1 pie³ (28 L³). Varille la capa del fondo en todo su espesor, evitado golpear con fuerza el fondo del recipiente. Varille las capas intermedia y superior cada una en todo su espesor, de modo que los golpes penetren en la capa previa en aproximadamente 1 pulgada (25 mm). Distribuya los golpes uniformemente sobre la sección del recipiente para cada capa. Después de varillar cada capa, golpear a conciencia los lados del recipiente de 10 a 15 veces con el martillo de hule. Enrase el concreto hasta lograr una superficie acabada con la placa de enrase. Limpie todo el concreto excedente y determine el peso del recipiente lleno. Calcule el peso neto (lb o kg). Calcule el peso volumétrico (lb/pie³ o kg/m³). Informe apropiadamente los resultados. 162

Moldeo de Especimenes de Resistencia (1) • Especimenes moldeados en obra

la

– ASTM C 31 – NMX - C-160

• Especimenes moldeados en laboratorio

el

– ASTM C 192 – NMX-C-159 163

Tamaño de los Especimenes de Resistencia (1) Cilindros : • Tamaño max. del agregado 50 mm (2 pulg.): – 150 × 300 mm (6 x 12 pulg.)—Cilindro estándar

• Tamaño max. del agregado > 50 mm (2 pulg.): – Diámetro — 3 x tamaño max. agreg. / altura = 2 x diámetro

• Concreto de alta resistencia: – 100 x 200 mm (4 x 8 pulg.)

164

Tamaño de los Especimenes de Resistencia (2) Vigas para Flexión • Tamaño max. del agregado 50 mm (2 pulg.): – 150 × 150 mm (6 x 6 pulg.)—Viga estándar – Longitud: ± 500 mm (20 pulg.)

• Tamaño max. del agregado > 50 mm (2 pulg.): – Sección transversal = 3 x tamaño max. agreg. / longitud = 3 x profundidad + 50 mm (20 pulg.)

165

Frecuencia del Ensayo — Resistencia • ACI 318 y ASTM C 94 requiere que se realicen ensayos: – Para cada clase de concreto colocado en cada día, por lo menos una vez al día – y por lo menos una vez para cada115 m3 (150 yd3)

• Se requiere el promedio de la resistencia de dos cilindros a los 28 días 166

Procedimiento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Coloque los moldes en una superficie horizontal, rígida y nivelada, libre de vibraciones. Seleccione una muestra representativa de acuerdo con la ASTM C 172. Coloque el concreto en el molde, girando la herramienta pequeña de colocación alrededor del borde superior del molde a medida que el concreto es descargado. Llene el molde en tres capas de igual volumen. En la capa final, agregue una cantidad que llenara el molde después de la consolidación. Ajuste el subllenado o sobre llenado del molde con concreto representativo y complete los golpes requeridos. Varille cada capa 25 veces con el extremo redondeado de la varilla, distribuyendo uniformemente los golpes. Varille la capa inferior en todo su espesor. Varille las capas intermedia y superior, penetrando 1 pulgada (25 mm) en las capas subyacentes. Golpee ligeramente de 10 a 15 veces los lados del molde con el mazo de hule o con la mano abierta (únicamente para moldes de un solo uso o de calibre delgado), después de varillar cada capa. Retire el exceso de concreto de la superficie con la varilla de compactación

167

Curado de las Probetas

168

Tiempo de Fraguado ASTM C 403 NMX-C-177-1997-ONNCCE

169

Ensayos Adicionales para el Concreto Fresco (1) • Ensayos acelerados para resistencia a compresión – ASTM C 684 – NMX-C-290

• Contenido de cloruros – Método de la NRMCA

• Contenido de cemento – ASTM C 1078 170

Ensayos Adicionales para el Concreto Fresco (2) • Contenido de agua – ASTM C 1079 (suspendidas en 1998)

• Contenido de material suplementario • Sangrado (exudación)

cementante

– ASTM C 232 – NMX-C-296-ONNCCE-2000 171

Ensayo del Concreto Endurecido (1) • Resistencia a compresión – ASTM C 39 – NMX-C-083-1997-ONNCCE

• Resistencia a flexión – – – –

ASTM C 78 NMX-C-191 ASTM C 293 NMX-C-303 172

Ensayo del Concreto Endurecido (2) • Resistencia a Tensión (tracción) – ASTM C 496 – NMX-C-163-1997 -ONNCCE

• Contenido de aire – ASTM C 457

• Masa volumétrica, absorción y vacíos – ASTM C 642, NMX-C-263

• Contenido de cemento portland – ASTM C 1084 173

Ensayo del Concreto Endurecido (3)

• Contenido de MCS y aditivos orgánicos • Contenido de cloruros • Análisis petrográfico – ASTM C 856

• Cambio de longitud —contracción por secado – ASTM C 157 – NMX-C-173

• Módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson – ASTM C 469 – NMX-C-128-1997-ONNCCE

• Método de ensayo del PH • Permeabilidad • Contenido de humedad

174

Ensayo de Resistencia del Concreto Endurecido Se puede realizar en: – Probetas moldeadas de muestras del concreto fresco – Especimenes extraídos o aserrados – Cilindros colados en el sitio 175

Mortero de Azufre • ASTM C 617 • NMX-C-109-1997ONNCCE – Cabeceo de cilindros de concreto

176

Almohadillas de Neopreno • ASTM C 1231 – Uso de almohadillas no adherentes en la determinación de la resistencia a compresión de cilindros de concreto endurecido.

177

Ensayos de Resistencia a Compresión

Mortero de azufre

Almohadillas no adherentes

178

Ensayos de Resistencia a Compresión

179

Ensayos de Resistencia a Flexión

180

Evaluación de los Resultados de Ensayos de Compresión en Cilindros Resistencia a compresión satisfactoria si: • El promedio del conjunto de tres ensayos consecutivos de resistencia es igual o superior a ƒc′ • Ningún ensayo individual de resistencia (promedio de dos cilindros) 3.5 MPa (500 lb/pulg2) sea menor que la especificada Si los resultados de los cilindros no cumplen con estos criterios: • Evaluar la resistencia del concreto en el sitio a través de corazones aserrados

181

Evaluación de la Resistencia a Compresión de Corazones Concreto representado por corazones se consideran estructuralmente adecuados si: • Promedio de la resistencia de 3 corazones es por lo menos 85% de la ƒc′ • Ningún corazón tenga menos del 75% de la ƒc′ 182

Ensayos de Durabilidad (1) • Resistencia a congelación – – – –

ASTM C 666 C 671 C 682 NMX-C-205

• Resistencia a los sulfatos • Resistencia a la Corrosión • Resistencia a la abrasión – ASTM C 418, C 779, C 944, C 1138 183

Ensayos de Durabilidad (2) • Reactividad álcali-agregado – – – – – – – – – –

ASTM C 227 C 289 C 295 C 441 C 586 C 1260 C 1293 NMX-C-180 NMX-C-298 NMX-C-265

184

Ensayos de Humedad Cualitativos: • Lámina de plástico • Revestimiento adherido • Resistencia eléctrica • Impedancia eléctrica • Medidores nucleares de humedad 185

