Desarrollo de un concreto autocompactado

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO. DESARROLLO DE UN CONCRETO AUTOCOMPACTADO TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN SISTEMAS DE MANUFACTURA PRESENTA. CARLOS ALBERTO YÁÑEZ JIMÉNEZ. Asesor: Comité de tesis:. Jurado:. Dr. JOAQUÍN OSEGUERA PEÑA Dr. EMIL LIEBERMAN G. M. en C. ULISES FIGUEROA l. M. en C. DANIEL DAMAZO JUÁREZ Dr. EMIL LIEBERMANN G. M. en C. ULISES FIGUEROA l. Dr. JOAQUÍN OSEGUERA PEÑA M. en C. DANIEL DAMAZO JUÁREZ. Presidente Secretario Vocal Vocal. ITESM - CAMPUS ESTADO DE MEXICO. co~.T"PC'}TU~NCir. 1 _.. .cl.l ). ~ j{~. FECHA: _ _. Atizapán de Zaragoza, Ed. •. ~". A. T. ./ . { ~. Q:_iJJ2lO. .O..__ . . __. éL, Diciem A~· PÚBLICO HAHTA LA FECHA: _. __,O_Lt_/_1:t •.J,__0_2._ _.

(2) ITESM CAMPUS ESTADO DE MÉXICO. MAESTRÍA EN SISTEMAS DE MANUFACTURA. CONFIDENCIAL SIN ACCESO PÚBLICO EJEMPLAR Nº 1.

(3) 3. RESUMEN El presente trabajo describe el desarrollo de un concreto, que tiene como particularidad; el ser autocompactado, es decir, esté concreto permite por primera vez que una propiedad en estado fresco, garantice la correcta compactación y consolidación del concreto; directamente en el elemento estructural y no sólo como material entregado a pie de obra. Está propiedad es su capacidad de autocompactación, la cual se describe en varios aspectos reológicos.. Por lo que en base a una serie de combinaciones (proporcionamientos), se obtiene un concreto que satisface las propiedades de autocompactación, sin descuidar el aspecto estructural en estado endurecido, teniendo cuidado ell las propiedades de homogeneidad, comportamiento mecánico y durabilidad.. Sin embargo las propiedades finales del concreto autocompactado, son proporcionadas por los estudios en estado sólido, ya que son estás las . que nos garantizan, el buen desempeño mecánico en base a una buena reología, por ejemplo; se obtuvo que debido a la alta relación agua/cemento del concreto autocompactado final (desarrollado), lo que proporciona una excelente manejabilidad. Provoca altos mdices de permeabilidad, ya que al tener un elevado consumo de agua, se tienen gran número de poros, formados·· por<et calor de hidratación de la reacción.. Generando una alta permeabilidad y por otro lado; una excelente resistencia a climas extremos, además de comportarse como aislante acústico y térmico.. Por otro lado se presenta una comparación, en campo (obra). De un concreto convencional vs. un autocompactado, en donde se observan las ventajas de tiempo y calidad de colocación del concreto autocompactado, sin la perdida significante de resistencia mecánica..

(4) 4. ÍNDICE Pág. ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS ÍNDICE DE FOTOS ÍNDICE DE GRAFICAS. INTRODUCCIÓN JUSTIFICACIÓN OBJETIVO. 8 9 10 11. 13. 17 19. CAPITULO l. FUNDAMENTOS DEL CONCRETO. 1.1. 1.2. 1.3.. 1.4.. 1.5. 1.6. 1.7.. 1.8. 1.9.. TIPOS DE CONCRETO TIPOS DE CEMENTO SIGNIFICADO DELAS PRUEBAS FÍSICAS DEL CONCRETO Reología del concreto en estado fresco Manejabilidad Extensibilidad Cohesividad Revenimiento Masa volumétrica Contenido de aire Aspecto AGREGADOS Clasificación petrográfica de losagregados Características fisicas de los agregados Masa volumétrica suelta Masa volumétrica compactada Granulometría Densidad Absorción Sanidad Perdidas por lavado Influencia de los agregados en concreto AGUA. DOSIFICACIÓN DE MATERIALES DISEÑO DE MEZCLAS Proporcionamiento de agregados Consumo de cemento y agua Proporcionamiento de aditivos MEZCLADO DE LOS MATERIALES PRUEBAS AL CONCRETO ENDURECIDO Resistencia mecánica Resistencia a compresión. 20 23 26 26 27 29 30 33 35 35 36 37 37 39 40 40 40 43 44. 44 45 45 46 47 48 48 49 50 51 53 53 54.

