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S.E.I.T T. D.G.I.T T.

     

INSTITUTO TECN NOLÓGICO DE TIJ JUANA          

LABO ORAT TORIO O DE MATER M RIALE ES I TECN NOLOGÍA A DEL CONCRE C ETO

OPCIÓN II ELABORA RACIÓN DE TEXT TOS, PROTOTIIPOS DIDÁCTIC COS O INSTRUCTIVOS PARA PRÁ ÁCTICAS LLER DE LABORATORIO O TAL

qu ue presenta DAVIID PÁEZ RUIIZ para ob btener el título o de INGE ENIERO CIVIIL Tijuana, B..C., Octubre de d 1992

                                                Primera Edición Octubre de 1992 (Versión original)  Segunda Edición Abril de 2012 (Versión Digital) 

 

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Prologo Segunda Edición    Esta edición no pretendió mejorar los temas aquí presentados, si no al contrario, aun y cuando las  mayoría de las normas que se hacen referencia en este manual han cambiado, se procura ser fiel a  su versión original de hace 20 años.  Solo  se  buscó  actualizar  el  formato  y  presentarlo  como  documento  digital,  para  una  rápida  consulta en computadora y poder distribuirlo por medio electrónicos.  Sin  embargo,  se  puede  asegurar  que  los  temas  aquí  tratados  son  totalmente  validos  en  la  actualidad,  y  como  en  un  principio,  se  busca  que  sea  de  rápida  consulta  y  de  ayuda,  solo  se  recomienda  buscar  las  actualizaciones  de  la  entonces  normas  oficiales  mexicanas  (NOM),  en  la  actualidad llamadas normas mexicanas (NMX) y las del American Concrete Institute (ACI).  No  se  descarta  realizar  una  tercera  edición  donde  se  integren  las  actualizaciones  que  se  han  realizado.  Si crees que este manual te ha sido de ayuda o tienes alguna opinión o comentario no dudes en  escribirlo.                David Páez Ruiz  Tijuana, México  [email protected]   

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  PROLOGO SEGUNDA EDICIÓN ................................................................................................................... 3  I. 

I N T R O D U C C I O N ....................................................................................................................... 7 

II. 

C E M E N T O S ................................................................................................................................ 12  II.1.‐  TIPOS DE CEMENTO PORTLAND .............................................................................................................. 12  II.2.‐  PROPIEDADES FÍSICAS DEL CEMENTO ........................................................................................................ 13  II.2.1.‐  Finura ..................................................................................................................................... 13  II.2.2.‐  Tiempo de fraguado ............................................................................................................... 14  II.2.3.‐  Fraguado falso ....................................................................................................................... 15  II.2.4.‐  Sanidad ................................................................................................................................... 15  II.3.‐  PRUEBAS FÍSICAS DEL CEMENTO EN EL LABORATORIO ................................................................................... 16  II.3.1.‐  Consistencia Normal (NOM C 57 y ASTM C 187) .................................................................... 16  II.3.2.‐  Tiempo de fraguado de cemento hidráulico por medio de la aguja de Vicat (NOM C 59 y  ASTM C 191) ............................................................................................................................................ 17  II.3.3.‐  Densidad del cemento (NOM C 152 y ASTM C 188) ............................................................... 18 

III.  A G U A ........................................................................................................................................... 20  IV. 

A G R E G A D O S ........................................................................................................................ 21 

IV.1.‐  CLASES DE AGREGADOS ......................................................................................................................... 21  IV.1.1.‐  Agregado fino ......................................................................................................................... 21  IV.1.2.‐  Agregado grueso .................................................................................................................... 23  IV.2.‐  MUESTREO DE AGREGADOS .................................................................................................................... 23  IV.3.‐  PROPIEDADES FÍSICAS DE LA ARENA .......................................................................................................... 25  IV.3.1.‐  Análisis granulométrico de la arena ....................................................................................... 25  IV.3.2.‐  Contaminación de sobretamaño ............................................................................................ 27  IV.3.3.‐  Contaminación orgánica en la arena (colorimetría) .............................................................. 27  IV.3.4.‐  Perdida por lavado ................................................................................................................. 28  IV.3.5.‐  Porcentaje de humedad natural ............................................................................................. 29  IV.3.6.‐  Absorción ................................................................................................................................ 30  IV.3.7.‐  Densidad ................................................................................................................................. 31  IV.3.8.‐  Pesos volumétricos ................................................................................................................. 32  IV.4.‐  PROPIEDADES FÍSICAS DE LA GRAVA ......................................................................................................... 34  IV.4.1.‐  Análisis granulométrico de la grava ....................................................................................... 34  IV.4.2.‐  Contaminación de subtamaño ............................................................................................... 34  IV.4.3.‐  Pérdida por lavado ................................................................................................................. 35  IV.4.4.‐  Porcentaje de humedad natural ............................................................................................. 36  IV.4.5.‐  Porcentaje de absorción en la grava. ..................................................................................... 37  IV.4.6.‐  Densidad. ................................................................................................................................ 38  IV.4.7.‐  Peso volumétrico suelto. ........................................................................................................ 39  IV.4.8.‐  Peso volumétrico varillado ..................................................................................................... 40  V. 

A D I T I V O S .................................................................................................................................. 41 

V.1.‐  V.2.‐  V.3.‐  V.4.‐ 

 

ADITIVOS ACELERANTES. ....................................................................................................................... 42  ADITIVOS RETARDANTES ........................................................................................................................ 43  ADITIVOS FLUIDIFICANTES ...................................................................................................................... 44  ADITIVOS INCLUSORES DE AIRE ................................................................................................................ 44 

  V.5.‐  V.6.‐  V.7.‐  V.8.‐  VI. 

ADITIVOS ESTABILIZADORES DE VOLUMEN. ................................................................................................ 45  ADITIVOS EXPANSORES. ........................................................................................................................ 46  ADITIVOS IMPERMEABILIZANTES. ............................................................................................................. 47  PUZOLANAS. ....................................................................................................................................... 47  DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ............................................................................................ 49 

VI.1.‐  PROPIEDADES DE LA PASTA DE CEMENTO .................................................................................................. 50  VI.2.‐  PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS ........................................................................................................... 50  VI.2.1.‐  Tamaño máximo del agregado .............................................................................................. 51  VI.2.2.‐  Granulometría de la arena ..................................................................................................... 51  VI.2.3.‐  Granulometría de la grava ..................................................................................................... 51  VI.2.4.‐  Forma y textura de los agregados .......................................................................................... 52  VI.3.‐  CONSISTENCIA DE LA MEZCLA ................................................................................................................. 52  VI.4.‐  RELACIÓN AGUA/CEMENTO DE LA PASTA .................................................................................................. 53  VI.5.‐  PROCEDIMIENTOS EMPÍRICOS DE DISEÑO .................................................................................................. 53  VI.6.‐  PRACTICA RECOMENDADA PARA EL PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO ....................................... 54  VI.6.1.‐  Procedimientos para la dosificación de concreto normal ...................................................... 54  Paso 1. Elección del revenimiento .......................................................................................................... 54  Paso 2. Elección del tamaño máximo del agregado .............................................................................. 55  Paso 3. Estimación del agua de mezclado y del contenido de aire ....................................................... 56  Paso 4. Elección de la relación agua/cemento. ...................................................................................... 57  Paso 5. Calculo del contenido del cemento. ........................................................................................... 59  Paso 6. Estimación del contenido de agregado grueso. ........................................................................ 59  Paso 7. Estimación del contenido de agregado fino. ............................................................................. 60  Paso 8. Ajustes por el contenido de humedad del agregado................................................................. 62  Paso 9. Ajustes a la mezcla de prueba. .................................................................................................. 62  VI.6.2.‐  Ejemplo de cálculo para concreto normal .............................................................................. 63  VI.7.‐  CORRECCIONES POR CONTAMINACIÓN DE TAMAÑOS Y POR HUMEDAD EN LOS AGREGADOS ................................. 67  VI.7.1.‐  Corrección por contaminación de tamaños:........................................................................... 67  VI.7.2.‐  Corrección por humedad y absorción del agregado: .............................................................. 71  VII. 

ELABORACIÓN Y MUESTREO DE CONCRETO FRESCO .................................................................... 73 

VII.1.‐  MEZCLADO DE CONCRETO EN EL LABORATORIO ...................................................................................... 73  VII.1.1.‐  Mezclado mecánico ................................................................................................................ 74  VII.1.2.‐  Mezclado manual ................................................................................................................... 75  VII.2.‐  MUESTREO DE CONCRETO FRESCO ...................................................................................................... 75  VII.3.‐  CONSISTENCIA (REVENIMIENTO) ......................................................................................................... 75  VII.4.‐  FLUIDEZ ......................................................................................................................................... 76  VII.5.‐  DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DEL CONCRETO FRESCO............................................................. 77  VII.6.‐  DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE ............................................................................................ 78  VII.7.‐  ELABORACIÓN DE ESPECÍMENES DE CONCRETO PARA EVALUAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN .................... 79  VII.7.1.‐  Fabricación de cilindros .......................................................................................................... 80  VII.7.2.‐  Curado y almacenamiento de cilindros de prueba ................................................................. 81  VII.7.3.‐  Preparación de las bases de los cilindros de prueba .............................................................. 82  VII.7.4.‐  Ruptura de cilindros ............................................................................................................... 83  VIII. 

 

EVALUACIÓN DE RESULTADOS DE ENSAYES A COMPRESIÓN ........................................................ 85 

  VIII.1.‐  VARIACIONES EN LA RESISTENCIA ........................................................................................................ 85  VIII.2.‐  FRECUENCIA DE LAS PRUEBAS ............................................................................................................. 87  VIII.3.‐  ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS DE RESISTENCIA ..................................................................... 88  VIII.3.1.‐  Requisitos de resistencia .................................................................................................... 89  VIII.3.2.‐  Cálculo de desviación estándar, coeficiente de variación y resistencia promedio requerida.   89  VIII.4.‐  VARIACIONES EXCESIVAS O RESULTADOS DE PRUEBAS INSUFICIENTES .......................................................... 97  IX.  C O N C R E T O    E N D U R E C I D O ................................................................................................ 98  IX.1.‐  EXAMEN VISUAL DE LA ESTRUCTURA ......................................................................................................... 98  IX.2.‐  EXAMEN DEL CONCRETO ENDURECIDO ...................................................................................................... 98  IX.2.1.‐  Verificación de las pruebas de resistencia .............................................................................. 99  IX.2.2.‐  Evaluación de los requerimientos estructurales en relación con la resistencia obtenida: ..... 99  IX.2.3.‐  Pruebas no destructivas ......................................................................................................... 99  IX.2.4.‐  Prueba de corazones ............................................................................................................ 100  IX.2.5.‐  Prueba de carga ................................................................................................................... 101  IX.2.6.‐  Medidas correctivas ............................................................................................................. 101  X. 

N O T A   F I N A L........................................................................................................................... 102 

XI.  B I B L I O G R A F I A ...................................................................................................................... 103 

 

 

 

I.

I N T R O D U C C I O N 

El  concreto  se  ha  calificado  como  un  material  noble  en  el  sentido  de  que  es  fuerte,  duradero  y  resistente al uso. Se le ha comparado con la piedra y se piensa en él como un material inerte. Sin  embargo, el concreto es un material con sensibilidad al empleo que se haga de él y al ambiente  que  lo  rodea.  Sólo  conociendo  íntimamente  la  sensibilidad  del  concreto  podremos  utilizarlo  eficazmente.  Debemos  comenzar  por  estudiar  la  tecnología  del  concreto  y  analizar  los  componentes  que  intervienen  en  el  mismo:  el  cemento,  los  agregados,  el  agua  y  los  aditivos.  Podemos  manipular  estos componentes para crear un concreto cuyas propiedades respondan a nuestras necesidades.  Así  mismo,  en  los  componentes  del  concreto  pueden  existir  defectos  que  van  a  afectar  adversamente el concreto que produzcamos.  Se  dispone  en  el  mercado  de  5  tipos  principales  de  cementos  Portland,  mismos  que  pueden  utilizarse  para  cumplir  con  distintas  condiciones,  tales  como  el  uso  general,  el  aumento  de  la  resistencia a los sulfatos, la disminución del calor de hidratación o el incremento de la resistencia  inicial del concreto.   En  1918,  Duff  A.  Abrams  estableció  la  relación  directa  que  existe  entre  la  resistencia  a  la  compresión  y  la  relación  agua/cemento,  lo  cuál  fue  el  inicio  de  la  tecnología  científica  del  concreto. El cemento Portland a servido a la industria de la construcción a través de los años con  pequeñas variaciones en su manufactura. La finura del cemento aumentó hasta la década de los  años  50,  desde  entonces  se  ha  mantenido  estable.  A  mayor  finura  del  cemento  aumentar  la  resistencia  del  concreto  en  edades  tempranas,  demandar  más  agua  para  su  hidratación  y  el  concreto tendrá mayor retracción de fraguado.  Existen, además cementos mezclados, en los cuales el clinker y el yeso se muelen con escorias o  materiales  puzolánicos  como  las  cenizas  volantes.  Los  cementos  mezclados  requieren  un  curado  inicial  más  prolongado  para  desarrollar  su  resistencia  y  su  durabilidad,  ya  que  tienden  a  carbonatarse  más  rápidamente,  lo  que  disminuye  la  protección  contra  la  corrosión  del  acero  de  refuerzo. En términos generales, los cementos mezclados tienden a lograr concretos de más alta  resistencia.  En años recientes se ha comenzado a usar cementos modificados con polímeros, entre los cuales  se encuentran las resinas epóxicas. Los concretos hechos con estos cementos tienen resistencias  muy altas, tanto a la compresión como a la flexión y a la tensión. Además, tienen menor fluencia  plástica.  Estos  concretos  son  relativamente  caros  y  por  lo  general  se  usan  en  trabajos  de  reparaciones de limitada extensión.  Las propiedades de los concretos también se pueden modificar mediante el uso de aditivos, que se  pueden  clasificar  como  aditivos  químicos  o  minerales.  La  norma  C  494  de  la  ASTM  tiene  una 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  clasificación  de  siete  tipos  de  aditivos  químicos  que  reducen  el  agua  de  fraguado,  retardan  o  aceleran el fraguado, y combinando estas acciones.  Los aditivos minerales son las cenizas volantes que pueden llegar a constituir el 40% de la masa del  cemento más la ceniza volante y los residuos de sílice que pueden llegar a ser el 10% del material  cementante.  Las  cenizas  volantes  no  sólo  abaratan  el  costo  del  concreto,  sino  que  permiten  alcanzar  altas  resistencias  a  la  compresión.  Requieren  un  curado  inicial  más  prolongado  y  los  concretos tienden a carbonatarse más rápidamente, con lo que se puede afectar la durabilidad de  los mismos. Los concretos con residuos de sílice pueden alcanzar resistencias muy elevadas, pero  sometidos a fuego tienen la tendencia de explotar.  En  años  recientes  hemos  visto  la  aparición  de  los  aditivos  superfluidificantes,  que  permiten  un  aumento apreciable del asentamiento del concreto sin necesidad de añadir más agua a la mezcla.  El uso de superfluidificantes facilita la colocación del concreto, logrando que éste sea más denso y  que se eliminen las oquedades debidas al aire atrapado. Hay que tener precaución al usar estos  productos  ya  que  sus  propiedades  beneficiosas  tienen  una  duración  limitada,  por  lo  que  la  colocación del concreto tiene que hacerse en un tiempo relativamente corto.  Los agregados tienen sus características propias que influyen en las propiedades de los concretos,  tales como la resistencia, la retracción y la reacción química con el cemento.  La industria del cemento está experimentando una transformación rápida que permite aplicar una  tecnología  en  la  preparación  de  concretos  que  tengan  las  propiedades  deseadas  por  los  diseñadores  y  constructores  de  estructuras.  Fue  un  hecho  afortunado  que  en  el  siglo  pasado  se  lograra fabricar el cemento Portland, el cual resultó ser un cemento económico, con propiedades  adecuadas  para  gran  parte  de  las  estructuras  de  concreto  que  era  necesario  producir,  pero  tenemos que pensar que éste es sólo uno de los cementos que se pueden fabricar. Es de esperarse  que en el siglo próximo se cuente con mayor variedad de cementos.  La  producción  de  la  mezcla  de  los  componentes  del  concreto  se  logra  hoy  con  plantas  automatizadas, cuyos controles electrónicos permiten tener en cuenta las correcciones necesarias  a las proporciones, tales como las modificaciones debidas a la humedad de los agregados.  Los  métodos  estadísticos  permiten  establecer  el  control  de  la  calidad  del  concreto,  campo  en  el  que  se  ha  avanzado  más  en  Europa  que  en  América.  El  reconocimiento  de  la  influencia  de  las  variaciones  naturales  de  los  componentes  de  la  mezcla  de  concreto  en  las  propiedades  de  éste,  medidas  a  través  de  las  pruebas  normales,  ha  permitido  establecer  unos  parámetros  de  aceptación  del  concreto  que  responden  mucho  mejor  a  su  propia  naturaleza.  Ya  no  se  habla  de  resistencia  mínima  a  la  compresión,  sino  de  resistencia  especificada  a  la  compresión  y  se  permiten, dentro de ciertos límites, resistencias inferiores a la especificada.  Por otra parte, los productores de concreto saben hacer uso del control estadístico y, mediante la  determinación  de  la  desviación  estándar  de  su  producción,  pueden  producir  un  concreto  económico que cumpla con la resistencia especificada.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  La  colocación  del  concreto  debe  hacerse  utilizando  vibradores  y  siguiendo  reglas  que  la  buena  práctica  ha  establecido,  aunque  con  la  aparición  de  los  superfluidificantes  se  ha  simplificado  y  mejorado la colocación del concreto.  El concreto recién colocado debe curarse para mantener un contenido de humedad satisfactorio.  La  evaporación  rápida  del  agua  provocada  por  los  efectos  combinados  de  la  temperatura  y  la  humedad  relativa  del  aire,  la  temperatura  del  concreto  y  la  velocidad  del  viento,  causa  el  agrietamiento por retracción plástica.  El  curado  se  logra  mediante  el  método  tradicional  de  aplicar  agua  al  concreto  para  mantener  la  humedad,  o  mediante  el  uso  de  materiales  para  cubrirlo,  tales  como  las  láminas  plásticas  colocadas  sobre  el  concreto,  o  mediante  la  aplicación  líquida  de  compuestos  de  curado.  En  la  producción de elementos prefabricados se usa también el curado a vapor de alta o baja presión.  Al endurecerse el concreto nace la estructura. Como material, el concreto se ha comparado con la  piedra y se piensa en él como un material inerte. Nada más alejado de la verdad: el concreto es un  material sensible, que responde a las acciones externas físicas, químicas y ambientales. Para usarlo  a la plenitud de sus capacidades es necesario conocer íntimamente su sensibilidad, la cual sólo los  productores de sus componentes, los proyectistas y los constructores pueden lograr mediante la  investigación en el laboratorio, el estudio del comportamiento de las estructuras y el conocimiento  de sus propiedades.  ¿A qué edad se puede considerar adulto el concreto? La tradición ha establecido 28 días, que es la  edad  de  la  prueba  estándar  del  concreto  a  la  compresión.  Esa  edad  responde  a  las  técnicas  de  construcción prevalecientes en los inicios de la construcción con concreto y ha llegado a nuestros  días.  El concepto de la madurez es aplicable a la niñez del concreto, ya que su adquisición de resistencia  a la compresión es una función del curado y de la temperatura. A 21  °C y con curado húmedo, el  concreto tiene, a los tres días, aproximadamente el 40% de la resistencia adquirida a los 28 días, y  a los 7 días la resistencia alcanza el 70%. Lo cierto es que el concreto tiene gran necesidad de agua,  especialmente durante su niñez y, si se prolonga el curado, la resistencia a la compresión continúa  aumentando.  Sin  embargo,  no  siempre  la  edad  de  28  días  ha  establecido  el  parámetro  de  comparación:  en  la  construcción de presas, que no se esforzarán al máximo a los 28 días, la resistencia se especifica a  los 90 días o aún al año. De la misma forma, en edificios de gran altura en los que el concreto no se  esforzara  a  su  máximo  hasta  después  de  los  28  días,  se  pueden  usar  resistencias  a  mayores  edades.  El  reglamento  inglés  permite  usar  para  el  diseño  una  resistencia  24%  mayor  que  la  resistencia a los 28 días, si los máximos esfuerzos no ocurren hasta un año después de colocado el  concreto.  En  el  caso  de  las  pruebas  de  carga  de  estructuras  de  concreto,  el  reglamento  del  ACI  recomienda que no se lleven a cabo dichas pruebas hasta que el concreto no tenga por lo menos  56 días de edad.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Al  igual  que  un  aumento  en  resistencia  a  la  compresión  ocurre  más  rápidamente  en  esa  etapa  inicial de la vida del concreto, en los primeros 28 días tiene lugar cerca del 35% de la retracción y  de  la  fluencia  plástica  del  concreto,  lo  cual  tiene  gran  importancia  en  el  planeamiento  de  la  colocación del concreto y en la secuencia de construcción de las estructura construidas con este  material.  La hidratación del cemento es una reacción exotérmica que genera calor en las etapas iníciales de  la vida del concreto. Este es un fenómeno muy conocido en la construcción de presas de concreto,  pero  que  también  está  presente  en  la  construcción  de  los  cimientos  de  equipos  industriales  pesados  y  en  las  losas  de  cimentación  de  edificios  altos.  El  incremento  de  temperatura  del  concreto  masivo  causa  esfuerzos  de  tracción  que  pueden  agrietar  el  concreto.  La  finura  del  cemento aumenta la velocidad de la generación de calor, aunque no necesariamente el  total de  calor  generado.  Un  concreto  con  un  contenido  de  cemento  de  220  Kg/m3  y  una  relación  de  volumen  a  superficie  en  metros  de  tres,  colocado  a  una  temperatura  de  90  °C,  experimenta  un  incremento en la temperatura equivalente a 30 °C.  Para reducir la temperatura del concreto se recurre a sustituir el agua de la mezcla por hielo, a la  utilización de nitrógeno líquido y a la instalación de tuberías con circulación de agua fría dentro de  la masa de concreto.  Al  alcanzar  la  mayoría  de  edad  a  los  28  días,  se  considera  que  el  concreto  puede  ejercer  las  funciones para las cuales fue creado, sin embargo, este material es sensible no sólo a reacciones  físicas, tales como las cargas, sino también al ambiente y a las reacciones químicas. Examinemos  primero la sensibilidad a las acciones físicas.  Desde  los  inicios  del  uso  del  concreto  se  supo  que  era  un  material  con  poca  resistencia  a  la  tensión.  La  invención  del  concreto  armado  consiste"  en  colocar  acero  de  refuerzo  en  aquellas  zonas en las que se desarrollarían esfuerzos de tensión. Aún hoy las teorías de concreto armado se  basan en la suposición de que el concreto no tiene resistencia alguna a la tensión. En realidad la  resistencia a la tensión del concreto es del orden del 10% de la resistencia a la compresión, pero  por tratarse de una ruptura frágil no se cuenta con esta resistencia. Los esfuerzos de tensión dan  como  resultado  el  agrietamiento  del  concreto,  como  son  los  tanques  y  los  silos,  que  están  sometidos principalmente a tensión, por lo que hay que limitar el ancho de las grietas.  El concreto pres forzado a venido a contrarrestar los agrietamientos debidos a la tensión, ya que  mediante  cables  de  alto  límite  elástico  se  pueden  convertir  en  esfuerzos  de  compresión  los  esfuerzos  de  tensión  que  las  cargas  producen  sobre  el  elemento  estructural.  El  concreto  es  sensible  al  ambiente  pues  cambia  de  dimensión  con  los  cambios  de  temperatura.  La  humedad  relativa del ambiente causa cambios en las dimensiones de los elementos de concreto, ya que si es  menor  del  100%  ocurre  el  fenómeno  de  la  retracción.  Si  los  elementos  de  concreto  están  restringidos,  los  cambios  de  temperatura  y  la  retracción  pueden  causar  agrietamientos  y  aún  la  falla de las estructuras, como ocurriera en los inicios del concreto. En los climas fríos las heladas y  los deshielos repetidos de los concretos húmedos causan la falla de éstos. Existen distintas teorías  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  sobre  este  mecanismo  en  el  cual  intervienen  en  forma  distinta  la  congelación  de  la  pasta  de  cemento  y  de  los  agregados.  El  aire  atrapado  que  se  puede  añadir  a  la  mezcla  con  un  aditivo  inclusor de aire es una solución a este problema.  Las acciones químicas afectan el concreto adulto. En los países fríos está recibiendo gran atención  el  problema  que  causan  las  sales  usadas  para  remover  el  hielo  de  las  calles  que  desintegran  las  superficies  de  concreto  y  causan  la  corrosión  del  acero  de  refuerzo.  El  reglamento  del  ACI  establece unos límites a la concentración de iones de cloruro del calcio en el concreto a los 28 días  que  puedan  provenir  de  los  ingredientes  tales  como  el  agua,  los  agregados,  los  materiales  cementantes y los aditivos.   El  concreto  es  atacado  por  los  sulfatos  y  los  ácidos.  Los  sulfatos  se  pueden  encontrar  en  el  subsuelo, usualmente en las regiones áridas o en las aguas de las torres de enfriamiento. El uso de  cementos  resistentes  a  los  sulfatos  es  la  solución  a  éste  problema.  Algunos  ácidos  inorgánicos,  como el sulfúrico y el nítrico, y otros orgánicos, como el acético y el láctico, atacan rápidamente al  concreto.  El  concreto  se  puede  proteger  del  ataque  químico  con  membranas  elastoméricas  cubiertas epóxicas, losetas a prueba de ácidos o ladrillos colocados con morteros resistentes a los  ácidos.  Para estudiar la sensibilidad del concreto adulto tenemos que referirnos a sus propiedades, entre  las  cuales  se  pueden  mencionar  la  elasticidad,  resistencia,  relación  de  Poisson,  porosidad,  absorción,  expansión  térmica,  fluencia,  retracción,  abrasión  y  ductibilidad.  Se  han  desarrollado  normas para cuantificar algunas de estas propiedades, pero el concreto, como material preparado  en  la  obra,  requiere  que  se  conozcan  sus  propiedades  lo  cual  es  una  tarea  que  compete  a  los  ingenieros  de  cada  país.  El  concreto  manifiesta  su  sensibilidad  a  los  agentes  externos  agrietándose.  Para  mantener  las  condiciones  de  servicialidad,  tanto  el  reglamento  del  ACI  como  otros  reglamentos  regionales  del  país  establecen  parámetros  para  limitar  el  agrietamiento  del  concreto. En el caso de estructuras para contener líquidos, hay que limitar el esfuerzo del acero de  refuerzo  para  minimizar  el  ancho  de  las  grietas.  El  ancho  de  las  grietas  puede  constituir  una  expresión de sobre esfuerzo de una estructura de concreto.     

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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II.

C E M E N T O S  

CEMENTO  PORTLAND:  Cemento  Portland  es  el  conglomerante  hidráulico  que  resulta  de  la  pulverización del clínker frío, a un grado de finura determinado, al cual se le adiciona sulfato de  calcio  natural.  A  criterio  del  productor  también  puede  incorporarse,  como  auxiliares  de  la  molienda o para impartir determinadas propiedades al cemento, otros materiales en proporción  tal  que  no  sean  nocivos  para  el  comportamiento  posterior  del  producto,  de  acuerdo  en  lo  especificado en la Norma de Aditivos para Proceso de Elaboración de Cemento Portland DGN C‐ 133 vigente.  Clínker es el material sintético granular, resultante de la cocción a una temperatura del orden del  1 400 °C de materias primas de naturaleza calcárea y arcilla ferruginosa, previamente trituradas,  proporcionadas,  mezcladas,  pulverizadas  y  homogenizadas.  Esencialmente,  el  clínker  está  constituido por silicatos, aluminatos y aluminoferritos de calcio.   

II.1.‐ Tipos de Cemento Portland  El Cemento Portland está clasificado en cinco tipos principalmente:   I.  COMÚN.‐  Para  uso  general  en  construcciones  de  concreto  cuando  no  se  requieran  la  propiedades especiales de los tipos II, III, IV y V.   II.  MODIFICADO.‐  Destinado  a  construcciones  de  concreto  expuestas  a  una  acción  moderada de los sulfatos. o cuando se necesite calor de hidratación moderado.   III.  DE  RÁPIDA  RESISTENCIA.‐  Para  elaboración  de  concretos  en  los  que  se  requiera  alta  resistencia a temprana edad.   IV DE BAJO CALOR.‐ cuando se requiera un calor de hidratación reducido.   V. DE ALTA RESISTENCIA A LOS SULFATOS.‐ Cuando se requiera una alta resistencia a los  sulfatos.  El cemento portland blanco se considerar clasificado en el tipo I. Por su bajo o nulo contenido en  óxido férrico, se caracteriza únicamente por ser de color blanco y no gris.  CEMENTO  PORTLAND  PUZOLANA:  El  cemento  portland  puzolana  es  el  conglomerante  hidráulico  que se obtiene de la molienda conjunta del clínker portland, puzolana y sulfato de calcio natural,  que le imparten un calor de hidratación moderado. Cuando se requiera una resistencia moderada  a la acción de los sulfatos, el clínker portland contendrá un máximo de 8 por ciento de aluminato  tricálcico. La cantidad de puzolana constituir del 15 al 40 por ciento en peso del producto.  