Ensayos de Humedad Cuantitativos: • Método gravimétrico • Tasa de emisión de vapor • Sondas de humedad relativa 186

Carbonatación ASTM C 856

187

Ensayos No Destructivos (END) • Esclerómetro • Penetración • Madurez • Arranque • Rotura • Dinámico o vibración • Otros 188

Esclerómetro o martillo de rebote de Schmidt ASTM C 805 NMX-C-192-1997-ONNCCE

189

Sonda de Windsor ASTM C 803

190

Ensayo de Arranque ASTM C 900

191

Ensayos No Destructivos Propiedades del concreto

Método END recomendado

Métodos END posibles

Sonda de penetración Esclerómetro Resistencia Arranque Rotura Sonda de penetración Esclerómetro Calidad general y Eco de pulo ultrasónico Velocidad de pulso uniformidad Examen visual ultrasónico Radiografía gamma Radar Radiografía gamma Espesor Eco de pulso ultrasónico 192

Ensayos No Destructivos Propiedades del concreto

Método END recomendado

Métodos END posibles

Velocidad de pulso Prueba de carga ultrasónico Velocidad de pulso Medidor de densidad de ultrasónico Densidad neutrones Radiografía gamma Medidor de Radiografía de rayos X Tamaño y recubrimiento Eco de pulo ultrasónico localización de las (pachómetro) Radar barras de acero Radiografía gamma Rigidez

Estado de Medida del corrosión del eléctrico acero de refuerzo

potencial

193

Ensayos No Destructivos Propiedades del concreto

Método END recomendado

Métodos END posibles

Termografía de infrarrojo Impacto acústico Radiografía por rayos X Presencia de Radiografía gamma Eco del pulso ultrasónico vacíos bajo la Velocidad de pulso Radar superficie ultrasónico Ensayo de frecuencia de resonancia Integridad estructural de la Prueba de carga (carga- Ensayo acústica estructura de deflexión) concreto

usando

emisión

194

Proporcionamiento de Mezclas de Concreto ACI-211.1

195

Procedimiento • El procedimiento para la dosificación de mezclas de concreto en esta sección es aplicable al concreto de peso normal, aunque es posible emplear los mismos procedimientos para concretos pesados y masivos.

196

Características en el Proporcionamiento de Concretos de Calidad

• Trabajabilidad • Durabilidad • Resistencia • Apariencia • Economía

197

Propiedades de la Mezcla • • • • • • • •

Resistencia Relación agua-cemento Tamaño y volumen del agregado Contenido de aire Revenimiento y trabajabilidad Contenido de agua Contenido y tipo de material cementante Aditivo 198

Especificaciones y Dosificación • Independientemente de que las características del concreto estén prescritas en las especificaciones o de que se deje la dosificación a criterio de la persona que la va a hacer, la determinación de los pesos de las mezclas por metro cúbico de concreto se lleva a cabo mas satisfactoriamente de acuerdo a la siguiente secuencia: 199

Primero Paso: Elección del Revenimiento Construcción de Concreto Zapatas y reforzados

muros

de

cimentación

Revenimiento, mm (pulg.) Máximo* Mínimo 75 (3)

25 (1)

75 (3)

25 (1)

Vigas y muros reforzados

100 (4)

25 (1)

Columnas de edificios

100 (4)

25 (1)

Pavimentos y losas

75 (3)

25 (1)

Concreto masivo

75 (3)

25 (1)

Zapatas, cajones y muros de subestructuras sin refuerzo

*El revenimiento se puede incrementar cuando se emplean aditivos químicos, se debe tener en cuenta que el concreto tratado con aditivos tiene una relación agua:cemento igual o menor sin que potencialmente tenga segregación o sangrado excesivo. Se puede incrementar en 2.5 cm cuando los métodos de compactación no sean mediante vibrado.

200

Segundo Paso: Elección del tamaño nominal del agregado • Por regla general, el tamaño maximo del agregado debe ser el mayor disponible economicamente y compatible con la estructura, nunca exceder: – 1/5 de la menor dimension entre los lados de las cimbras. – 1/3 del espesor de las losas. – 3/4 del espacio libre minimo entre varillas, paquetes o torones de pretensado. 201

Tercer Paso: Calculo del agua de mezclado y el contenido de aire.

• La cantidad de agua por volumen unitario de concreto que se require para producir determinado revenimiento, depende del tamaño maximo de la forma de la particula y granulometria de los agregados, la temperatura del concreto, asi como de la cantidad de aire incluido, el uso de aditivos quimicos. Cuando el volumen de aditivo liquido es importante, este se debe de considerar como parte del agua de mezclado. 202

Concreto sin Aire Incluido Agua, kilogramos por metro cúbico de concreto, para los tamaños de agregado indicados Revenimiento, mm

9.5 mm

12.5 mm

19 mm

25 mm

37.5 mm

50 mm

75 mm

150 mm

25 a 50

207

199

190

179

166

154

130

113

75 a 100

228

216

205

193

181

169

145

124

150 a 175

243

228

216

202

190

178

160

—

Cantidad aproximada de aire atrapado en un concreto sin aire incluido, porcentaje %.

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0.3

0.2

203

Concreto con Aire Incluido Agua, kilogramos por metro cúbico de concreto, para los tamaños de agregado indicados 9.5 mm

12.5 mm

19 mm

25 mm

37.5 mm

50 mm

75 mm

150 mm

25 a 50

181

175

168

160

150

142

122

107

75 a 100

202

193

184

175

165

157

133

119

150 a175

216

205

197

184

174

166

154

-

Revenimiento, mm

Promedio del contenido de aire total recomendado, para el nivel de exposición, porcentaje Exposición leve

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

Exposición moderada

6.0

5.5

5.0

4.5

4.5

4.0

3.5

3.0

Exposición severa

7.5

7.0

6.0

6.0

5.5

5.0

4.5

4.0

204

Niveles de Exposicion • Ligera.- Cuando se desee la inclusion de aire para otros efectos beneficos que no sea la durabilidad: mejorar trabajabilidad, cohesion, etc. • Moderada.- Implica servicio en climas donde es probable la congelacion, pero en los que el concreto no estara expuesto continuamente a la humedad. • Severa.- En casos en que el concreto esta expuesto a productos quimicos desgongelantes u otros agentes agresivos, o bien, cuanda pueda sobresaturarse por el contacto con humedad o agua corriente antes de la congelacion. 205

Cuarto Paso: Seleccion de la relacion Agua/Cemento • La relacion agua/cemento requerida se determina no solo por los requisitos de resistencia, sino tambien por otros factores como durabilidad. • Para condiciones de exposicion severas la relacion agua/cemento se debe mantener baja, aun cuando los requerimientos de resistencia puedan cumplirse con valores mayores. 206

Resistencia compresión a 28 días kg/cm2 (MPa)

Relación agua-material cementante en masa Concreto sin aire incluido

Concreto con aire incluido

450 (45)

0.38

0.30

420 (42)

0.41

0.32

400 (40)

0.42

0.34

350 (350)

0.47

0.39

300 (30)