(5) 5. 1.10. 1.11. Resistencia a flexión Módulo de elasticidad Ultrasonido Permeabilidad a la penetración de cloruros (R.C.P.T.) Absorción TRANSPORTE Y COLOCACIÓN DEL CONCRETO Transporte del concreto Colocación del concreto Vibrado del concreto FRAGUADO Y ENDURECIDO DEL CONCRETO Proceso de fraguado Influencia de la temperatura Curado del concreto. 57 58 59. 60 61 62 63 63 65 65. 66 68 68. CAPITULO 2. PROGRAMA DE PRUEBAS DEL CONCRETO AUTOCOMPACT ADO 2.1. 2.2.. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6.. CONSIDERACIONES YPARÁMETROSDE DISEÑO DISEÑO DE MEZCLAS Consumo de cemento Contenido de agua Proporciona.miento de los agregados Proporcionamiento de los·aditivos IDENTIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS SELECCIÓN DEL AGREGADO YSUCONTENIDO. EVALUACIÓN PETROGRAFICA DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO EVALUACIÓN DE ADITIVOS. 71 73 75 75 75 76 77 78 78 78. CAPITULO 3. COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO 3.1.. 3.2. 3.3.. 3.4.. PRUEBAS AL AGREGADO Tamaño máximo del agregado Granulometáa Forma y textura del agregado RELACIÓN AGUA/CEMENTO DEL CONCRETO PRUEBAS AL CONCRETO FRESCO AUTOCOMPACTADO Trabajabilidad Extensibilidad Revenimiento Cono de escurrimiento Masa volumétrica y contenido de aire Aspecto PRUEBAS AL CONCRETO ENDURECIDO AUTOCOMPACTADO Resistencia mecánica Resistencia a compresión Resistencia a flexión Módulo de elasticidad Masa volumétrica. 79 82. 83 88 89 90 90 91 93 94 95. 96 97 97 97. 98 100 101.

(6) 6 illtrasonido Permeabilidad a la penetración de cloruros (R.C.P.T.). 102 104. CONCLUSIONES DEL CAPITULO 3. 104. CAPITULO 4. RESULTADOS TÉCNICOS DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO 4.1.. CONCRETO FRESCO AUTOCOMPACTADO Trabajabilidad Extensibilidad Revenimiento Contenido de aire Cono de escurrimiento Aspecto 4.2. CONCRETO ENDURECIDO AUTOCOMPACTADO Resistencia a compresión Resistencia a flexión Módulo de elasticidad Masa volwnétrica Ultrasonido Pruebas de permeabilidad rápida de cloruros (R.C.P.T.) Absorción. 106 108 108 109 110 110 111 112 112 114 116 117 118 120 121. CONCLUSIONES DEL CAPITULO 4. 121. CAPITULO 5. EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA MEZCLA A ESCALA INDUSTRIAL 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.. COLADO DE ELEMENTO DE PRUEBA PRUEBA EN LA LOSA DE ENTREPISO UNIFORMIDAD DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO EVALUACIÓN DEL CONCRETO AUTOCOMP ACTADO. CONCLUSIONES DEL CAPITULO 5. 122 123 126 127 128. CAPITULO 6. EVALUACIÓN ECÓNOMICA DEL USO DE CONCRETO AUTOCOMPACTADO VS CONCRETO NORMAL 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5.. COSTOS DE COLOCACIÓN DE CONCRETO AUTOCOMPACTADO COSTOS DE VIBRADO DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO COLOCACIÓN DE CONCRETO AUTOCOMPACTADO COSTOS DE REPARACIÓN POR MAL VIBRADO DE LOS ELEMENTOS COSTOS DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO. CONCLUSIONES DEL CAPITULO 6. 129 129 130 130 130 131.

(7) 7. CONCLUSIONES GLOSARIO ANEXOS REFERENCIAS. 132 134 135 142. ·,,. ~;. ..

(8) 8. ÍNDICE DE FIGURAS Pág.. Figura 1. Aparato de factor de compactación.. 30. Figura 2. Proceso de la prueba de revenimiento.. 34. Figura 3. Prueba de flexión.. 56. Figura 4. Relación entre la resistencia a compresión y la velocidad del impulso ultrasónico.. 60. Figura 5. Curva característica del calor generado por una pasta de cemento, durante sus primeras 24 horas de edad. Figura 6. Distribución de especimenes de la losa.. 66 124.

(9) 9. ÍNDICE DE TABLAS Pág.. Tabla 1. Tipos Principales de cemento Portland.. 23. Tabla 2. Trabajabilidad, revenimiento y factor de compactación de concretos con un tamaño máximo de agregado de 19 a 38 mm (3/4 a 1Yi in).. 32. Tabla 3. Propiedades del concreto influidas por los agregados.. 46. Tabla 4. Tiempos de mezclado recomendados según la capacidad de la revolvedora.. 56. Tabla 5. Valores de absorción de concreto determinados de varias maneras.. 62. Tabla 6. Combinaciones de cementantes.. 75. Tabla 7. Ubicación de los agregados y su tipo.. 76. Tabla 8. Datos del agregado andesitico.. 80. Tabla 9. Granulometría del agregado andesitico.. 81. Tabla 10. Datos del agregado basáltico.. 81. Tabla 11. Granulometría del agregado basáltico.. 81. Tabla 12. Datos del agregado de caliza.. 82. .. Tabla 13. Granulometría del agregado de caliza.. 82. Tabla 14. Proporcionamiento de SCC.. 106. Tabla 15. Porcentaje de absQrción de .las muestras testigo y a11tocompactado.. 121. Tabla 16. Resultados de resistencia y peso volumétrico de las losas 1 y 2.. 126. Tabla 17. Resultados promedio de resistencia y peso volumétrico de las losas 1 y 2.. 126. Tabla 18. Clasificación de los principales cementos de acuerdo con la norma europea.. 136.