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Puzolana  es  el  material  silíceo,  o  silíceo  aluminoso,  que  en  si  posee  poco  o  ningún  valor  cementante,  pero  que  finamente  molido  y  en  presencia  de  agua,  reacciona  con  el  hidróxido  de  calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos cementantes. 

II.2.‐  Propiedades físicas del cemento  Cualesquiera  que  sean  las  materias  primas  que  intervengan  en  la  fabricación  del  cemento,  y  cualquiera  que  sea  su  composición  resultante,  siempre  se  espera  de  él  una  contribución  básica  como componente del concreto, a fin de que una vez en contacto con el agua produzca una pasta  moldeable  que  permanezca  con  esta  característica  el  tiempo  necesario  para  darle  la  forma  requerida;  que  la  pasta,  una  vez  moldeada  y  en  reposo,  comience  a  fraguar  y  endurecer,  aun  sumergida  bajo  agua;  y  que  al  cabo  de  tiempo  previsto,  adquiera  resistencia  suficiente  para  permitir  al  concreto  soportar  las  condiciones  de  operación  y  servicio  para  las  que  fue  diseñado.  Todo lo anterior, sin olvidar la adquisición de otras propiedades y características especiales que si  suelen depender de la naturaleza y composición de cada cemento en particular. Para conocer el  grado de aptitud de éste para dicho comportamiento, se acostumbra determinar su composición  química y someterlo a ensayes físicos, cuyos resultados se complementan para obtener el juicio de  calidad final.  La  composición  química  se  determina  por  medio  del  análisis  respectivo,  puede  decirse  que  los  datos  obtenidos  del  análisis  constituyen  elementos  primarios  de  juicio  que  permiten  detectar  y  explicar las causas en el comportamiento posterior del cemento.  Los componentes que más influyen en las características del cemento son los silicatos dicálcico y  tricálcico, de ellos depende esencialmente las características de resistencia, y puede afirmarse que  la resistencia a edades tempranas las origina el tricálcico.  El  aluminato  tricálcico  es  el  principal  contribuyente  a  la  elevación  de  temperatura  durante  el  fraguado.  La  excesiva  generación  de  calor  hace  más  difícil  su  disipación,  lo  cual  puede  originar  agrietamientos en la masa del concreto.   Las pruebas físicas se destinan a comprobar el comportamiento del cemento, es decir, cuantifican  los  efectos  que  producen  las  características  físicas  y  químicas  que  se  obtuvieron  durante  la  elaboración  del  producto,  resultando  esta  información  útil  para  estimar  la  aplicabilidad  del  cemento, darle su adecuado empleo, y explicar efectos posteriores en el concreto. 

II.2.1.‐ Finura  La finura del cemento tiene influencia sobre el comportamiento del concreto tanto en su estado  fresco como en el endurecido. Un aumento en la finura puede traer consigo efectos deseables e  indeseables; de ahí que en la molienda convenga darle una finura adecuada dentro de los límites  que  durante  la  práctica  se  hayan  comprobado  como  apropiados  para  hacer  compatibles  los  efectos en ambos sentidos, y que, además, puedan obtenerse a un costo razonable.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Un  aumento  en  la  finura  significa  mayor  número  de  partículas  en  un  peso  determinado  y,  por  tanto,  mayor  superficie  de  cemento  disponible  para  estar  en  contacto  con  el  agua.  Consecuentemente,  mayor  finura  representa,  usualmente,  más  requerimiento  de  agua  y  mayor  rapidez  de  hidratación.  Sus  efectos  deseables  son:  mejor  manejabilidad  en  las  mezclas  de  concreto,  mayor  poder  de  retención  del  agua  (menor  sangrado)  y  más  rápida  obtención  de  resistencia.  Los  indeseables:  mayores  contracciones,  desarrollo  más  rápido  de  calor,  y  mayor  facilidad para hidratarse cuando se almacena en ambiente húmedo.  El  ensaye  de  finura  consta  de  dos  determinaciones:  la  obtención  del  porcentaje  de  cemento,  en  peso,  que  se  retiene  en  las  mallas  No.  200  y  No.  325,  y  la  segunda,  la  medición  de  la  superficie  específica,  que  corresponde  a  la  superficie  total  de  las  partículas  contenidas  en  un  gramo  de  cemento, suponiéndolas esféricas. La determinación en mallas sirve para conocer la presencia de  partículas  gruesas  cuya  aportación  a  la  resistencia  resulta  escasa;  sin  embargo,  no  suministra  información  sobre  la  distribución  de  tamaños  en  las  partículas  menores.  También  es  útil  como  medio de control en la fabricación de cementos compuestos (puzolana, escoria, etc.), en que dos  materiales  con  distinta  dureza  se  muelen  conjuntamente.  Las  especificaciones  del  cemento,  de  acuerdo con su tipo, también definen límites mínimos de superficie especifica. 

II.2.2.‐ Tiempo de fraguado  El fraguado de la pasta de cemento es un proceso fisicoquímico mediante el cual pasa del estado  de plasticidad inicial a un estado de cierta rigidez y firmeza. Aunque la pasta en este último estado  puede manifestar una ligera resistencia, para fines prácticos se acostumbra distinguir la etapa de  fraguado de la de endurecimiento.    Se  considera  que  la  etapa  de  fraguado  se  inicia  en  el  momento  en  que  el  cemento  entra  en  contacto con el agua, y termina cuando la pasta se convierte en un cuerpo rígido capaz de resistir  una  presión  arbitraria.  También  se  considera  que  la  etapa  de  hidratación  del  cemento  o  de  reacciones  químicas  que  conducen  a  la  obtención  de  propiedades,  como  cuerpo  endurecido,  comienza una vez que la pasta ha fraguado. No obstante, no existe una franca delimitación entre  ambas etapas, pues se presenta una transición, difícil de definir. De este modo, la determinación  de la duración de la etapa de fraguado queda sujeta a medios de apreciación un tanto arbitrarios.   Los compuestos del cemento que primero reaccionan para producir el fraguado son el aluminato  tricálcico  (C3A)  y  el  silicato  tricálcico  (C3S).  Como  el  C3A  tiene  una  reacción  violenta  que  puede  conducir a fraguado instantáneo, se añade yeso a fin de regular su hidratación y fraguar conforme  a  un  proceso  gradual.  Así,  mediante  la  adecuada  dosificación  de  yeso,  es  posible  mantener  el  tiempo de fraguado dentro de cierto límites, aun variando considerablemente la composición del  cemento.   La evolución del proceso de fraguado del cemento se acostumbra detectarla sobre una pasta cuya  cantidad  de  agua  se  ajusta  para  obtener  una  consistencia  normalizada  y,  por  medios  físicos  de 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  penetración  o  indentación,  determinar  el  grado  de  rigidez  que  manifiesta  conforme  el  tiempo  avanza.  Al respecto, existen dos procedimientos principales para medir el tiempo de fraguado: el de Vicat  y el de Gillmore.  El aparato de Vicat utiliza una aguja que penetra en la pasta y determina un grado de rigidez, por  lo  cual  se  obtiene  un  solo  dato  de  tiempo  de  fraguado  que  corresponde  al  momento  en  que  la  aguja deja de penetrar.  El aparato de Gillmore emplea dos agujas, cuya indentación sobre la superficie de la pasta señala  el  avance  del  fraguado;  por  este  medio  se  obtienen  dos  datos,  el  que  corresponde  al  llamado  tiempo  de  fraguado  inicial,  que  ocurre  cuando  la  aguja  más  gruesa  y  de  menor  peso  deja  de  producir huella sobre la superficie de la pasta, y el que corresponde al fraguado final, cuando la  aguja de menor sección y mayor peso no deja huella.  Durante la fabricación del concreto interesa que el fraguado no ocurra demasiado rápido, de tal  suerte que se tenga suficiente tiempo para mezclarlo, transportarlo y acomodarlo en los moldes.  Tampoco conviene que el fraguado resulte demasiado lento, porque las operaciones subsecuentes  de  desmolde  y  puesta  en  servicio  de  la  obra  sufren  retraso.  Por  estas  razones  se  acostumbra,  dentro  de  las  especificaciones  del  cemento,  fijar  límite  mínimo  y  máximo  para  el  tiempo  de  fraguado.  El  proceso  del  fraguado  del  cemento  es  muy  susceptible  a  cambiar  con  las  variaciones  de  la  temperatura ambiente. Con algunas limitaciones puede suponerse que las temperaturas bajas lo  retardan  y  las  altas  lo  aceleran.  Por  ello  es  importante  que  su  determinación  se  realice  bajo  condiciones estándar de temperatura. Otro aspecto que puede influir ligeramente en el tiempo de  fraguado  del  cemento,  corresponde  a  su  finura.  Los  cementos  molidos  más  finamente  tienen  cierta tendencia a fraguar más pronto. 

II.2.3.‐ Fraguado falso  Se  dice  que  un  cemento  presenta  fraguado  falso,  cuando  a  los  pocos  minutos  de  entrar  en  contacto con el agua, la pasta presenta una rigidez semejante a la del fraguado final, pero si se le  remezcla  sin  adición  de  agua,  la  pasta  recobra  su  consistencia  original.  Este  último  aspecto,  y  la  ausencia de evolución de calor, es lo que distingue al fraguado falso del instantáneo, que si es un  fraguado real. 

II.2.4.‐ Sanidad  La sanidad del cemento, es decir, su condición de ser sano, se refiere a la estabilidad dimensional y  durabilidad de la pasta endurecida en el curso del tiempo, la cual tiende a experimentar cambios  de volumen, por efecto de variaciones de humedad y temperatura. Sin embargo, si estos cambios 

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  son reducidos, y debidamente tomados en cuenta en el diseño de las estructuras, no modifican la  durabilidad del concreto.    

II.3.‐  Pruebas físicas del cemento en el laboratorio    II.3.1.‐ Consistencia Normal (NOM C 57 y ASTM C 187)    Equipo necesario:   • • •

Aparato de Vicat  Balanza. De 1 000 g con 1.0 g mínimo de aproximación.  Probetas graduadas 

 Temperatura y humedad: La temperatura ambiente en el laboratorio y del cemento seco, moldes  y  placas  deber  mantenerse  entre  20  y  27  °C.  La  del  agua  de  mezclado  no  variar  de  23  °C.  La  humedad relativa del laboratorio no ser inferior al 50%.   Procedimiento:  1)  Preparación  de  la  pasta  de  cemento.  Se  mezclan  500  g  de  cemento  con  una  cantidad  medida de agua limpia (se recomienda que la mezcla se realice en una batidora).  2)  Moldeado del espécimen de prueba. Con la pasta de cemento, preparada como se indica  en a, se formar rápidamente una bola con la manos enguantadas y se tirar seis veces de  una  mano  a  otra,  manteniéndolas  separadas  entre  si  aproximadamente  15  cm.  Descansando la bola en la palma de una mano, se introducir a presión por la boca mayor  del anillo cónico G del aparato de Vicat (ver fig 2.1), el cual se sostendrá con la otra mano,  llenando completamente el anillo con pasta. El exceso de esta que permanezca en la boca  grande  se  remover  mediante  un  movimiento  simple  de  la  palma  de  la  mano.  A  continuación,  se  colocar  el  anillo,  descansando  en  su  base  mayor,  sobre  una  placa  de  vidrio,  y  se  enrasar  la  boca  superior  con  una  pasada  de  cuchara  de  albañil  que  se  mantendrá formando un pequeño ángulo con el borde superior del anillo. Si es necesario,  la  superficie  superior  se  alisar  dando  unas  leves  pasadas  con  el  borde  de  la  cuchara.  Durante las operaciones de enrasado y alisado, debe tenerse cuidado de no comprimir la  pasta.   3) Determinación  de  la  consistencia.  La  pasta  confinada  en  el  anillo  que  descansa  sobre  la  placa, debe centrarse debajo de la barra B, cuyo extremo que forma el émbolo se pondrá  en  contacto  con  la  superficie  de  la  pasta,  y  se  apretar  el  tornillo  sujetador.  Después,  se  colocar el indicador móvil F en la marca cero, 0, de la parte superior de la escala, o se hará  una lectura inicial, y se soltará la barra 30 seg después de haber terminado el mezclado. El  aparato no debe sufrir ninguna vibración durante la prueba. Se considerar que la pasta es  de consistencia normal cuando la barra penetre hasta un punto situado 10 +‐ 1 mm debajo  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  de la superficie original, 30 seg después de soltarse. Deben hacerse pastas tentativas con  distintos porcentajes de agua, hasta que se obtenga la consistencia normal. Cada prueba  se realizará con cemento nuevo.     Cálculos: La cantidad de agua requerida para la consistencia normal se calculará al 0.1 por ciento  más próximo y se reportar redondeando al 0.5 por ciento más próximo, con respecto al peso del  cemento seco. 

II.3.2.‐  Tiempo de fraguado de cemento hidráulico por medio de la aguja  de Vicat (NOM C 59 y ASTM C 191)    Equipo necesario:  • • •

 Aparato de Vicat   Balanza. De 1 000 g con aproximación de 1.0 g mínimo   Probetas graduadas 

Temperatura y humedad. La temperatura del ambiente del laboratorio, cemento seco, moldes y  placas  deber  mantenerse  entre  20  y  27  °C.  La  del  agua  de  mezclado  y  de  la  cámara  húmeda  no  variar  de  23  °C  en  mas  de  +‐  2  °C.  La  humedad  relativa  del  laboratorio  no  ser  inferior  a  50  por  ciento, y la de la cámara húmeda, no ser inferior a 90 por ciento.   Preparación  de  la  pasta  de  cemento.  Se  mezclan  500  g  de  cemento  con  el  porcentaje  de  agua  (debe emplearse agua recién destilada) requerido para obtener la consistencia normal.    Procedimiento  1) Moldeado  del  espécimen  de  prueba.  Con  la  pasta  de  cemento  ya  preparada,  sígase  exactamente el procedimiento de consistencia normal hasta tenerlo colocado en la placa  de  vidrio  enrasado  y  alisado.  Inmediatamente  después  de  terminar  el  moldeado,  colóquese  el  espécimen  de  prueba  en  la  cámara  húmeda  y  manténgase  ahí,  excepto  cuando  vayan  a  efectuarse  determinaciones  del  tiempo  de  fraguado.  El  espécimen  debe  permanecer dentro del molde cónico descansando sobre la placa de vidrio durante todo el  periodo de prueba.   2) Determinación del tiempo de fraguado. Manténgase el espécimen en la cámara húmeda  durante 30  min  después  de moldearlo, sin producirle ninguna alteración. La  penetración  de  la  aguja  de  1  mm  se  determina  cuando  hayan  transcurrido  los  30  min,  y  de  ahí  en  adelante  cada  15  min  (cada  10  min  para  cementos  tipo  III),  hasta  que  se  obtenga  una  penetración de 25 mm o menos. Para efectuar la prueba de penetración, bájese la aguja D  de la barra B, hasta que descanse sobre la superficie de la pasta de cemento. Apriétese el  tornillo  sujetador  E,  y  colóquese  el  indicador  F  en  el  extremo  superior  de  la  escala,  o  tómese una lectura inicial. Suéltese la barra rápidamente aflojando el tornillo sujetador E,  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  y  permítase  que  la  aguja  penetre  durante  30  seg;  entonces  tómese  la  lectura  para  determinar  la  penetración.  Si  es  evidente  que  la  pasta  está  muy  suave  al  tomar  las  primeras  lecturas,  puede  frenarse  la  caída  de  la  barra,  a  fin  de  evitar  que  se  flexione  la  aguja, pero la barra debe soltarse solo mediante el tornillo sujetador cuando se efectúen  determinaciones  reales  del  tiempo  del  fraguado.  No  deben  hacerse  ensayes  de  penetración a una distancia menor de 0.6 cm de alguna penetración anterior, ni distantes  menos de 1.0 cm de la pared interior del molde. Los resultados de todos los ensayes de  penetración  deben  registrarse  y,  por  interpolación,  determínese  el  tiempo  que  corresponde a una penetración de 25 mm. Este es el tiempo de fraguado.   Precauciones.  Todo  el  aparato  debe  estar  exento  de  vibraciones  durante  el  ensaye  de  penetración.  Se  tendrá  cuidado  de  mantener  recta  y  limpia  la  aguja,  ya  que  el  cemento  que  se  adhiera  en  sus  lados  puede  retardar  la  penetración,  y  el  que  se  adhiera  en  la  punta  puede  acelerarla.  El  tiempo  de  fraguado  es  afectado  no  solo  por  el  porcentaje  y  temperatura  del  agua  empleada, y cantidad de amasado que haya recibido la pasta, sino también por la temperatura y  humedad del aire, de ahí que su determinación es solo aproximada.  

II.3.3.‐ Densidad del cemento (NOM C 152 y ASTM C 188)   Este  método  de  prueba  se  destina  a  la  determinación  de  la  densidad  aparente  del  cemento  hidráulico. Su principal utilidad está relacionada con el proporcionamiento y control de mezclas de  concreto.   Equipo necesario  • • •

 Frasco de Le Chatelier   Balanza con aproximación mínima de 0.1 g   Queroseno exento de agua  

 Procedimiento  1) La densidad aparente del cemento se determinar sobre el material tal como se reciba, a  menos que se especifique en otra forma.  2) Se  llena  el  frasco  con  el  queroseno  hasta  un  punto  situado  entre  las  marcas  cero  y  un  mililitro de la escala. Después de verter el líquido, si es necesario séquese el interior del  frasco  arriba  del  nivel  del  líquido.  La  primera  lectura  se  registra  después  de  haber  sumergido  el  frasco  en  agua  de  acuerdo  con  el  siguiente  inciso.  A  continuación  se  introduce,  en  porciones  pequeñas,  una  cantidad  de  cemento  que  se  haya  pesado  (aproximadamente  64  g  en  el  caso  de  cemento  portland),  y  que  está  a  la  misma  temperatura del líquido. Debe evitarse que este salpique y que el cemento se adhiera al  interior  del  frasco,  arriba del  líquido.  Después  de  haber  introducido  todo  el  cemento,  se  tapa  el  frasco  y se  le  hace rodar en posición inclinada (cuidando de  no golpear el frasco  con una superficie  dura)  o girar en un círculo horizontal, a fin de que el  cemento quede  libre  de  aire,  es  decir,  hasta  que  ya  no  suban  burbujas  a  la  superficie  del  líquido.  Si  se  David Páez Ruiz                                                                                     18   Instituto Tecnológico de Tijuana                           

  agregó una cantidad apropiada de cemento, la posición final del nivel del líquido estará en  algún  punto  de  la  escala  superior.  Después  de  haber  sumergido  el  frasco  en  agua,  de  acuerdo con el siguiente inciso, se toma la lectura final.  3) Antes  de  tomar  las  lecturas,  se  sumerge  el  frasco  en  un  baño  de  agua  a  temperatura  constante y más o menos igual a la del medio ambiente del laboratorio, por un intervalo  suficiente, a fin de evitar variaciones mayores de 0.2 °C en la temperatura del líquido. Con  el objeto de asegurarse que el contenido del frasco ha alcanzado la temperatura del baño  de agua, todas las lecturas deben vigilarse hasta que se hagan constantes.   Cálculo.  La  diferencia  entre  la  lectura  final  y  la  inicial  representa  el  volumen  del  líquido  desplazado por el cemento empleado en la prueba. La densidad aparente se calculará: 

Densidad Aparente =

peso del cemento, en gr   volumen desplazado, en ml

   Precisión. Las determinaciones de la densidad que se hagan por duplicado siguiendo este método  deben concordar en 0.01 gr/ml o menos.   

 

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III.

 A G U A 

Por sus efectos sobre el concreto, la calidad del agua interesa bajo dos aspectos diferentes:  a) Como agua del mezclado al elaborar concreto fresco.     b) Como agua de contacto con el concreto endurecido, ya sea como agua de curado o como  elemento que forma parte del medio que lo rodea.  Como  agua  de  mezclado,  sus  impurezas  pueden  tener  efectos  principales  sobre  el  tiempo  de  fraguado, resistencia del concreto y corrosión del acero de refuerzo. Al ser aplicada como agua de  curado,  sus  posibles  efectos  son  más  bien  de  apariencia  al  contener  sales  que  manchen  o  produzcan eflorescencias sobre la superficie del concreto. Finalmente, como agua que forma parte  del  medio  que  rodea  al  concreto,  cuando  contiene  sustancias  agresivas,  sus  efectos  son  más  decisivos,  pudiendo  llegar  a  extremos  en  que  se  produzca  la  destrucción  del  concreto,  si  no  se  toman precauciones convenientes.  Con frecuencia se menciona que el agua que es buena para ser bebida (agua potable), es útil para  hacer  concreto;  pero  esto  no  siempre  es  válido.  Algunas  aguas  con  pequeñas  cantidades  de  azúcares  o  con  ligero  sabor  cítrico  pueden  ingerirse,  pero  no  sirven  para  el  concreto;  y  al  revés,  hay algunas aguas que sin ser potables pueden ser buenas para hacer concreto, según la cantidad  y calidad de las impurezas que contengan.   Haciendo  a  un  lado  el  aspecto  bacteriológico,  que  en  el  caso  del  concreto  no  interesa,  el  agua  puede ser contaminada en dos formas: por materiales en suspensión y por sustancias en dilución.  En  la  primera  pueden  mencionarse  limo,  arcilla  y  materia  orgánica.  Entre  las  segundas,  algunos  gases, sales solubles y materia orgánica.               

 

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IV. A G R E G A D O S  La  mayor  parte  del  concreto  está  constituido  por  agregados  minerales,  cuya  participación  en  las  características  y  propiedades  del  concreto  conviene  tener  siempre  presente  cuando  se  trata  de  seleccionar y producir agregados para un trabajo determinado.  Cuando se comenzó a utilizar el concreto, los agregados se consideraban como materiales inertes  que  se  añadían  a  la  pasta  de  cemento  para  incrementar  el  volumen  y  reducir  el  costo  del  producto.    En  la  actualidad,  el  concreto  se  trata  como  un  conjunto  de  partículas  aglutinadas  con  pasta  de  cemento,  tomando  los  agregados  la  categoría  de  materiales  de  construcción,  cuyas  propiedades  físicas y químicas normalmente influyen en el comportamiento del concreto desde su fabricación  hasta el término de su vida útil. 

IV.1.‐ Clases de agregados  Los  agregados  para  concreto  generalmente  consisten  en  partículas  de  roca  cuyas  dimensiones  varían desde unas cuantas micras hasta el tamaño máximo permitido o especificado, el cual puede  llegar a ser, en casos especiales, de hasta 25 o 30 cm.   Con  objeto  de  controlar  la  proporción  relativa  que  deben  guardar  los  distintos  tamaños  de  partículas entre sí, se acostumbra dividirlos en fracciones que se manejan por separado. Esto da  lugar a clasificar los agregados de acuerdo con su tamaño, en lo que se llama agregado fino (arena)  y agregado grueso (grava).   Se considera como arena la fracción compuesta de partículas que pasan a través de la malla No. 4,  cuya abertura libre es de 4.76 mm, y como grava el agregado cuyas partículas quedan retenidas en  esta  malla.  Aunque  en  ciertos  casos,  conviene  separar  la  grava  en  sub  fracciones  y  manejarlas  también por separado. 

IV.1.1.‐ Agregado fino  Podrá ser arena natural, triturada, o una combinación de ambas. Debe cumplir con los siguientes  requisitos físicos:  a) Granulometría  • Análisis  granulométrico.  La  granulometría  del  agregado  fino,  excepto  lo  señalado  en  el  punto 2, estar comprendida dentro de los límites de la tabla 4.1   

 

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  TABLA 4.1: Requisitos para la granulometría del agregado fino (ASTM C‐33).  Malla  Agregado fino que pasa, en porcentaje  9.51 mm    (3/8")  4.76 mm    (No. 4)  2.38 mm    (No. 8)  1.19 mm    (No. 16)  595 micras (No. 30)  297 micras (No. 50)  149 micras (No. 100) 

1  95 a 100  80 a 100  50 a  85  25 a  60  10 a  30  2 a  10 

  •

 Los  porcentajes  mínimos  para  el  material  que  pasa  las  mallas  No.  50  y  No.  100  pueden  reducirse a 5 y 0, respectivamente, si el agregado se va usar en concreto con aire incluido  que contenga más de 250 Kg de cemento por metro cúbico, o sin aire incluido con más de  310 Kg de cemento por metro cúbico, o bien si se utiliza un aditivo mineral que compense  la  deficiencia  de  porcentajes  que  pasan  estas  mallas.  Cabe  mencionar  que  aquí  se  considera como concreto con aire incluido aquel cuyo contenido de aire sea mayor de 3  por  ciento.  El  agregado  fino  no  tendrá  más  del  45  por  ciento  retenido  entre  dos  mallas  consecutivas de las que se indican en el punto 1, y su módulo de finura no será menor de  2.3 ni mayor de 3.1.  

b) Módulo  de  finura.  Es  el  número  que  resulta  de  sumar  los  porcentajes  retenidos  acumulados en cada una de las mallas Nos. 8, 16, 30, 50 y 100. Si el módulo de finura varía  en  más  de  0.20  del  valor  supuesto  para  el  proporcionamiento  del  concreto,  el  agregado  fino debe rechazarse, a menos que se lleven a cabo ajustes en el proporcionamiento para  compensar la diferencia de granulometría.    c) Limitación de sustancias deletéreas. Su cantidad en el agregado fino no deber exceder de  los límites enumerados en la tabla 4.2.   

 

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  TABLA No. 4.2: Límites para sustancias deletéreas en agregado fino para concreto.  Material  Máximo, en porcentaje del peso total de la  muestra  Partículas desmenuzables  1.0      Material que pasa la malla No. 200    Concreto sujeto a la abrasión  3.0*  Cualquier otro concreto  5.0*      Carbón y lignito    Cuando la apariencia de la superficie de concreto sea  0.5  importante  Cualquier otro concreto  1.0  *Cuando la arena sea triturada, si el material que pasa la malla No. 200 se encuentra libre de  arcilla o lutita, estos límites pueden incrementarse a 5 y 7 por ciento, respectivamente.   

IV.1.2.‐ Agregado grueso  Debe  ser  grava  natural  o  triturada,  piedra  triturada,  o  una  combinación  de  ellas.  Existen  ciertos  requisitos con que deben cumplir los agregados gruesos, los cuales deben comprobarse mediante  los métodos de prueba correspondientes.    Las  principales  características  que  deben  reunir  los  agregados  gruesos,  para  poder  tener  una  buena calidad en la fabricación de concreto, principalmente son:   1. 2. 3. 4. 5.

Composición Granulométrica.   Resistencia a la Abrasión.  Agregados no reactivos con los álcalis del cemento.  Reducir en lo posible el material más fino de la malla No. 200.  Buena resistencia a la acción de la intemperie (sanidad). 