0.54

0.45

280 (28)

0.57

0.48

250 (25)

0.61

0.52

210 (21)

0.68

0.59

200 (20)

0.69

0.60

150 (15)

0.79

0.70

140 (14)

0.82

0.74

207

Condición de exposición Concreto protegido de la exposición congelacióndeshielo, descongelantes y sustancias agresivas Concreto con baja permeabilidad, expuesto al agua Concreto expuesto a congelación-deshielo en la condición húmeda y a descongelantes Para protección del concreto reforzado expuesto a cloruros

Relación a/c máxima en masa

Resistencia min, f‘c, kg/cm2 (MPa) [lb/pulg.2]

Elija basándose en la Elija basándose en resistencia, los requisitos trabajabilidad y estructurales requisitos de acabado 0.50

280 (28) [4000]

0.45

320 (31) [4500]

0.40

360 (36) [5000] 208

Exposición a sulfatos

Sulfatos (SO4) en el suelo , % en masa

Sulfatos (SO4) en el agua , ppm

Tipo de cemento

Relación a/c max., en masa

Resistencia mínima, f'c, kg/cm2 (MPa) [lb/pulg.2]

Insignificante

Menor que 0.10

Menor que 150

Ningún tipo especial

—

—

Moderada

0.10 a 0.20

150 a 1500

Moderada resistencia sulfatos

0.50

280 (28) [4000]

Severa

0.20 a 2.00

1500 a 10,000

alta resist. a sulfatos

0.45

320 (31) [4500]

Muy severa

Mayor que 2.00

Mayor 10,000

alta resist. a sulfatos

0.40

360 (35) [5000]

209

Quinto Paso: Calculo de Contenido de Cemento

• La cantidad de cemento por volumen unitario de concreto se rige por las determinaciones expuestas en el tercero y cuarto paso. El cemento requerido es igual al contenido estimado de agua de mezclado (3er. Paso), dividido entre la relación agua/cemento (4o. Paso). 210

Sexto Paso: Estimación del contenido de agregado grueso Volumen de Agregado Grueso por Volumen Unitario de Concreto Tamaño max. del agregado, mm (pulg.)

Módulo de finura de la arena

2.40

2.60

2.80

3.00

9.5

(3/8)

0.50

0.48

0.46

0.44

12.5

(1/2)

0.59

0.57

0.55

0.53

19

(3/4)

0.66

0.64

0.62

0.60

25

(1)

0.71

0.69

0.67

0.65

37.5

(1 1/2)

0.75

0.73

0.71

0.69

50

(2)

0.78

0.76

0.74

0.72

75

(3)

0.82

0.80

0.78

0.76

150

(6)

0.87

0.85

0.83

0.81 211

Séptimo Paso: Estimación del contenido de agregado fino

• Al termino del sexto paso se han estimado todos los componentes del concreto, excepto el agregado fino, cuya cantidad se determina por diferencia. Es posible emplear cualquiera de los dos procedimientos: el método del peso o el método de volumen absoluto. 212

Tamaño max. del agregado, mm (pulg.)

Primera Estimación del Peso del Concreto Fresco. kg/m3 Concreto sin aire incluido

Concreto con aire incluido

9.5 (3/8)

2280

2200

12.5 (1/2)

2310

2230

19 (3/4)

2345

2275

25 (1)

2380

2290

37.5 (1 ½)

2410

2350

50 (2)

2445

2345

75 (3)

2490

2405

150 (6)

2530

2435

213

Procedimiento mas exacto • Un procedimiento mas exacto para calcular la cantidad requerida de agregados finos implica el empleo de volumenes desplazados por los componentes. En este caso, el volumen total desplazado por los componentes conocidos: agua, aire, cemento y agregado grueso; se resta del volumen unitario de concreto para obtener el volumen requerido de agregado fino. 214

Volúmenes Desplazados Volumen de Cemento + Volumen de Agua + Volumen de Agregado Grueso + Contenido de Aire _____________________ Volumen Desplazado – Volumen Absulotuo = Arena

215

Octavo Paso: Ajustes por Humedad del Agregado • Las cantidades de agregado que realmente se deben pesar para el concreto deben considerar la humedad del agregado. • Los agregados estan generalmente humedos y sus pesos secos se deben incrementar con el porcentaje de agua, tanto absorbida como superficial que contienen. • El agua de mezclado que se añade a la mezcla propuesta se debe reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total menos absorcion. 216

Noveno Paso: Ajustes en las Mezclas de Prueba

• Las proporciones calculadas de la mezcla se deben verificar mediante mezclas de prueba. • Es necesario efectuar los ajustes en al proporciones de las mezclas subsecuentes.

217

Ejemplo • Se requiere concreto para una sección de una estructura que estará bajo el nivel del suelo, en una ubicación en la que no se expondrá a condiciones ambientales severas ni al ataque de sulfatos. • Las consideraciones estructurales exigen que tenga una resistencia promedio a los 28 dias de 250 kg/cm2.

218

Propiedades de los Componentes • Se empleara cemento CPC 30R con un peso especifico de 3.15. • En cada caso, los agregados gruesos y finos son de calidad satisfactoria y su granulometría esta dentro de los limites de las especificaciones generalmente aceptadas. • El agregado grueso tiene un peso especifico de 2.65 y una absorción de 0.57%, de ¾” (19mm) y peso volumetrico de 1,570 kg/m3. • El agregado fino tiene un peso especifico de 2.43, una absorción de 2.52% y un modulo de finura de 2.77 y peso volumetrico de 1,399 kg/m3. 219

Primero Paso: Elección del Revenimiento Construcción de Concreto Zapatas y reforzados

muros

de

cimentación

Revenimiento, mm (pulg.) Máximo* Mínimo 75 (3)

25 (1)

75 (3)

25 (1)

Vigas y muros reforzados

100 (4)

25 (1)

Columnas de edificios

100 (4)

25 (1)

Pavimentos y losas

75 (3)

25 (1)

Concreto masivo

75 (3)

25 (1)

Zapatas, cajones y muros de subestructuras sin refuerzo

*El revenimiento se puede incrementar cuando se emplean aditivos químicos, se debe tener en cuenta que el concreto tratado con aditivos tiene una relación agua:cemento igual o menor sin que potencialmente tenga segregación o sangrado excesivo. Se puede incrementar en 2.5 cm cuando los métodos de compactación no sean mediante vibrado.

220

Segundo Paso: Determinación del Agregado

Numero de Tamaño 1 2 3 357 4 467 5 56 67 6 67 7 8

Tamaño Nominal 90 a 37.5 Mm. 63 a 37.5 Mm. 50 a 25 Mm. 50 a 4.75 Mm. 37.5 a 19 Mm. 37.5 a 4.75 Mm. 25 a 12.5 Mm. 25 a 9.5 Mm. 25 a 4.75 Mm. 19 a 9.5 Mm. 19 a 4.75 Mm. 12.5 a 4.75 Mm. 9.5 a 2.36 Mm.