(10) 10. ÍNDICE DE FOTOS Pág.. Foto l. Concreto mal colocado.. 14. Foto 2. Mesa de extensibilidad.. 30. Foto 3. Prueba de extensibilidad de un concreto (segregándose).. 36. Foto 4. Cilindro de concreto con un alto grado de porosidad.. 36. Foto 5. Prueba de resistencia a compresión.. 56. Foto 6. Muestra de agregados, utilizados en el diseño del SCC.. 88. Foto 7. Preparación del cono en V.. 95. Foto 8. Toma del tiempo de escurrimiento en el cono en V.. 95. Foto 9. Mesa de extensibilidad de la mezcla testigo.. 109. Foto 1O. Mesa de extensibilidad del concreto autocompactado {SCC).. 109. Foto 11. Aspecto de la mezcla de concreto autocompactado (A32+010).. 112. Foto 12. Textura del concreto autocompactado.. 112. Foto 13. Colado del concreto autocompactado en la obra. 124. Foto 14. Colado del concreto autocompactado en la obra. Losa 2.. 125. Foto 15. Muestra de corazones extraídos de lalosa l.. 127. Foto 16. Contenido de aire, l>asacl9,enJa cgrre@ción de @reducción del. niv~lde agua.. 137. Foto 17. Contenido de aire, basado en igualar el volumen de aire a una presión conocida. 137. Foto 18. Cilindros de concreto cabeceados con azufre, para ser sometido a cargas axiales.. 140.

(11) 11. ÍNDICE DE GRÁFICAS Pág.. Gráfica l. Distribución granulométrica del agregado pétreo andesitico.. 83. Gráfica 2. Distnbución granulométrica del agregado pétreo basáltico.. 84. Gráfica 3. Distribución granulométrica del agregado pétreo de caliz.a.. 84. Gráfica 4. Perdidas por lavado en malla 1OO.. 85. Gráfica 5. Porcentaje de la arena con respecto al total del agregado.. 86. Gráfica 6. Porcentaje de grava respecto al total del agregado pétreo, de las mezclas de estudio del concreto autocompactado con CPC 40.. 87. Gráfica 7. Porcentaje de grava respecto al total del agregado pétreo, de las mezclas de estudio del concreto autocompactado con cemento de albañilería.. 87. Gráfica 8. Relación agua/ cemento real de todas las pruebas de concreto autocompactado con solo CPC 40.. 89. Gráfica 9. Análisis de absorción petrográfico.. 90. Gráfica 10. Extensibilidad inicial.. 91. Gráfica 11. Extensibilidad final.. 92. Gráfica 12. Valores de Revenimiento del SCC.. 93. Gráfica 13. Valores deltiempo de escurrimiento del cono (embudo) en V.. 94. Gráfica 14. Masa Volumétrica consuperficie seca saturada en.curado a medio ambiente.. 95. Gráfica 15. Contenido de Aire.. 96. Gráfica 16. Resistencia a compresión del SCC.. 98. Gráfica 17. Resistencia a flexión a medio ambiente.. 99. Gráfica 18. Resistencia a flexión en curado estándar.. 99. Gráfica 19. Módulo de elasticidad en medio ambiente.. 101. Gráfica 20. Módulo de elasticidad en curado estándar.. 101. Gráfica 21. Peso volumétrico del concreto con superficie seca saturada. 102. Gráfica 22. Ultrasonido en medio ambiente.. 103. Gráfica 23. Ultrasonido en curado estándar.. 103. Gráfica 24. Prueba de permeabilidad al concreto autocompactado.. 104. Gráfica 25. Comparación de la extensibilidad del SCC vs. testigo.. 108.

(12) 12 Gráfica 26. Comparación del revenimiento de la mezcla SCC vs. testigo.. 109. Gráfica 27. Porcentaje de aire incluido en las muestras (SCC y Testigo) de concreto.. 110. Gráfica 28. Tiempo de escurrimiento del cono en V de las muestra SCC y testigo.. 111. Gráfica 29. Resistencia (fe) autocompactado vs. testigo, en medio ambiente.. 113. Gráfica 30. Resistencia (fe) autocompactado vs. testigo con curado estándar.. 114. Gráfica 31. Resistencia a flexión. (muestras de medio ambiente).. 115. Gráfica 32. Resistencia a flexión. (muestras de cuarto de curado).. 115. Gráfica 33. Resultados de los módulos de elasticidad, (muestras de medio ambiente).. 116. Gráfica 34. Resultados de los módulos de elasticidad, (muestras de medio ambiente).. 117. Gráfica 35. Masas volumétricas de los concretos SCC y testigo en medio ambiente.. 117. Gráfica 36. Masas volumétricas de los concretos SCC y testigo en curado estándar.. 118. Gráfica 37. Resultado de las pruebas ultrasónicas en medio ambiente, de los concretos autocompactado y testigo.. 119. Gráfica 38. Resultado de las pruebas ultrasónicas en curado estándar, de los concretos autocompactados y testigo.. 120. Gráfica 39. Prueba R.C.P.T. de los concretds autocompactado y testigo.. 120.