IV.2.‐ Muestreo de agregados  Debido  a  la  importancia  de  las  propiedades  físicas  de  los  agregados  (principalmente  granulometría)  en  el  diseño  de  mezclas  de  concreto,  se  deben  tener  ciertas  precauciones  en  el  muestreo  de  agregados;  ya  sea  en  campo,  en  la  planta  productora  de  concreto  o  en  el  banco  productor de agregados.  Lo importante en el muestreo de agregados no estriba en que la muestra pase o no la prueba, sino  en obtener una muestra que sea representativa. Conocer lo que en realidad se está produciendo  es  de  importancia  primordial  para  la  producción  y  utilización  de  agregados.  Esto  se  determina  llevando a cabo pruebas en muestras del producto. A menos que estas muestras sean realmente  representativas del material que se está produciendo, no tendrán ningún valor aunque se hayan  tomado con todo cuidado y precisión.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  El  productor  necesita  muestras  representativas  para  prueba  en  su  programa  de  garantía  de  calidad. También  puede utilizar los resultados de las pruebas proyectados en gráficas de control  para revisar su producción. Esto le permite hacer ajustes de operación en su planta antes de que el  material se salga de los límites preestablecidos.  Los compradores de agregados, necesitan muestras representativas para determinar si el material  cumple con las especificaciones bajo las que esta comprándose. Estos compradores buscan ciertas  características,  tales  como  calidad  y  composición  granulométrica,  que  se  relacionan  con  que  tan  bien se comportará el agregado en servicio.  Cuando los compradores son fabricantes de productos de asfalto o de concreto, definitivamente  necesitan muestras representativas del agregado. En el caso del productor de concreto hidráulico,  necesita  él  un  agregado  uniforme  para  su  trabajo  y  muestras  que  representen  el  producto.  La  composición  granulométrica  del  agregado  afecta  la  resistencia,  las  cavidades  de  aire  y  la  trabajabilidad de la mezcla de concreto.   Son  varios  los  lugares  donde  pueden  tomarse  las  muestras  de  los  agregados.  Los  métodos  más  comunes son muestreo en banda transportadora, en depósitos, en camión, sobre la superficie del  terreno  y  muestreo  en  pilas  de  almacenamiento.  El  muestreo  en  banda  trasportadora  producir  una  muestra  de  agregado  muy  representativa.  Es  también  la  más  difícil  de  obtener,  ya  que  la  mayoría  de  los  productores  de  agregados,  no  estarían  dispuestos  a  detener  la  banda  transportadora  solo  para  muestrear,  ya  que  poner  la  banda  en  movimiento  de  nuevo,  es  sumamente difícil cuando esta está cargada. La clave está en obtener toda la sección transversal  del  material  que  se  está  descargando.  Un  mínimo  de  tres  incrementos  debe  tomarse  y  combinarse.    Es  realmente  muy  difícil  obtener  una  muestra  representativa  de  depósitos  grandes  de  almacenamiento. Cuando  el muestreo de estos depósitos sea necesario, deberán tomarse  series  de  incrementos  de  muestra  a  intervalos  aleatorios  y  deben  combinarse  para  formar  una  sola  muestra.   No  se  recomienda  el  muestreo  directo  de  camiones,  siempre  es  mejor  tomar  la  muestra  ya  sea  antes o después de que el material ha sido entregado. Durante la transportación, el material más  fino  tiende  a  concentrarse  en  el  fondo  del  recipiente  y  dificulta  la  obtención  de  una  muestra  representativa.  Cuando  el  muestreo  sea  necesario,  deber  hacerse  escarbando  cierto  número  de  agujeros  en  sitios  escogidos  al  azar.  Un  mejor  método  de  muestreo  de  un  camión,  es  abrir  la  puerta  posterior  del  mismo  sin  levantar  la  plataforma,  lo  cual  hará  que  parte  del  material  adyacente  a  la  puerta  caiga  al  suelo.  Esto  deja  expuesto  una  sección  transversal  inclinada  de  la  carga  del  camión,  de  la  cual  pueden  tomarse  varios  incrementos.  Los  incrementos  de  muestra  deben  tomarse  de  varias  cargas  diferentes  de  camión;  dichos  incrementos  deben  combinarse  y  mezclarse,  y  después  dividirse  al  tamaño  de  muestra  deseado.  Las  muestras  tomadas  sobre  la  superficie del terreno deben estar compuestas al menos de tres incrementos con las ubicaciones  seleccionadas al azar.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Según  la  ASTM  debe  evitarse  tomar  muestras  de  pilas  de  almacenamiento,  siempre  que  sea  posible,  particularmente  cuando  el  muestreo  se  hace  con  el  fin  de  determinar  propiedades  del  agregado que puedan depender de la granulometría de la muestra. En realidad, la gran mayoría de  las muestras de agregados se toman de apilamientos.   La mayoría de los apilamientos se forman al descargar el material de la banda transportadora. El  material  se  segrega  conforme  se  mueve  sobre  la  banda  transportadora,  la  vibración  durante  el  transporte causa que los finos se asienten en el fondo de la banda. Conforme el material cae del  extremo  de  la  banda,  pueden  ocurrir  varias  cosas  que  determinan  el  sitio  donde  finalmente  quedan  los  diferentes  tamaños  de  agregado  en  el  apilamiento.  La  distancia  de  caída  entre  el  extremo  de  la  banda  y  la  parte  superior  del  apilamiento  afecta  la  cantidad  de  segregación  que  ocurre. El material húmedo (que causa que los finos se adhieran a la banda durante más tiempo) y  las condiciones del viento también pueden afectar el grado de segregación.  A  veces  se  utilizan  camiones  para  transportar  el  material  de  los  depósitos  de  almacenamiento  y  formar  apilamientos.  Los  apilamientos  adyacentes  entre  sí,  formados  por  las  descargas  de  los  agregados de camiones de volteo, tienen bajo grado de segregación dentro de la cargas vaciadas.   Es algo más fácil obtener una muestra representativa del agregado fino de un apilamiento, ya que  el material tiene menos tendencia a segregarse.  

IV.3.‐ Propiedades físicas de la arena  1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

 Análisis granulométrico y Módulo de finura.   Contaminación de sobretamaño.   Contaminación orgánica (colorimetría).   Perdida por lavado.   Porcentaje de humedad natural.   Absorción.   Densidad (peso específico).   Peso volumétrico suelto.   Peso volumétrico varillado. 

  

IV.3.1.‐ Análisis granulométrico de la arena  La granulometría de un material, consiste en separar y conocer los porcentajes de cada tamaño.  Equipo necesario:  • Balanza con capacidad para 1 Kg y 0.1 g de aprox.  • Juego de mallas de 8 pulgadas de diámetro, números 4, 8, 16, 30, 50, 100, charola y tapa.  • Tamizador eléctrico o mecánico.  • Cepillo o brochuelo de cerda.  David Páez Ruiz                                                                                     25   Instituto Tecnológico de Tijuana                           

   Procedimiento:  1) Se  cuartea  la  muestra  total  de  arena,  previamente  secada,  hasta  obtener  500  g  con  una  aproximación de 0.1 g.    2) La cantidad de muestra pesada se cernir en las mallas superpuestas de mayor a menor.    3) Vertida la muestra sobre la malla superior (No. 8), se colocarán las mallas en el tamizador,  cerniéndose en un tiempo no menor de 20 minutos. En caso de no contar con tamizador,  la  operación  de  cribado  se  hará  soportando  la  serie  de  mallas  sobre  los  dedos  e  inclinándola de un lado a otro, a la vez que golpeando sus costados con las palmas de las  manos.    4) Una vez que se haya comprobado que cada malla ha dado paso a todo el material menor  que  su  abertura,  las  porciones  se  colocarán  en  recipientes  por  separado  para  después  pesarlos.    5) Las mallas deberán quedar siempre limpias después de vaciar su contenido y para esto se  utilizará el cepillo o el brochuelo.    6) Se pesa cada una de las porciones obtenidas en el cribado, con aproximación de 0.1 g en el  orden de tamaños correspondiente, haciendo su registro en el formato de granulometría.  La  suma  de  los  pesos  deber  coincidir  con  el  peso  total  de  la  muestra  empleada  con  aproximación  menor  de  1  g.  Por  esta  razón  se  conservarán  por  separado  las  distintas  porciones después de pesadas, para en caso necesario comprobar los pesos obtenidos.    7) Los  cálculos  necesarios  para  obtener  los  porcentajes  retenidos  por  cada  malla  y  los  porcentajes  acumulados  son  fáciles  de  realizar  dentro  del  mismo  formato  de  granulometría. 

IV.3.1.1.‐ Módulo de finura  El  módulo  de  finura  (M.F.)  de  una  arena  se  obtiene  mediante  la  suma  de  los  porcentajes  acumulados  retenidos  en  las  cinco  mallas  usadas,  desde  la  No.8  hasta  la  No.  100,  dividida  entre  100.   Clasificación de la arena por su modulo de finura  Clase  M.F.  Arena gruesa  2.50 ── 3.50  Arena fina  1.50 ── 2.50  Arena muy fina  0.50 ── 1.50      David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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IV.3.2.‐ Contaminación de sobretamaño   Equipo necesario:  • •

 Balanza con una precisión de 1.0 g   Malla No. 4 

 Procedimiento:  1) Se  cuartea  la  muestra  total  de  arena,  previamente  secada,  hasta  obtener  aproximadamente  unos  5  Kg  (Wt),  no  se  recomienda  obtener  pesos  cerrados,  sino  una  cantidad aproximada producto de los cuarteos.  2) La cantidad de muestra pesada (Wt) se hará pasar en su totalidad por la malla No. 4.  3) Se pesa el material retenido en la malla No. 4 (Wr4).  4) Se realizan los cálculos correspondientes. 

% de Sobretamaño =

peso retenido en malla No. 4 (Wr4) × 100    peso total de muestra (Wt)

 

IV.3.3.‐ Contaminación orgánica en la arena (colorimetría)   La  materia  orgánica  es  una  de  las  impurezas  de  la  arena,  por  lo  tanto,  se  deber  conocer  su  contenido. La determinación aproximada del contenido de materia orgánica, está basada en una  prueba visual de colorimetría.  Equipo necesario:  • • • • • •

 Botellas de vidrio incoloro de 250 a 300 ml con tapón de hule (biberones).   Solución de sosa cáustica al 3%.*   Parrilla eléctrica.   Vidrio para colorimetría (ASTM C‐40)    Balanza de 1 Kg con una aproximación de 0.1 g   Charola pequeña para secado de la arena. 

* La solución de sosa, se prepara disolviendo 30 g de hidróxido de sodio comercial (NaOH) en agua destilada,  hasta completar un litro de solución.  

  Procedimiento:  1) Se toma una muestra representativa de la arena que se va a probar, que pese alrededor  de 500 g. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  2) Se seca la arena a una temperatura que no pase de 110 °C. Cuando se hace el secado en  una  parrilla  eléctrica,  es  necesario  remover  constantemente  el  material,  mientras  está  sujeto a la acción del calor.  3) Se pone en la botella hasta la marca de 125 ml la arena seca y fría.  4) Se agrega la solución de sosa cáustica hasta que el volumen de la arena y el líquido, una  vez agitados, lleguen a la marca de 200 ml.  5) Se tapa la botella, se agita vigorosamente durante dos minutos y se deja reposar durante  24 horas.   6) Trascurrido  este  tiempo,  se  compara  por  transparencia  el  color  del  líquido  que  se  encuentra sobre la arena, con el vidrio de comparación.  Si el color del líquido arriba de la arena, por su claridad esta dentro de los dos primeros, indica que  el contenido de materia orgánica es inferior al límite fijado; por lo tanto, la arena es aceptable. Si  al  contrario,  el  color  del  líquido  es  más  obscuro  que  los  dos  últimos  cristales  del  vidrio  de  comparación, el contenido de materia orgánica puede ser superior al límite aceptable, por lo que  la  arena  debe  ser  estudiada  más  detenidamente.  En  este  caso,  conviene  lavar  la  arena  y  hacer  nuevamente la prueba colorimétrica. Si con esto se obtiene un color más claro que en la primer  prueba, e inferior al límite, esto indicar que sí existía materia orgánica, en cuyo caso la arena podrá  ser usada en la elaboración de concretos, previo lavado. En cambio, si se obtiene nuevamente el  mismo color obscuro superior al límite a pesar de sucesivos y enérgicos lavados, esto indica que  posiblemente  dicho  color  no  sea  motivado  por  la  presencia  de  materia  orgánica,  sino  por  pequeños  contenidos  de  carbón  mineral,  minerales  de  fierro,  o  manganeso;  los  cuales  no  son  perjudiciales para el concreto, en cuyo caso, la arena podrá ser usada sin previo lavado.  Aprovechamiento  de  la  prueba  de  colorimetría  para  conocer  la  cantidad  de  arcilla  y  limo  contenidos en la arena.‐ Cuando se hace la prueba de colorimetría para conocer la presencia de  compuestos orgánico, se puede aprovechar también para conocer de una manera aproximada la  cantidad de arcilla y limo contenidos en la arena.  La presencia de 15 ml de limo o arcilla sobre la capa de arena, corresponden aproximadamente al  3% en peso, que es lo que se acepta como máximo de contenido de dichos materiales. 

IV.3.4.‐ Perdida por lavado   La presencia de material de tamaño menor de 0.074 mm (malla No. 200) en una arena, puede ser  considerada como impureza y, por lo tanto, es necesario conocer su cantidad.  Equipo necesario:  • •

 Balanza de 1 Kg con una aproximación de 0.1 g.   Charola o recipiente de tamaño suficiente para contener la muestra cubierta con agua y  permitir agitaciones vigorosas sin pérdida de muestra o agua.  •  Malla No. 200 (0.074 mm).  •  Parrilla.  David Páez Ruiz                                                                                     28   Instituto Tecnológico de Tijuana                           

  •

 Piceta. 

Procedimiento:  1) Se toma una muestra representativa de arena obtenida por cuarteo.  2) Se  seca  la  muestra  en  estufa  a  temperatura  no  mayor  de  110  °C  hasta  obtener  peso  constante.  3) De la muestra seca y fría se pesan alrededor de 500 g y se registra dicho peso (Wt).  4) Se  vierte  la  muestra  sobre  la  malla  No.  200  y  se  lava  la  muestra  sobre  la  presión  de  un  chorro de agua, agitando vigorosamente con las yemas de los dedos, teniendo cuidado de  no  dañar  la  malla,  perder  agua  o  muestra,  esta  operación  de  lavado  se  continúa  hasta  obtener una agua de lavado completamente limpia.  5) Se regresa todo el material que quedo retenido en la malla a la charola, teniendo cuidado  de que  no quede  material en la malla, aquí será necesario emplear la piceta  para verter  agua por la parte inferior de la malla y que dicha agua con material caiga sobre la charola.  6) Se  seca  el  material  en  la  parrilla  hasta  obtener  peso  constante,  o  si  se  prefiere  se  deja  secar  al  horno  por  espacio  de  24  hrs.  a  una  temperatura  de  105  °C  con  una  variación  máxima de 5 grados.  7) Se pesa el material ya seco y se registra su peso (Ws).  Cálculo:    % Perdida

por lavado =

Wt - Ws × 100   Wt

  Donde:  Wt = peso original de la muestra   Ws = peso seco del material lavado   

IV.3.5.‐ Porcentaje de humedad natural  La  humedad  de  la  arena  está  compuesta  por  dos  valores:  humedad  de  absorción  más  humedad  superficial.   Equipo necesario:  • • • •

 Balanza con una aproximación de 0.1 g.   Charola.   Brocha.   Horno o estufa.  

Procedimiento:  1) Se toma una muestra representativa del material mediante cuarteo.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  2) Se toma del material de 150 a 200 g, se pesa y se anota.  3) Se seca en estufa a una temperatura de 100 a 110 °C hasta su peso constante (o se deja en  el horno por 24 hrs. aprox.).  4) Se pesa en la balanza el material ya seco y frio, y se registra el peso.  Cálculo:  

% de Humedad =

Ww - Ws × 100   Ws

Donde:  Ww = peso húmedo de la muestra   Ws = peso seco    

IV.3.6.‐ Absorción   Absorción es la cantidad de agua retenida por un material (ya sea arena o grava) en estado seco  superficialmente saturado (sss), y se expresa como porcentaje del peso seco del material.   Equipo necesario:  • • • • • • •

 Balanza con una aproximación de 0.1 g.   Charola.   Molde  en  forma  de  cono  truncado,  de  lámina  galvanizada  de  88.9  mm  de  diámetro  inferior y 38.1 mm de diámetro superior por 73.0 mm de altura.   Pisón metálico con peso de 336 g., de 25.4 mm de diámetro en su cara de apisonar.   Placa de vidrio o cualquier otro material no absorbente.   Estufa o parrilla.   Papel absorbente (se puede utilizar periódico). 

 Procedimiento:  1) Se  obtiene  por  medio  de  cuarteos  una  muestra  representativa  de  arena  de  aproximadamente 1 000 g.  2) Se  pone  el  material  en  la  charola,  se  llena  de  agua  hasta  cubrir  el  material  y  se  le  deja  saturando por espacio de 24 hrs.  3) Se  toma  el  material  que  se  dejó"  sumergido  en  agua  por  24  horas,  y  se  escurre  el  agua  sobrante.  4) Se extiende sobre la placa de vidrio.  5) Se remueve frecuentemente, hasta considerar que sólo haya perdido el agua superficial (si  es  necesario,  para  acelerar  la  perdida  de  agua,  se  puede  secar  un  poco  con  el  papel  absorbente).  6) Se llena el molde.  7) Se compacta suavemente con el pisón, dando 25 golpes ligeros.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  8) La arena se deja al ras del borde del molde.  9) Se levanta el molde, y se observa el comportamiento de la arena moldeada.  Si al quitar el molde, la arena moldeada muestra una superficie plana en su base superior,  repítase  la  prueba  en  las  partes  comprendidas  en  los  números  del  5  al  9  hasta  que  al  quitar  el  molde  la  arena  se  deslice  inmediatamente,  formando  un  cono  no  truncado,  lo  que indicara que se encuentra en estado saturada superficialmente seca.  10) Se  pesan  de  150  a  200  g  de  arena  seca  superficialmente  saturada,  y  se  anota  este  peso  (Psss)  11) Se seca en la estufa o parrilla el material, hasta peso constante, se pesa el material seco y  frio y se anota este peso (Ps).   Cálculo: 

% abs =

Psss - Ps × 100    Ps

Donde:  % abs = porcentaje de absorción   Psss = peso seco superficialmente saturado   Ps = peso seco   

IV.3.7.‐ Densidad  Se llama densidad relativa (también se le conoce como peso específico), a la relación entre el peso  de un volumen dado de material saturado y superficialmente seco (arena o grava) dividido entre el  volumen que desaloja dicho material al ser sumergido en agua destilada a 4 'c de temperatura*.  * Para la determinación de la densidad de un agregado, puede hacerse con agua potable y a la temperatura  ambiente.  

   Equipo necesario:  • •

 Frasco de "Le Chatelier".   Todo el equipo necesario para la prueba de absorción. 

 Procedimiento:  1) Se  realizan  los  pasos  del  1  al  9  de  la  prueba  de  absorción,  hasta  tener  la  arena  seca  superficialmente saturada (se recomienda realizar las pruebas en forma conjunta).  2) Se  afora  con  agua  el  frasco  de  Le  Chatelier  haciendo  coincidir  el  menisco  inferior  en  la  marca 0, secándose el interior del cuello del frasco en caso de ser necesario.   3) Se pesan 50 g del material.  4) Se vierte en el frasco los 50 g de la muestra (Psss).  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  5) Se  toma  el  frasco  de  Le  Chatelier  en  forma  inclinada,  y  se  agita  mediante  giros  hasta  expulsar totalmente el aire arrastrado por el material.  6) Se  pone  el  frasco  de  Le  Chatelier  en  posición  vertical,  y  se  hace  la  lectura  al  nivel  del  menisco  inferior.  Esta  lectura  se  anota  y  da  directamente  el  volumen  de  la  muestra  introducida (V).   Calculo: 

Densidad =

Psss   V

Donde:  P = peso del material sss (50 g)   V = volumen desalojado en el frasco de "Le Chatelier"(cm³)   

IV.3.8.‐ Pesos volumétricos  El  peso  volumétrico  es  la  relación  entre  el  peso  de  un  material  y  el  volumen  ocupado  por  el  mismo,  expresado  en  kilogramos  por  metro  cúbico.  Hay  dos  valores  para  esta  relación,  dependiendo del sistema de acomodamiento que se haya dado al material inmediatamente antes  de la prueba; la denominación que se le dar a cada una de ellas será: "peso volumétrico suelto" y  "peso volumétrico varillado". La utilidad de uno y otro depender de las condiciones de manejo a  que se sujeten los materiales en el trabajo.    Equipo necesario:  • • • • • • •

 Báscula.   Cucharón.   Pala.   Charola.   Varilla de 16 mm (5/8") con punta de bala y 60 cm de longitud.  Enrasador metálico.   Medidas de volumen con su peso y volumen conocido*, con extensión movible. 

* Los moldes de volumen pueden ser de madera de forma cubica, pero de preferencia deberán ser  metálicos y cilíndricos, con su peso y volumen propio conocido.  

  IV.3.8.1.‐ Peso volumétrico suelto   Se usar invariablemente para la conversión de peso a volumen; es decir, para conocer el consumo  de agregados por metro cúbico de concreto.   Procedimiento:  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  1) En un molde con peso y volumen conocido (de unos 2.5 lt., no se recomienda moldes más  pequeños,  porque  se  tendría  poca  exactitud)  se  vierte  la  arena  dejándola  caer  con  un  deslizamiento continuo desde una altura de más o menos 5 cm del borde del molde, hasta  que el material forme un cono natural, cuyos taludes lleguen hasta la parte superior de la  extensión del molde. El molde no deberá moverse durante la operación.  2) Terminado  el  llenado  anterior,  se  quita  la  extensión.  3)  A  continuación  se  recorre  con  el  enrasador sobre los bordes del molde, tantas veces como sea necesario, para obtener una  superficie precisamente plana, procurando no originar movimientos o vibraciones durante  la operación.  3) Se pesa el molde con su contenido de arena, y se anota el peso obtenido.  Cálculo:    P.V.S. =

Wt - Wm   V

Donde:   P.V.S. = Peso volumétrico suelto   Wt = Peso del material más molde   Wm = Peso del molde   V = Volumen conocido del molde    IV.3.8.2.‐ Peso volumétrico varillado  Este valor se usar para el conocimiento de volúmenes de materiales apilados y que están sujetos a  acomodamiento o asentamiento provocados por el tránsito sobre ellos, o por la acción del tiempo.   Procedimiento:   1) En  este  caso,  la  única  diferencia  con  el  peso  volumétrico  suelto,  consiste  en  sustituir  el  paso 1 por lo que se indica a continuación y consisten en llenar la medida con tres capas,  varillando  cada  una  de  ellas  con  25  golpes  consecutivos,  teniendo  cuidado  de  no  hacer  penetrar la varilla mas del espesor de la capa que se trabaja. Las operaciones de enrase y  pesado para este caso, son iguales a las descritas para el peso volumétrico suelto.   Calculo: 

P.V.V. =

Wt - Wm   V

Donde:   P.V.V. = Peso volumétrico varillado   Wt = Peso del material más molde   Wm = Peso del molde   V = Volumen conocido del molde    David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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IV.4.‐ Propiedades físicas de la grava  1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Análisis granulométrico y Módulo de finura.   Contaminación de subtamaño.  Perdida por lavado.  Porcentaje de humedad natural.  Absorción.  Densidad.  Peso volumétrico suelto.  Peso volumétrico varillado.  

IV.4.1.‐ Análisis granulométrico de la grava   Equipo necesario:  • • • •

Balanza con aproximación de 1.0 g.   Juego de mallas grandes, 3", 2", 1 1/2",1", 3/4", 3/8" y No. 4  (la abertura de las mallas dependerá del tamaño máximo del agregado).   Brocha de cerda y cepillo de alambre.   Tamizador eléctrico o manual. 

 Procedimiento:  1) Por  medio  de  cuarteo  se  obtiene  una  muestra  representativa  de  grava,  previamente  secada al aire.  2) Se pesa una cantidad mínima de 5 kilos y se anota (una cantidad menor de material nos  arrojará resultados no muy precisos).  3) Hacer el cribado integral del material en el tamizador eléctrico y/o a mano.  4) Pesar lo retenido en cada malla y vaciar la información en la forma correspondiente.  5) Los  cálculos  necesarios  para  obtener  los  porcentajes  retenidos  por  cada  malla  y  los  porcentajes  acumulados  son  fáciles  de  realizar  dentro  del  mismo  formato  de  granulometría.  IV.4.1.1.‐ MODULO DE FINURA DE LA GRAVA   El módulo de finura de una grava se obtiene por la suma de los porcentajes acumulados retenidos  en las mallas usadas, dividida entre 100, más cinco unidades (número de mallas para la arena). 

IV.4.2.‐ Contaminación de subtamaño  Al  porcentaje  de  partículas  que  pasen  la  malla  No.  4  en  las  gravas,  se  le  conoce  como  contaminación  de  subtamaño  (infratamaño),  esta  se  puede  conocer  al  realizar  la  granulometría,  que sería el porcentaje que pasa la malla No. 4 o el retenido en la charola. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Es  necesario  conocer  esta  contaminación  para  poder  realizar  las  correcciones  necesarias  en  la  dosificación de mezclas de concreto.  Equipo necesario:   • • • •

Balanza con aproximación de 1.0 g.   Malla No. 4 y Charola de mallas.   Brocha de cerda y cepillo de alambre.   Tamizador eléctrico o manual. 

 Procedimiento:  1) Por  medio  de  cuarteo  se  obtiene  una  muestra  representativa  de  grava,  previamente  secada al aire.  2) Se pesa una cantidad mínima de 5 kilos y se anota (Wt).  3) Hacer el cribado integral del material sobre la malla No. 4 en el tamizador eléctrico y/o a  mano.   4) Pesar lo que pasa la malla No. 4 (retenido en la charola) y anotar este peso (Wp4).   Cálculo:  

% de Subtamaño =

peso que pasa la malla No. 4 (Wp4) × 100    peso total de muestra (Wt)

 

IV.4.3.‐ Pérdida por lavado   Equipo necesario:  • • • • •

 Balanza con una aproximación de 1.0 g.   Charola o recipiente de tamaño suficiente para contener la muestra cubierta con agua y  permitir agitaciones vigorosas sin pérdida de muestra o agua.   Malla No. 4 y No. 200 (0.074 mm).   Estufa o Parrilla.   Piceta. 

 Procedimiento:  1) Se toma una muestra representativa de grava obtenida por cuarteo.  2) Se  seca  la  muestra  en  estufa  a  temperatura  no  mayor  de  110  °C  hasta  obtener  peso  constante.  3) De la muestra seca y fría se pesa una muestra mínima de acuerdo a la tabla siguiente, y se  registra dicho peso (Wt).    David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Tamaño máximo nominal  3/8"  3/4  1 1/2  3 

Peso mínimo  1,100 g  2,700   5,200   5,200  

          Peso mínimo recomendado para determinar la perdida por lavado en gravas de acuerdo a su  tamaño máximo nominal.    4) Colocar la muestra en un recipiente e inundarlo con agua.  5) Agitar el material para provocar la separación de partículas. A veces será necesario frotar  los agregados con los dedos.  6) Pasar el agua con el material por las mallas No. 4 y No. 200 (la malla No. 4 solo se utiliza  para no dañar la No. 200 con las gravas, pudiendo no ser necesaria si se tiene precaución  de no sobrecargar la malla No. 200 con partículas gruesas).  7) Repetir  los  pasos  4,  5  y  6;  hasta  que  se  observe  que  el  agua  con  la  que  se  inunda  el  material, al agitarse esta clara.  8) Recuperar el material retenido en las mallas y el que está en el recipiente.  9) Secar en la estufa el material hasta peso constante, dejarlo enfriar y pesarlo (Ws).  Calculo:  

% Perdida por lavado =

Wt - Ws × 100   Wt

    Donde:   Wt = peso original de la muestra   Ws = peso seco del material lavado   

IV.4.4.‐ Porcentaje de humedad natural   Equipo necesario:  • • • •

 Balanza con una aproximación de 0.1 g.   Charola   Brocha   Horno o estufa 

     

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Procedimiento:  1) Se toma una muestra representativa del material mediante cuarteo.  2) Se  toma  del  material  el  peso  necesario,  de  acuerdo  con  la  siguiente  tabla,  se  pesa  y  se  anota (Ww).    Tamaño del agregado  Menor de 3/16"  3/16 a 3/4  3/4 a 1 1/2  Mayor de 1 1/2 

Peso mínimo  200 g  500 g  1,000 g  Peso suficiente 

  Peso mínimo recomendado para determinar su contenido de humedad    3) Se seca en estufa a una temperatura de 100 a 110 °C hasta su peso constante (o se deja en  el horno por 24 hrs. aprox.).  4) Se pesa en la balanza el material ya seco y frio, y se registra el peso (Ws).    Calculo:    % de Humedad

=

Ww - Ws × 100   Ws

Donde:  Ww = peso húmedo de la muestra   Ws = peso seco   

IV.4.5.‐ Porcentaje de absorción en la grava.   Equipo necesario:  • • • •

 Balanza de 0.1 g de aproximación.   Estufa o parrilla.   Charola.   Franela o toallas de papel. 

 Procedimiento:   1) Se  obtiene  por  medio  de  cuarteos  una  muestra  representativa  de  grava  de  aproximadamente 3 000 g (cantidad suficiente para realizar al mismo tiempo la prueba de  densidad).  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  2) Se  pone  el  material  en  la  charola,  se  llena  de  agua  hasta  cubrir  el  material  y  se  le  deja  saturando por espacio de 24 hrs.  3) Se  toma  el  material  que  se  dejó"  sumergido  en  agua  por  24  horas,  y  se  seca  superficialmente , con las franelas o con unas toallas de papel, hasta que la superficie de la  grava pierda brillo y se vea opaca.  4) Se pesa aproximadamente 1 Kg. y se anota este peso (Psss).   5) Se seca en la estufa o parrilla hasta peso constante.  6) Se pesa el material seco, y se anota el valor obtenido (Ps).   Calculo:  

% abs =

Psss - Ps × 100    Ps

Donde:  % abs = porcentaje de absorción   Psss = peso seco superficialmente saturado   Ps = peso seco   

IV.4.6.‐ Densidad.  Equipo necesario:  • • • • •

 Balanza de 0.1 g de aproximación.   Estufa o parrilla.   Charola.   Franela o toallas de papel.   Una  canasta  de  alambre  de  ancho  y  alto  aproximadamente  iguales,  con  capacidad  de  4  000 a 7 000 cm3. Dispositivo adecuado para colgar la canasta del centro del platillo de la  balanza, estando está sumergida en agua. 