100 mm (4") 100 — — — — — — — — — — — —

90 Mm. (3.5"_ 90 a 100 — — — — — — — — — — — —

Cantidades Menores que pasan cada malla de laboratorio (aberturas cuadradas), porcentaje en peso. 75 Mm. 63 Mm. 50 Mm. 37.5 Mm. 25 Mm. 19 Mm. 12.5 Mm. 9.5 Mm. 4.75 Mm. 2.36 Mm. 1.18 Mm. (3") (2.5") (2") (1.5") (1") (3/4" (1/2") (3/8") (No.4) (No.8) (No.16) — 25 a 60 — 0 a 15 — 0a5 — — — — — 100 90 a 100 35 a 70 0 a 15 — 0a5 — — — — — — 100 90 a 100 35 a 70 0 a 15 — 0a5 — — — — — 100 95 a 100 — 35 a 70 — 10 a 30 — 0a5 — — — — 100 90 a 100 20 a 55 0 a 15 — 0a5 — — — — — 100 95 a 100 — 35 a 70 — 10 a 30 0a5 — — — — — 100 90 a 100 20 a 55 0 a 10 0a5 — — — — — — 100 90 a 100 40 a 85 10 a 40 0 a 15 0a5 — — — — — 100 95 a 100 — 25 a 60 — 0 a 10 0a5 — — — — — 100 90 a 100 20 a 55 0 a 15 0a5 — — — — — — 100 90 a 100 — 25 a 55 0 a 10 0a5 — — — — — — 100 90 a 100 40 a 70 0 a 15 0a5 — — — — — — — 100 85 a 100 10 a 30 0 a 10 0a5

221

Tercer Paso: Determinación de la Cantidad de Agua

Agua, kilogramos por metro cúbico de concreto, para los tamaños de agregado indicados Revenimiento, mm

9.5 mm

12.5 mm

19 mm

25 mm

37.5 mm

50 mm

75 mm

150 mm

25 a 50

207

199

190

179

166

154

130

113

75 a 100

228

216

205

193

181

169

145

124

150 a 175

243

228

216

202

190

178

160

—

Cantidad aproximada de aire atrapado en un concreto sin aire incluido, porcentaje %.

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0.3

0.2

222

Cuarto Paso: Determinación de la Relación a/c Resistencia compresión a 28 días kg/cm2 (MPa)

Relación agua-material cementante en masa Concreto sin aire incluido

Concreto con aire incluido

450 (45)

0.38

0.30

420 (42)

0.41

0.32

400 (40)

0.42

0.34

350 (350)

0.47

0.39

300 (30)

0.54

0.45

280 (28)

0.57

0.48

250 (25)

0.61

0.52

210 (21)

0.68

0.59

200 (20)

0.69

0.60

150 (15)

0.79

0.70

140 (14)

0.82

0.74

223

Quinto Paso: Determinación del Contenido de Cemento

• Con base en la informacion derivada del tercero y cuarto paso, se conluye que el contenido de cemento requerido es de: • Contenido de agua/relacion agua cemento. • 205/0.61= 336 kg de Cemento 224

Sexto Paso: Cantidad de Agregado Grueso Volumen de Agregado Grueso por Volumen Unitario de Concreto Tamaño max. del agregado, mm (pulg.)

Módulo de finura de la arena

2.40

2.60

2.80

3.00

9.5

(3/8)

0.50

0.48

0.46

0.44

12.5

(1/2)

0.59

0.57

0.55

0.53

19

(3/4)

0.66

0.64

0.62

0.60

25

(1)

0.71

0.69

0.67

0.65

37.5

(1 1/2)

0.75

0.73

0.71

0.69

50

(2)

0.78

0.76

0.74

0.72

75

(3)

0.82

0.80

0.78

0.76

150

(6)

0.87

0.85

0.83

0.81

1,570 x 0.62 = 973 kg

225

Septimo Paso: Cantidad de Arena • Una vez establecidas las cantidades de agua, cemento y agregado grueso, el material restante que completa un metro cubico de concreto, debe consistir en arena y aire que pueda quedar incluido. • La arena requerida se puede determinar con base en el peso o en el volumen absoluto.

226

Con base en el Volumen Absoluto 1,000 = 0.106 m3

Volumen de Cemento: 336 3.15 x 1,000 Volumen de Grava: 973

Volumen Total de Solidos

Cemento:

336 kg

Grava:

973 kg

Arena:

794 kg

= 0.020 m3

Grava: 973 x 1.02

= 992 kg

Arena: 794 x 1.05

= 834 kg

= 0.673 m3

Volumen requerido de Arena

0.327 x 2.43 x 1,000

180 lt

Las pruebas señalaron una humedad total del 2% en la grava y del 5% en la arena:

exceptuando la arena 1 - 0.673 Peso requerido de Arena

Agua:

= 0.367 m3

2.65 x 1,000 Volumen de Aire: 0.02 x 1

Diseño Preeliminar

= 0.180 m3

Volumen de Agua: 180

= 0.327 m3 = 794 kg

El agua de aborcion no forma parte de la de mezclado y debe de ser ajustada: Agua Superficial: Grava: 0.57 - 2 = - 1.43% Arena: 2.52 - 5 = - 2.48 % Agua Ajustada: 180 – ((973x.0143)-(794x0.0248)) Agua Ajustada : 146 lt

227

Volumen por botes – 19lt

Diseño Final Agua:

146 lt

Agua:

0.6 botes

Cemento:

336 kg

Cemento:

½ Saco

Grava:

992 kg

Grava:

2.5 botes

Arena:

834 kg

Arena:

2.3 botes

Volumen por ½ Saco Agua:

11 lt

Cemento:

½ Saco

Grava:

74 kg

Arena:

62 kg

228

Dosificación • Es el proceso de pesar o medir volumétricamente e introducir al mezclador los ingredientes para una mezcla de concreto. • Siempre que el volumen de concreto supere los 15 m3, la dosificación se hará por peso. • Secuencia de carga • Es de suma importancia ya que en gran medida de esto depende la trabajabilidad y calidad de la mezcla. • En nuestro caso utilizaremos el siguiente orden: – – – – – –

80% de agua y aditivos Grava Arena Fibras Cemento 20% de agua restante

CONCEPTO CEMENTO AGREGADOS AGUA ADITIVOS

TOLERANCIA 1% 2% 1% 3%

229

Tiempo de Mezclado: Revolvedora

• El tiempo de mezclado para una mezcladora con una capacidad de un saco es aproximadamente un minuto y 15 segundos, y nunca podra ser menor de 50 segundos ni mayor de 90 segundos. • Sin embargo este tiempo variara según las condiciones de la mezcladora. • El tiempo de mezclado debe medirse a partir del momento en que todos los ingredientes esten dentro de la mezcladora. 230

Morteros

231

Morteros • Los morteros son mezclas hechas a base de aglutinantes y agregado para ser utilizados como elemento adherente de las piezas de mamposteria o para recubrir superficies a fin de darles textura o impemeabilidad. • Los aglutinantes mas utilizados son el cemento y la cal, una mezcla balanceada de ambos o cemento de albañileria. • Como agregado generalmente se usa la arena 232

Propiedades de Los Morteros • Manejabilidad durante su aplicación. • Resistencia adecuada despues del fraguado. • Baja contraccion para evitar agrietamientos.