(13) 13. INTRODUCCIÓN. Sin duda hoy día los dos materiales en estructuras son: el concreto y el acero. En ocasiones se complementan dichos materiales y otras veces compiten entre sí. Son muchas las estructuras de tipo y funciones similares que pueden construirse con uno u otro material. Sin embargo en universidades e institutos se enseña mucho menos sobre concreto que sobre acero, lo cual no tendría importancia si no fuera por el hecho de que, en la practica actual, es equitativa dicha jerarquía.. Por lo que en una falla estructural es poco común que se deba al acero ya que está garantizado por el fabricante, así mismo la calida<:l del compo11ente principal (c~mento) del concreto (ver Anexo 1). De manera que sí se elige el cemento adecuado, dificilmente su calidad será causa de. fallas en la estructura. Pero el material de construcción no es el cemento, sino el concreto, el cual depende del fabricante.del concreto.. En la actualidad es posible obtener concreto con especificaciones de calid~ de un proveedor de mezclas ya hechas, pero si ése fuera el caso, lo que se adquiere es únicamente la materia prima. El transporte, la colocación y, sobre todo, la compactación, influirán decisivamente en el producto final.. Como podremos ver uno de los grandes problemas de la ingeniería en la rama de la construcción, es la colocación del concreto (ver foto 1), ya que la elaboración y transporte del mismo se pueden garantiz.ar con altos índices de confiabilidad, debido a la tecnología con que hoy se cuenta. Teniendo como principal problema, la colocación del concreto, es decir el vibrado, que es el proceso mediante el cual se elimina el aire atrapado y obliga a las partículas a una configuración más estrecha. Por lo que el concreto premezclado producido en una planta y el concreto que finalmente queda colocado en el elemento de la obra, frecuentemente existe una importante variación de la calidad, debido a la deficiencia en prácticas constructivas que modifican negativamente el comportamiento del material. En el lugar en donde mejor desempeño debería de tener, en la estructura..

(14) 14. Este cambio en la calidad del concreto colocado afecta de diversas fonnas a la edificación.. • Modifica el comportamiento estructural del elemento fabricado con concreto, pudiendo provocar un cambio en su desempeño al variar las propiedades mecánicas en diferentes secciones de los elementos estructurales como columnas y trabes.. •. Afecta la durabilidad de la estructura al presentar segregación del concreto por mala. colocación, derivando en concentración de finos en la superficie del elemento y facilitando la presencia de fisuras que promueven la penetración de agentes agresivos para el concreto y el acero de refuerzo.. •. Puede generar concentración de agregado grueso en la parte inferior del elemento,. provocando diferencias estéticas y de comportamiento estructural.. Foto l. Concreto mal colocado (falta de vibrado).. Estos problemas son el efecto de la deficiencia en la calidad de la mano de obra en la colocación. y vibrado del concreto. Por lo que en la actualidad se necesita un concreto que cwnpla con las.

(15) 15. normas de máxima calidad, pero que está no implique una complicada colocación y tampoco un elevado costo.. Con los antecedentes mencionados, sin duda se necesita desarrollar especiahnente para el mercado Latinoamericano, un concreto de alta calidad a un costo accesible y que además su colocación no implique una mano de obra con un grado de capacitación elevado, ya que como es de dominio público, este es uno de los principales problemas de la región. Por lo que se ha pensado en desarrollar en México un concreto que sé autocompacte, lo que implica no utiliz.ar un vibrador para la colocación del concreto.. Este tipo de concreto inicialmente fue desarrollado en Japón por el profesor H. Okamura de la Universidad Tecnológica de Kochi, Japón en el año de 1986 [1]. En la actualidad los países que tienen más desarrollada dicha tecnología son: Suecia y Japón [2].. Estas ideas son las que han inspirado el desarrollo del concreto autocompactado para Latinoamérica, lo que implicara adaptar}() a las ttmiperaturas de laJ~gión y ló más importante a los compuestos de los cementos producidos en México, junto con los agregados que aquí se disponen.. Por lo que para diciembre del año 2000 uno de los nuevos productos que Cemex (Cementos Mexicanos, S.A.) división concretos Iamará al mercado el "Concreto Autocompactado". El cual tendrá la propiedad de consolidarse bajo su propio peso sin necesidad de vibrado.. Este concreto pertenece a la familia de los concretos de alto desempeño y tiene la propiedad de. fluir rápidamente autocompactándose por si solo, asegurando así la homogeneidad del concreto endurecido.. Dicho proyecto es desarrollado por al área de "tecnología del concreto" de Cemex, el cual tendrá que recabar infonnación sobre las características de estos concretos en otros lugares del mundo. Y a partir de esta evaluación establecer parámetros preliminares, sobre los que se realiz.arán pruebas en el laboratorio, teniendo diferentes tipos de agregados y combinaciones de arenas.

