Propiedades del concreto endurecido

funcionamiento de un concreto (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010), aunque no solo la capacidad mecánica para soportar esfuerzos hace a un concreto adecuado para la construcción, sino que además se debe generar una composición idónea, que lo haga apto para resistir con éxito durante toda la vida útil las acciones detrimentales inherentes a las condiciones en que opera la estructura, que pueden generar deterioro prematuro del concreto.

Es sin embargo pertinente hacer notar que el uso de la resistencia mecánica del concreto como índice general de su aptitud para prestar un buen servicio permanentemente, no siempre es acertado porque hay ocasiones en que puede ser más importantes otras características y propiedades del concreto, de acuerdo con las condiciones específicas en que opera la estructura. Inclusive se ha dicho que la costumbre de especificar y aceptar la calidad del concreto con base solamente en la resistencia mecánica, es una de las causas que suelen originar problemas de durabilidad en las estructuras debido a que una resistencia suficiente no siempre es garantía de una duración adecuada del concreto en servicio.1

7.4.2.1 Resistencia a la compresión. Según Sánchez (1996) la gran mayoría de estructuras de concreto son diseñadas bajo la suposición de que este resiste únicamente esfuerzos de compresión, por consiguiente, para propósitos de diseño estructural, la resistencia a la compresión es el criterio de calidad (tabla2), y de allí que los esfuerzos de trabajo estén prescritos por los códigos en términos de porcentajes de la resistencia a la compresión.

Tabla 2. Concreto según la resistencia

Concreto Resistencia (MPa)

Concreto normal ≤ 42

Concreto de alta resistencia > 42 y ≤ 100 Concreto de ultra alta resistencia > 100 MPa

Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p.

7.4.2.2 Resistencia a la tracción. Por su naturaleza, el concreto es bastante débil a esfuerzos de tracción, esta propiedad conduce generalmente a que no se tenga en cuenta en el diseño de estructuras normales. La tracción tiene que ver con el

1_{INSTITUTO DE INGENIERIA UNAM. Manual de tecnología del concreto Sección 3. México, D.F:} Limusa noriega editores. 1994. 382p.

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agrietamiento del concreto, a causa de la contracción inducida por el fraguado o por los cambios de la temperatura, ya que estos factores generan esfuerzos internos de tracción (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010).

7.4.2.3 Resistencia a la flexión. Los elementos sometidos a flexión tienen una zona sometida a compresión y otra región en que predominan los esfuerzos de tracción. Este factor es importante en estructuras de concreto simple, como las losas de pavimentos (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010).

7.4.2.4 Resistencia a cortante. La resistencia del concreto a esfuerzos cortantes es baja, sin embargo, generalmente es tenida en cuenta por los códigos de diseño estructural. Este tipo de esfuerzos es importante en el diseño de vigas y zapatas, en donde se presentan en valores superiores a la resistencia del concreto (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010).

7.4.2.5 Determinantes de la resistencia. Según Enrique Rivva (2000), los determinantes de la resistencia de un concreto en condiciones normales son: o La marca, tipo, antigüedad, superficie específica y composición química del

cemento.

o La calidad del agua.

o La dureza, resistencia, perfil, textura superficial, porosidad, limpieza, granulometría, tamaño máximo y superficie del agregado.

o La resistencia de la pasta. o La relación a/c (agua-cemento).

o La relación material cementante-agregado.

o La relación del agregado fino al agregado grueso.

o La relación de la pasta a la superficie especifica del agregado. o La resistencia por adherencia pasta-agregado.

o La porosidad de la pasta. o La relación gel-espacio. o El fraguado

o El curado

o La edad del concreto

o Las condiciones del proceso de puesta en obra

 Resistencia de los Agregados. Para una resistencia adecuada del concreto los agregados deben cumplir requisitos de calidad y unas características tales como:

o Textura y forma. Las partículas de agregado con textura rugosa o de forma angular forman concretos más resistentes que otras redondeadas o lisas, debido a que hay mayor trabazón entre los granos gruesos y el mortero.