233

Resistencia a la Compresion, (kg/cm2)

Aplicacion

Tipo I

125

Mamposterias expuestas a agentes externos agresivos y que soportaran altas cargas. En el caso de cimentaciones de piedra o mamposterias en medios altamente humedos conviene sean preparados exclusivamente con cemento y arena.

Tipo II

75

Se usaran en la mayoria de los muros de mamposterias incluyendo a los de carga

40

Funcionan en muros con poca carga, como los divisorios en que soportan solo su propio peso, la mayoria de los aplanados, etc.

Tipo de Mortero

Tipo III

234

Calculo de Volumenes de los ingredientes por m3

• A partir de un proporcionamiento dado se calculan los volumenes en que por metro cubico participaran cada uno de los elementos. • Esto permitira hacer las dosificaciones de acuerdo con el volumen final deseado y calcular el costo basico correspondiente. 235

Mortero 1:3 • Mortero: 1 medida en volumen • Arena: 3 medidas en volumen • Agua: La necesaria para formar una pasta manejable. Mortero: Peso Volumetrico: 1,070 kg/m3 Peso Especifico: 2.9 1,070 kg/m3 Compacidad:------------------------- X 100 = 36.89% 2.9 X 1,000 kg/m3

Arena: Peso Volumetrico: 1,600 kg/m3 Peso Especifico: 2.65 1,600 kg/m3 Compacidad:------------------------- X 100 = 60.37% 2.65 X 1,000 kg/m3

Agua: La necesaria para volver pasta el cemento: 1.0 – 0.3689 = 0.6311 Para saturar los agregados, segun su humedad (7%) : 0.07 x 3 = 0.21 ----------0.84 m3 236

Calculo de Pesos y Volúmenes

Material

Proporcion Volumen Aparente

Volumen Absoluto Total (%)

Volumen Absoluto Relativo (%)

Volumen Aparente (m3)

Peso Humedo (kg)

Proporcionamiento por volumen en botes

Proporcionameinto por saco y botes

Mortero

1

0.369

0.1221

0.3309

354

17*

1

Arena

3

1.8111

0.5997

0.9932

1,589

52*

7.38*

Agua

0.84

0.84

0.2781

0.2781

278

15*

2*

Suma

4.84

3.02

1.0

1.6022

2,221kg/m3

84*

*Bote: 19 lts

237

Dosificaciones Proporción

Peso (kg)

Agua (lt)

Mortero

Arena

1:3

355

1560

285

1:4

280

1700

260

1:5

235

1780

245

238

La manera correcta de mezclar el mortero • Proporcion de materiales • Midiendo los materiales • Mezclado eficiente – Mezclado Mecanico – Mezclado Manual

• Reacondicionamiento

239

Mezclado Mecanico Secuencia de Mezclado: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Colocar ¾ del agua La mitad de la arena Todo el material cementante Mezclar de 2 a 3 minutos Resto de la arena Ajuste del agua Mezclado final de 3 a 5 minutos

240

Mezclado Manual Secuencia de Mezclado: 1. Adicionar la totalidad de la arena en la caja de batido. 2. Adicionar el material cementante. 3. Mezclar los materiales en seco desde ambos lados de la caja. 4. Añadir ¾ del agua. 5. Mezclar hasta que todos los materiales tengan humedad uniforme. 6. Mas agua para alcanzar la consistencia deseada. 7. Dejar reposar por 5 minutos. 8. Mezclar de nuevo solo con pala, sin adicionar agua.

241

Reacondicionamiento • El mortero debe de ser mezclado a la misma velocidad que su tasa de utilizacion. • De este modo la trabajabilidad permanece constante durante toda la jornada. • Si el mortero se seca y endurece antes de usarlo, la trabajabilidad puede ser recuperada agregando agua y remezclando. (siempre y cuando el mortero no tenga mas de 2.5 horas de edad). • A pesar de que el reacondicionamiento con agua puede reducir ligeramente la resistencia a la compresion, la plasticidad alcanzada garantiza una mejor adhesion a las piezas de mamposteria. • En algunos casos la capacidad de adherencia generalmente es mucho mas importante que la resistencia a la compresion. • Nunca reacondicionar un mortero pigmentado, ya que el agua adicional cambiara la tonaldidad del color. 242

Aditivos para Morteros • Inclusores de Aire • Acelerantes • Retardantes • Repelentes Integrales de Agua • Modificadores de Adherencia • Pigmentos • Inhibidores de Corrosion 243

Cimbras ACI-347

244

Caracteristicas de una Cimbre Adecuada • Es suficientemente resistente y rigida para evitar deformaciones. • Tiene apoyos firmes que eviten hundimientos. • Tiene unidas convenientemente duelas, hojas de triplay o cualquier otro elemento de la cara en contacto para que las juntas queden cerradas y garanticen la retencion de lechada. • Estan saturadas antes del colado para evitar que aborban agua y se la resten al concreto que se deposita en ella. • Durante el tiempo de fraguado del concreto y hasta que sea autosoportable, la deformacion de la cimbra es minima para no causar que se rebasen las tolerancias a deflexiones en elementos horizontales. • Es capaz de resistir las cargas muertas, vivas y de impacto que se presenten durante el colado.

245

Tolerancias • La tolerancia es una variación permisible en la alineación, pendientes, o dimensiones señaladas en los planos constructivos. • Debe de ser especificadas, de modo que el contratista sepa con precisión que es lo que requiere y de este modo pueda diseñar y mantener la cimbra de acuerdo a esto. • Se definen 4 tipos de superficies cimbradas.

246

Irregularidades Graduales o Abruptas Permitidas en Superficies Trabajadas Clase de Superficie

A pulg. (cm)

B pulg. (cm)

C pulg. (cm)

D pulg. (cm)

1/8 (0.3)

1/4 (0.6)

1/2 (1.3)

1 (2.5)

La Clase C es un estandar general para superficies expuestas permanentemente y en donde no se especifica otro tipo de acabado.

La Clase D es un requisito de calidad minimo para superficies en que no importa la rugosidad y se aplica generalmente a superficies permanentemente ocultas.

Las Irregularidades Clase A se sugieren para superficies que estén expuestas principalmente a la vista al publico, en donde la apariencia es de especial importancia.

La Clase B es para texturas rugosas en superficies que van a recibir yeso, estuco o paneles de madera o sheetrock.

247

Descimbrado del Concreto • Antes de descimbrar, conviene pedir al laboratorio que haga fallar a compresion un cilindro y verifique si ya alcanzo el 70 u 80% de la resistencia del proyecto, si no se logra se evitara el descimbrado. • El lapso entre la colocacion del concreto y el descimbrado depende de: – – – – –

El tipo de cemento usado: normal o rapido. El uso de aditivo acelerante. La eficiencia del tipo de curado. La temperatura ambiente. El tipo de elemento estructural colado.