(16) 16. finas. La segunda etapa consistirá en llevar a escala industrial los diseños de laboratorio y hacer una evaluación del comportamiento del concreto en losas, trabes y columnas. Finalmente en una tercera etapa se evaluará el costo-beneficio del producto.. En esta etapa inicial es dificil dar un panorama de lo que es el concreto (ver Anexo 1), por lo que resulta necesario hacer referencia a conocimientos especializ.ados que presentaremos más adelante con el fin de que se pueda describir, la investigación en un lenguaje didáctico. Por tanto, nos limitaremos a mencionar algunos aspectos específicos.. Esto conduce a preguntarse: ¿Cuál es la relación entre los componentes de la mezcla? Habiendo varias posibilidades: Primero, considerar a los aglutinadores, es decir, los productos de la hidratación del cemento, como los materiales esenciales para la construcción con un agregado que desempeñe el papel como un diluyente más o menos barato. Segunda, considerar al agregado grueso como una especie de mini mampostería que se mantiene unida con mortero; es decir, con una mezcla de cemento hidratado y agregado fino. Tercera, tomar en cuenta, en principio, que el concreto está constituido por dos fases:pasta de cemento hidratado y agregado; en consecuencia, las propiedades del concreto estarán definidas por las propiedades de las dos fases y por la. presencia de interfases entre ellos.. Siendo el concreto autocompactado aquel que permite por primera vez que una propiedad del concreto en estado fresco garantice la correcta compactación y consolidación del concreto directamente en el elemento estructural y no sólo como material entregado a pie de obra. Esta propiedad es su capacidad de autocompactación, sin aplicar ninguna energía externa, para su colocación..

(17) 17. JUSTIFICACIÓN. Durante más de 40 años las dos principales características del concreto que han sido evaluadas en la obra, son la resistencia a compresión y el revenimiento, este último mide la manejabilidad del mismo.. Hoy día, la resistencia a compresión es el requisito mínimo que el concreto cumple y no es un indicativo directo de la calidad del mismo, ni del óptimo desempeño de la estructura a través del tiempo en su contacto con el medio ambiente y con los agentes químicos y mecánicos, que lo afectan y modifican en su desempeño.. En cuanto al revenimiento (Anexo 2) hasta ahora ha sido la propiedad del concreto con que se ha buscado correlacionar la fluidez y trabajabilidad del material con la óptima colocación y consolidación del concreto, característica que. no siempre ha sido garantía de la calidad del concreto colocado en la estructura. Esta propiedad es la base para solicitar el concreto, con la trabajabilidad y fluidez necesaria para su transporte y colocación dentro de la obra. La razón por la cual esa correlación no ·ha cubierto las expectativas necesarias radica en la intervención de la mano de . .obra en estos procesos.. Siendo entonces el concreto el resultado de una tecnología que permite por primera vez que una propiedad del concreto en estado fresco garantice la correcta compactación y consolidación del concreto directamente en el elemento estructural y no sólo como material entregado a pie de obra. Esta propiedad es su capacidad de autocompactación.. De esta forma lo que se garantiza es el desempeño del elemento de concreto en estado endurecido en cuanto a sus propiedades de homogeneidad, comportamiento mecánico y durabilidad.. Para desarrollar la tecnología (de trabajabilidad, cohesión y fluidez en estado fresco, y durabilidad en estado endurecido), en el área de Tecnología del Concreto del Centro de.

(18) 18. Tecnología Cemento y Concreto de Cemex (CTCC-CEMEX) se han elaborado los programas de pruebas para tal efecto (Anexo 3). Esperando obtener las siguientes ventajas:. Para el constructor. • • • • •. Garantía de desempeño mecánico y de durabilidad de los elementos y estructuras de concreto sin necesidad de mano de obra ni de equipo para consolidarlo. Reducción de costos asociados con la colocación y vibrado del concreto. Reducción de herramienta y equipo necesarios para trabajar el concreto. Eliminación del ruido provocado por el uso de vibradores durante el proceso de colocación del concreto. Reducción de los tiempos de ejecución de la obra.. Para el trabajador de la construcción. • •. Disminución de los problemas auditivos. Reducción del riesgo de caídas al eliminar la necesidad de vibrado.. Para el dueño. • • •. Reducción de los .costos de mantenimiento y reparaciones. Garantía de comportamiento estructural y de durabilidad de su edificación. Uniformidad estética..

(19) 19. OBJETIVO. El objetivo principal del desarrollo de la tecnología del concreto autocompactado es poder ofrecer a la industria de la construcción un concreto que elimine el efecto negativo que tiene sobre las estructuras, las deficiencias que se presentan durante el proceso de colocación del concreto, debidas a malos procesos (constructivos) de vibrado y del curado del concreto.. Lo anterior implica conocer con precisión el comportamiento del concreto autocompactado en estado fresco y endurecido, observando si la propiedad del concreto al consolidarse bajo su propio peso requiere una menor energía de vibrado para colocarse, adecuadamente en la estructura y permite incrementar . la dwabilidad mediante la densidad del concreto, evaluando si esa densidad disminuye el sangrado y consecuentemente los requerimientos de curado, evitando que la perdida de humedad sea una condición crítica del concreto para su desarrollo de resistencia y su durabilidad..

(20) 20. CAPÍTULO! FUNDAMENTOS DEL CONCRETO 1.1.. TIPOS DE CONCRETO. A continuación veremos , una breve clasificación de los concretos más comunes. Clasificación de Concretos. Concretos. Alto comportamiento. Antibacterianos. Arquitectónicos. Pavimentos. Morteros.. Como podemos ver a continuación se hace un desglosé de los concretos de alto comportamiento. Debido a qué, es aquí, donde se encuentra el concreto autocompactado:. Concretos de Alto Comportamiento. a). Rápido desarrollo de Resistencia. Propiedades:. Garantiz.a lograr el 80% de la resistencia solicitada a 1 ó 3 días. Beneficios:. Elevada resistencia temprana. Optimiz.ación del uso de cimbra Disminución de costos..