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o Granulometría. Una masa de agregados cuya granulometría sea continúa, permite elaborar mezclas de alta capacidad, mucho más densas y por lo tanto se consiguen mayores resistencias.

o Resistencia. Este factor y la rigidez propia de los granos de agregado influyen en la resistencia del concreto.

o Influencia del tamaño máximo. Para un concreto normal, existe un rango amplio en los tamaños máximos que pueden usar para una misma resistencia, esencialmente con igual contenido de cemento. Únicamente se requiere de mayor cantidad de cemento si se utilizan agregados de tamaños pequeños.

La adherencia entre la pasta de concreto y los agregados se debe a que durante el proceso de fraguado y endurecimiento, se genera una superficie de cohesión producida por la trabazón entre los agregados y la pasta. La interacción entre los dos elementos, además de variar con el tiempo, algunas veces lo hace también con la composición mineral de los materiales, es cuya acción se presentan fenómenos tanto físicos como químicos. La zona de contacto, llamada interface “agregado-matriz”, es la fase más importante del concreto que establece el enlace crítico y normalmente se constituye en el

elemento más débil de la masa endurecida.2

 Relación Agua-Cemento. Es la cantidad de agua en masa, sin incluir el agua adsorbida por los agregados, sobre la cantidad de cemento en masa (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010).

A menor agua en relación al cemento, mayor su resistencia a la compresión, menor fluidez o trabajabilidad y mayor durabilidad y a mayor agua en relación al cemento es menor su resistencia a la compresión, mayor fluidez o trabajabilidad y menor durabilidad, como se muestra en la figura 7, en donde se observa que, para una relación a/c menor, mayor es la resistencia pero también depende de la forma de compactación. Al ser menor la cantidad de agua con relación al cemento posee menor cantidad de poros y vasos capilares que se forman durante su evaporación, como se muestra en la figura 8, de la misma forma al tener menor porcentaje de porosidad mayor es la resistencia a compresión, como se indica en la figura 9.

2_{NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño} de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p.

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Figura 7. Resistencia a compresión en función de la relación a/c.

Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p.

Figura 8. Incremento de los poros capilares en la pasta de cemento hidratada, al aumentar la proporción de agua de mezcla.

Fuente: INSTITUTO DE INGENIERIA UNAM. Manual de tecnología del concreto Sección 3. México, D.F: Limusa noriega editores. 1994. 382p.

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Figura 9. Relación experimental entre la porosidad y la resistencia a compresión de diversas pastas de cemento.

Fuente: INSTITUTO DE INGENIERIA UNAM. Manual de tecnología del concreto Sección 3. México, D.F: Limusa noriega editores. 1994. 382p.

Según (Sánchez, 1996; Niño 2010), esta propiedad fue demostrada por Duff Abrams en el año de 1918, señalando que para un concreto perfectamente compactado, empleando materiales con las mismas características y condiciones de ensayo, la resistencia, a una edad dada, es inversamente proporcional a la relación agua/cemento.

𝑅 = 𝐴 𝐵𝑎𝑐

 R = resistencia a la compresión

 A, B = Constantes empíricas para unas determinadas condiciones

 a/c = relación agua/cemento en masa

 Contenido y tipo de cemento. El contenido del cemento es el valor más importante a tener en cuenta, pues se debe estudiar con detenimiento la cantidad, a medida que esta aumenta se consiguen mayores resistencia, esta afirmación se debe aplicar con precaución, porque es válida hasta un límite a partir del cual, la cantidad de cemento por encima de este no se hidrata totalmente y por tanto pasa a formar parte del concreto como un material inerte de relleno, afirmación que realiza Niño (2010).

 Fraguado del concreto. Según Niño (2010), las condiciones de tiempo y temperatura durante el proceso de fraguado son factores que afectan la resistencia del concreto. En climas fríos, el proceso de hidratación del cemento es más lento debido a que el medio ambiente le “roba” parte del calo de

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hidratación con el subsiguiente retardo del tiempo de fraguado y, por tanto, la adquisición de resistencia tarda. Por el contrario, cuando la temperatura es elevada, se aumenta la resistencia a muy temprana edad, pero se disminuye aproximadamente después de los 7 días. La razón de este fenómeno, ocurre porque una rápida hidratación inicial de los granos de cemento es superficial y parece formar pasta con una estructura física más pobre u posiblemente más porosa.