Procedimiento:   1) Se  obtiene  por  medio  de  cuarteos  una  muestra  representativa  de  grava  de  aproximadamente 3 000 g (cantidad suficiente para realizar al mismo tiempo la prueba de  absorción), rechazando el material que pase por la malla No. 4.  2) Se  pone  el  material  en  la  charola,  se  llena  de  agua  hasta  cubrir  el  material  y  se  le  deja  saturando por espacio de 24 hrs.  3) Se  toma  el  material  que  se  dejó"  sumergido  en  agua  por  24  horas,  y  se  seca  superficialmente, hasta que la superficie de la grava pierda brillo y se vea opaca.  4) Se pesa aproximadamente 1 Kg. y se anota este peso (Psss).  5) Inmediatamente  después  del  pesado,  se  debe  colocar  la  muestra  saturada  y  superficialmente seca en la canasta de alambre y determinar su peso sumergido en agua a  23 + ‐ 2 °C. Resulta necesario remover todo el material atrapado antes de determinar el  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  peso, agitando la canasta conforme se sumerja. El recipiente deber sumergirse hasta una  profundidad  suficiente  para  que  junto  con  la  muestra  de  ensaye  queden  cubiertos  por  agua durante la determinación del peso.   Calculo: 

V=

Psss - Pmc   Da  

Densidad =

Psss   V

Donde:  Psss = Peso del material sss    Pmc = Peso del material sumergido en la canasta   Da = Densidad (peso específico) del agua   V = Volumen    El paso número 5 es para poder conocer el volumen del material que se sumerge en el agua, de  acuerdo  a  la  pérdida  de  peso  por  el  empuje  que  recibe  del  agua,  en  caso  de  no  contar  con  la  canasta y el dispositivo para sumergirla, se podría utilizar otro método para conocer el volumen  del material saturado y superficialmente seco.   En una probeta graduada, transparente de 1 000 ml de capacidad, llénela con agua hasta la marca  de 500 ml, introduzca de 500 a 1000 g (Psss) de grava (realizar los pasos del 1 al 4), agite un poco  la  probeta  para  dejar  escapar  el  aire  atrapado,  enseguida  se  toma  la  lectura  de  volumen  en  la  probeta. El volumen desalojado seria la resta de la segunda lectura menos la primera (500 ml). La  densidad se calcularía como se vio anteriormente.   

IV.4.7.‐ Peso volumétrico suelto.   Equipo necesario:  • • • • • • •

 Báscula.   Cucharón.   Pala.   Charola.   Varilla de 16 mm (5/8") con punta de bala y 60 cm de longitud.   Enrasador metálico.   Medidas de volumen con su peso y volumen conocido, con extensión movible. 

 Procedimiento:  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  1) En un molde con peso y volumen conocido (se recomienda utilizar moldes grandes para la  grava),  se  vierte  la  grava  dejándola  caer  de  una  manera  uniforme  hasta  llenarla  totalmente.   2) El enrase se hará con el rasero, corriéndolo sobre los bordes de la medida, y sacando todo  el  material  que  se  oponga  a  su  libre  movimiento  en  caso  de  ser  grava  de  diámetro  pequeño. Si la grava tiene mayor diámetro, el enrase se hará a mano, tratando de que el  material no sobresalga de los bordes del molde.  3) Los espacios vacíos dejados en la operación de enrase, se llenarán acomodando grava en  ellos, manualmente, pero sin ejercer ninguna presión.  4) Se pesa el molde con su contenido de grava, y se anota el peso obtenido.  Cálculo: 

P.V.S. =

Wt - Wm   V

Donde:   P.V.S. = Peso volumétrico suelto   Wt = Peso del material más molde   Wm = Peso del molde   V = Volumen conocido del molde   

IV.4.8.‐ Peso volumétrico varillado   Procedimiento:   1) En  este  caso,  la  única  diferencia  con  el  peso  volumétrico  suelto,  consiste  en  sustituir  el  paso marcado con el numero 1 por lo que se indica a continuación y consisten en llenar la  medida con tres capas, varillando cada una de ellas con 25 golpes, teniendo cuidado de no  hacer  penetrar  la  varilla  mas  del  espesor  de  la  capa  que  se  trabaja.  Las  operaciones  de  enrase  y  pesado  para  el  peso  volumétrico  varillado  serán  iguales  a  las  descritas  para  el  peso volumétrico suelto.    Cálculo: 

P.V.V. =

Wt - Wm   V

Donde:   P.V.V. = Peso volumétrico varillado   Wt = Peso del material más molde   Wm = Peso del molde   V = Volumen conocido del molde     

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

40 

 

V.

A D I T I V O S 

En ocasiones, el comportamiento que se requiere del concreto en sus estados fresco y endurecido,  no se puede conseguir solamente con los componentes del mismo (cemento, agua y agregados), o  bien  se  consigue,  pero  a  un  costo  muy  elevado.  Estas  situaciones  se  presentan  cuando  los  materiales  disponibles  presentan  deficiencias  en  cuanto  a  propiedades  o  no  son  los  adecuados,  cuando  las  condiciones  del  ambiente  durante  la  construcción  o  las  condiciones  de  exposición  durante el servicio son demasiado rigurosas, o cuando los requisitos constructivos y de operación  ofrecen exigencias fuera de lo común.   La  solución  práctica  en  muchos  de  estos  casos  consiste  en  adicionar  al  concreto  un  producto  químico  o  mineral  que  demuestre  ser  conveniente  para  inducir  el  comportamiento  requerido.  Tales  productos  que  se  adicionan  al  concreto  inmediatamente  antes  de  su  mezclado,  reciben  el  nombre de aditivos para concreto.  Existen en el mercado un gran número de productos recomendados como aditivos para concreto.  Algunos aditivos producen efectos más o menos proporcionales a las cantidades que se emplean,  pero  otros  no.  Además,  un  aditivo  puede  manifestar  efectos  secundarios  que  no  siempre  son  deseables. De aquí, surge la conveniencia de recomendar el ensaye de cualquier aditivo antes de  su aplicación en obra.   Los aditivos incluyen todos los materiales que no son cemento, agua y agregados que se añaden al  concreto.  El concreto debe ser manejable, capaz de dársele acabados, durable, impermeable, resistente al  desgaste  y  a  las  cargas  a  que  va  a  estar  sometido.  Estas  cualidades  pueden  obtenerse  en  una  forma  económica  diseñando  correctamente  la  mezcla  y  con  una  selección  adecuada  de  los  materiales, sin tener que recurrir a los aditivos. Sin embargo, pueden presentarse casos donde se  requieran propiedades especiales, como mayor tiempo de fraguado, rapidez en la adquisición de  resistencia,  o  la  reducción  del  calor  de  hidratación.  Aunque  con  frecuencia  pueden  obtenerse  estas propiedades especiales eligiendo el tipo adecuado de cemento portland, a veces no resulta  práctico.  En  estos  casos  puede  ser  conveniente  considerar  el  uso  de  algunos  aditivos,  ya  que  su  uso en el concreto puede producir los efectos especiales que se desean.  La eficacia de un aditivo depende de factores como el tipo de cemento, proporción de agua, forma  del agregado, granulometría y proporciones, tiempo de mezclado, revenimiento y la temperatura  del concreto y del aire.  Aunque  los  aditivos  pueden  producir  concretos  con  las  propiedades  deseadas,  con  frecuencia  pueden  obtenerse  los  mismos  resultados  económicamente,  variando  las  proporciones  de  la  mezcla o eligiendo otros ingredientes para el concreto. Es conveniente hacer comparaciones entre  el  costo  que  resulta  cambiar  los  materiales  (siempre  que  sea  posible)  de  la  mezcla  básica  y  el  aumento de costo por usar aditivos.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  En general, los aditivos pueden clasificarse como sigue:  1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Acelerantes.  Retardantes.  Fluidificantes.  Inclusores de aire.  Estabilizadores de volumen.  Expansores.  Impermeabilizantes.  Puzolanas. 

V.1.‐ Aditivos Acelerantes.  En  determinadas  ocasiones  es  conveniente,  y  aun  necesario,  promover  un  incremento  en  la  velocidad normal de fraguado o en la adquisición de resistencia del concreto, o las dos al mismo  tiempo.  La  aceleración  del  tiempo  de  fraguado  es  una  condición  que  se  requiere  con  menos  frecuencia,  solo  en  casos  especiales,  como  por  ejemplo  en  los  prefabricados  que  se  requiere  reutilizar  los  moldes  o  cimbras  a  la  mayor  brevedad  para  aumentar  la  producción  o  cuando  hay  que tapar filtraciones de agua bajo presión.  La necesidad de acelerar la adquisición normal de resistencia del concreto puede requerirse para  varios  fines:  proteger  al  concreto  recién  colado  contra  temperaturas  de  congelación,  acortar  el  tiempo  de  espera  necesario  para  que  el  material  alcance  cierta  resistencia  que  le  permita  ser  puesto en servicio, descimbrado en losas de entrepiso, etc.  La  adquisición  de  resistencia  en  el  concreto  puede  también  acelerarse  (1)  usando  cemento  portland  Tipo  III  o  de  Rápido  Endurecimiento,  (2)  disminuyendo  la  relación  agua‐cemento,  o  (3)  haciendo el curado a temperaturas más elevadas.  Los  aditivos  que  normalmente  se  utilizan  como  acelerantes  de  la  resistencia  son  sales  que  se  adicionan al agua de mezclado del concreto. La mayoría de estas sales manifiestan efectos tanto  sobre la adquisición de resistencia como sobre el tiempo de fraguado, de modo que para obtener  un  fraguado  normal,  muchas  veces  es  necesario  combinarlas  con  otras  sustancias  químicas  que  contrarresten en cierto grado sus efectos sobre el fraguado.  El aditivo acelerador más comúnmente usado es el cloruro de calcio, aditivo que deber añadirse en  forma  de  solución  como  parte  del  agua  de  mezclado,  se  recomienda  en  dosis  de  hasta  2  por  ciento, como máximo, del peso del cemento. En esta forma pueden obtenerse en solo 2 o 3 días la  resistencia normal de 7 días y en solo 7 la que corresponde normalmente a 28.  Además  de  los  efectos  sobre  la  hidratación  del  cemento,  el  cloruro  de  calcio  presenta  efectos  secundarios en el concreto, algunos benéficos y otros perjudiciales:  •

Aumenta ligeramente la plasticidad de las mezclas. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  • • • •

Acelera la evolución del  calor de hidratación del  cemento  (por eso no se recomienda en  concreto en masa).  Aumenta ligeramente la contracción del concreto y la reacción álcali‐agregado.  Reduce la resistencia del concreto al ataque químico de sulfatos y otras sales.  Incrementa el riesgo de corrosión en el acero de refuerzo.  

El uso del cloruro de calcio o de aditivos que contengan cloruros solubles no se recomienda bajo  ciertas condiciones:  1. En el concreto pres forzado debido a los posibles riesgos de corrosión.  2. En concreto donde esta ahogado aluminio porque puede producirse una fuerte corrosión  en este metal, especialmente si éste está en contacto con acero incrustado y si el concreto  esta en ambiente húmedo.   3. Cuando acero galvanizado va a quedar en contacto permanente con el concreto.  4. En  concreto  sometido a reacciones  entre álcalis y agregados o expuesto a suelos o agua  que contengan sulfatos.  5. En concreto en masa.   

V.2.‐ Aditivos retardantes  A diferencia del caso anterior, cuando se usa un aditivo retardante en el concreto, solo se busca  hacer  más  lento  el  tiempo  de  fraguado,  sin  modificar  la  velocidad  del  proceso  posterior  de  adquisición de resistencia.  Este  efecto  es  necesario,  por  ejemplo,  cuando  se  requiere  disponer  de  más  tiempo  antes  del  fraguado  del  concreto  para  permitir  su  colocación  sin  perder  homogeneidad  y  continuidad  en  colados  efectuados  por  capas  sucesivas,  o  bien  cuando  hay  que  evitar  un  fraguado  demasiado  rápido del concreto bajo condiciones del colado en que prevalecen altas temperaturas.  Los  compuestos  que  más  se  utilizan  en  la  fabricación  comercial  de  aditivos  retardantes  son  los  Ácidos  lignosulfónicos  (productos  de  la  celulosa)  y  los  Ácidos  hidroxilcarboxílicos,  pero  como  también  manifiestan  efectos  fluidificantes  sobre  el  concreto  fresco,  con  frecuencia  se  les  llama  también  retardadores  reductores  de  agua.  También  los  retardadores  pueden  incluir  aire  en  el  concreto.  Al uso de retardadores, en general, acompaña alguna reducción en la resistencia en los primeros  días  (de  1  a  3),  mientras  que  los  efectos  de  estos  materiales  en  las  demás  propiedades  del  concreto, como la contracción, pueden no ser previsibles.      David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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V.3.‐ Aditivos fluidificantes  Existen sustancia químicas que, al ser adicionadas a una mezcla de concreto fresco, incrementan  su  fluidez  de  un  modo  comparable  al  efecto  que  se  obtendría  si  se  aumentara  su  contenido  de  agua.  Por  ello,  como  permiten  incrementar  la  fluidez  sin  aumentar  el  agua,  se  les  llama  fluidificantes  (también  se  les  nombra  fluidizantes).  Corresponden  a  los  mismos  compuestos  que  también  son  llamados  agentes  reductores  de  agua,  por  considerar  que  permiten  obtener  una  fluidez dada con menor cantidad de agua. De tal modo, el efecto que producen estas sustancias  sobre las mezclas de concreto, suelen canalizarse hacia tres finalidades principales:  1. Incrementar la fluidez de la mezcla, sin aumentar el agua, es decir, dejando constantes la  cantidad  de  pasta  de  cemento  y  su  relación  agua‐cemento,  con  lo  cual  no  debe  haber  cambio significativo en el consumo de cemento y en la resistencia a la compresión.  2. Conservar  la  misma  fluidez,  reduciendo  el  agua  sin  variar  el  consumo  de  cemento  (reduciendo la relación A/C), en cuyo caso debe aumentar la resistencia a compresión sin  incrementar el consumo de cemento.  3. Conservar la misma fluidez, reduciendo el agua y el cemento, de modo que se mantenga  igual la relación A/C, para conservar aproximadamente la misma resistencia, con un menor  consumo de cemento.  Las principales sustancias que se utilizan en la fabricación de aditivos fluidificantes son los ácidos  lignosulfónicos o sus sales y ácidos hidroxilcarboxílicos o sus sales (al igual que los retardadores).  Estos  compuestos  también  suelen  ser  combinados  comercialmente  con  otras  sustancias  que  inhiban parcial o totalmente sus efectos retardantes para satisfacer diversos requerimientos.  La mayoría de estos compuestos derivan su acción de una combinación de efectos físico‐químicos  sobre las partículas del cemento, entre los que destacan los efectos humectantes, lubricantes y de  dispersión,  mediante  los  cuales  las  partículas  adquieren  más  movilidad  y  se  expone  a  la  hidratación de mayor área superficial de cemento.   

V.4.‐ Aditivos inclusores de aire  El  aire  que  se  incluye  intencionalmente  en  las  mezclas  de  concreto  fresco  representa  la  mejor  defensa del concreto endurecido contra los efectos de congelación del agua que se encuentra en  su  interior  y  contra  los  efectos  secundarios  de  las  sales  descongelantes  que  se  aplican  en  su  superficie.  Además,  el  aire  incluido  intencionalmente  influye  de  manera  favorable  en  algunas  propiedades  y  características  del  concreto  fresco,  tales  como  su  cohesión,  plasticidad  y  manejabilidad; reduce su propensión a la segregación y limita la tendencia del agua de mezclado a  fluir  sobre  la  superficie  del  concreto  (sangrado).  Como  efecto  secundario  indeseable,  reduce  la  resistencia mecánica del concreto a medida que aumenta su contenido. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Cualquier concreto recién mezclado contiene una cierta cantidad de aire, que normalmente es del  orden del 1 por ciento de su volumen, y que se compone básicamente de burbujas relativamente  grandes  (macroburbujas  mayores  de  2  mm  de  diámetro)  mal  distribuidas  en  toda  la  masa.  Este  aire, que se conoce como aire natural atrapado, no desempeña ningún papel de importancia en el  comportamiento del concreto.  Por  el  contrario,  el  aire  incluido  intencionalmente  consiste  en  burbujas  muy  pequeñas  (microburbujas  de  0.01  a 2  mm  de  diámetro),  distribuidas  uniformemente  en  toda  la  masa  para  formar un sistema de vacíos capaz de proporcionar al concreto fresco y endurecido los beneficios  ya  señalados.  El  volumen  de  este  aire  se  acostumbra  limitar  a  un  máximo  de  6  por  ciento  (dependiendo del tamaño máximo del agregado), con objeto de reducir su efecto adverso sobre la  resistencia.  En  algunas  regiones  donde  las  temperaturas  invernales  no  resultan  muy  extremosas,  el  aire  incluido se uso poco para contrarrestar la acción destructiva de las temperaturas de congelación  sobre el concreto endurecido, el concreto se protege con el empleo de mezclas muy secas y bajas  relaciones  agua/cemento,  con  lo  cual  resultan  concretos  densos  y  compactos,  que  aunque  se  encuentren a la intemperie y expuestos a contacto con agua ( un pavimento por ejemplo) no se  saturan  fácilmente.  En  México  el  aire  incluido  se  utiliza  principalmente,  por  los  beneficios  que  imparte al concreto fresco: inhibición al sangrado y mejoría de la plasticidad. Sus efectos sobre el  agua de sangrado se originan en la obstrucción que las burbujas producen  en los conductos por  donde el agua de mezclado tiende a fluir hacia la superficie.   A  cambio  de  las  ventajas  del  aire  incluido,  la  resistencia  a  la  compresión  puede  experimentar  cierto descenso que debe compensarse mediante un correspondiente incremento en el consumo  del cemento.   

V.5.‐ Aditivos estabilizadores de volumen.  Uno  de  los  comportamientos  indeseables  de  la  pasta  de  cemento  consiste  en  los  cambios  de  volumen que experimenta, primero, durante la etapa de fraguado y, después, durante el proceso  de endurecimiento.  Cuando  el  cemento  entra  en  contacto  con  el  agua  y  se  constituye  en  pasta,  el  agua  tiende  a  envolver  los  granos  de  cemento,  iniciándose  así  las  reacciones  entre  ambos.  El  movimiento  del  agua,  desde  los  conductos  capilares  hacia  el  interior  de  las  partículas  de  cemento,  favorecen  un  acercamiento de estas que se traduce a una disminución del volumen aparente de la pasta, que se  conoce con el nombre de  contracción plástica, porque ocurre  mientras la pasta se encuentra en  estado plástico.  Posteriormente, si la pasta, mortero o concreto permanecen saturados, pueden experimentar una  ligera  expansión  durante  el  proceso  de  adquisición  de  resistencia;  pero  si  se  encuentra  en  un  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  ambiente que permita la evaporación del agua, experimentan una contracción adicional gradual,  que  se  conoce  como  contracción  por  secado,  ya  que  se  manifiesta  simultáneamente  con  la  deshidratación.  Los aditivos estabilizadores de volumen, en su mayoría consisten en limadura o polvo de fierro al  que  se  añaden  sustancia  químicas  para  provocar  su  oxidación  una  vez  en  contacto  con  el  agua.  Conforme  el  fierro  se  convierte  en  óxido  de  fierro,  ocurre  un  aumento  de  volumen  que  puede  controlarse mediante la proporción del agente catalizador de oxidación. El control consiste no solo  en  regular  la  magnitud  de  la  expansión,  sino  también  el  tiempo  que  conviene  que  ocurra.  Para  colados con expansión no restringida, es conveniente que la expansión ocurra cuando el mortero o  concreto hayan adquirido suficiente resistencia a tensión para soportar esfuerzos de esta índole.  Para colados con expansión restringida es conveniente que la expansión ocurra cuando la mezcla  tenga suficiente resistencia a compresión.   

V.6.‐ Aditivos Expansores.  Además  de  los  estabilizadores  de  volumen,  existen  otras  sustancias  que  pueden  provocar  expansión en la pasta de cemento, mortero o concreto, pero mediante un proceso distinto, que  usualmente consiste en una reacción química que conduce a la formación de un gas; razón por la  cual  se  les  denomina  también  aditivos  gasificadores,  En  este  caso,  el  efecto  de  expansión  se  manifiesta  cuando  el  gas  se  produce  en  el  interior  de  la  mezcla,  por  ser  más  ligero  que  el  aire,  tiende  a  escapar  en  forma  de  burbujas  diminutas,  por  lo  que  se  crean  pequeñas  fuerzas  ascendentes que en conjunto provocan la expansión de la mezcla antes que ocurra el fraguado.  Entre las sustancias que actúan de este modo, se encuentran el aluminio, zinc, magnesio, fierro en  forma de polvo muy fino, y el carburo de calcio.  Las principales aplicaciones de los aditivos expansores están relacionadas con el colado de rellenos  en espacios confinados, o con la fabricación de concreto de bajo peso volumétrico. Para la primera  aplicación, que es la más común, se emplean casi siempre aditivos a base de polvo de aluminio.  Para la segunda, además del polvo de aluminio, también se han llegado a aplicar eventualmente  otras sustancias.     En el colado de rellenos de espacios confinados, como la expansión es restringida, las burbujas se  producen limitadamente, o no se producen, la mezcla ejerce presión sobre las paredes del espacio  cerrado  en  que  se  aloja  y  su  resistencia  mecánica  no  se  afecta  seriamente,  así  se  asegura  el  empaque del relleno dentro del espacio requerido, sin pérdida apreciable de su resistencia. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Como la cantidad de polvo de aluminio que se emplea es sumamente reducida (entre 0.005 y 0.02  por  ciento  del  peso  del  cemento),  se  acostumbra  suministrarlo  combinado  con  otras  sustancias  que facilitan su dosificación y distribución en la mezcla, reduciendo su tendencia a flotar.  Los efectos expansivos de una concentración dada de polvo de aluminio pueden resultar alterados  por factores como temperatura y presión atmosférica del lugar; tiempo de revoltura, transporte y  colocación de la mezcla; composición química y finura del cemento.   

V.7.‐ Aditivos impermeabilizantes.  En  muchas  de  sus  aplicaciones,  es  importante  que  el  concreto  sea  tan  impermeable  como  sea  posible,  especialmente  cuando  está  en  contacto  con  agua  presión.  La  impermeabilidad  del  concreto depende de la cantidad del cemento y del agua usada en la mezcla y de la duración del  curado húmedo. El concreto hecho con una relación agua cemento menor de aproximadamente  0.49 en peso ser impermeable si tiene un bajo revenimiento y si se cuela, compacta y cura bien.  Los  aditivos  contra  la  humedad  usualmente  son  aditivos  que  repelen  el  agua,  y  que  se  usan  algunas  veces  para  reducir  el  flujo  capilar  de  la  humedad  a  través  del  concreto  que  está  en  contacto con el agua o la tierra húmeda.  Para  reducir  la  permeabilidad  del  concreto,  algunas  veces  se  utilizan  otros  aditivos  que  indirectamente la reducen, teniendo un buen control en la dosificación, colocación y vibrado del  concreto.  Como  ejemplo  podríamos  citar  los  aditivos  fluidificantes  o  reductores  de  agua,  que  funcionarían  como  reductores  de  la  permeabilidad  si  el  concreto  se  dosifica  con  el  mismo  consumo de cemento y se reduce el agua de mezclado sin alterar la fluidez de la mezcla, lo que  provocaría una relación agua/cemento menor, reduciendo así la permeabilidad.   

V.8.‐ Puzolanas.   Las  Puzolanas,  son  materiales  naturales  o  artificiales  que  por  su  composición  química,  rica  en  sílice y alúmina, resultan capaces de reaccionar con el hidróxido de calcio para formar compuestos  que aporten resistencia mecánica y de baja solubilidad en agua.   El  uso  original  de  las  Puzolanas  en  simple  combinación  con  cal,  se  elevan  a  categoría  industrial  mediante  la  elaboración  de  cementos  portland‐puzolana,  encontrándole  posteriormente  otras  aplicaciones en casos en que procede considerarlas como aditivos para concreto. En la actualidad,  cuando se incluye una puzolana como aditivo en una mezcla de mortero o concreto de cemento  portland, se persigue alguna de las siguientes finalidades:  1. Convertir en compuestos estables la cal que se libera durante la hidratación del cemento.  2. Reducir el calor de hidratación, en mezclas cuya adquisición de resistencia se difiere.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  3. Inhibir  una  posible  expansión  deletérea  por  reacción  entre  los  álcalis  del  cemento  y  agregados que contienen sílice activa.  4. Influir en las propiedades reológicas y de retención de agua de las mezclas en su estado  fresco.  En las estructuras de gran masa como las presas, pueden ocurrir altas temperaturas debidas a una  lenta  pérdida  del  calor  generado  durante  la  hidratación.  Con  frecuencia  estas  temperaturas  se  pueden disminuir al mínimo, usando cemento tipo II, IV, V; bajando la temperatura del agua de la  mezcla y del agregado; o usando aditivos puzolánicos. Frecuentemente se usan combinaciones de  estos tres métodos.  El  uso  de  Puzolanas  puede  reducir  mucho  la  resistencia  del  concreto  en  los  primeros  días,  especialmente  en  los  primeros  28.  Debido  a  lo  lento  de  la  acción  puzolánica,  por  lo  que  deberá  prolongarse  el  curado  húmedo  y  el  tiempo  de  puesta  en  servicio  en  caso  de  ser  necesario  estructuralmente.     

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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VI. DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO  Diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar la cantidad de materiales (cemento, agua,  agregados y en caso necesario aditivos) que debe emplearse para fabricar un volumen unitario de  concreto  fresco,  cuya  calidad  sea  tal  que  satisfaga  los  requisitos  especificados  para  un  determinado uso (permeabilidad, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, etc.).  Al efectuar el diseño de una mezcla, normalmente conviene tomar en cuenta los siguientes puntos  básicos:  1. Procurar emplear el tamaño más grande de grava que sea compatible con las dimensiones  de  la  estructura,  la  separación  del  acero  de  refuerzo,  las  condiciones  de  colocación  del  concreto, y la magnitud de la resistencia que se pretende obtener.    2. Dar a la mezcla la consistencia más seca posible que permita colocarla y acomodarla en las  condiciones  particulares  de  la  estructura  por  colar.  Esta  consistencia  se  expresa  normalmente en términos del revenimiento.    3. Prever  que  el  concreto,  una  vez  endurecido,  alcance  las  propiedades  adecuadas  que  permitan  a  la  estructura  cumplir  la  función  para  la  que  fue  construida.  El  logro  de  estas  propiedades e consigue, generalmente, mediante la adecuada selección de los materiales  y sus proporciones.    4. Procurar obtener el concreto de la calidad especificada al costo más bajo posible. Como,  entre los componentes normales del concreto, el cemento es el más caro, se presenta la  tendencia  a  emplearlo  en  la  menor  cantidad  posible,  pero  sin  afectar  las  características  requeridas.  Esta  práctica  resulta  aconsejable  porque  produce  concretos  con  menores  cambios  volumétricos,  dado  que  la  pasta  de  cemento  es  menos  estable,  volumétricamente,  que  los  agregados.  El  medio  más  accesible  para  reducir  al  mínimo  el  consumo de la pasta consiste en limitar la proporción de agregado fino a su valor óptimo.  Para  establecer  los  conceptos  fundamentales  que  se  aplican  al  diseño  de  mezclas  de  concreto,  conviene  considerar  al  concreto  fresco  integrado  por  dos  componentes  principales:  la  pasta  de  cemento  y  los  agregados  minerales.  En  mezclas  comunes  y  corrientes,  sin  aire  incluido,  los  agregados  pueden  representar  hasta  el  80  por  ciento  del  volumen,  y  la  pasta  el  20  por  ciento  restante.       

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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   Los  principales  aspectos  de  la  pasta  y  de  los  agregados  que  influyen  en  el  comportamiento  del  concreto son:    Pasta de cemento: 

• • • •

Composición química y finura del cemento Calidad del agua Relación agua/cemento Contenido de vacíos

Agregados: 

• • •

Tamaño máximo Composición granulométrica Forma y textura de partículas

 

VI.1.‐ Propiedades de la pasta de cemento  Las  propiedades  de  una  pasta  de  cemento  dependen,  principalmente,  de  su  relación  agua/cemento  y  de  su  contenido  de  vacíos.  La  proporción  relativa  entre  los  dos  primeros  elementos  determina  la  viscosidad  de  la  pasta  fresca,  e  influye  en  las  propiedades  mecánicas,  estabilidad  dimensional  y  durabilidad  de  la  pasta  endurecida.  El  contenido  de  aire,  cuando  es  intencionalmente  incluido,  influye  en  las  propiedades  mecánicas  y  en  la  resistencia  a  la  congelación y deshielo.  Ha  sido  costumbre  tradicional  definir  la  calidad  de  un  concreto  en  función  de  su  resistencia  mecánica,  específicamente  de  la  que  se  manifiesta  cuando  se  le  somete  a  esfuerzos  de  compresión simple hasta llegar a la ruptura.  En la práctica actual, el concepto alternativo de la resistencia para definir la calidad del concreto es  el  que  se  refiere  a  su  durabilidad,  es  decir,  su  capacidad  para  resistir  los  efectos  adversos  de  distintos agentes y acciones cuando está sometido a condiciones rígidas de exposición y servicio.  También en este sentido es costumbre aplicar el valor de la relación agua/cemento como medida  de calidad probable, es decir, se limita esta relación para determinadas condiciones de exposición  y servicio.   