(21) 21. b). Ligero Celular. Propiedades:. Tiene un peso volumétrico de 1500 a 1920 kg/m3 • Resistencia a la compresión de hasta 175 kg/cm2 a los 28 días. Beneficios:. Alta trabajabilidad. Disminución de carga muerta. Aislante térmico.. c). Relleno fluido. Propiedades:. Alto revenimiento (20 cm). Peso volumétrico de 1650 a 1800 kg/m3. Resistencia a compresión entre 10 y 70 kg/cm2 . Beneficios:. Alta trabajabilidad. Autonivelante. d). Baja contracción. Propiedades:. Consistencia más elevada que los concretos nonnales. El contenido más alto posible de agregado grueso con una plasticidad adecuada. Contracción por secado más baja posible para un agregado y plasticidad dadas. Deformación total controlada predecible. Beneficios:. Eleva el nivel de confianz.a en el cálculo estructural. Minimiza los riesgos por cambios volumétricos.. Baja permeabilidad..

(22) 22. e). Concreto Lanzado. Propiedades: El concreto lanzado puede especificarse con los pesos volwnétricos y resistencia a compresión similares a los concretos comunes. Se pueden usar tamaños de agregados de hasta 3/8" (0.925 cm).. Beneficios: No requiere de cimbra.. f). Con fibra. Propiedades: Revenimiento de 8 a 20 cm. Peso volwnétrico de 2150 a 2400 kg/m3• Resistencia a compresión entre 150 y 350 kg/cm2 .. Beneficios: Disminución del agrietamiento plástico. Mejora la resistencia a flexión y al impacto. Incrementa la tenacidad. Elimina el uso de mallá electrosoldada en esfuerzos secundarios. Las operaciones requieren menor preparación de la estructura.. g). Concreto Autonivelante. Propiedades: Revenimiento superior a los 20 cm. Autonivelante. No requiere vibrado. Mejor apariencia de concreto terminado.. Beneficios: Disminución de mano de obra. Rápida colocación..

(23) 23. 1.2.. TIPOS DE CEMENTO. Para propósitos prácticos de selección de un cemento portland apropiado o de un cemento mezclado, es útil considerar una clasificación con base a la propiedad fisica o quúnica, tal como una rápida ganancia de resistencia, baja rapidez de evolución del calor de hidratación, o resistencia al ataque de sulfatos.. Para facilitar el estudio, en la Tabla 1 se muestra una lista de diferentes cementos Portland, con otros materiales cementantes o sin ellos, junto con la descripción americana de acuerdo con las normas ASTM C 150 (Anexo 4).. >,(\:,~:<;j~\:Y-'iA~.:~:~-~·ti,:,~,h{;!;zJ;:;~,.~~,:!:'·<~ Descrioción Británica Tradicional Portland ordinario. Descrioción de ASTM Tipo I. Portland de endurecimiento rápido. Tipo III. Portland de endw-ecimiento. extr' rápido. .. Portland de resistencia, temprana ultra alta. Fraguado regulado*. Portland de bajo calor de hidratación. Tipo IV. Cemento modificado. • •·. •. Tipo II. Portland resistente a sulfatos. Tipo V. Escoria de altohorno. Tipo IS Tipol (SM). Portland blanco Portland puzolana. Tipo I P Tipol (PM) Cemento de escoria Tipo S Tabla I Tipos principales de cemento Portland [l].. Nota: todos los cementos americanos excepto los tipos IV y V están también disponibles con un agente inclusor de aire entremolido, y entonces se denotan con la letra A. por ejemplo: Tipo IA. *No es una descripción de ASlM.. La obtención de alguna propiedad especial de cemento puede conducir a características indeseables en otro aspecto. Por eso, puede ser necesario un equilibrio en requisitos, y también se debe considerar el aspecto económico de fabricación, como en el concreto autocompactado..

(24) 24. Cabe señalar que en algunas localidades se encuentran otros cementos, puros o resultantes de combinaciones, que se usan, en general, por razones económicas. Entre ellos se puede citar: cemento de escorias, cemento portland de escorias de alto horno y cemento portland puzolánico.. Pero en el mes de Octubre de 2000, entro en vigor la Norma NMX-C-414-0NNCCE-1999, para todos los cementos que se producen y comercializ.an en México. Por lo que, los integrantes del ONNCE (Organismo Nacional de Normaliz.ación y Certificación de la Construcción y Edificación) acordaron cambiar el enfoque de la norma para los cementos mexicanos, a fin de facilitar el entendimiento de la norma por parte de nuestros consumidores y no sólo por especialistas [3].. El cambio hacia la nueva norma significa fundamentahnente referirse al cemento por sus características y desempeño esperado. Desde ahora los cementos se conocerán por:. A* Los componentes básicos que definen el tipo de Cemento. B * La resistencia mecánica la compresión, qu~ establece l(?s valores núnimos. y máximos en las 20, 30 y40. . C* Las características especiales de durabilidad ante agentes agresivos como sulfatos, agregados. a. reactivos y calor de hidratación.. Por ejemplo un NNN CC R significa:. l L:. I. ~mmkhl Clase resistente. Notación (Cemento Pórtland Compuesto).. Si tiene un carácter especial como;. Un CPC 30 R RS, este último carácter significa;. L. Resistente a Sulfutos..