248

• Los tiempos señalados representan un numero acumulado de dias u horas, no necesariamente consecutivos, durante los cuales la temperatura del aire que rodea el concreto se encuentra por encima de los 10˚C (50˚C)

249

Tiempos de Descimbrado Tipo de Elemento

Tiempo

Muros

12 horas

Columnas

12 horas

Lados de Vigas y Trabes

12 horas

Centros de Arcos Plafones de Viguetas, Vigas o Trabes Menos de 3.0 m de claro entre los apoyos estructurales

Plafones de Viguetas, Vigas o Trabes De 3.0 a 6.0 m de claro entre los apoyos estructurales

Plafones de Viguetas, Vigas o Trabes Mas de 6.0 m de claro entre los apoyos estructurales

Losas para Pisos Menos de 3.0 m de claro entre los apoyos estructurales

Losas para Pisos De 3.0 a 6.0 m de claro entre los apoyos estructurales

Losas para Pisos Mas de 6.0 m de claro entre los apoyos estructurales

Carga Viva Estructural Menor que la del Peso Muerto

Carga Util Estructural Mayor que la del Peso Muerto Estructural

14 días

7 días

7 días

4 días

14 días

7 días

21 días

14 días

4 días

3 días

7 días

4 días

10 días

7 días 250

Acero de Refuerzo ACI-318

251

Condiciones de la Superficie del Acere de Refuerzo • En el momento de colocar el concreto, el acero de refuerzo debe estar libre de lodo, aceite u otros recubrimientos no metalicos, que puedan disminuir su capacidad de adherencia. Se permitiran los recubrimientos epoxicos en el acero de refuerzo que este de acuerdo con los estandares. • Los cables de presfuerzo deben estar limpios y libres de oxido excesivo, aceite, mugre, escamas y picaduras. 252

Protección de Concreto para el Acero de Refuerzo Concreto Colado In-Situ Recubrimiento Mínimo (cm)

Tipo de Estructura Concreto colado en contacto permanentemente expuesto a el.

con

el

suelo

y

7.5

Concreto expuesto al suelo o a la acción del clima Varillas del # 6 al #18

5

Varillas del # 5 y menores.

4

Concreto no expuesto a la acción del clima ni en contacto con el suelo Losas, Muros, Nervaduras: Varillas del #14 y 18# Varillas del #11 y menores Vigas, Columnas: Refuerzo principal, anillos, estribos, espirales Cascarones y Placas Plegadas: Varillas del #6 y mayores Varillas del #5 y menores

4 2 4

2 1.5

253

Norma ASTM para Varillas de Refuerzo Area Nominal

Peso

Diametro Nominal

in2 (cm2)

lb/ft (kg/m)

in (cm)

#3

0.11 (0.71)

0.376 (0.559)

0.375 (0.95)

#4

0.20 (1.29)

0.668 (0.994)

0.500 (1.27)

#5

0.31 (1.99)

1.043 (1.554)

0.625 (1.59)

#6

0.44 (2.84)

1.502 (2.235)

0.750 (1.90)

#7*

0.60 (3.87)

2.044 (3.045)

0.875 (2.22)

#8

0.79 (5.09)

2.67 (3.973)

1.000 (2.54)

#9*

1.00 (6.45)

3.400 (5.060)

1.128 (3.22)

#10

1.27 (8.19)

4.303 (6.403)

1.270 (3.22)

#11*

1.56 (10.06)

5.313 (7.907)

1.410 (3.58)

#14*

2.25 (14.51)

7.650 (11.384)

1.693 (4.30)

#18*

4.00 (25.81)

13.600 (20.239)

2.257 (5.73)

Tamaño de Varilla

* Estos Tamaños no Existen en México

254

Curado del Concreto ACI-308

255

Curado El curado adecuado requiere — • Humedad • Temperatura • Tiempo Si se descuida de algún de estos factores, las propiedades deseadas no se van a desarrollar. 256

Efecto del Curado Adecuado sobre el Concreto Endurecido

Aumento de: • Resistencia • Impermeabilidad • Resistencia a abrasión • Resistencia a congelación-deshielo • Estabilidad de volumen 257

Efecto del Curado Húmedo

Al aire todo el tiempo

258

259

Efecto de la Temperatura de Curado sobre la Resistencia

260

Métodos de Curado 1. Suministro de adicional con:

agua

„ Encharcamiento inmersión

o

„ Rociado, aspersión o niebla „ Coberturas húmedas 261

Curado del Concreto por Suministro de Agua Evaporación de la superficie Agua suministrada por una fuente externa Saturado Concreto

262

Métodos de Curado 2. Sellado del agua de la mezcla: „ Hojas de plástico „ Compuestos de curado formadores de membrana 263

Curado del Concreto con Membrana Evaporación de la superficie Parcialmente saturado

Membrana de curado

Saturado Concreto

264

265

266

Métodos de Curado 3. El desarrollo de la resistencia se acelera con : „ Vapor directo (vivo) „ Espiral de calentamiento „ Cimbras o almohadillas calentadas eléctricamente

267

Curado a Vapor

268

Resistencia versus Curado Húmedo

269

Colado en Clima Caluroso ACI-305

270

Condiciones Perjudiciales del Clima Caluroso • Alta temperatura del ambiente • Alta temperatura del concreto • Baja humedad relativa • Alta velocidad del viento • Radiación solar 271

Efectos del Clima Caluroso sobre el Concreto • Aumento de la demanda de agua • Pérdida acelerada de revenimiento (asentamiento) • Fraguado más rápido • Aumento de la tendencia de fisuración plástica • Dificultad de control del aire incluido • Aumento del potencial de fisuración térmica 272

Precauciones • Enfriamiento del concreto • Enfriamiento de los ingredientes del concreto • Disminución del tiempo de transporte, colocación y acabado • Uso de sombrillas, parabrisas, niebla y rociado para limitar la pérdida de humedad durante la colocación y el acabado 273

Efecto de la Temperatura del Concreto sobre la Demanda de Agua

274

Efecto de la Temperatura del Concreto sobre el Tiempo de Fraguado

275

Efecto de la Temperatura del Concreto sobre la Resistencia

276

Efecto de la Temperatura de los Materiales sobre las Temperaturas del Concreto 0.22(TaMa + TcMc) + TwMw + TwaMwa T= 0.22(Ma + Mc) + Mw + Mwa T = temperatura del concreto fresco, °C (°F) Ta, Tc, Tw, and Twa = temperatura en °C (°F) de los agregados, cemento, agua de mezcla y humedad libre en los agregados, respectivamente Ma, Mc, Mw, and Mwa = masa, kg (lb), de los agregados, materiales cementantes, agua de mezcla y humedad libre en los agregados, respectivamente 277

278

279

Fisuración por Contracción Plástica • Causada por la evaporación de la humedad de la superficie. Las condiciones que aumentan la evaporación son: – Alta temperatura del concreto – Baja humedad – Alta velocidad del viento

280

m pe ra tu ra de

Humedad relativa 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

lc on cr et o 38 oC

32 oC

27 oC

oC 21 oC 16 oC 10

4o

C

5 15 25 Temperatura del Aire oC

35 /h

r

avanzar hacia arriba a humedad relativa. 2.- Avanzar hacia la derecha a temperatura del concreto. 3.- Descender a velocidad del viento. 4.- Retroceder hacia la izquierda; léase la rapidez aproximada de evaporacion