VI.2.‐ Propiedades de los agregados  Aun  cuando,  generalmente  la  pasta  de  cemento  es  el  componente  activo  del  concreto  que  determina  la  obtención  de  las  propiedades  requeridas  en  el  producto  endurecido,  también  es,  como se ha mencionado, el más costoso, el de menor estabilidad dimensional, y el que contribuye  a  elevar  la  temperatura  del  concreto  durante  el  proceso  de  adquisición  de  propiedades.  Estas  limitaciones  hacen  ver  la  conveniencia  de  reducir  el  contenido  de  la  pasta  de  cemento  (de  una  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  calidad  determinada) al valor mínimo  compatible  con la consistencia y manejabilidad requeridas  en la mezcla de concreto.  Esta  tendencia  conduce  a  la  segunda  premisa  en  el  planteamiento  propuesto  para  el  diseño  de  mezclas,  la  cual  puede  resumirse  diciendo  que,  una  vez  definidas  la  calidad  de  la  pasta  de  cemento, clase, granulometría y tamaño máximo del agregado, la combinación óptima entre arena  y grava es la que conduce al mínimo requerimiento de pasta para producir una mezcla de concreto  de la manejabilidad requerida. 

VI.2.1.‐ Tamaño máximo del agregado  A medida de que aumenta el tamaño máximo del agregado grueso, disminuye la cantidad de pasta  requerida por volumen unitario de concreto fresco de una consistencia determinada. No obstante  lo  anterior,  el  tamaño  máximo  del  agregado  para  un  trabajo  determinado,  todavía  se  define  considerando  las  dimensiones  mínimas  de  la  estructura  y  la  separación  mínima  del  acero  de  refuerzo.  

VI.2.2.‐ Granulometría de la arena  A medida de que la arena es más fina, se incrementa su requerimiento de pasta; sin embargo, el  contenido  de  mortero  en  una  mezcla  de  concreto  es  menor  a  medida  que  el  propio  mortero  se  elabora con arena más fina. Ambas tendencias producen efectos contrarios sobre qué cantidad de  pasta de cemento necesita una mezcla de concreto, aunque en la compensación final, predomina  la del aumento de pasta con el incremento de finura de la arena.   El efecto que producen los cambios de granulometría de la arena sobre el requerimiento de pasta  de cemento en mezclas de concreto, se ha empleado en diversos métodos de diseño de mezclas  para estimar el consumo necesario de pasta o la proporción óptima de arena, a partir del dato de  su composición granulométrica, casi siempre expresada en términos de módulo de finura. 

VI.2.3.‐ Granulometría de la grava  Su  composición  granulométrica  es  menos  determinante  del  requerimiento  de  pasta  y  características  del  concreto  fresco  que  de  la  arena.  Este  hecho  hace  preferible,  muchas  veces,  apegarse a la distribución  original que ofrece el banco de aprovisionamiento de grava en vez de  intentar el empleo de una supuesta granulometría ideal, es decir, emplear la grava tal y como se  presenta  en  los  depósitos  naturales,  a  menos  que  la  experiencia  o  las  investigaciones  de  laboratorio demuestren que sea ventajoso algún cambio en la granulometría.   Para juzgar y seleccionar la granulometría más conveniente de la grava, existen límites empíricos  para distintos tamaños máximos; pueden presentarse dos situaciones principales:   

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  1. Si  la  grava  procede  de  un  depósito  natural,  y  su  curva  granulométrica,  determinada  mediante  sondeos,  resulta  dentro  de  los  límites  aplicables,  es  recomendable  tratar  de  apegarse  a  ella  en  su  empleo.  Si  la  curva  sale  de  los  límites,  es  conveniente  un  estudio  comparativo entre el costo de corregir la curva granulométrica y las ventajas que de ello  se obtienen.    2. Si  la  grava  debe  obtenerse  por  trituración,  es  conveniente  apegarse,  dentro  de  cierta  tolerancia, a determinada granulometría dentro de la producción.  De  lo  anterior  se  deduce  que  el  concepto  de  granulometría  ideal  continua  en  los  agregados,  muchas veces deja de tener sentido de aplicación ante el aspecto económico. 

VI.2.4.‐ Forma y textura de los agregados  Los  agregados  de  formas  angulosas  y  superficies  ásperas,  usualmente  requieren  mayor  cantidad  de pasta de cemento en su combinación óptima que los de formas redondeadas y superficies lisas.  Cabe  señalar  que,  con  el  empleo  de  pastas  con  igual  relación  agua/cemento,  algunos  agregados  angulosos (no lajeados) pueden producir mayor resistencia en el concreto.  Dicho comportamiento señala un importante aspecto: el empleo de una misma pasta de cemento  (con  igual  relación  agua/cemento,  e  igual  tipo  de  cemento)  puede  conducir  a  concretos  de  resistencias diferentes por el simple hecho de cambiar sus agregados.   

VI.3.‐ Consistencia de la mezcla   Para mezclas de concreto de consistencia seca, la combinación óptima de grava y arena requiere  menor contenido unitario de pasta de cemento que la considerada como óptima para mezclas de  consistencia fluida, es decir, que a medida que las mezclas son de consistencia más seca, admiten  mayor proporción de grava.   Evidentemente, lo anterior es un aspecto de carácter apreciativo e íntimamente relacionado con  las condiciones de trabajo que ofrecen las estructuras en las que se pueden emplear mezclas de  consistencia seca, y con equipos adecuados para transporte, colocación y acomodo de estas.  A fin de dejar más claro esta tendencia, puede suponerse, por ejemplo, el colado de dos miembros  estructurales  de  condiciones  opuestas,  en  que  los  materiales  y  la  resistencia  de  proyecto  sean  iguales. Tómense como tales una columna y un pavimento. En el pavimento podrán emplearse, sin  grandes dificultades, mezclas de concreto cuyo revenimiento sea de 2 a 3 cm, aproximadamente;  en cambio, para el colado de la columna solamente podrán colocarse y acomodarse con eficiencia  mezclas cuyo revenimiento tal vez deba ser de 10 a 12 cm. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Considerando  que  la  resistencia  requerida  sea  igual,  puede  suponerse  que  en  ambos  casos  se  emplee la misma calidad de pasta. Lo primero que salta a la visita es que, para cierto volumen fijo  de pasta, la mezcla más seca admitir mayor cantidad de agregados que la más fluida.   

VI.4.‐ Relación agua/cemento de la pasta  Con una pasta de baja relación agua/cemento, su contenido unitario para obtener una mezcla de  concreto con determinada consistencia es mayor que el necesario para una pasta de alta relación  agua/cemento; es decir, que a medida de que la pasta es más viscosa (más seca), admite menor  cantidad de agregados para seguir comportándose en la mezcla como un fluido plástico.   Este aspecto conduce, necesariamente, a incrementar aún más el consumo unitario de cemento  en  las  mezclas  de  concreto  con  baja  relación  agua/cemento.  Con  objeto  de  compensar  esta  tendencia al aumento de pasta y cemento, es práctica frecuente reducir el contenido de arena en  razón directa de la relación agua/cemento, es decir, se modifica la proporción entre grava y arena  sin existir otra razón que el cambio de viscosidad de la pasta.  Normalmente,  la  reducción  de  arena  se  lleva  al  límite  más  bajo  que  permita  a  la  mezcla  de  concreto conservar la manejabilidad requerida para las condiciones específicas de trabajo en que  debe aplicarse.   

VI.5.‐ Procedimientos empíricos de diseño  Entre los numerosos procedimientos empíricos de diseño de mezclas de concreto, uno de los más  empleados  es  el  que  corresponde  a  la  Práctica  recomendada  para  el  proporcionamiento  de  mezclas de concreto, según el Comité ACI 211.  Un resumen de su texto se incluye en las paginas siguientes, para su aplicación solo se requiere de  los siguientes datos:  • • • • •

Peso específico del cemento  Peso específico y absorción de los agregados  Peso volumétrico de la grava, compactada con varilla  Composición granulométrica de la arena  Tamaño máximo del agregado  

Se entiende por peso específico a la densidad tanto del cemento como de los agregados.      David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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VI.6.‐  Practica recomendada para el proporcionamiento de mezclas de concreto  (ACI 211.1.74)  En  esta  práctica  recomienda  se  presenta  el  proporcionamiento  del  concreto  incluyendo  mezclas  con  aire  incluido.  Se  dan  tablas  que  suministran  rápidamente  información  para  obtener  el  proporcionamiento  de  concreto,  con  la  ayuda  de  pruebas  de  laboratorio  sobre  las  propiedades  físicas  de  los  agregados  gruesos  y  finos.  Se  incluye  un  ejemplo  del  diseño  de  mezclas  con  aire  incluido y sin aire incluido con el uso de las tablas. Se ilustra la corrección al proporcionamiento  debido al contenido de humedad en los agregados.    

VI.6.1.‐ Procedimientos para la dosificación de concreto normal  La estimación de los pesos requeridos para las mezclas de concreto comprende una secuencia de  pasos  lógicos  y  directos  que,  en  efecto,  concuerda  con  las  características  de  los  materiales  disponibles para obtener  una mezcla apropiada para la obra. Frecuentemente el problema de la  adaptabilidad no se le deja al individuo que selecciona las proporciones. Las especificaciones de la  obra pueden contener todos o algunos de los siguientes puntos:  • • • • • •

Relación agua/cemento máxima  Contenido mínimo de cemento  Contenido de aire  Revenimiento  Tamaño máximo del agregado  Resistencia 

Otros requerimientos que  se relacionen con temas como tales como resistencia de sobrediseño,  aditivos y tipos especiales de cemento o agregado.  Independientemente de que las características del concreto se señalen en las especificaciones o se  dejen  al  individuo  que  seleccione  las  proporciones,  el  establecimiento  de  los  pesos  de  la  mezcla  por metro cúbico de concreto puede obtenerse mediante la siguiente secuencia:  Paso 1. Elección del revenimiento  Si  el  revenimiento  no  está  especificado,  se  puede  elegir  un  valor  apropiado  para  la  obra  de  acuerdo a la tabla # 1. Los valores del revenimiento mostrados son aplicables cuando se utiliza la  vibración  para  compactar  el  concreto.  Deben  de  usarse  mezclas  de  consistencia  muy  rígida,  que  puedan colocarse muy eficientemente.      David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Tabla No. 1.‐ Revenimientos recomendados para diverso Tipos de Construcción  Revenimiento, cm  Tipos de Construcción  Máximo*  Mínimo  Muros y zapatas de cimentación de concreto reforzado  Zapatas simples, cajones y muros de subestructura  Vigas y muros de concreto reforzado  Columnas  Pavimentos y losas  Concreto masivo 

8  8  10  10  8  5 

2  2  2  2  2  2 

*Puede aumentar 2 cm cuando se utilicen métodos de compactación diferentes al de vibrado 

  Paso 2. Elección del tamaño máximo del agregado  Los  agregados  bien  graduados  de  tamaño  máximo  tienen  menos  vacíos  que  los  de  tamaños  menores. De aquí que los concretos con agregado de mayor tamaño requieran de menos mortero  por unidad de volumen de concreto. Generalmente, el tamaño máximo del agregado debe ser el  mayor  que  se  encuentre  disponible  económicamente  y  el  que  resulte  compatible  con  las  dimensiones de la estructura. Bajo ninguna circunstancia el tamaño máximo de una quinta parte  de la menor dimensión entre los lados de las cimbras, de una tercera parte del peralte de las losas,  ni de tres cuartas partes del espaciamiento mínimo libre entre las varillas individuales de refuerzo,  paquetes de varilla o cables pretensados. En algunas ocasiones estas limitaciones se descartan si la  trabajabilidad  y  los  métodos  de  compactación  son  tales  que  el  concreto  puede  ser  colocado  sin  que  se  formen  cavidades  o  vacíos.  Para  lograr  los  mejores  resultados  cuando  se  desea  tener  un  concreto de alta resistencia, deben reducirse los tamaños máximos de los agregados, ya que éstos  producen mayores resistencias con una relación agua/cemento dada.    Tabla No. 2.‐ Tamaños máximos de agregado recomendados para varios tipos de construcción  Tamaño máximo del agregado, mm  Dimensión mínima  de la sección, cm 

6.5 ‐ 12.5  15.0 ‐ 28.0  30.0 ‐ 74.0  76.0 o mas 

Muros reforzados Vigas y Columnas 

Muros sin  refuerzo 

Losas muy  reforzadas 

Losas con poco  o sin refuerzo 

12.7 ‐ 19.0  19.0 ‐ 38.0  38.0 ‐ 76.0  38.0 ‐ 76.0 

19.0  38.0  76.0  152.0 

19.0 ‐ 25.4  38.0  38.0 ‐ 76.0  38.0 ‐ 76.0 

19.0 ‐ 38.0  38.0 ‐ 76.0  76.0  76.0 ‐ 152.0 

*Basados en tamices de aberturas cuadradas 

      David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Paso 3. Estimación del agua de mezclado y del contenido de aire  La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para producir un revenimiento  dado  depende  del  tamaño  máximo,  de  la  forma  de  la  partícula  y  de  la  granulometría  de  los  agregados, así como de la cantidad de aire incluido. La cantidad de cemento no le afecta en mayor  grado.  En  la  tabla  #  3,  se  proporcionan  estimaciones  con  respecto  a  la  cantidad  de  agua  de  mezclado  requerida  para  concretos  elaborados  para  varios  tamaños  máximos  de  agregado,  con  y  sin  aire  incluido.  Dependiendo de la textura y forma del agregado, los requerimientos de agua de mezclado pueden  estar un tanto encima o por debajo de los valores tabulados, pero son suficientemente precisos  para  una  primera  estimación.  Tales  diferencias  en  los  requerimientos  de  agua  no  se  reflejan  necesariamente en la resistencia, ya que existen otros factores compensatorios que pueden estar  incluidos.  Por  ejemplo,  con  agregado  grueso  redondo  y  otro  angular,  ambos  graduados  similarmente  y  de  buena calidad, puede producirse concreto de aproximadamente igual resistencia a la compresión  utilizando la misma cantidad de cemento, a pesar de las diferencias en la relación agua/cemento  resultante de los distintos requerimientos de agua de mezclado. La forma de la partícula en si no  constituye  un  indicio  de  que  un  agregado  está  por  encima  o  por  debajo  del  promedio  en  su  capacidad de producción de resistencia.  La  tabla  #  3  indica  la  cantidad  aproximada  de  aire  que  puede  esperarse  en  un  concreto  sin  aire  incluido  y  también  muestra  los  niveles  recomendables  de  contenido  de  aire  promedio  para  concreto en el que se ha incluido aire para efectos de durabilidad.  El  concreto  con  aire  incluido  debe  usarse  siempre  en  estructuras  que  estarán  expuestas  a  los  fenómenos de congelación y deshielo y generalmente en estructuras expuestas al agua de mar o al  efecto de los sulfatos. Cuando no se prevé una exposición severa del concreto, la inclusión de aire  puede acarrear efectos benéficos en la trabajabilidad y en la cohesión del concreto, con niveles de  contenido de aire de aproximadamente la mitad de aquéllos indicados para el concreto con aire  incluido.  Cuando  se  usan  mezclas  de  prueba  para  establecer  relaciones  de  resistencia  o  para  verificar  la  capacidad  de  producción  de  resistencia  de  una  mezcla,  debe  usarse  la  combinación  menos  favorable de agua de mezclado y contenido de aire.   Esto es, el contenido de aire deber ser el máximo permitido o el que probablemente ocurra, y el  concreto  deberá  calcularse  hasta  el  revenimiento  más  alto  permisible.  Lo  anterior  evitar  que  se  haga  una  estimación  demasiado  optimista  de  la  resistencia,  bajo  la  suposición  de  que  las  condiciones promedio más que las extremas serán las que prevalezcan en el campo. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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Tabla No. 3.‐ Requerimientos aproximados de agua de mezclado y contenido  de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos de agregado* 

Revenimiento  cm 

Agua en Kg/m³ de concreto para los tamaños  máximos del agregado indicado  10  mm 

12.5  mm 

20  mm 

25  mm 

40  mm** 

50  mm** 

70  mm** 

150  mm** 

160 

155 

145 

125 

Concreto sin aire incluido  3 a 5 

205 

200 

185 

180 

8 a 10 

225 

215 

200 

195 

175 

170 

160 

140 

15 a 18 

240 

230 

210 

205 

185 

180 

170 

‐ 

Cantidad aproximada  de aire atrapado en concreto   sin aire incluido, en porciento 

3 

2.5 

2 

1.5 

1 

0.5 

0.3 

0.2 

Concreto con aire incluido  3 a 5 

180 

175 

165 

160 

145 

140 

135 

120 

8 a 10 

200 

190 

180 

175 

160 

155 

150 

135 

15 a 18 

215 

205 

190 

185 

170 

165 

160 

‐ 

Promedio recomendable de  contenido total de aire,  en porciento 

8 

7 

6 

5 

4.5 

4 

3.5 

3 

*Estas  cantidades  de  agua  de  mezclado  deben  utilizarse  en  los  cálculos  de  los  factores  de  cemento  para  mezclas  de  prueba.  Son  las  máximas  para  agregados  gruesos  angulares  razonablemente  bien  formados,  graduados  dentro  de  las  especificaciones aceptadas.  **Los valores de revenimiento para un concreto que contenga un agregado mayor de 40 mm están basados en pruebas  de revenimiento efectuadas después de remover las partículas mayores de 40 mm por medio de cribado húmedo. 

Paso 4. Elección de la relación agua/cemento.  Los requerimientos de la relación agua/cemento se determinan no sólo por los requerimientos de  resistencia sino también por factores tales como la durabilidad y las propiedades del acabado. Ya  que  los  diferentes  agregados  y  cementos  generalmente  producen  resistencias  distintas  con  la  misma  relación  agua/cemento,  es  altamente  recomendable  conocer  o  desarrollar  la  correspondencia entre la resistencia y la relación agua/cemento para los materiales a usarse. En  ausencia de tal información, pueden usarse los aproximados y relativamente conservadores para  concreto  conteniendo  cemento  portland  Tipo  I  que  se  indican  en  la  tabla  #  4(a).  Con  materiales  típicos,  las  relaciones  agua/cemento  tabuladas  deben  producir  las  resistencias  mostradas,  que  están  basadas  en  pruebas  a  los  28  días  de  muestras  curadas  bajo  condiciones  estándar  de  laboratorio.  La  resistencia  promedio  seleccionada  debe,  desde  luego,  exceder  a  la  resistencia  especificada por un margen suficiente, para mantener el número de pruebas de resistencias bajas  dentro de los límites especificados.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Tabla No. 4(a).‐ Correspondencia entre la relación agua/cemento y la resistencia a la compresión  del concreto  Resistencia a la  Relación agua/cemento, por peso  compresión  Concreto sin aire incluido  Concreto con aire incluido  a los 28 días, Kg/cm²*  450  0.38  ‐  400  0.43  ‐  350  0.48  0.40  300  0.55  0.46  250  0.62  0.53  200  0.70  0.61  150  0.80  0.71  *Los valores indican las resistencias promedio estimadas para concreto conteniendo un porcentaje de aire no mayor que  el indicado en la tabla No. 3. Para una relación agua/cemento constante, la resistencia del concreto se reduce conforme  el contenido de aire aumenta. La resistencia esta basada en cilindros de 15 x 30 cm, curados en húmedo por 28 días a 23  °C  de  acuerdo  a  la  norma  ASTM  C  31  (NOM  C‐160),  la  resistencia  de  cubos  será  aproximadamente  20%  mas  alta,  la  correspondencia indicada asume un tamaño máximo del agregado de aproximadamente 20 a 30 mm, para agregados de  una procedencia determinada, la resistencia producida para una relación agua/cemento dada aumentara conforme el  tamaño máximo del agregado disminuya. 

  Para  condiciones  de  exposición  severas,  la  relación  agua/  cemento  debe  mantenerse  baja,  aun  cuando los requerimientos de resistencia puedan cumplirse con un valor mayor. En la tabla # 4(b)  se proporcionan los valores límite.  Tabla No. 4(b).‐ Relaciones agua/cemento máximas permisibles para concreto expuesto a  condiciones severas* 

Tipo de Estructura 

Estructura continua o  frecuentemente húmeda y  expuesta a congelación  y deshielo** 

Estructura expuesta al agua de mar  o a los sulfatos 

Secciones delgadas (rieles,  bordillos, durmientes, obras   ornamentales) y secciones   con menos de 3 cm de   recubrimiento sobre el acero 

0.45 

0.40*** 

Todas las demás estructuras 

0.50 

0.45*** 

*Basada en el reporte del Comité ACI 201, "Durabilidad del concreto en servicio", citado previamente.  **El concreto también debe de ser del tipo de aire incluido  ***Si se utiliza cemento resistente a los sulfatos (Tipo II o Tipo V del la norma ASTM C 150), la relación  agua/cemento podrá aumentarse en 0.05. 

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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    Paso 5. Calculo del contenido del cemento.   La  cantidad  de  cemento  por  unidad  de  volumen  de  concreto  se  obtiene  de  las  determinaciones  efectuadas  en  los  Pasos  3  y  4.  El  cemento  requerido  es  igual  al  contenido  estimado  de  agua  de  mezclado  (Paso  3),  dividido  entre  la  relación  agua/cemento  (Paso  4).  Si,  no  obstante,  la  especificación incluye por separado un límite mínimo de cemento además de los requerimientos  de  resistencia  y  durabilidad,  la  mezcla  debe  basarse  en  aquel  criterio  que  conduzca  a  la  mayor  cantidad de cemento.  El uso de puzolanas o aditivos químicos afectar las propiedades tanto del concreto fresco como del  endurecido.  Paso 6. Estimación del contenido de agregado grueso.  Los  agregados  esencialmente  similares  en  granulometría  y  en  tamaño  máximo  producirán  un  concreto de trabajabilidad satisfactoria cuando se emplee un volumen determinado de agregado  grueso  y  seco,  compactado  con  varilla,  por  volumen  unitario  de  concreto.  En  la  tabla  #  5,  se  proporcionan los valores adecuados para este volumen de agregado. Se puede observar que, para  obtener  una  trabajabilidad  similar,  el  volumen  de  agregado  grueso  para  un  volumen  unitario  de  concreto  sólo  depende  de  su  tamaño  máximo  y  del  módulo  de  finura  del  agregado  fino.  Las  diferencias  en  la  cantidad  de  mortero  necesaria  para  obtener  la  trabajabilidad  con  agregados  distintos,  debidas  a  la  forma  y  granulometría  de  las  partículas,  quedan  automáticamente  compensadas con las diferencias en el contenido de vacíos en el agregado seco y compactado con  varilla.   El  volumen  del  agregado,  seco  y  compactado  con  varilla,  por  metro  cúbico  de  concreto,  se  muestra en la tabla # 5. Este volumen se convierte al peso seco del agregado grueso requerido por  metro  cúbico  de  concreto  multiplicándolo  por  el  peso  volumétrico  del  agregado  grueso,  seco  y  compactado con varilla.  Para obtener un concreto más manejable, como el que se requiere algunas veces cuando se usa  una bomba para la colocación o cuando se coloca el concreto en zonas congestionadas con acero  de  refuerzo,  sería  recomendable  reducir  hasta  en  un  10%  el  contenido  estimado  de  agregado  grueso que se había determinado en la tabla # 5. Sin embargo, se debe tener cuidado en asegurar  que  el  revenimiento  resultante,  la  relación  agua/cemento  y  las  propiedades  de  resistencia  del  concreto  sean  compatibles  con  las  recomendaciones  proporcionas  en  los  Pasos  1  y  4  y  que  satisfagan los requerimientos aplicables de las especificaciones de proyecto.        David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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    Tabla No. 5.‐ Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto  Volumen de agregado grueso, seco y compactado  con varilla*, por volumen unitario de concreto  para diferentes módulos de finura de la arena** 

Tamaño máximo  del agregado  mm 

10  12.5  20  25  40  50  70  150 

2.40 

2.60 

2.80 

3.00 

0.50  0.59  0.66  0.71  0.76  0.78  0.81  0.87 

0.48  0.57  0.64  0.69  0.74  0.76  0.79  0.85 

0.46  0.55  0.62  0.67  0.72  0.74  0.77  0.83 

0.44  0.53  0.60  0.65  0.70  0.72  0.75  0.81 

*Los volúmenes están basados en agregados secos y compactados con varilla, como se describe en la norma ASTM C 29,  "Peso  unitario  de  los  Agregados".  Estos  volúmenes  se  han  seleccionado  en  relaciones  empíricas  para  producir  un  concreto  con  un  grado  de  trabajabilidad  para  la  construcción  reforzada  usual.  Para  obtener  un  concreto  con  menos  trabajabilidad como el que se utiliza en la construcción de pavimentos de concreto, estos valores pueden aumentar en  un 10%. Para un concreto con mas trabajabilidad como el que algunas veces se requiere cuando la colocación se efectúa  por bombeo, estos valores se pueden reducir hasta en un 10%  ** El modulo de finura de la arena es igual a la suma de la relaciones acumulativas retenidas en tamices de malla con aberturas de 0.149, 0.297, 0.595, 1.19 y 4.76 mm.

  Paso 7. Estimación del contenido de agregado fino.  Al  concluir  el  Paso  6,  se  habrán  calculado  todos  los  ingredientes  del  concreto,  a  excepción  del  agregado  fino.  Su  cantidad  se  determina  por  medio  de  las  diferencias.  Se  puede  emplear  cualquiera  de  estos  dos  procedimientos:  el  método  "por  peso"  o  el  método  de  "volumen  absoluto".   a)  Método  por  peso.‐  Si  el  peso  del  volumen  unitario  de  concreto  se  presupone  o  puede  estimarse por experiencia, el peso requerido de agregado fino es simplemente la diferencia entre  el  peso  del  concreto  fresco  y  el  peso  total  de  los  otros  ingredientes.  Por  lo  general,  en  bases  a  experiencias  anteriores  con  los  materiales,  se  conoce  el  peso  unitario  del  concreto  con  una  precisión razonable. Si no se cuenta con esta información, se puede utilizar la tabla # 6, para hacer  una primera estimación. Aunque el peso estimado por metro cúbico de concreto sea aproximado,  las  proporciones  de  la  mezcla  serán  lo  suficientemente  exactas  para  permitir  los  ajustes  fáciles  basados en las mezclas de prueba, como se mostrará en los ejemplos siguientes.      