(25) 25. Ahora, dentro del tipo de cemento A*. Se podrá seleccionar, comprar y usar cementos de diferentes tipos, definidos a partir de su composición:. CPC CPP CPC. Cemento Portland Ordinario Cemento Portland Puzolánico Cemento Pórtland Compuesto. Por otro lado podrá seleccionar con base en las diferentes clases de resistencia mecánica .. Los cementos de resistencia normal o resistencia mecánica a la compresión a 28 días, tendrán una nomenclatura de: Nomenclatura 20 30 40. Resistencia a 28 días Mínima Máxima 204 kg/cm2 408kg/cm2 306 kg/cm2 510 kg/cm2 . 408 kg/cm2. En cementos de resistencia inicial o temprana o resistep.cia a la compresión desarrollada a 3 días; Nomenclatura. 30R. Resistencia .a 28 días ., Mínima Máxima 204 Kg/cm2 408kg/cm2. Para cementos con características especiales , su nomenclatura por sus características y ubicación requerirán una mayor precisión como:. RS BRA BCH B. Resistencia a los sulfatos Baja Reactividad de Alcali Agregado Bajo Calor de Hidratación Blanco.

(26) 26. 1.3.. SIGNIFICADO DE LAS PRUEBAS FÍSICAS DEL CONCRETO. Como ya se ha dicho, la fabricación de concreto en una obra consiste en reproducir una mezcla previamente diseñada en el laboratorio. El control de la calidad del concreto consiste en tratar de conseguir que esa reproducción se lleve a cabo con el mayor apego posible al original. De este modo, el proceso de control de calidad consta de dos etapas bien definidas.. a) La etapa preliminar en que se recomiendan todas las medidas preventivas sancionadas por la práctica, con objeto de evitar cambios de calidad en el producto. (Aquí se incluye el control de calidad de las materias primas, dosificación, control de mezclado, transporte y colocación del concreto).. b) Y la etapa final en que se comprueba la calidad real obtenida por el producto, la cual se consigue mediante el ensaye de especímenes . de concreto endurecido y la interpretación estadística de sus resultados, o bien conpruebas efectuadas directamente sobre las estructuras fabricadas.. En este capítulo se mencionan las determinaciones que se acostwnbra realiz.ar para calificar las características que presenta el concreto .en general .conforme sale .de . la mezcladora, siendo posible, por este medio, conocer los cambios de características que se operan en esta etapa de la producción y corregir las causas probables, de modo que, sus resultados, aun siendo comprobatorios, sirven para orientar la aplicación de medidas preventivas, que después serán aplicadas en el desarrollo del concreto autocompactable.. Reología del concreto en estado fresco. En el campo de la tecnología del concreto, el estudio de este material, requiere apoyarse en el conocimiento de sus propiedades reológicas, es decir, las correlaciones que existen entre las deformaciones y desplazamientos que experimenta..

(27) 27. En el curso de su fabricación, el concreto fresco se somete a fuerzas que actúan de diversos modos en las etapas de mezclado, transporte, colocación y acomodo. Es lógico que diferentes mezclas reaccionen de modo diferente ante fuerzas iguales, o bien que una misma mezcla reaccione de modo distinto ante fuerzas distintas; pero también sucede que una mezcla reacciona en forma variable ante una sola fuerza, lo cual depende de factores internos como su estado de fraguado, o externos como la temperatura ambiente. Como se verá más adelante, la forma como reacciona cada mezcla en determinadas condiciones define lo que, en la terminología usual, se conoce como su manejabilidad.. El conocimiento de los principios que determinan el comportamiento del concreto fresco, cuando es sometido a esas acciones, resulta de gran importancia para el correcto diseño de mezclas manejables, así como .para la adecuada selección de equipos y sistemas de trabajo que pennitan elaborar, transportar, colocar y acomodar esas mezclas con resultados satisfactorios.. El concreto fresco es un sistema heterogéneo de un líquido (agua), un gas (aire) y sólidos de diversos tamaños (cemento y agregados). Sin embargo, para su estudio práctico sólo se consideran dos componentes principales:. 1la pasta. de cemento (cemento, agua y aire) y los. agregados (arena y grava). Las propiedades reológicas del concreto pueden derivarse tanto de las propiedades reológicas de la pasta de cemento como de varias características fisicas de los agregados.. Manejabilidad. En sentido estricto, la manejabilidad es la cantidad de trabajo interno útil necesaria para producir la compactación total. El trabajo interno útil es una propiedad fisica del concreto y es el trabajo o energía requerido para vencer a la fricción interna entre las partículas en el concreto. En la práctica, sin embargo se requiere energía adicional para vencer a la fricción de la superficie entre el concreto y los moldes. Además, se pierde energía en la vibración de los moldes y en la del concreto, que ya ha sido compactado. Pero resuha muy dificil medir la manejabilidad tal como se ha definido; lo que medimos es la manejabilidad aplicable a un método adoptado en particular..