Te

Evaporación de la Humedad de la Superficie del Para utilizar esta Grafica 1.- Iniciar con Concreto temperatura del aire,

km

km

/h

r

40

32

to lo c

2.0

id a

d

de

lv

ie n

3.0

Ve

NOTA: Si la rapidez de la evaporacion es aproximada a 1.0 kg/m2/hr, es necesario tomar precauciones contra el agrietamiento por contraccion plastica

Rapidez de evaporacion, kg/m2/h

4.0

1.0

0.0

24

16

km

/h

/ km

r

hr

r m /h 8k hr 3 km / 0 k m /h r

281

Precauciones para Disminuir la Fisuración por Contracción Plástica • Humedecer los agregados • Enfriamiento de los agregados y del agua de mezcla • Humedecer la subrasante • Levantar sombrillas y parabrisas temporarios • Cubrir el concreto • Rociar la losa inmediatamente después de la colocación • Adicionar fibras plásticas 282

Aspersión

283

Vibrocompactación ACI-309

284

Vibrocompactación • Una masa de concreto recién mezclado, contiene cavidades debido a aire atrapado. Si se deja endurecer en estas condiciones, el concreto será irregular, débil, poroso y presentara muy baja adherencia con el acero de refuerzo. También tendrá un aspecto defectuoso. La mezcla debe compactarse para que tenga las propiedades requeridas y esperadas en el concreto. • La compactación es el proceso de inducir una disposición mas cercana de las partículas sólidas en el concreto fresco o mortero, mezclados durante la colocación por medio de la reducción de huecos, comúnmente por vibración, centrifugación, varillado, apisonado, o alguna combinación de estas acciones. 285

Efectos de las propiedades de la mezcla sobre la compactación • Las mezclas de concreto se diseñan a fin de que den la capacidad de trabajo necesaria para la construcción y las propiedades requeridas del concreto endurecido. • La trabajabilidad del concreto recién mezclado es al propiedad que determina la facilidad y homogeneidad con la cual puede mezclarse, colocarse, compactarse y darle acabados. • La trabajabilidad se ve afectada por la granulometría, la forma de las partículas y las proporciones de agregado y cemento, el uso de aditivos químicos o minerales, el contenido de aire y de agua de la mezcla.

286

Trabajabilidad Estabilidad Sangrado

Segregación

Compactibilidad Densidad Relativa

Movilidad Viscosidad

Cohesión

Angulo de Fricción Interna

287

• La consistencia es la movilidad relativa o capacidad de flujo del concreto recién mezclado. También determina, en gran parte, la facilidad con que puede compactarse el concreto. • El concreto debe ser suficientemente trabajable para que el equipo moderno de compactación, utilizado en la forma correcta, proporcione una compactación adecuada. 288

Consistencias usadas en la construcción Descripción de consistencia Extremadamente seca Muy rígida Rígida Plástica rígida Plástica Altamente plástica Fluida

Revenimiento, cm

Tiempo de Vebe, seg

Factor de compactación promedio

0 a 2.5 2.5 a 7.5 7.5 a 12.5 12.5 a 19 19 y mas

32 a 18 18 a 10 10 a 5 5a3 3a0 -

0.7 0.75 0.85 0.9 0.95

289

Métodos de Compactación Manual •

Debido a la acción de la gravedad sobre el concreto, se logra cierta compactación al depositarlo en las cimbras. Esto se observa especialmente en mezclas fluidas, para las que se requiere muy poco esfuerzo de compactación adicional.

•

Las mezclas plásticas o mas fluidas pueden compactarse mediante varillado.

•

En ocasiones se aplica el paleado para mejora las superficies en contacto con las cimbras, esto es, se inserta y se saca repetidas veces una herramienta plana, en sitios adyacentes a al cimbra.

•

El apisonamiento manual puede usarse para compactar mezclas rígidas. El concreto se coloca en capas delgadas y cada capa se apisona cuidadosamente.

•

Los métodos de compactación manual generalmente se usan solo en colocaciones pequeñas de concreto no estructural. 290

Métodos de Compactación Mecánicos • • • • • •

Vibrado Compactadores de Potencia Varillas de Apisonamiento mecánicas Equipos de Presión Estáticas Centrifugado Vibradores de Superficie – Reglas vibratorias – Rodillos vibradores – Vibradores de placa o de rejilla

• Mesas de Impacto 291

Compactación de concreto mediante vibración • En términos sencillos, el vibrado consiste en someter el concreto fresco a impulsos vibratorios rápidos que licuan el mortero y reducen en forma drástica la fricción interna entre las partículas de agregado. • Los vibradores de concreto tienen un movimiento oscilatorio rápido que se transmite al concreto fresco. El movimiento oscilatorio se describe en términos de frecuencia (numero de oscilaciones o ciclos por unidad de tiempo) y de amplitud (desviación del punto de reposo). • El propósito de la compactación es quitar prácticamente todo el aire atrapado, debido a su efecto adverso sobre las propiedades y apariencia de la superficie. • Generalmente el aire atrapado se encuentra en un rango de 5 a 20%.

292

Vibradores de Concreto • Vibradores internos • Vibradores para cimbra • Vibradores superficiales

293

Vibradores Internos • De flecha flexible • Motor eléctrico en al cabeza • Neumáticos • Hidráulicos – 60 ciclos/seg. = 1 Hz

294

Vibrador de Flecha Flexible

Vibrador de motor eléctrico en la cabeza

Vibrador hidráulico

Vibrador neumático

295

Variedad de características, comportamiento y aplicaciones de los vibradores internos

Grupo

1

2

3

4

5

Frecuencia recomendad Diámetro de a, la cabeza, vibraciones cm por minuto (Hz)

2 -4

3-6

5-9

8 - 15

13 - 18

150 - 250

140 - 210

120 - 200

120 - 180

90 - 140

Momento excéntrico, cm-kg

0.035 - 0.12

0.09 - 0.29

0.23 - 0.81

0.81 - 2.9

2.6 - 4.0

Amplitud promedio, cm

0.04 - 0.08

0.05 - 0.10

0.06 - 0.13

0.08 - 0.15

0.10 - 0.20

Fuerza centrifuga, kgf

45 - 180

140 - 400

320 - 900

680 - 1800

1100 - 2700

Radio de acción, cm

8 - 15

13 - 25

18 - 36

30 - 51

40 - 61

Velocidad de colado del concreto m³/h por vibrador

Aplicación

0.8 - 4

Concreto plástico y fluido en elementos muy delgados o sitios estrechos. Puede emplearse para complementar vibradores mas grandes, en especial en presforzados, en los que los cables y ductos causan congestión en las cimbras. También se emplean para fabricar muestras para pruebas de laboratorio.

2.3 - 8

Concreto plástico en números delgados, columnas, vigas, pilotes prefabricados, losas delgadas y a lo largo de juntas de construcción. Puede emplearse para completar vibradores mas grandes en sitios estrechos.