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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   Si  se  desea  obtener  un  cálculo  teóricamente  exacto  del  peso  del  concreto  fresco  por  metro  cúbico, se puede utilizar la siguiente fórmula: 

⎛ Ga ⎞ PVm = 10 Ga (100 - A ) + Cm⎜1 ⎟ - Wm (Ga - 1) Gc ⎝ ⎠          Ec (1)  En donde:   PVm = peso volumétrico del concreto fresco, Kg/m3   Ga = promedio obtenido de los pesos específicos del los agregados finos y gruesos combinados, a  granel SSS   Gc = peso específico del cemento (por lo general 3.15)   A = contenido de aire, por ciento   Wm = requerimiento de agua de mezclado, Kg/m3   Cm = requerimiento de cemento, Kg/m3     Tabla No. 6.‐ Primera estimación del peso del concreto fresco  Primera estimación del peso del concreto, Kg/m³  Tamaño máximo  del agregado  mm 

Concreto sin aire incluido 

Concreto con aire incluido 

10  12.5  20  25  40  50  70  150 

2,285  2,315  2,355  2,375  2,420  2,445  2,465  2,505 

2,190  2,235  2,280  2,315  2,355  2,375  2,400  2,435 

*Valores calculados en la ec. (1) para concretos medianamente ricos (330 Kg de cemento por m³) y revenimiento medio,  con un agregado cuyo peso especifico es de 2.7. Los requerimientos de agua están basados en los valores de  revenimiento de 8 a 10 cm de la tabla No. 3. Si se desea, se puede precisar mas la estimación del peso, como se indica a  continuación, siempre que se posea la información necesaria: Por cada 5 Kg de diferencia en el agua de mezclado de la  tabla 3, para valores de 8 a 10 cm de revenimiento, se corregirá el peso por m³ en 8 Kg en la dirección opuesta. Por cada  20 Kg de diferencia en el contenido de cemento de 330 Kg, se corregirá el peso por m³ en 3 Kg en la misma dirección.  Por 0.1 de desviación 2.7 en el peso especifico (densidad) del agregado, se corregirá en 70 Kg el peso del concreto en la  misma dirección. 

  b)  Método  de  volumen  absoluto.‐  Un  procedimiento  más  exacto  para  calcular  la  cantidad  requerida de agregado fino se basa en el uso de los volúmenes de los ingredientes. En este caso, el  volumen total de los ingredientes conocidos (agua, aire, cemento y agregado grueso) se resta del  volumen  unitario  de  concreto  para  obtener  el  volumen  requerido  de  agregado  fino.  El  volumen  que cualquier ingrediente ocupa en el concreto es igual a su peso dividido entre el peso específico  de  este  material  (siendo  este  último  el  producto  del  peso  unitario  del  agua  y  la  densidad  del  material).  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Paso 8. Ajustes por el contenido de humedad del agregado.  Debe considerarse la humedad de los agregados para pesarlos correctamente. Por lo general, los  agregados  están  húmedos  y  a  su  peso  en  seco  habrá  de  aumentarle  el  porcentaje  de  agua  que  contengan, tanto la absorbida como la superficial. El agua de mezclado que se agrega a la mezcla  debe reducirse en una cantidad igual a la de la humedad libre que contiene el agregado, esto es  humedad total menos absorción.  Paso 9. Ajustes a la mezcla de prueba.  Se  deben  verificar  las  proporciones  calculadas  de  la  mezcla  por  medio  de  mezclas  de  prueba  preparadas y probadas de acuerdo a la Norma ASTM C 192, "Fabricación y curado de muestras de  concreto  para  pruebas  a  presión  y  a  compresión  en  el  laboratorio",  o  con  mezclas  de  campo  de  tamaño completo. Sólo debe utilizarse el agua suficiente para producir el revenimiento requerido  sin  considerar  la  cantidad  supuesta  en  las  proporciones  de  prueba.  Se  debe  de  verificar  el  peso  unitario y el rendimiento del concreto (ASTM C 138) así como el contenido de aire (ASTM C 138, C  173 O C 231). También debe observarse cuidadosamente que el concreto posea la trabajabilidad y  las  propiedades  de  acabado  adecuadas  y  que  esté  libre  de  segregación.  Se  deberán  hacer  los  ajustes pertinentes con las proporciones de las mezclas subsecuentes siguiendo el procedimiento  indicado a continuación.  Se  estima  de  nuevo  la  cantidad  de  agua  de  mezclado  necesaria  por  metro  cúbico  de  concreto,  dividiendo el contenido neto de agua de mezclado de la mezcla de prueba entre el rendimiento de  la  mezcla  de  prueba  en  metros  cúbicos.  Si  el  revenimiento  de  la  mezcla  de  prueba  no  fue  el  correcto, se aumenta o se disminuye la cantidad re estimada de agua en 2 Kg por cada centímetro  de aumento o disminución del revenimiento requerido.  Si  no  se  obtuvo  el  contenido  deseado  de  aire  (para  concreto  con  aire  incluido),  se  estima  nuevamente el contenido de aditivo requerido para el contenido adecuado de aire, y se reduce o  aumenta el contenido de agua de mezclado indicado en el inciso a) en 3 Kg/m3 por cada 1% de  contenido de aire que deba aumentarse o reducirse de la mezcla previa.  Si  la  base  para  la  dosificación  es  el  peso  estimado  por  metro  cúbico  de  concreto  fresco,  la  re  estimación de ese peso se obtiene reduciéndole o aumentándole el porcentaje determinado por  anticipado de aumento o disminución del contenido de aire de la mezcla, ajustado con respecto a  la primera mezcla de prueba.  Se  calculan  los  nuevos  pesos  de  la  mezcla  partiendo  del  Paso  4,  modificando  el  volumen  de  agregado  grueso  que  aparece  en  la  tabla  #  5,  si  es  necesario,  para  obtener  una  trabajabilidad  adecuada.       David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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VI.6.2.‐ Ejemplo de cálculo para concreto normal    Para  ilustrar  la  aplicación  de  los  procedimientos  de  dosificación  se  utilizara  un  problema  como  ejemplo. Se supondrán las siguientes condiciones:   Se usara cemento Tipo I, sin inclusor de aire, y se le supondrá un peso específico de 3.15.  En cada caso, los agregados fino y grueso serán de calidad satisfactoria y tendrán granulometrías  que se encuentren dentro de los límites de las especificaciones generalmente aceptadas (ASTM C  33).   El agregado grueso tendrá un peso específico de 2.68 y una absorción de 0.5%.  El agregado fino tendrá un peso específico de 2.64, una absorción de 0.7 y un módulo de finura de  2.8.  Ejemplo. Se requiere concreto para una parte de una estructura que va a quedar debajo del nivel  del terreno en un sitio donde no estar expuesta a interperismo severo o al ataque de sulfatos. Las  consideraciones estructurales requieren que tenga una resistencia a la compresión de 250 Kg/cm2  a  los  28  días.  Con  base  a  la  información  de  la  tabla  #  1, así  como  en  experiencias  previas,  se  ha  determinado que dadas las condiciones de colocación, el revenimiento deberá ser de 8 a 10 cm y  que el agregado grueso disponible, que es de 4.75 mm (No. 4 ASTM) a 40 mm resulta el adecuado.  Se ha determinado que el peso del agregado grueso, compactado con varilla y seco, es de 1 600  Kg/m3.  Empleando  la  secuencia  de  pasos  descritos  anteriormente,  las  cantidades  de  los  ingredientes por metro cúbico de concreto se calcularán como sigue:   Paso 1. Como se indicó anteriormente, el revenimiento deseado es de 8 a 10 cm.   Paso  2.  También  ya  se  ha  mencionado  que  el  agregado  que  se  dispone  en  la  localidad  es  el  adecuado.   Paso 3. Puesto que la estructura no estará expuesta a interperismo severo, se utilizará concreto  sin aire incluido. La cantidad aproximada de agua de mezclado que se empleará para producir un  revenimiento  de  8  a  10  cm  en  un  concreto  sin  aire  incluido  con  agregado  de  40  mm  es  de  175  Kg/m3, de acuerdo a la tabla # 3. El aire atrapado se estima en 1%.   Paso 4. De acuerdo a la tabla # 4(a), la relación agua/ cemento para producir una resistencia de  250 Kg/m2 en un concreto sin aire incluido se estima en aproximadamente 0.62.  Paso  5.  De  acuerdo  a  la  información  obtenida  en  los  paso  3  y  4,  el  contenido  requerido  de  cemento ser de:  

 

175 = 282 Kg/m 3 0.62  

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Paso 6. La cantidad de agregado grueso se estima de acuerdo a la tabla # 5. Para un agregado fino  con  2.8  de  módulo  de  finura  y  un  agregado  grueso  con  tamaño  máximo  de  40  mm,  dicha  tabla  recomienda  el  uso  de  0.72  m3  de  agregado  grueso,  compactado  con  varilla  y  seco,  por  metro  cúbico de concreto. Por lo tanto, el peso seco del agregado grueso será de: 

0.72 x 1600 = 1,152 Kg  

 

Paso 7. Una vez determinadas las cantidades de agua, cemento y agregado grueso, los materiales  restantes  para  completar  un  metro  cúbico  de  concreto  consistirán  en  arena  y  el  aire  que  pueda  quedar atrapado. La cantidad de arena requerida se puede determinar con base en el peso o en  volumen absoluto, como se muestra a continuación:  Con base en el peso. De acuerdo con la tabla # 6, el peso de un metro cúbico de concreto sin aire  incluido, elaborado con agregado de tamaño máximo de 40 mm, se estima en 2 420 Kg. (Para la  primera mezcla de prueba, los ajustes exactos de este valor, debido a las diferencias usuales en el  revenimiento, el factor de cemento y el peso específico de los agregados, no son crítico). Los pesos  conocidos son los siguientes:   Agua (de mezclado neta)  Cemento    Agregado grueso     Total 

=   =   =     =  

175  282  1 152  ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1 609  

Kg    (seco)     Kg 

  Por lo tanto, el peso de la arena se estima en:   2 420 ‐ 1 609 = 811 Kg (seco)     Con  base  en  el  volumen  absoluto.  Con  las  cantidades  de  cemento,  agua  y  agregado  grueso  ya  determinadas y tomando de la tabla # 3, el contenido aproximado de aire atrapado (diferente al  aire incluido intencionalmente), se puede calcular el contenido de arena como sigue:    Volumen de agua

=

170 = 0.175 m 3   1,000

 

Volumen absoluto de cemento =

282 = 0.090 m 3   3.15 x 1,000

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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Volumen absoluto de agregado grueso =

1,152 = 0.430 m 3   2.68 x 1,000

 

Volumen de aire atrapado = 0.001 x 1.0 = 0.010 m 3     Volumen total de todos los ingredientes, con excepción de la arena: 

0.175 + 0.090 + 0.430 + 0.010 = 0.705 m3    

 

Volumen absoluto de arena requerido 

 = 1.000 ‐ 0.705 = 0.295 m3     Peso requerido de arena seca 

=0.295 X 2.64 X 1 000 = 779 Kg    Al  comparar  los  pesos requeridos  de  arena  obtenidos  por  los  dos  métodos  observamos  que  hay  una  diferencia,  pero  hay  que  recordar  que  estos  pesos  son  de  una  primera  estimación,  que  se  tendrán que corregir de acuerdo a las mezclas de prueba en laboratorio.   Paso  8.  Las  pruebas  indican  una  humedad  total  del  2%  y  una  absorción  de  0.5%  en  el  agregado  grueso;  y  del  6%  de  humedad  y  0.7%  de  absorción  en  el  agregado  fino.  Si  se  utilizan  las  proporciones de la mezcla de prueba basadas en el volumen absoluto, los ajustes en los pesos de  los agregados son:    Material 

Peso(sss) 

Humedad 

Absorción 

Peso  corregido 

Cemento  Grava   Arena   Agua   Suma pesos 

282  1152  779  175  2388 

   (2.0%) +23  (6.0%) +47  23+47 =‐70    

   (0.5%) ‐6  (0.7%) ‐5  6 + 5 =+11    

282  1169  821  116  2388 

   Cabe  mencionar  que  los  pesos  de  la  proporción  base  tendrán  que  corregirse  cada  vez  que  la  humedad en los agregados varíe. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

65 

  Paso  9.  Para  las  mezclas  de  prueba  de  laboratorio,  es  necesario  reducir  a  escala  los  pesos  para  producir un volumen más pequeño (0.020 m3).  Cemento 

282 X 0.02 m3 

5.64 Kg 

Grava 

1152 X 0.02 

23.04     

 Arena  

779 X 0.02 

15.58 

Agua 

175 X 0.02 

3.5 

 Suma pesos 

  

47.76 Kg 

  Corrigiéndolos por humedad:   Material 

Peso(sss) 

Humedad 

Absorción 

Peso  corregido 

Cemento  Grava   Arena   Agua   Suma pesos 

5.64  23.04  15.58  3.50  47.76 

   (2.0%) +0.46  (6.0%) +0.96  ‐1.39    

   (0.5%) ‐0.12  (0.7%) ‐0.11  +0.23    

5.64  23.38  16.40  2.34  47.76 

  Al realizar la mezcla de prueba en laboratorio, para verificar el revenimiento y la trabajabilidad del  concreto hecho con la primera proporción estimada, se puede dar el caso, de necesitarse mayor  cantidad de agua que la indicada en la tabla # 3. En estos casos debe ser aumentado el consumo  de cemento para mantener la misma relación agua/cemento. Este ajuste se ilustrara suponiendo  que en el ejemplo se requiere para elaborar la mezcla a escala en el laboratorio una cantidad de  agua de 2.90 Kg en lugar de los 2.34 calculados. Agregando también el agua proporcionada por los  agregados. Es decir, el agua neta empleada seria, la calculada antes de la corrección por humedad  (3.50 Kg)  mas el agua que se sobre añadió para dar con el revenimiento  (2.60 ‐ 2.34 = 0.26 Kg).  Luego entonces, el agua de mezclado fue de 3.76 Kg.  En  consecuencia,  el  consumo  de  cemento  aumentará  de  5.64  a  3.76/0.62  =  6.06  Kg,  y  las  cantidades de la revoltura serán recalculadas con estos datos, tomando en cuenta que el volumen  realizado aumentara. El volumen de la mezcla realizada será de:   Cemento   Grava   Arena    Agua     

6.06 Kg / (3.15 X 1000)  23.04 Kg / (2.68 X 1000)  15.58 Kg / (2.64 X 1000)  3.76 Kg / (1.00 X 1000)  Total 

= 0.0019 m3   = 0.0086  = 0.0059  = 0.0038   = 0.0202 m3 

Nota.‐ Los pesos de los agregados son saturados superficialmente secos (sss).  

  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Puesto que el rendimiento de la mezcla de prueba fue de 0.0202 m3. Los pesos de los materiales  por metro cúbico serán:   Cemento   Grava   Arena    Agua   

6.06 / 0.0202  23.04 / 0.0202   15.58 / 0.0202   3.76 / 0.0202  TOTAL  

= 300 Kg / 3.15  = 1141 / 2.68  = 771 / 2.64  = 186 / 1.00   2398 Kg  

= 95.2 lts  = 425.7  = 292.2  = 186.0  999.1 lts  

  Esta proporción será la segunda estimación, la cual se debe de verificar de nuevo.  Se  mantendrá  la  misma  proporción  de  grava/arena  en  caso  de  que  la  trabajabilidad  sea  la  adecuada,  de  no  serlo  así,  será  necesario  aumentar  o  disminuir  la  cantidad  de  grava  por  metro  cúbico.   Una vez realizado los ajustes de la proporción base y estos se consideran satisfactorios desde el  punto de vista de su trabajabilidad y de sus propiedades en estado fresco. Será necesario elaborar  cilindros  de  prueba  para  ensayes  a  compresión  axial,  para  poder  verificar  su  resistencia  a  la  compresión,  para  así  determinar  si  la  relación  agua/cemento  obtenida  de  la  tabla  #  4(a)  es  la  adecuada.    

VI.7.‐ Correcciones por contaminación de tamaños y por humedad en los  agregados  Una  vez  que  se  tiene  la  proporción  base  para  una  determinada  clase  de  concreto,  es  necesario  hacer ciertas correcciones de acuerdo a la humedad natural de los agregados y a la contaminación  de tamaños de los mismos. Es decir, en el diseño de las mezclas se utilizan las densidades de los  materiales saturadas superficialmente secas; y se supone que no tienen contaminación alguna de  tamaños, cosa que no ocurre en la realidad. Por lo tanto se hace necesario de estas correcciones  para poder fabricar un concreto.  Para poder ilustrar el procedimiento a utilizar para las correcciones, se da el siguiente ejemplo:   

VI.7.1.‐ Corrección por contaminación de tamaños:   Esta  operación  de  corrección  debe  hacerse  tantas  veces  como  sea  necesario  y  depender  de  la  uniformidad que presenten los materiales que vayan a usarse:   Supóngase un concreto con tamaño máximo de 1 1/2" por lo tanto dividido en dos fracciones de  gravas, con una proporción base de 350 Kg (1 en proporción unitaria) de cemento, 210 Kg (.60) de  agua, 469 Kg (1.34) de arena, 567 Kg (1.62) de grava 1 de 3/4" y 700 Kg (2.00) de grava 2 de 1 1/2".   David Páez Ruiz                                                                                     67   Instituto Tecnológico de Tijuana                           

  Contaminaciones:   Arena:   

  

Grava 1:  

    

 

    

 

Grava 2:      

6.4% Mayor de 4.76 mm (No.4).   Contenido de arena 93.6%    2.5% Menor de 4.76 mm (No.4).   7.2% Mayor de 19.1 mm (3/4").  Contenido de grava 1 90.3%   7.6% Menor de 19.1 mm (3/4").  Contenido de grava 2 92.4% 

Siendo  el  objeto  obtener  los  pesos  correctos  que  a  pesar  de  las  contaminaciones  den  como  resultados los equivalentes a la mezcla base, los valores básicos deberán ser alterados como sigue:  La operación general necesaria para obtener el valor de cada uno de los materiales ya corregidos  queda expresada por la siguiente fórmula:  Peso correcto de cada fracción = C   C =

Pb −m  d

de donde:    C = Valor ya correcto en peso de la fracción para satisfacer la proporción básica.   Pb = Peso básico de la fracción correspondiente.  d = Por ciento en peso del tamaño que realmente corresponde a la clasificación normal.   

m=

Pbs d

ó

Pbi d

  o  la  suma  de  ambos  correspondientes  a  d  d    otras  fracciones  de  la 

grava  total  o  arena,  las  cuales  contienen  determinadas  cantidades  de  contaminación  del  mismo  tamaño nominal al de la fracción que se está corrigiendo, de donde:    Pb  =  Peso  básico  de  la  fracción  que  contiene  contaminación  de  los  tamaños  nominales  de  la  fracción que se corrige.     s = Porciento de contaminación superior al tamaño nominal, correspondiente al valor de Pb de la  literal m, expresado en decimal.     i = Porciento de contaminación inferior al tamaño nominal, correspondiente al valor de Pb de la  literal m, expresado en decimal.    d  =  Por  ciento  en  peso  del  tamaño  que  realmente  corresponde  a  la  clasificación  nominal,  expresada en decimal correspondiente a la literal m.    David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

68 

  Ejemplo  de  corrección  de  la  mezcla  básica  expresada  anteriormente  y  con  las  contaminaciones  indicadas.   Peso correcto de arena = Ca   Aplicando la formula:      Ca

=

Pb(a) - m ………………………… (1)  d(a)  

m=   Valores:      

   

  

 

 

Pb(a)   d(a)   Pb(1)   i(1)   d(1)  

=   =   =   =   =  

Pb(1) i(1)   d(1)

1.34  0.936  1.62  0.025   0.903 

Sustituyendo:   

Ca =

1.34 1.62 x 0.025 = 1.43 - 0.04 = 1.39   0.936 0.903

 

Ca = 1.39  

  Peso correcto grava No. 1 = C1  Aplicando la formula:   

Ca =

Pb(1) - m ………………………… (2)  d(1)

 

m=   Valores:  

 

  

 

 

  

 

 

Pb(1)   d(1)   Pb(a)    s(a)   d(a)   Pb(2)   i(2)   d(2)  

=   =   =   =   =   =   =   =  

Pb(a) i(a) Pb(2) i(2) +   d(a) d(2) 1.62  0.903   1.34  0.064   0.936  2.00  0.076  0.924 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

69 

  Sustituyendo:    

C1 =

1.62 ⎡1.34 x 0.064 2.00 x 0.076 ⎤ + ⎥⎦ = 1.79 - 0.09 - 0.16   0.924 0.903 ⎢⎣ 0.936

 

Ca = 1.54  

Peso correcto de grava No.2 = C2   Aplicando la formula: 

Ca =

Pb(2) - m ………………………… (3)  d(2)

 

m=   Valores:       

   

Pb(2)   d(2)   Pb(1)   s(1)   d(1)  

=   =   =   =   =  

Pb(1) i(1)   d(1)

2.00  0.924  1.62  0.072  0.903 

  Sustituyendo:    

Ca =

2.00 1.62 x 0.072 = 2.16 - 0.13 = 2.03   0.924 0.903

 

Ca = 2.03  

    Material 

Proporción  Base 

Proporción  Corregida 

Cemento   Arena   Grava 1  Grava 2  Agua 

1.00  1.34  1.62  2.00  0.60 

1.00  1.39  1.54  2.03  0.60 

    Estas correcciones se pueden simplificar con el uso de formatos, como en la hoja anexa se puede  ver.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

70 

 

VI.7.2.‐ Corrección por humedad y absorción del agregado:  La  proporción  "corregida  por  contaminación"  deber  corregirse  por  humedad  y  absorción.  Supóngase que en el ejemplo anterior se tienen unas humedades de 6.0, 2.3 y 2.1% y absorciones  de 0.9, 0.7 y 0.7% de la arena, grava 1 y grava 2 respectivamente.   Si el consumo de cemento por metro cúbico es de 350 Kg, entonces de acuerdo a la proporción  corregida por contaminación tendremos un consumo de arena por metro cúbico de 1.39 X 350 =  487 Kg/m3, grava 1 de 487 Kg/m3, grava 2 de 710 Kg/m3 y agua de 210 Kg/m3.   •

•   •

Corrección de la Arena:  Humedad 6.0%  Absorción 0.9%   Consumo corregido = Consumo X (1 + Humedad ‐ Absorción)  487 X (1.000 + 0.060 ‐ 0.009) = 512 Kg/m3    Corrección de la Grava 1:  Humedad 2.3%  Absorción 0.7%  539 X (1.000 + 0.023 ‐ 0.007) = 548 Kg/m3  Corrección de la Grava 2:  Humedad 2.1%  Absorción 0.7%  710 X (1.000 + 0.021 ‐ 0.007) = 720 Kg/m3 

   Debido a que los agregados también proporcionan agua para el mezclado, es necesario también  reducir la cantidad de esta, esta corrección es igual al agua de la proporción base, menos el agua  aportada por la humedad de los agregados, mas el agua absorbida de los agregados:  • • •

Por humedad = 487(0.060) + 539(0.023) + 710(0.021) = 56.53  Por absorción = 487(0.009) + 539(0.007) + 710(0.007) = 13.12  Cantidad de agua corregida = 210 ‐ 56.53 + 13.12 = 167 Kg/m3 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

71 

   

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

72 

 

VII. ELABORACIÓN Y MUESTREO DE CONCRETO FRESCO   La  elaboración  de  concreto  en  el  laboratorio,  sirve  para  evaluar  las  propiedades  de  una  dosificación realizada en base a un diseño apoyado en tablas y gráficas, con esto podremos saber  que dichas propiedades cumplan con los requerimientos de calidad de las especificaciones bajo las  cuales se diseñó un determinado tipo de concreto, en caso contrario realizar los ajustes necesarios  al proporcionamiento de la mezcla.  Las  principales  pruebas  que  se  realizan  al  concreto  fresco  son  la  de  consistencia  (revenimiento),  fluidez,  manejabilidad,  aire  incluido,  y  la  elaboración  de  cilindros  de  prueba  para  verificar  la  resistencia a la compresión una vez endurecido a una edad determinada (generalmente 28 días). 

VII.1.‐

Mezclado de concreto en el laboratorio 

El concreto debe de mezclarse en una revolvedora apropiada, o a mano, en revolturas de volumen  tal que después de colar los especímenes quede un exceso de 10 por ciento, aproximadamente. El  mezclado  manual  no  es  aplicable  a  concreto  con  aire  incluido  o  concreto  que  no  tenga  revenimiento que no pueda medirse; se limita a revolturas de 7 lt de volumen o menos.  La  temperatura  de  los  materiales  que  compongan  al  concreto,  debe  mantenerse  uniforme,  y  de  preferencia en un valor comprendido entre 20 y 25 °C.  El  cemento  debe  almacenarse  en  un  lugar  seco  dentro  de  recipientes  impermeables,  de  preferencia metálicos.  Antes  de  hacer  el  concreto,  los  agregados  deben  tratarse  para  asegurar  una  condición  de  humedad  definida  y  uniforme,  debe  determinarse  el  contenido  de  humedad  del  agregado  para  permitir  el  cálculo  de  las  correcciones  para  obtener  las  cantidades  apropiadas  del  agregado  húmedo.  La  humedad  superficial  presente  se  considerará  como  parte  del  agua  de  mezclado,  restándole la cantidad necesaria para la absorción de los agregados. Debe tenerse cuidado de que  no se sequen durante el pesado y empleo.   Los aditivos en polvo que sean muy o totalmente insolubles, que no contengan sales higroscópicas  y que vayan a usarse en cantidades pequeñas, deben de mezclarse con una porción de cemento  antes de introducir los materiales a la revolvedora, a fin de asegurar una combinación completa  con  toda  la  masa  del  concreto.  Materiales  esencialmente  insolubles,  que  se  usen  en  cantidades  mayores de 10% del peso del cemento, tales como puzolanas, deben manejarse y adicionarse a los  otros materiales para la revoltura en la misma forma que el cemento. Aditivos en polvo que sean  muy  insolubles  pero  que  contengan  sales  higroscópicas,  pueden  hacer  que  el  cemento  forme  grumos, por lo que deben mezclarse con la arena. Aditivos solubles y aditivos líquidos deben de  introducirse en la revolvedora disueltos en el agua de mezclado. El tiempo y el método para incluir  algunos  aditivos  a  la  revolvedora  de  concreto  pueden  tener  efectos  importantes  sobre  ciertas  propiedades de este, como tiempo de fraguado y contenido de aire. El método que se seleccione  debe ser uniforme de revoltura a revoltura, y simular una práctica de campo adecuada.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Equipo necesario:  •

• • • • •

Charola.  Recipiente  de  lámina  galvanizada  gruesa,  de  fondo  plano,  con  profundidad  adecuada  y  capacidad  suficiente  para  permitir  el  fácil  mezclado  con  pala  o  cuchara  del  total de la revoltura por ensayar o si el mezclado se hace con revolvedora, para recibir la  descarga completa y permitir el remezclado con pala o cuchara.  Báscula y balanza con exactitud dentro del 0.3 por ciento   del material que se pese.  Revolvedora para concreto.  Pala y cuchara de albañil.  Guantes de hule. 

VII.1.1.‐ Mezclado mecánico  Procedimiento:  1) Se  realizan  las  correcciones  en  los  pesos  de  los  materiales  de  acuerdo  al  volumen  a  mezclar y al contenido de humedad de los agregados.   2) Antes  de  poner  en  marcha  la  revolvedora  se  introduce  el  agregado  grueso,  un  poco  de  agua de mezclado y la solución de aditivo, cuando este se requiera. Cuando sea posible, el  aditivo se dispersa en el agua de mezclado antes de adicionarlo.  3) Se pone en movimiento la revolvedora y se añaden el agregado fino, el cemento y el agua.  Si para una revolvedora o un ensaye en particular o un ensaye en particular, es impráctico  adicionar  estos  materiales  mientras  la  revolvedora  esta  en  movimiento,  dichos  componentes  pueden  incorporarse  cuando  no  se  encuentre  en  marcha,  después  de  permitir que de algunas revoluciones con el agregado grueso y parte del agua.  4) Con  todos  los  ingredientes  en  la  revolvedora,  el  concreto  se  mezcla  durante  3  min  y  se  deja en reposo otros 3 min, para revolver finalmente 2 min. Debe cubrirse la  boca de la  revolvedora, a fin de evitar la evaporación durante el periodo de reposo.  5) Con objeto de evitar la segregación, se deposita en la charola limpia y húmeda el concreto  mezclado mecánicamente y se remezcla con pala o cuchara hasta que presente un aspecto  uniforme.  Se deben tomar precauciones para compensar el mortero que quede retenido en la revolvedora,  de modo que, al usarse, la revoltura que se descargue esté correctamente proporcionada. Es difícil  recuperar  todo  el  mortero  de  las  revolvedoras.  Para  compensar  esta  dificultad  se  recomienda  realizar un mezclado previo, justamente antes de mezclar la revoltura para el ensaye que vaya a  realizarse,  la  revolvedora  se  unta  por  medio  del  mezclado  de  una  revoltura  que  se  haya  proporcionado para simular aproximadamente la del ensaye. La idea es de que el mortero que se  adhiera a la revolvedora a la primera revoltura, compense la pérdida de mortero que se tenga en  el ensaye.    David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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VII.1.2.‐ Mezclado manual  Procedimiento:  1) Se  realizan  las  correcciones  en  los  pesos  de  los  materiales  de  acuerdo  al  volumen  a  mezclar y al contenido de humedad de los agregados.   2) En  la  charola  limpia  y  húmeda  se  revuelven,  sin  agregar  agua,  el  cemento,  el  aditivo  insoluble en polvo (en caso de usarse) y el agregado fino hasta que estén completamente  combinados.  3) A continuación, también si agregar agua, se adiciona el agregado grueso y se mezclan los  materiales de una revoltura completa, hasta que la grava esté distribuida uniformemente.  4) Se adiciona el agua y el aditivo en solución (en caso de usarse), y se mezcla la masa hasta  que el concreto tenga un aspecto homogéneo y la consistencia deseada.  5) Si se hace necesario un mezclado prolongado, debido a la adición de agua en incrementos  para ajustar la consistencia, debe descartarse la revoltura y hacerse una nueva en la que el  mezclado no se interrumpa para ajustar la consistencia. 

VII.2.‐

Muestreo de concreto fresco 

Las  porciones  de  la  revoltura  ya  mezclada  que  vayan  a  usarse  en  las  pruebas  o  para  moldear  especímenes,  se  seleccionan  de  modo  que  sean  representativas  del  proporcionamiento  y  condiciones reales del proporcionamiento y condiciones reales del concreto. Cuando el concreto  no se este remezclando o muestreando se debe cubrir, a fin de evitar la evaporación.  El tiempo que transcurra entre la obtención de la primera y de la última porción de las muestras  deberá ser tan corto como sea posible, pero en ningún caso excederá de 15 min.  Las pruebas de revenimiento, de contenido de aire, o ambas, deberán comenzarse dentro de los  primeros 5 min después de completar el muestreo. El moldeado de especímenes para pruebas de  resistencia tendrá que comenzarse dentro de los primeros 15 min. La muestra deberá protegerse  del sol, del viento y de otras causas de evaporación rápida, así como de la contaminación.  Los procedimientos del muestreo deberán incluir el empleo de todas las precauciones que ayuden  a  obtener  muestras  verdaderamente  representativas  de  la  naturaleza  y  condición  del  concreto  muestreado. 