 Curado del concreto. Según Sánchez (1996), es el conjunto de condiciones necesarias para que la hidratación de la pasta evolucione sin interrupción hasta que todo el cemento se hidrate y el concreto alcance sus propiedades potenciales, siendo recomendable que el tiempo de curado sea de por lo menos 7 días a una temperatura mínima de 10 °C y máxima de 32 °C

La resistencia del concreto que no se cura, es inferior al que recibe este curado, esto ocurre porque al no proporcionar las condiciones adecuadas durante las primeras edades, la hidratación del cemento es incompleta.

Según la empresa Sika (2016), los métodos para garantizar un contenido satisfactorio de humedad y temperatura son:

o Por inmersión.

o Mediante el empleo de rociadores aspersores.

o Empleo de tejidos de fique o de otros materiales absorbentes. o Con arena, tierra o aserrín.

o Materiales sellantes como plásticos o papel impermeable. o Compuestos de curado.

La elección del procedimiento depende de la forma del elemento, las condiciones climáticas que prevalezcan y los factores económicos.

 Edad del concreto. En las investigaciones realizadas por Asocreto, para concretos convencionales se especifica que puede alcanzar la resistencia de diseño a los 28 días. La explicación es que después de dicho tiempo el aumento de resistencia es muy poco. Sin embargo, para concretos de alta resistencia se especifica a los 56 o 90 días, porque el aumento después de los 28 días es considerable.0

7.4.2.3 Durabilidad del concreto. Según Niño (2010) y de acuerdo con el comité 116 del ACl, esta característica es la habilidad para resistir la acción del medio ambiente, los ataques químicos, la abrasión y otras condiciones de servicio, de tal manera que sus características y propiedades se mantengan a lo largo de su vida útil.

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Las condiciones a las que está expuesto un concreto pueden ser de origen químico, físico o biológico, los cuales pueden afectar la durabilidad del concreto

 Ataques químicos. Debido a ácidos, sulfatos, reacción álcali-agregado y carbonatación del elemento.

 Ataques físicos. Debido a congelamiento-deshielo, humedecimiento y secado, abrasión y fuegos

 Ataques biológicos. Debido a la vegetación, microorganismos y agentes derivados de la descomposición orgánica.

Tabla 3. Influencia de las condiciones medioambientales sobre los componentes del concreto.

Fuente Componente más afectado en orden de importancia Ataque químico

1. Ataque por ácidos 2. Ataque por sulfatos 3. Reacción álcali – agregado 4. Carbonatación del cemento 1. Pasta 2. Pasta 3. Agregado 4. Pasta Ataque físico 1. Congelamiento – deshielo 2. Humedecimiento – secado 3. Cambios de temperatura 4. Abrasión 5. Fuego 1. Pasta, agregados 2. Pasta 3. Pasta, agregados 4. Pasta, agregados 5. pasta

Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p.

 Permeabilidad. Según Sánchez (1996), es la capacidad de permitir el paso de un fluido (líquido o gas) a través del concreto depende de la porosidad de la pasta y de los agregados, del grado de compactación y de los capilares producidos por el agua de exudación, siendo afectado por la diferencia de presiones entre un lado y otro del elemento, el espesor del material, la naturaleza del fluido y el tiempo durante el cual se presentan dichas condiciones.

7.4.2.4 Cambios de volumen. El concreto al ser un material no estable volumétricamente siendo la principal causa de agrietamiento en las estructuras de concreto, presenta cambios físicos, mecánicos y químicos. Los químicos se producen como consecuencia de reacciones detrimentales que se generan interna

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y/o externamente, cuyas manifestaciones ordinarias son expansiones locales que tienden a destruir el concreto, debido a ello, no se les considera como parte del comportamiento natural del concreto; los cambios de volumen de origen físico por agentes fenomenológicos se presentan por cambios de temperatura (contracción y dilatación) y por perdida de agua en el proceso de fraguado (contracción por secado); Los cambios de volumen de origen físico por carácter mecánico son debidos al aumento de deformación que se presencia bajo esfuerzos constantes, el cual puede ser varias veces mayor que la deformación instantánea causada por la aplicación de carga; afirmaciones realizadas por Niño (2010).