4.6 - 15

Concreto plástico rígido (revenimiento menor de 7.5 cm) en construcción general, como muros, columnas, vigas, pilotes presforzados y losas pesadas. Vibrado auxiliar adyacente a las cimbras de concreto masivo y pavimentos. Puede ser de montaje múltiple para proporcionar vibrado interno a todo lo ancho de las losas de pavimentos.

11 - 31

Concreto masivo y estructural con revenimiento hasta de 5 cm, depositado en cantidades hasta de 3 m³ en cimbras relativamente abiertas de construcción sólidas (centrales de energía, pilas para puentes y cimentaciones) También auxiliar en la construcción de presas cerca de las cimbras y alrededor de los elementos empotrados y el acero de refuerzo.

19 - 38

Concreto masivo en presas de gravedad, pilas grandes, muros masivos, etc. Se requieren dos o mas vibradores que operen simultáneamente para colocar y compactar cantidades de 3 m³ o mas, depositadas de una sola vez en la cimbra.

296

Vibrador d R

1½ R

Radio de acción 297

Vibración Sistemática de Cada Capa CORRECTO La penetración vertical de unas pocas pulgadas en la capa anteriormente colocada (que no debe estar endurecida) en intervalos regulares debe proporcionar una consolidación adecuada

INCORRECTO La penetración aleatoria del vibrador en cualquier ángulo y espaciamiento, sin la profundidad suficiente no va a garantizar una unión adecuada de las dos capas 298

Colocación de Concreto en una Capa Inclinada CORRECTO Empiece la colocación por la parte inferior de la inclinación para que se aumente la compactación por el peso del concreto adicionado. La vibración consolida el concreto.

INCORRECTO Cuando se empieza la colocación por la parte superior de la inclinación el concreto suele separarse especialmente cuando se vibra la parte inferior, pues empieza a fluir y a remover el concreto de arriba. 299

Vibradores Superficiales • Los vibradores superficiales se aplican la superficie superior y consolidan el concreto de arriba hacia abajo manteniendo concreto frente de ellos. • Su efecto nivelador ayuda a las operaciones de acabado. • Se usan principalmente en la construcción de losas. 300

Principales Tipos de Vibradores Superficiales • Vibradora de Llana • Vibradora de Placa o Rejilla • Vibradora de Rodillos

301

Vibrador de Llana • Este consiste en una viga sencilla o doble que atraviesa el ancho de la losa. Los vibradores de llana son mas adecuados para superficies horizontales o casi horizontales. Debe tenerse precaución al usar vibradores de llana en superficies inclinadas. • En la punta de este pueden ponerse uno o mas elementos excéntricos, dependiendo del largo del vibrador. • Los vibradores de llana generalmente se operan en forma manual en trabajos pequeños y en forma mecánica en trabajos grandes.

302

Vibrador de Llana • La vibración producida por las oscilaciones de la viga se transmite al concreto alrededor del elemento vibrador. Se requiere gran amplitud, en especial para consistencias mas rígidas, a fin de lograr la compactación a la profundidad adecuada. • Se ha observado que las frecuencias entre 3,000 y 6,000 (50 a 100 Hz) vibraciones son las mas satisfactorias. 303

304

Vibradores de Placa • Consisten en una pequeña placa o rejilla vibradora (por lo general de 0.2m² de superficie) que se mueve sobre la superficie de la losa. • Estos vibradores trabajan mejor sobre concretos de consistencia rígida. 305

306

307

Vibradora de rodillos • Esta unidad empareja y compacta al mismo tiempo. • Uno de los modelos consta de 3 rodillos: el frontal actúa como excéntrico y es el rodillo vibrador que gira a 100 o 400 revoluciones por minuto (1.7 a 6.7 Hz) esto regulado de acuerdo a la consistencia de la mezcla. • Abate, empareja y proporciona vibración ligera. • Este equipo es adecuado solo para mezclas plásticas. 308

309

Vibradora de rodillos

310

Procedimiento para Vibración Interna • En grandes capas y secciones pesadas, la profundidad máxima de la capa debe ser de un máximo de 50 cm. • Después de haber nivelado la superficie, el vibrador debe insertarse verticalmente con un espaciamiento uniforme sobre toda el área de colocación. • La distancia entre las inserciones debe ser de aproximadamente 1.5 veces el radio de acción, y debe ser de tal modo que el área que se vea afectada por el vibrador se traslape algunos centímetros al área adyacente recién vibrada. 311

Procedimiento para Vibración Interna

• En caso de ser colado en capas, el vibrador debe penetrar rápidamente hasta el fondo de la capa, al menos, 15 cm dentro de la capa precedente. • El vibrador debe ser manejado con un movimiento hacia arriba y hacia abajo, generalmente de 5 a 15 segundos. • El concreto debe llenar el espacio dejado por el vibrador. • En el cado de mezclas secas en donde el hoyo no se cierra al momento de retirar el vibrador, algunas veces el problema se soluciona con reinsertar el vibrador no mas de que ½ radio de influencia, si esto no resulta, se debe cambiar la mezcla o el vibrador.

312

Juzgando la adecuación de la vibración interna • Hasta la actualidad no hay un medio totalmente seguro y rápido que nos ayude a determinar lo adecuado de la compactación del concreto recién colado. • La adecuabilidad de la vibración interna se juzga principalmente por la apariencia superficial. • Los principales indicadores de un concreto bien compactado son: – Empotramiento de los agregados gruesos – Cese general de la aparición de burbujas de aire atrapado 313

Juzgando la adecuación de la vibración interna • A veces el sonido o tono del vibrador es un buen indicio. Cuando un vibrador de inmersión se inserta en el concreto, por lo general se aprecia una reducción de la frecuencia; después esta se recupera y, por fin, el tono se hace constante cuando el concreto esta libre de aire atrapado 314

Losas para piso de peso normal

• Para compactar losas hasta de 15 cm de espesor se recomienda el vibrado superficial, siempre que no estén reforzadas o que tengan solo una malla ligera. • El medio mas empleado es de las reglas vibratorias, soportadas por cimbras. • Deben de ser de baja frecuencia de 3,000 a 6,000 vibraciones por minuto (de 50 a 100 Hz). • Deben proporcionar la profundidad de compactación adecuada, sin crear en la superficie una capa nociva de finos. • Debe proporcionarse vibrado interno adyacente dispositivos de transferencia de carga y las cimbras.

a

los 315

Vibrado Interno • La cabeza del vibrador debe quedar totalmente sumergida durante el vibrado. • En losa gruesas se puede introducir un vibrador en sentido vertical, en tanto en losas delgadas se deben sumergir en ángulo o en sentido horizontal. • No se debe permitir que el vibrador entre en contacto con la base, ya que esto puede contaminar el concreto con materiales extraños

316

Vibrado Superficial • Por lo general se recomiendan revenimientos ente 2.5 y 5 cm para concretos compactados con reglas vibratorias. • Para los revenimientos que excedan de 7.5 cm, las reglas vibradoras se deberán de usar con cuidado ya que estos concretos mostraran acumulación de mortero en la superficie acabada después del vibrado 317

Gracias!

318