VII.3.‐

Consistencia (revenimiento) 

La consistencia es una de las formas de calificar la manejabilidad de un concreto y se determina  mediante la prueba llamada revenimiento.  Equipo necesario:  • •

Cono truncado para revenimiento  Cucharón 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  • • • •

Charolas  Varilla lisa de 5/8" de diámetro con punta redondeada.  Guantes de hule  Cinta métrica, graduada en mm. 

Procedimiento:  1) La muestra de concreto fresco, que va a servir para la prueba, se uniformiza mezclándola  con el cucharón.  2) Se coloca el molde sobre una superficie plana, rígida y no absorbente, sujetándola con los  pies.  3) Con  el  cucharón  se  vierte  el  concreto  fresco  en  el  interior  del  molde,  hasta  ocupar  una  tercera parte de su volumen.  4) Enseguida, se apisona 25 veces en toda la superficie.  5) El cono deberá llenarse en tres capas, las cuales se trabajan cada una como se indica en  los encisos 3 y 4, solamente que al picar con la varilla, la segunda y tercera capa, deberá  tenerse la precaución de que aquélla no penetre más de 25.4 mm (1") en la capa colocada  anteriormente.  6) Terminado el llenado, se enrasa con la misma varilla y se retira toda la mezcla que haya  caído exteriormente.  7) Inmediatamente  después  se  quita  el  molde,  para  lo  cual  debe  sujetarse  por  sus  asas,  se  tira hacia arriba verticalmente y de una manera continua. Esta operación debe hacerse en  un tiempo de 5 segundos con una tolerancia de 2 (de 3 a 7 segundos).  La operación completa, desde el momento de llenado hasta que se levante el molde, debe  hacerse sin interrupción y en un tiempo no mayor de 2.5 minutos (NOM C‐156 y ASTM C‐ 143).  8) Se coloca el molde aun lado de la muestra de concreto y mediante la varilla y la cinta se  toma  la  diferencia  de  altura.  Si  la  superficie  es  muy  irregular,  deberán  tomarse  tres  lecturas sobre uno de sus diámetros y promediar.  Si  dos  muestras  consecutivas  hechas  de  la  misma  muestra  presentan  fallas  al  caer  parte  del  concreto a un lado, probablemente el concreto carece de la necesaria plasticidad y cohesión, en  este caso no es aplicable la prueba de revenimiento.  En esta prueba se obtienen valores confiables de revenimiento en el intervalo de 2 a 20 cm. 

VII.4.‐

Fluidez 

La fluidez es otra de las características que sirven para calificar la manejabilidad de un concreto. La  prueba de fluidez, conoce en conocer la dificultad o facilidad que presenta una mezcla de concreto  dada, al deslizamiento sobre una superficie, originada por movimientos iguales y consecutivos, los  cuales obligan al concreto a extenderse.  Equipo necesario:  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  • • • • • • • • •

Molde, cono truncado con diámetro interior en la base inferior de 254 mm (10"), 171 mm  (6 3/4") de diámetro en la base superior, y 127 mm (5") de altura   Pisón, varilla de madera dura, redonda, lisa, se 15.8 mm (5/8") de diámetro y 61 cm (24")  de largo con punta redondeada  Mesa de fluidez de 76.2 cm (30") de diámetro y con excéntrico   para caídas de 12.7 mm (1/2") o más  Cinta métrica graduada en milímetros  Cucharón  Charolas  Guantes de hule  Cronómetro 

Procedimiento:  1) La muestra de concreto fresco se uniformiza utilizando el cucharón.  2) Se centra cuidadosamente el molde cónico sobre el plato de la mesa de fluidez.  3) Se llena la primera mitad del molde, cuidando de que al hacerlo el concreto se deposite  uniformemente  y  sin  segregaciones,  lo  cual  se  logra  haciendo  girar  suavemente  la  mesa  mientras se vierte el concreto.  4) Se golpea con el pisón 25 veces consecutivas al concreto depositado en el molde.  5) Se llena la segunda parte del molde con más concreto, haciendo la operación tal y como se  indica en (3) y (4), cuidando que el pisón no penetre más del espesor de ésta última capa,  y se enrasa.  6) Se limpia la superficie del disco alrededor del molde y se quita.  7) Con una altura de caída de 12.7 (1/2") se golpea uniformemente el disco 15 veces en 15  segundos.  8) Enseguida  se  miden  dos  diámetros  en  ángulo  recto  sobre  la  superficie  de  concreto  después de trabajado. El aumento de diámetro obtenido por el concreto así trabajado es  el  valor  de  la  fluidez  y  se  expresa  como  porcentaje  del  diámetro  (original)  de  la  base  inferior del cono de prueba.  Cálculo: 

⎛d ⎞ Porcentaje de fluidez = ⎜ X 100 ⎟ - 100   ⎝D ⎠   Donde:    d = Promedio en mm de 6 diámetros sobre la superficie del  concreto después de la prueba (enciso 8).  D = Diámetro original en mm de la base inferior del molde cónico.   

VII.5.‐

Determinación del peso volumétrico del concreto fresco 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  Los  resultados  obtenidos  en  la  prueba  del  peso  volumétrico,  pueden  ser  lo  suficientemente  precisos para determinar adecuadamente la cantidad de concreto producido por una revoltura. Se  debe  de  tener  cuidado  de  compactar  la  muestra  correctamente  y  de  usar  un  rasero  para  emparejar su superficie.  Capacidad del recipiente 

Diámetro 

Altura 

Tamaño máximo del agregado 

14.2 Lts  28.4 

25 cm  35 

27.8 cm  28.4 

Hasta 2"  Más de 2" 

  Procedimiento:  • •

•

Se realiza el muestreo del concreto fresco de acuerdo a lo establecido en VII.2.  El  recipiente  se  llena  en  tres  capas  aproximadamente  iguales,  la  masa  de  concreto  se  apisona  25  veces  por  capa  con  una  varilla  lisa  de  5/8"  de  diámetro  con  la  punta  redondeada,  distribuidos  uniformemente  sobre  toda  la  sección,  si  el  recipiente  es  del  tamaño máximo de 2"; 50 golpes, si es del tamaño máximo mayor de 2".  Después de la compactación, la superficie superior se enrasa y se alisa con una placa de  cubierta plana. 

  Cálculo:  Para  el  cálculo  del  peso  volumétrico  se  procede  de  la  siguiente  manera.  Se  resta  el  peso  del  recipiente del peso del concreto mas el recipiente, y se divide entre el volumen del recipiente.  El producto resultante se compara con la suma acumulada de los materiales de concreto. 

VII.6.‐

Determinación del contenido de aire 

Para  la  determinación  del  contenido  de  aire,  se  utiliza  un  medidor  de  presión,  que  consisten  en  una  olla  de  presión,  la  operación  principal  de  este  medidor  consiste  en  igualar  un  volumen  conocido  de  aire  a  una  presión  conocida  en  una  cámara  sellada  con  el  volumen  de  vacios  contenido en la muestra de concreto, el indicador del manómetro ha sido calibrado en términos  de por ciento de aire cuando la igualación toma lugar.  Su capacidad mínima es de 0.20 ft3 y tiene un diámetro igual a 0.75 a 1.25 veces la altura.  Procedimiento:  •

Se  llena  la  olla  de  presión  con  una  muestra  representativa  de  concreto  en  tres  capas  aproximadamente iguales, aplicando 25 golpes de varilla por capa distribuidas en toda la  sección, luego de la compactación de cada capa se aplican 10 o 15 golpes alrededor de la  olla de medición con un martillo de hule para expulsar el aire atrapado en el concreto. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  •

•

Se limpian las cejas de la olla y de la tapa para conseguir un buen sello entre ambas, luego  del  ensamble  se  abren  las  dos  válvulas  y  se  inyecta  agua  por  una  de  ellas  mediante  un  bombillo, hasta que el agua sea expulsada gentilmente por la válvula contraria.  Se  bombea  aire  a  la  cámara  hasta  alcanzar  la  presión  de  calibración,  luego  de  unos  segundos  se  abre  la  compuerta  que  comunica  el  aire  a  la  olla  de  medición  y  es  aquí  cuando  la  igualación  toma  lugar  y  en  virtud  que  el  único  elemento  compresible  en  el  concreto es el aire, el manómetro indicará el porcentaje de aire con respecto el volumen  unitario del concreto. 

VII.7.‐ Elaboración de especímenes de concreto para evaluar la resistencia a la  compresión  La  resistencia  a  la  compresión  directa  en  un  concreto,  es  un  índice  de  su  calidad,  pudiéndose  derivarse de ella todos los valores de los distintos esfuerzos que se necesitan conocer para prever  su comportamiento estructural.  Para determinar este valor se requieren especímenes de dimensiones definidas que guarden cierta  relación con el tamaño de los agregados que estén formando el concreto que se desee ensayar.  Generalmente,  cuando  se  parte  de  concretos  frescos,  el  molde que  dará  forma  al  espécimen  de  prueba es cilíndrico y su tamaño dependerá de las dimensiones de los agregados que integren el  concreto, según la tabla siguiente:     Relación de esbeltez  h/d = 2.0 

Tamaño máximo  del agregado 

h  mm  6.4 o menos  6.4 a 19.1  19.1 a 38.1  38.1 a 76.2   76.2 a 152.4 

pulg  1/4 o menos   1/4 a 3/4   3/4 a 1 1/2   1 1/2 a 3   3 a 6 

mm  102  203  305  610  914 

D  pulg  4  8  12  24  36 

mm  51  102  152  305  457 

pulg  2  4  6  12  18 

  Cuando  la  relación  de  altura  a  diámetro  no  es  igual  a  2.0,  la  resistencia  obtenida  deberá  ser  corregida de acuerdo con la gráfica anexa.        David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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Grafica para corrrección n por Esb beltez ASSTM C ‐ 42

Factor de Corrección

0.90 y = ‐0.043x3 + 0.14 44x2 ‐ 0.035x ++ 0.844 R² == 0.999

0.92

0.94

0.96

0.98

1.00 1.0

1.1

1.2 2

1.3

1.4

1.5

1.6

1 1.7

1.8

1.9

2.0 0

Relaciión de Esbeltez h//D   A continuación se d describen los  procedimien ntos necesario os para la fab bricación, currado, cabeceo o y  rupturaa de especímenes de conccreto.  

VII.7.1.‐ Fabricación de cilin ndros  Equipo o necesario:  •

• • • •

do  de  que  laas  paredes  del  molde  y  sus  s Moldes  cilíndricos  (debe  tenerse  esspecial  cuidad juntas  estén  perfectameente  cerradass  para  evitar  la  fuga  de  agua  al  moldeear  el  concreto.  n estar siemp pre engrasadaas).  Las paredess del molde y la placa adiciional deberán Vibrador de e concreto o vvarilla punta d de bala de 5//8" de diam. Charolas.  Cucharón.  Cuchara de albañil. 

Proced dimiento:  1) Se coloca en una charolaa la muestra rrepresentativva del concretto recién mezzclado.  2) Se uniformiiza con el cuccharón (si el ttamaño máximo del agreggado que inteegra el concreeto  es mayor que el indicad do para las diimensiones d del molde, la  malla deberáá cribarse en n la  malla correspondiente).  Páez Ruiz                                                                                     David P  Institu uto Tecnológico de Tijuanaa                           

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  3) Se  coloca  el  molde  sobre  su  base  previamente  engrasado  y  en  un  sitio  en  el  que  no  se  produzcan vibraciones y pueda permanecer sin ser movido durante 24 horas.  Existen  dos  formas  de  compactar  los  especímenes  de  concreto:  Compactación  con  vibrador  y  Compactación con varilla.  VII.7.1.1.‐ Compactación con vibrador  4) Una vez tamizada o no y uniformizada la mezcla, se vierte el concreto en el molde hasta  que  llene  la  mitad  de  su  volumen.  Cada  cucharada  de  concreto  deberá  depositarse  en  distinta dirección.  5) Se introduce el vibrador en acción cuidando no tope su extremo con el fondo del molde, el  periodo de vibración dependerá del revenimiento que presente el concreto. Tres o cuatro  inmersiones  del  vibrador,  de  tres  o  cuatro  segundos  de  tiempo  cada  una,  son  generalmente  suficientes  para  cualquier  caso.  Una  condición  que  puede  determinar  el  tiempo y número de inmersiones del vibrador es la presencia del mortero en la superficie  de la capa vibrada.  6) Se  llena  la  otra  mitad  del  molde  operando  el  cucharón  en  igual  forma  que  la  indicada  anteriormente y procurando que al vibrar el concreto, la superficie de éste llegue a unos 3  mm abajo del borde del molde.  7) El  número  de  inmersiones  del  vibrador  será  igual  al  empleado  al  compactar  la  primera  capa,  procurando  que  el  extremo  de  éste  no  penetre  más  de  25  mm  (1")  en  la  capa  anteriormente compactada.  8) Después  de  compactar  la  segunda  capa,  se  adiciona  una  pequeña  cantidad  de  concreto  con la cuchara y se enrasa al borde del molde, alisando la superficie.  VII.7.1.2.‐ Compactación con varilla  4)   Se hacen en igual forma las operaciones marcadas en (1) a (3).  5)   En este caso, el molde se llenará en tres capas, llenando con cada una de ellas un tercio de  la altura del molde.  6)  Cada  capa  se  golpeará  con  la  varilla  25  veces  consecutivas  en  toda  la  superficie  del  concreto, cuidando que al golpear la segunda y tercera capas no penetre la varilla más de 25  mm, en la anteriormente compactada.  7)  Se enrasa en la forma que se indica en (8) en Compactación con vibrador.  8)  El molde con su contenido deberá en ambos casos permanecer inmóvil durante 24 horas, y  se protegerá  la superficie  con un lienzo o papel húmedo, cuando haya desaparecido el agua  superficial del concreto. 

VII.7.2.‐ Curado y almacenamiento de cilindros de prueba  1) A  todos  los  especímenes  se  les  quitará  el  molde  a  las  24  horas  después  de  su  colado  (permitiéndose un margen de entre 20 a 48 horas, NOM C‐160); para ello y cualquiera que  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  sea el tipo de molde, se tendrá cuidado suficiente para no lastimar el espécimen, evitando  golpearlo en la operación.  2) Una  vez  descimbrado  el  espécimen,  se  marcará  tanto  una  de  sus  bases  como  en  la  superficie cilíndrica, con la identificación que le corresponda; al mismo tiempo se anotarán  estos datos en los registros adicionales de que se disponga, completándolos con la edad  de prueba y fecha de ejecución.  3) Acto  continuo  el  cilindro  se  protegerá  de  la  pérdida  de  la  humedad  colocándolo  en  el  cuarto de curado a una temperatura de 21 a 25 °C (23 °C +‐ 2), humedad relativa de 100%,  inmersión en agua o enterrándolo en arena, la cual estará perfectamente húmeda. En los  dos últimos casos deberá llevarse un registro de las temperaturas.  4) El  cilindro  deberá  permanecer  en  cualquiera  de  las  condiciones  señaladas  en  el  párrafo  anterior, hasta el momento de prueba. 

VII.7.3.‐ Preparación de las bases de los cilindros de prueba  Las bases de los especímenes, en lo general, no presentan superficies verdaderamente planas, por  lo que siempre hay la necesidad de emparejarlas con algún material lo suficientemente resistente  y  capaz  de  transmitir  antes  de  deteriorarse,  las  cargas  que  se  apliquen  durante  la  prueba.  La  mezcla más satisfactoria en uso es la del azufre con algún material inerte finamente molido; este  último material puede ser arcilla cribada. Al proceso de emparejar las bases de los cilindros se lo  conoce comúnmente como cabeceo.  Equipo necesario:  • • • • • • • • •

Base de cabeceo.  Martillo de cabeza de hule.  Espátula  Recipiente para fundir azufre. Existen dos tipos de recipientes para el fundido del azufre:  Recipiente equipado con dispositivo que controlan automáticamente la temperatura.  Recipiente sometido a calor externo.  Azufre y arcilla fina cribada.  Cepillo de alambre.  Bascula, cinta métrica y compas para pesar y medir las dimensiones del cilindro. 

Procedimiento:  Preparación de la mezcla para cabeceo.‐ Tres partes en peso de azufre para una parte de arcilla  que pasa la malla No. 48 (0.297 mm) constituyen los elementos para la elaboración de la mezcla.  Esta  es  calentada  entre  175  y  200  °C,  para  fundirla,  la  cual  después  de  logrado  tendrá  una  apariencia  viscosa  y  espumosa;  para  el  cabeceo  deberá  dejarse  enfriar  un  poco  hasta  que  disminuya  su  viscosidad  quedando  más  fluida,  y  desaparezca  la  espuma.  El  punto  correcto  de  la  consistencia debe determinarlo la experiencia propia. El calentamiento y enfriamiento alternados  de  la  mezcla  después  de  una  serie  de  ciclos  proveen  a  ésta  de  cierta  elasticidad  que  la  hace  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  impropia  para  usarse,  por  lo  tanto,  aun  cuando  la  mezcla  pueda  aprovecharse  repetidas  veces,  esto tiene un límite.  1) Al  ser  tomados  los  cilindros  del  sitio  que  ocupaban  durante  su  curado,  deberán  secarse  superficialmente.  2) A continuación se cepillan las bases con un cepillo de alambre para eliminar todo polvo o  partículas sueltas.  3) Una vez limpio el cilindro se miden varios diámetros y alturas, se promedian y se registran.  También se pesara el cilindro.  4) El plato de la base de cabeceo debe ser precalentado ligeramente antes de ser empleado  para disminuir la velocidad de endurecimiento y permitir la formación de capas delgadas.  Las capas de cabeceo deben tener alrededor de 3 mm de espesor y ninguna parte de las  mismas debe tener un espesor mayor de 5 mm (NOM C‐109).  5) Se  vierte  en  la  base  de  cabeceo  debidamente  nivelada  y  engrasada,  una  cantidad  de  mezcla de azufre suficiente para una cabeza del cilindro.  6) Inmediatamente y antes de que se cristalice la mezcla, se coloca el cilindro manteniéndolo  apoyado en toda su longitud sobre las guías de la base de cabeceo para hacer coincidir su  eje con la vertical, se desliza el cilindro hacia abajo presionándolo contra la placa y se deja  enfriar la mezcla.  7) Se golpea ligeramente con el martillo la placa para despegar de ella la mezcla de azufre.  8) Hay que cerciorarse si la lámina de la mezcla es compacta y está íntimamente ligada a la  base del cilindro; para ello basta con golpear ligeramente con los nudillos de los dedos la  superficie de la mezcla y  apreciar su sonido. Si hay algún punto hueco o fallo de liga, se  quitará la lámina de mezcla colocando una nueva.  9) Las operaciones para el  cabeceo de la base opuesta del cilindro se harán de  igual forma  que la señalada en los puntos del (5) al (8). Las bases así preparadas estarán terminadas  para servir de apoyo a la carga que se le aplique al cilindro.  10) Si  los  cilindros  se  van  a  probar  después  de  algunas  horas  de  preparadas  sus  bases  (cabeceados), deberán ser protegidos de la pérdida de humedad. 

VII.7.4.‐ Ruptura de cilindros  Los especímenes de  concreto deberán  romperse probarse a la compresión tan pronto  como sea  posible después de haberlos retirado del cuarto de curado.  Equipo necesario:  •

Máquina de compresión 

Procedimiento:  1) El  espécimen  se  deberá  colocar  en  la  base  inferior  de  la  máquina,  la  cual  presenta  una  serie  de  círculos  concéntricos  de  distintos  diámetros  (generalmente  los  que  son  más  usuales en los cilindros de prueba), con el objeto de que el cilindro quede bien centrado.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  2) En la máquina de compresión hay que cerciorarse  de que la aguja marque  cero sobre la  carátula.  3) Se  hace  funcionar  la  máquina  de  modo  de  que  el  cilindro  de  prueba  se  aproxime  lentamente  a  la  cabeza  de  carga  hasta  que  encuentre  apoyo  completo,  sin  ocasionar  choque.  La máquina de prueba puede ser de cualquier tipo, con capacidad suficiente y que puede  funcionar  a  la  velocidad  de  aplicación  requerida,  sin  producir  impactos  ni  pérdidas  de  carga. El operador de la máquina debe estar familiarizado con ésta para poder operarla de  acuerdo a los requerimientos del ensaye de cilindros a compresión.   4) Se va aplicando carga uniformemente a razón de una velocidad de carga que este dentro  del intervalo de 84 a 210 Kg/cm2/min, hasta la falla del espécimen.  5) La  carga  total  necesaria  para  ocasionar  la  falla  del  espécimen  debe  ser  registrada  y  expresarse como resistencia unitaria en Kg/cm2.  Cálculo: 

f 'c =

P   A

Donde:     f'c = Resistencia última a la compresión en Kg/cm².  P = Carga total registrada en Kg.  A = Área del espécimen de prueba en cm².     

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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VIII. EVALUACIÓN DE RESULTADOS DE ENSAYES A  COMPRESIÓN  La  función  principal  de  los  ensayes  a  compresión  del  concreto  es  asegurar  la  producción  de  concreto  uniforme  y  de  la  resistencia  y  calidad  deseadas.  Como  el  concreto  es  una  masa  endurecida  de  materiales  heterogéneos  está  sujeto  a  la  influencia  de  numerosas  variables.  Las  características  de  cada  uno  de  los  ingredientes  del  concreto  pueden  producir  variaciones  que  dependen de su uniformidad. Las variaciones también pueden deberse a las prácticas utilizadas en  el proporcionamiento, mezclado, transporte, colocación y curado.. Además de las variaciones que  existen  en  el  concreto  mismo,  también  se  introducen  variaciones  de  resistencia  durante  la  fabricación, ensaye y cuidado de los especímenes de ensaye. Las variaciones en la resistencia del  concreto  deben  aceptarse;  pero  puede  producirse  un  concreto  de  la  calidad  adecuada  si  se  mantiene un control correcto, si se interpretan adecuadamente los resultados de ensaye, y si se  consideran las limitaciones.    La  resistencia  a  la  compresión  no  es  necesariamente  el  factor  más  crítico  al  diseñar  mezclas  de  concreto, ya que otros factores tales como la durabilidad, pueden fijar relaciones agua/cemento  menores  que  las  que  se  requieren  para  alcanzar  los  requisitos  de  resistencia.  En  tales  casos,  la  resistencia necesariamente ser mayor de la que se requiere por diseño estructural. Sin embargo,  los  ensayes  de  resistencia  también  son  valiosos  en  tales  circunstancias,  ya  que  con  los  proporcionamientos  fijados,  las  variaciones  de  resistencia  indican  variaciones  en  otras  propiedades.   Los  especímenes  de  ensaye  indican  la  resistencia  potencial  de  una  estructura  más  que  su  resistencia  real;  una  mano  de  obra  deficiente  al  colocar  y  curar  el  concreto  puede  producir  reducciones  en  la  resistencia  que  no  se  reflejan  en  los  ensayes.  Siempre  que  sea  práctico  las  conclusiones sobre la resistencia del concreto deben derivarse de un conjunto de ensayes a partir  del cual se puede estimar en forma más precisa las características y uniformidad del concreto. Si  se confía demasiado en los resultados de unos cuantos ensayes, las conclusiones que se alcancen  pueden ser erróneas.  Los  métodos  estadísticos  no  se  han  usado  mucho  en  el  diseño  y  construcción  de  estructuras  de  concreto.  Sin  embargo,  estos  métodos  proporcionan  una  herramienta  muy  valiosa  para  interpretar  los  resultados  de  los  ensayes  de  resistencia,  tal  información  es  también  valiosa  para  refinar los criterios de diseño y las especificaciones. 

VIII.1.‐ Variaciones en la resistencia  La magnitud en las variaciones en la resistencia de cilindros de concreto depende del control que  se  lleve  sobre  los  materiales,  la  fabricación  del  concreto  y  los  ensayes.  Las  diferencias  en  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  resistencias  pueden  deberse  a  dos  causas  fundamentales  diferentes,  como  se  muestra  a  continuación:  1.‐ Variaciones esenciales del concreto:    

 

a) Variaciones en la relación agua/cemento debidas a:  ‐Control deficiente en la dosificación del agua.  ‐Variaciones excesivas en la humedad de los agregados.    b) Variaciones en el consumo de agua debidas a:   ‐Variaciones en la granulometría de los agregados.   ‐Falta de uniformidad en los materiales.    c)  Variaciones  en  las  características  y  proporciones  de  los  componentes  (agregados, cemento, puzolana y aditivos).  d) Variaciones por efecto de transporte, colocación y compactación.  e) Variaciones en la temperatura y en el curado. 

2.‐ Variaciones en los procedimientos de ensaye:  a) Procedimientos de muestreo inconsistentes.  b) Técnicas de fabricación no uniformes:  ‐Compactación variable.  ‐Manejo excesivo de las muestras.  ‐Cuidado deficiente de los especímenes frescos.    c) Deficiencias en el curado:  ‐Variación en la temperatura.  ‐Variación en la humedad.    d) Procedimientos de ensaye inadecuados:  ‐Cabeceo incorrecto de los especímenes.  ‐Ensaye deficiente     

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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VIII.2.‐ Frecuencia de las pruebas  Para  obtener  la  máxima  información,  deberán  hacerse  ensayes  de  compresión  en  un  número  suficiente para representar al concreto producido, y deberán emplearse los métodos estadísticos  apropiados para interpretar los resultados. Los métodos estadísticos proporcionan la mejor base  para  deducir  de  tales  resultados,  la  calidad  y  resistencia  potenciales  del  concreto  en  una  estructura y para expresar los resultados en la forma más útil. La teoría estadística supone que las  características de la muestra representan el cálculo mejor y más eficaz de las características de la  población.  Conforme  se  incrementa  el  número  de  muestras,  el  estimado  mejora  y  disminuye  el  error del mismo.   En  la  construcción  de  concreto  sí  es  posible,  pero  definitivamente  nada  práctico,  efectuar  un  muestreo del 100%; si se llevara a cabo, no quedaría concreto para la estructura pero los registros  de control de calidad serían perfectos.   El  reglamento  del  ACI  en  su  sección  4.3.1.  nos  dice  que  "Las  muestras  para  las  pruebas  de  resistencia deben tomarse no menos de una vez por día ni menos de una vez por cada 120 m3 de  concreto o por cada 450 m2 de la superficie que se coloca el concreto. Cada resultado de prueba de  resistencia debe ser el promedio de dos cilindros de la misma muestra probados a los 28 días, o a  una edad menor especificada".  La  NOM  C‐155  nos  dice  que  el  muestreo  para  cada  tipo  de  concreto  debe  hacerse  con  la  frecuencia indicada en la tabla siguiente, por día de colado y con el mínimo de muestras señalado  para cada caso con el fin de que resulte efectivo.  Tabla No. 1 Frecuencia de muestreo  Número de Muestras 

Num. De Entregas  (Unidad Mezcladora) 

Recomendado 

Mínimo Obligatorio 

1  2 a 4  5 a 9  10 a 25  26 a 49  50 en adelante 

1  2  3  5  7  9 

1  1  2  3  4  5 

  Las muestras para las pruebas de resistencia deben tomarse en una forma estrictamente aleatoria,  si  se  pretende  medir  correctamente  la  aceptabilidad  del  concreto.  La  elección  de  las  horas  para  hacer el muestreo o de las mezclas de concreto que se van a muestrear debe hacerse únicamente  al azar dentro del periodo de colocación del concreto, con el objeto de que sean representativas.  Si  las  mezclas  de  prueba  se  eligen  por  el  aspecto,  la  conveniencia  o  cualquier  otro  criterio  imparcial, los conceptos estadísticos pierden validez.  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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VIII.3.‐ Análisis estadístico de los resultados de resistencia  La teoría estadística define a la población como a un grupo de entes con algunas características de  interés. En este estudio definimos a la población como a una colección de datos relacionados con  el control de calidad del concreto. Por ejemplo, haremos referencia a una población que consiste  en un archivo de datos de resistencia a la compresión de 28 días para una clase dada de concreto.  La estadística con la que se está familiarizada es la media aritmética, a la que comúnmente se hace  referencia  como  promedio.  Sin  embargo,  existe  el  peligro  de  interpretarla  de  una  manera  simplista, lo cual puede opacar información más importante necesaria para una mejor evaluación  de un concreto. Una medida de tendencia central más útil es la desviación estándar, la cual indica  que  tanto  los  valores  individuales  de  una  serie  de  datos  particulares  varían  alrededor  del  promedio. Por ejemplo, todos los ejemplos de registros de la resistencia de compresión a 28 días  del  concreto  en  la  tabla  No.  2  tienen  el  mismo  promedio,  pero  representan  niveles  completamente diferentes de control de calidad, como lo indican sus desviaciones estándar.   Tabla No. 2 resistencia a la compresión a los 28 días.    Ejemplo A   Ejemplo B  Ejemplo C      257*  212  408    252   283   274    261  253   253    252  243  190    259  290  156  Promedio  256   256  256  Desviación estándar  4   32   97   * Valores expresados en Kg/cm2    En el caso del ejemplo A, la desviación estándar es muy baja; en el ejemplo B es más elevada y en  el  ejemplo  C  es  la  más  elevada  de  todas  porque  los  valores  están  dispersados  o  esparcidos  a  distancias  más  lejanas  del  promedio.  Aunque  el  empleo  de  la  desviación  estándar  como  herramienta  del  control  de  calidad  se  ha  reconocido  ampliamente  y  ha  sido  publicada  en  varios  reglamentos,  desafortunadamente  sigue  sin  ser  utilizada  por  la  mayoría  de  las  personas  relacionadas con el diseño y la construcción de concreto.  Los estadísticos han designado 30 pruebas como la línea divisoria entre las muestras grandes y las  pequeñas.  El  empleo  de  muestras  pequeñas  en  los  análisis  estadísticos  introduce  incógnitas  indeseables.  Se  considera  que  30  pruebas  son  suficientes  para  constituir  una  muestra  adecuada  del material que se está probando.    

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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VIII.3.1.‐ Requisitos de resistencia   El  ACI  en  su  sección  4.2.2.1.  del  reglamento  dice  que  "Cuando  se  tenga  un  registro  de  las  instalaciones para la producción de concreto, con base en, por lo menos, 30 pruebas consecutivas  de  resistencia,  que  representen  materiales  y  condiciones  similares  a  los  esperados,  la  resistencia  empleada como base para la selección de las proporciones deber exceder de la f'c requerida, por lo  menos en:   30 Kg/cm2 si la desviación estándar es menor de 20 Kg/cm2   40 Kg/cm2 si la desviación estándar está entre 20 y 30 Kg/cm2   50 Kg/cm2 si la desviación estándar está entre 30 y 35 Kg/cm2   65 Kg/cm2 si la desviación estándar está entre 35 y 40 Kg/cm2" 

VIII.3.2.‐ Cálculo de desviación estándar, coeficiente de variación y  resistencia promedio requerida.  Para  limitar  la  probabilidad  de  que  haya  valores  de  resistencia  menores  a  f'c,  la  resistencia  promedio del concreto ser obviamente mayor que la resistencia de proyecto, f'c, dependiendo de  la  uniformidad  esperada  en  la  producción  de  concreto  y  del  porcentaje  que  se  permite  de  resultados de ensayes inferiores a la resistencia de proyecto. La resistencia promedio requerida,  fcr, puede obtenerse de la formulas siguientes:   

fcr = f ' c + tσ

 

 

(1) 

 

(2) 

 

fcr =

f 'c (1 - tV )  

  Donde:   fcr = resistencia promedio requerida   f'c = resistencia de proyecto especificada   t = constante que depende de la proporción del porcentaje de resultados inferiores a f'c (ver  grafica 1)   σ= Desviación estándar   V = coeficiente de variación expresado en fracción.   A  la  desviación  estándar  expresada  como  porcentaje  de  la  resistencia  promedio  se  denomina  coeficiente de variación. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

89 

 

PORCENTAJE PREVISTO DE PRUEBA CON RESISTENCIA POR DEBAJO DEL NIVEL DE RESISTENCIA 3.00

Valores para t

2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

Porcentaje previsto de prueba con resistencia por debajo del nivel de resistencia  

VIII.3.2.1.‐ Ejemplo 1.    Existen  varios  métodos  para  calcular  la  desviación  estándar,  el  coeficiente  de  variación  y  la  resistencia promedio requerida (fcr) de una serie de pares de resistencias de cilindros. El siguiente  es un método sencillo para calcularlos, el ejemplo numérico en el formato anexo, es de una serie  de pares de cilindros de una concretera ficticia, de un concreto de una resistencia f'c=250 Kg/cm2,  se  dan  los  pasos  necesarios  hasta  llegar  a  obtener  la  desviación  estándar,  el  coeficiente  de  variación tanto del concreto fabricado, así como de el proceso de ensaye de los cilindros mismos.  También se calcula la resistencia promedio requerida (fcr) real.    Procedimiento:   1) Se llenan las primeras cuatro columnas del formato para el análisis estadístico del registro  de  resistencias  (en  este  caso  de  una  concretera  ficticia),  los  datos  deben  de  ser  de  una  serie de pruebas consecutivas de un mismo tipo de  concreto y de una misma edad. Hay  que  recordar  que  un  muestreo  para  determinar  la  resistencia  de  un  concreto  a  la  compresión a una cierta edad especificada, se compone de un par de cilindros.    2) Se llena la quinta columna promediando los resultados de la tercera y cuarta columnas, en  el primer renglón sería:  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

90 

 

(250 + 260) / 2 = 255    3) Una  vez  obtenidos  todos  los  promedios  en  la  quinta  columna  se  suman  los  estos  resultados. En nuestro ejemplo seria: 

8,100    4) Se calcula el promedio de los 30 datos de resistencias: 

8,100 / 30 = 270 Kg/cm²    5) La sexta columna es la resta del valor del dato de la quinta columna menos el promedio,  todo esto elevado al cuadrado. En el primer renglón obtenemos: 

(255 ‐ 270)² = (‐15)² = 225    6) Ya calculados todos los datos se suman. En el ejemplo se obtiene: 

20,240    7) La séptima columna es el intervalo R, y se obtiene restando algebraicamente las columnas  tres y cuatro. Es decir se resta la resistencia más baja del par de cilindros de la resistencia  más alta. En el primer renglón sería la cuarta columna menos la tercera ( 260 ‐ 250 = 10 );  en el segundo, la tercera menos la cuarta columna ( 260 ‐ 256 = 4).    8) Entonces la desviación estándar sería la raíz cuadrada de la división de la suma de la sexta  columna entre el valor de datos menos uno, siguiendo el ejemplo: 

20,240 = 26.4 Kg/cm 2   29   9) El  porcentaje  de  variación  se  calcula  como  la  división  de  la  desviación  estándar  entre  el  promedio, multiplicada por cien: 

(26.4 / 270) X 100 = 9.8 %        10) De  la  lista  de  las  30  resistencias  promedio  (columna  5)  se  observa  cuantas  pruebas  cayeron por debajo de f'c (en este caso 4), éste número dividido entre el total de pares de  muestras (30) nos arroja el porcentaje de pruebas por debajo de f'c (13.3 %).  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

91 

    11) De  la  grafica  #  1  se  obtiene  el  valor  de  la  constante  t,  en  nuestro  ejemplo  sería  aproximadamente 1.12.    12) Se calcula la resistencia promedio requerida real (fcr), de acuerdo a la ecuación (1).  

fcr = 250 + (1.12)(26.4) = 280 Kg/cm²    Es  conveniente  suponer  que  una  muestra  de  concreto  es  uniforme  y  que  por  lo  tanto,  cualquier  variación  entre  cilindros  compañeros  fabricados  de  dicha  muestra  se  debe  a  discrepancias  en  la  fabricación,  en  el  curado  o  en  el  ensaye,  por  lo  tanto  los  cilindros  compañeros  pueden  usarse  para  evaluar  la  eficiencia  del  laboratorista  en  el  ensaye.  Los  siguientes pasos son para obtener la desviación estándar y el coeficiente de variación en  sus resultados.    13) Se calcula el intervalo promedio en los ensayes, con la suma de la columna siete entre el  número de muestras (30).  

170 / 30 = 5.67 Kg/cm²    14) La  desviación  estándar  en  los  ensayes  es  el  producto  de  la  constante  0.8865  por  el  promedio del intervalo R, luego entonces: 

0.8865 X 5.67 = 5.0235 Kg/cm²    15) Por  último  calculamos  el  coeficiente  de  variación  de  los  ensayes,  para  así  completar  el  formato  de  análisis  estadístico,  el  cuál  sería  la  división  de  la  desviación  estándar  de  los  ensayes entre el promedio de resistencia de las muestras. 

 (5.0235 / 270) X 100 = 1.9 %                     

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

92 

 

Analisis Estadistico de Resistencias f'c = ___250______Kg/cm²

a/c = _________________

Cemento marca: ________________ Edad _________ días

Tipo: _____________

Aditivo: _______________

Consumo: _________ Kg/m³

Consumo: ______________ lts/m³

Periodo del __________________________ al ____________________________ 1

2

Prueba  No 

Fecha 

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30 

                                                                                         

3

4

5

6

7

X1 

(X1 ‐ Ẋ)² 

R 

255  258  275  296  304  293  222  210  257  268  275  303  291  277  258  265  281  217  257  299  270  287  283  285  295  289  211  271  290  258  8100 

225  144  25  676  1156  529  2304  3600  169  4  25  1089  441  49  144  25  121  2809  169  841  0  289  169  225  625  361  3481  1  400  144  20240 

10  4  4  12  12  2  4  6  2  10  2  6  8  2  6  4  2  4  8  24  2  0  6  4  8  0  2  2  10  6  172 

Cilindros  1  250  260  273  290  310  294  220  213  258  263  276  300  295  276  255  267  280  215  253  287  269  287  280  287  299  289  210  270  285  255 

2 260  256  277  302  298  292  224  207  256  273  274  306  287  278  261  263  282  219  261  311  271  287  286  283  291  289  212  272  295  261  Suma

   

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

93 

    Cálculos Globales:  1) Promedio:   

X=

4) fcr real obtenida:     

∑ X1 = 8,100   30

Valores menores a f ' c : 4   4 % < f 'c = x 100 = 13.3%   30 4 % < f 'c = x 100 = 13.3%   30

30

 

X = 270 Kg/cm 2     2) Desviación estándar:   

∑ (X1 - X )

  Entonces de gráfica:   

2

σ=

(n − 1)

 

t = 1.12    fcr = f ' c + tσ

 

20,240 = 26.4 Kg/cm²   29

σ=

fcr = 250 + (1.12 )(26.4 )

3) Porcentaje de Variación:   

V=

σ

X

x 100 =

 

fcr = 280 Kg/cm

∑ R = 172   R=    

σ 1 = 0.8865 x R

     

 

σ 1 = (0.8865)(5.73) = 5.083 Kg/cm 2

30

R = 5.73 Kg/cm 2  

 

2

 

   

V = 9.8 %       Cálculos inherentes a los ensayes: 

30

 

 

26.4 x 100 270  

 

 

 

 

 

     

V1 =

σ1 X

x 100 =

5.083 x 100 270  

 

V1 = 1.88 %  

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

 

94 

  Una  vez  calculados  los  dos  coeficientes  de  variación,  tenemos  datos  para  evaluar  el  control  de  calidad que se lleva tanto en la fabricación del concreto, como en los procedimientos de ensaye en  el muestreo del concreto. La tabla # 3 muestra los coeficientes de variación que pueden esperarse  en proyectos controlados, la cual nos sirve como una guía general para la evaluación del control  del concreto.  Tabla # 3.‐ Coeficientes de variación.   Coeficiente de variación para diferentes grados de control    

Excelente 

Bueno 

Regular 

Malo 

Construcción general 

Inferior a 10 

10 a 15 

15 a 20 

Superior a 20 

Control de laboratorio 

Inferior a 5 

5 a 7 

7 a 10 

Superior a 10 

Control de campo 

Inferior a 4 

4 a 5 

5 a 6 

Superior a 6 

Control de laboratorio 

Inferior a 3 

3 a 4 

4 a 5 

Superior a 5 

Variaciones globales: 

Variaciones en los ensayes: 

Analizando  los  datos  del  ejemplo  tenemos  un  coeficiente  de  variación  global  de  9.8  %  y  un  coeficiente  de  variación  en  los  ensayes  de  1.9  %,  observando  la  tabla  #  3  podemos  ver  que  tenemos un control de calidad excelente tanto en la producción de concreto como en los ensayes  de laboratorio.   

III.3.2.2.‐ Ejemplo 2  Determinar la probabilidad de que existan pruebas por debajo de f'c, que pudieran aparecer en el  proyecto siguiente:    Supongamos  que  la  resistencia  de  proyecto  es  de  250  Kg/cm2,  la  planta  mezcladora  que  nos  surtirá el concreto en sus datos estadísticos ha obtenido resistencias promedio requeridas reales  de 311 Kg/cm2 y tiene una desviación estándar de 35 Kg/cm2.   Datos:   f'c = 250 Kg/cm2   fcr = 311  σ=  35    Despejando de la ecuación (1) tenemos: 

t=

fcr - f ' c

σ

=

311 - 250 = 1.74   35

  David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

95 

  Por la gráfica # 1, para el valor de t=1.74 tenemos una probabilidad de pruebas por debajo de f'c  igual a 4.1 %. Es decir existe la probabilidad de que el 4.1% de las pruebas nos arroje un valor por  debajo de 250 Kg/cm2.   También si despejamos de la ecuación (2) el coeficiente de variación, obtenemos que: 

1 f 'c 1 250 V= = = 11.3 %   t t fcr 1.74 (1.74 )(311)   Y finalmente, de la tabla # 3 nos arroja que la planta mezcladora tiene un buen control de calidad  con el coeficiente de variación de 11.3%.   

VIII.3.2.3.‐ Ejemplo 3.     Supongamos  que  a  un  proyectista  de  especificaciones  le  gustaría  limitar  al  5  por  ciento  la  probabilidad  de  pruebas  inferiores  a  250  Kg/cm2  y  obtener  un  valor  de  30  Kg/cm2  para  la  desviación estándar esperada de los valores de las pruebas de resistencia del concreto.   ¿Qué resistencia promedio requerida debe proyectarse el concreto?  De la grafica # 1, para una probabilidad del 5% de valores por debajo de f'c, tenemos un valor de: 

 t = 1.67  De la ecuación (1) tenemos que: 

 fcr = 250 + (1.67)(30)     fcr = 300 Kg/cm²    En los requisitos de resistencia del ACI, vistos paginas arriba, nos señale que para una desviación  estándar entre 30 y 35 Kg/cm2, la resistencia empleada para la selección de las proporciones del  concreto  debe  exceder  del  f'c    en  50  Kg/cm2.  Entonces  tenemos  para  una  resistencia  para  proyecto del concreto de 300 Kg/cm².     

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

96 

 

VIII.4.‐  Variaciones excesivas o resultados de pruebas insuficientes  Cuando la desviación estándar excede de 40 Kg/cm2, existen bases para que se dude de la calidad  del  concreto. Como precaución adicional, el reglamento del ACI  precisa aumentar las resistencia  promedio a 80 Kg/cm2 sobre f'c.   En  caso  de  no  disponer  de  30  pruebas  para  hacer  los  cálculos  de  la  desviación  estándar,  el  requisito de un exceso de resistencia de 80 Kg/cm2 también se emplea, hasta no tener la certeza  de que la verdadera desviación estándar no excede de los 40 Kg/cm2. Tan pronto se obtenga una  desviación estándar confiable, la resistencia promedio necesaria puede disminuir de acuerdo a lo  anteriormente visto.     

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

97 

 

IX.

C O N C R E T O    E N D U R E C I D O 

IX.1.‐ Examen visual de la estructura  Una  vez  que  se  ha  colocado  concreto  en  una  estructura,  es  conveniente  realizar  una  inspección  visual, para así poder detectar defectos de colado y en los colados subsecuentes poder limitar al  máximo dichos defectos, y tener una mejor apariencia en el concreto.   Cuando el concreto ya ha endurecido y se han retirado las cimbras (si se utilizaron), los principales  defectos que se pueden observar serían:   1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Superficie cacariza.  Choreado del mortero.  Botadora de cimbra.  Juntas frías.  Grietas y fisuras.  Superficie parchada.  Burbujas.  Agujeros por pernos.  Superficie textura arenada.  Panal de abeja. 

Es conveniente llevar una carta de control donde se registren estos defectos, para así poder estar  al  pendiente  de  que  se  reparen;  como  para  poder  evaluar  la  calidad  con  que  se  realizan  los  trabajos de colocación y compactación del concreto fresco, realizando así los ajustes necesarios en  cuanto a personal y equipo se requieran. 

IX.2.‐ Examen del concreto endurecido  En ciertas ocasiones, cuando existen motivos para dudar de la calidad del concreto colocado en la  estructura, es necesario efectuar pruebas al concreto endurecido, cuyos resultados puedan definir  las propiedades que motivaron su ejecución.   Cuando las resistencias son considerablemente bajas, se puede suponer que una resistencia que  cae  por  debajo  del  85%  de  la  especificada,  representa  una  deficiencia,  ya  sea  en  el  concreto  producido o en la realización de las pruebas.   Se recomienda, que las pruebas de resistencia a compresión bajas se investiguen con la secuencia  siguiente:  1. 2. 3. 4. 5.

Verificar la precisión de las pruebas de resistencia.  Evaluar los requerimientos estructurales en relación con la resistencia obtenida.   Realizar pruebas no destructivas.  Pruebas de corazones.  Pruebas de carga. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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IX.2.1.‐ Verificación de las pruebas de resistencia  En  muchas  ocasiones  el  personal  de  laboratorio  no  está  lo  suficientemente  capacitado  o  por  negligencia,  no  realiza  los  muestreos  de  concreto  de  acuerdo  con  las  normas  y  procedimientos  establecidos,  es  decir,  se  elaboran  los  cilindros  de  prueba,  se  curan  y  se  ensayan  en  forma  inadecuada. Estos procedimientos erróneos, causan importantes decrementos en las medidas de  resistencia.   Si se encuentran fallas en los métodos de ensaye, se podrá dar por terminada la investigación, si  por el contrario los muestreos se han realizado satisfactoriamente, será necesario continuar con  los siguientes pasos.   

IX.2.2.‐ Evaluación de los requerimientos estructurales en relación con la  resistencia obtenida:  Muchas  veces  la  resistencia  especificada  de  proyecto  f'c,  no  es  necesaria  para  el  total  de  la  estructura,  esto  es  porque  una  sola  clase  de  concreto  ha  sido  aplicada  para  un  amplio  rango  de  uso o porque el nivel especificado fue establecido para una localización crítica.    Entonces se debe de limitar que porción de estructura es la que presenta resistencias bajas, y a  juicio del Ingeniero estructurista se debe decidir cuándo sí o cuándo no, los resultados realmente  bajos representan una posible reducción en la capacidad de carga de la estructura.   

IX.2.3.‐ Pruebas no destructivas  Existen varios dispositivos para una obtención estimativa de resistencia del  concreto en sitio. En  forma general, estos dispositivos en manos de un buen operador, puede rendir una información  útil  del  concreto  colocado,  mediante  la  comparación  de  lecturas  tomadas  de  una  porción  de  estructura de resistencias bajas, con otras porciones similares consideradas como aceptables.  IX.2.3.1.‐  Martillo  Schmidt:  También  se  le  conoce  como  Esclerómetro,  su  uso  es  prácticamente  universal,  con  este  aparato  se  genera  el  impacto  de  una  pieza  en  forma  de  émbolo, accionada por un resorte, cuyo rebote se relacionan directamente con la resistencia  del  concreto.  Con  una  juiciosa  aplicación,  es  posible,  más  que  determinar  la  resistencia  del  concreto,  tratar  de  establecer  comparaciones  entre  diferentes  zonas  de  una  estructura.  De  este  modo,  con  su  empleo  puede  obtenerse  información  confiable  de  carácter  cualitativo,  pero con las debidas reservas que imponen las siguientes limitaciones sobre la uniformidad del  valor de rebote: 

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  1. La  posición  del  martillo  durante  su  aplicación  al  concreto  influye  notablemente.  Para  tomar  en  cuenta  este  aspecto,  el  aparato  se  acompaña  de  una  serie  de  gráficas  para  distintas posiciones de prueba.  2. El  grado  de  humedad  de  la  superficie  influye  de  modo  que  conforme  esta  disminuye,  el  valor de rebote aumenta.  3. La  calidad  y  tamaño  máximo  del  agregado  se  manifiesta  así:  con  agregados  ligeros,  el  rebote disminuye, lo mismo que con agregados de tamaño menor.  4. La presencia de acero de refuerzo cercano a la superficie aumenta el valor de rebote.  5. El  grado  de  aspereza  de  la  superficie  también  puede  influir  en  el  valor  del  rebote:  conforme aumenta la aspereza, el rebote disminuye. Para eliminar esta posible causa de  variación,  se  recomienda  pulir  el  lugar  de  prueba  con  un  material  abrasivo  que  se  suministra junto con el equipo.    Para reducir al mínimo posible estos motivos de error, generalmente se recomienda delimitar  áreas reducidas, de unos 30 X 30 cm , y efectuar en cada una de ellas de 15 a 30 impactos, en  puntos  distantes  no  menos  de  3  cm  entre  sí.  Debe  juzgarse  la  dispersión  de  los  rebotes  así  obtenidos, con objeto de descartar aquellos que, por ser demasiado apartados del promedio,  puedan considerarse influidos por factores ajenos a la calidad real del concreto. El promedio  de los valores que permanezcan es representativo de la dureza de la superficie del concreto en  el área correspondiente.    IX.2.3.2.‐ Pistola de Windsor: Es una prueba de penetración, se basa en la profundidad en que  una pistola de precisión pueda hacer penetrar en el concreto un perno de acero por medio de  una  carga  de  pólvora  medida  con  precisión,  la  penetración  medida  con  un  micrómetro  del  perno, se puede convertir en una estimación de la resistencia a la compresión. Aquí también  se deben de tener las consideraciones tenidas con la prueba del esclerómetro.  Existen  otros  métodos  para  estimar  la  resistencia  a  la  compresión,  por  mencionar  algunos:  pull  out, pulso ultrasónico, por resonancia, rayos X o rayos gama(los segundos son más económicos),  rayos infrarrojos.  Si  con  las  evaluaciones  realizadas  con  uno  o  más  de  estos  métodos,  aún  existen  dudas  sobre  la  capacidad estructural del concreto, será necesario la medida directa de la resistencia del concreto. 

IX.2.4.‐ Prueba de corazones  Si  se  confirma  que  el  concreto  es  de  baja  resistencia,  y  los  cálculos  indican  que  la  capacidad  de  carga de la estructura se ha reducido significativamente, se puede requerir la prueba de corazones  extraídos de la zona de duda. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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  La  extracción  de  corazones  se  realiza  utilizando  un  taladro  fijado  perpendicularmente  sobre  la  superficie del concreto en duda, el taladro debe contar con una broca con insertos de diamante  industrial sobre aleaciones especiales de acero.  Los corazones extraídos se recortan en sus extremos, para dejarles una longitud lo más próxima  posible  al  doble  de  su  diámetro;  se  preparan  y  ensayan  a  compresión  en  la  forma  que  se  acostumbra para los especímenes cilíndricos normales.   En la sección 4.3.5. del reglamento del ACI dice que se "deben tomarse tres corazones por cada  resultado de pruebas de cilindros que está por debajo de f'c en más de 35 Kg/cm2. Si el concreto de  la estructura va a estar seco durante las condiciones de servicio, los corazones deben de secarse al  aire  (temperatura  entre  15  y  30  °C;  humedad  relativa  menor  del  60  por  ciento),  durante  7  días  antes  de  la  prueba,  y  deben  probarse  secos.  Si  el  concreto  de  la  estructura  va  a  estar  más  que  superficialmente  húmedo  durante  las  condiciones  de  servicio,  los  corazones  deben  sumergirse  en  agua por lo menos durante 48 horas y probarse húmedos."  El hecho de que los corazones no puedan igualar la resistencia de los especímenes moldeados no  deber ser causa de preocupación. Si los resultados de los corazones de concreto dan el promedio  del 85% o más de la resistencia especificada, conservadoramente se puede considerar aceptable el  concreto. La sección 4.3.5.1. del reglamento del ACI dice que "si el promedio de los tres corazones  es por lo menos igual al 85 por ciento de f'c, y ningún corazón tiene una resistencia menor del 75  por  ciento  de  f'c,  el  concreto  de  la  zona  representada  por  los  corazones  se  considerar  estructuralmente adecuado”. 

IX.2.5.‐ Prueba de carga  Cuando  las  pruebas  de  los  corazones  no  producen  seguridad  sobre  la  bondad  estructural,  como  último  recurso,  se  puede  recurrir  a  las  pruebas  de  carga  para  comprobar  la  capacidad  de  los  elementos  estructurales  que  están  en  duda.  Generalmente  tales  pruebas  son  adecuadas  para  miembros a flexión, como pisos y vigas.  La  realización  de  esta  prueba  es  tan  delicada,  que  requiere  ser  realizada  solamente  por  un  Ingeniero que tenga amplia experiencia en este tipo de pruebas. 

IX.2.6.‐ Medidas correctivas  En  los  casos  donde  el  elemento  estructural  falla  en  la  prueba  de  carga  o  donde  el  análisis  estructural, de los elementos que no se puedan probar indican una deficiencia, se deberán tomar  medidas correctivas apropiadas tales como:  • • •

Reducir  la  capacidad  de  carga  a  un  nivel  adecuado,  con  la  resistencia  obtenida  del  concreto.  Incrementar la capacidad de carga a lo que se esperaba originalmente a través de nuevos  elementos estructurales o del aumento del tamaño de los elementos deficientes.  Demoler y sustituir los elementos deficientes. 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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X.

N O T A   F I N A L 

Este trabajo es resumen de las principales pruebas de laboratorio que se realizan en el concreto y  en  sus  componentes,  así  como  el  método  de  diseño  de  mezclas  más  utilizado  y  un  método  estadístico que por su sencillez es de fácil uso.   De principio a fin hay una profunda seriedad ante la responsabilidad que implica un trabajo como  éste  y  no  hay  nada  escrito  aquí  cuya  procedencia  no  se  pueda  ubicar.  Me  basé  en  libros  y  en  revistas. Yo mismo he realizado casi en su totalidad las distintas pruebas de laboratorio que se ven  en  éste  trabajo,  he  utilizado  los  métodos  estadísticos  y  en  algunas  ocasiones  realizado  investigaciones sobre concretos de resistencia dudosa, por lo que no dudé en utilizar mis propias  observaciones, aunque siempre con el apoyo de materiales publicados.    Procuré eludir terminologías muy técnicas, cifras excesivas, comprobaciones de formulas, notas al  pie de página; para poder tener la posibilidad de una lectura ágil, fluida y de fácil comprensión. En  realidad,  este  trabajo  se  ha  realizado  a  través  del  uso  estratégico  de  diversas  fuentes,  cuya  lista  aparece en la bibliografía general. Es, por lo tanto, claro que este trabajo no añade gran cosa a los  especialistas,  aunque  pudiera  interesarles,  pero  el  que  recién  se  inicia  en  la  tecnología  del  concreto lo hallar útil por lo sencillo.    Este  trabajo  está  dividido  en  temas  y  en  cada  uno  de  ellos  procuré  anotar  lo  más  relevante,  ya  que  la  naturaleza  de  este  trabajo  que  pretende  ser  un  manual  de  consulta,  impidió  tratar  de  abarcar  demasiado,  ya  que  de  lo  contrario  se  perdería  el  sentido  del  mismo.  Por  lo  tanto,  las  omisiones  pueden  ser  incontables,  y  por  esta  razón  es  posible  la  existencia  de  algunas  inexactitudes menores; éstas, por supuesto, son involuntarias y están abiertas a la rectificación.  Sinceramente  creo  que  este  trabajo  puede  ser  de  interés,  y  por  eso  en  esta  nota,  expreso  mi  gratitud  a  todas  las  personas  que  me  ayudaron,  en  especial  al  Ing.  Jorge  A.  Muños  E.  asesor  de  este trabajo; y a los ingenieros Eduardo Cota Z. y Emilio Zamudio C. de la Gerencia de Ingeniería  Experimental  y  Control  de  la  Comisión  Federal  de  Electricidad,  lugar  en  donde  me  inicié  en  el  mundo del concreto.     DAVID PÁEZ RUIZ 84210388   Tijuana Baja California, a Octubre de 1992         

 

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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XI.

B I B L I O G R A F I A 

   1.‐  Práctica  Recomendable  para  Dosificar  Concreto  Normal  y  Concreto  Pesado  (ACI  211).  Traducido por IMCYC.   2.‐ Control de Calidad del Concreto (ACI 704). Traducido por IMCYC.   3.‐ Durabilidad del Concreto (ACI 201). Traducido por IMCYC.   4.‐  Colocación  del  Concreto  bajo  Temperaturas  Extremas  (ACI  305  Y  ACI  306).  traducido  por  IMCYC.   5.‐ Guía para el Empleo de Aditivos de Concreto (ACI 212).   6.‐ Instructivo para Concreto. Secretaria de Recursos Hidráulicos 1967.   7.‐ Manual de Concreto, Parte 1, 2 y 3. Secretaria de Recursos Hidráulicos 1970.   8.‐ Proyecto y Control de Mezclas de Concreto. Portland Cement Association.   9.‐ Guía del Consumidor de Concreto Premezclado. Grupo Tolteca.   10.‐ Revistas del Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto.       

David Páez Ruiz                                                                                      Instituto Tecnológico de Tijuana                           

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