(28) 28. Es evidente que la manejabilidad es afectada por una serie de factores interactuantes: contenido de agua, tipo y graduación del agregado, relación agua/cemento, aditivos para mezcla y finura del cemento. El elemento principal es el contenido de agua de la mezcla, ya que basta añadir agua para que se incremente la lubricación entre las partículas. Sin embargo, a fin de lograr condiciones óptimas para que haya un mínimo de espacios o una máxima densidad sin segregaciones, se debe tener en cuenta la influencia del tipo de agregado y de la graduación. Por ejemplo, las partículas más finas requieren más agua para humedecer una mayor superficie específica, mientras que la forma irregular y la textura áspera de un agregado angular exigen más agua que un agregado redondeado. También es importante la porosidad o absorción del. agregado, ya que una parte de la mezcla, necesaria para la lubricación de las partículas será eliminada.. El agregado ligero tiende a disminuir la manejabilidad. De hecho, se rige por las proporciones volumétricas de partículas de diferentes tamaños, de modo que se empleen agregados de gravedades específicas (densidad.de partícula)· diversas.. Con una relación constante de agua/cemento, la manejabilidad aumentará a medida que se reduzca la relación agregado/cemento, debido al incremento del agua en relación con las superficie total de sólidos.. Una relación alta de volúmenes de agregado grueso con respecto al agregado fino puede conducir a una separación y a una menor manejabilidad, volviendo la mezcla áspera. A la inversa, demasiadas partículas finas llevarán a una mayor manejabilidad; sin embargo, una mezcla con demasiada arena produce concretos menos durables.. Hay otros dos factores que afectan a la manejabilidad: el tiempo y la temperatura. El concreto recién mezclado se vuelve rígido con el tiempo, pero esto no debe confundirse con el tiempo de fraguado del concreto. Es claro que el agregado absorbe parte del agua de la mezcla, otra parte se pierde por evaporación (especialmente si el concreto está expuesto al sol o al viento) y otra parte.

(29) 29 más se elimina por las reacciones químicas iniciales. El endurecimiento del concreto se mide con. precisión por la perdida de la manejabilidad inicial.. Una mayor temperatura reduce la manejabilidad y aumenta la pérdida de revenimiento. En la práctica, cuando las condiciones ambientales no son las normales, lo mejor es hacer las pruebas en el lugar de trabajo para determinar la manejabilidad de la mezcla.. Desafortunadamente, no existe una prueba aceptable para medir la manejabilidad tal como ha sido definida. Los métodos siguientes proporcionan una medida aplicable sólo en referencia al método específico que se emplee. Sin embargo los métodos que a continuación se muestran, tienen aceptación universal y sus méritos principales residen en la sencillez de la operación con una capacidad para detectar variaciones en la unifomudad de una mezcla de proporciones. nominales específicas.. Extensibilidad. Su uso es muy difundido, en especial para concreto fluido, hecho con aditivos superplastificado, como el diseñado en este trabajo. El aparato, que se muestra en la foto 2, es con el cual se lleva acabo la prueba y consiste. básicamente en unatabla de madera e>J1cero, cubierta por una placa de acero de una masa total de 16 Kg. (35 lb.). Está unida por un lado mediante bisagras a una tabla base; ambas tablas miden 700 mm (27.6 in) por lado. La tabla superior puede levantarse hasta un tope, que permita al borde hbre elevarse 40 mm (1.6 in). Unas marcas señalan el lugar de la tabla sobre el que debe depositarse el concreto [4].. La parte superior de la tabla se humedece y se coloca un cono truncado de concreto, ligeramente apisonado en la forma prescrita, con un aplanador de madera; se coloca mediante un molde de 200 mm (8 in) de alto, con diámetro inferior de 200 mm (8 in) y diámetro superior de 130 mm ( 5 in). Antes de levantar el molde se remueve el exceso de concreto, el resto de la parte superior de la tabla se limpia y después de un intervalo de 30 seg., se retira el molde suavemente. Se levanta. la tabla superior y se deja caer, evitando aplicar una fuerza significativa contra el tope, 15 veces en cada ciclo de aproximadamente 4 seg. El concreto se extenderá, y se medirá la extensión.

(30) 30. máxima derramada (final), paralela a los dos bordes de la mesa. El promedio de estos dos. valores, dado al milímetro más cercano, representa el flujo. Un valor de 400 mm señala una manejabilidad media; 500 mm, una alta. El concreto, en esta etapa, debe aparecer uniforme y cohesivo, o esta prueba se considerará inadecuada para esa mezcla. Así, la prueba ofrece una condición de la cohesión de la mezcla [4].. Foto 2. M~.de extensibilidad. Cohesividad. Aunque no existe un método aceptado en fonna general para medir cohesividad, se determina, mediante el trabajo aplicado, para llevarlo acabo. El trabajo aplicado incluye forzosamente el necesario para vencer la :fricción de superficie, pero reducido a un mínimo, aunque quizá la :fricción real varíe con la manejabilidad de la mezcla.. El grado de compactación, llamado factor de compactación, se mide por la relación de la densidad lograda en la prueba respecto a la densidad del mismo concreto ya totalmente compactado.. La prueba, llamada ''factor de compactación", se desarrolló en el Reino Unido y se describe en la BS 1881: Parte 103 y en la americana; en la ACI 211-3. El aparato consiste básicamente en dos.

(31) 31. tolvas en forma de conos truncados y un cilindro, los tres uno sobre otro. Las tolvas tienen en el fondo unas puertas con bisagr~ como se muestra en la figura l. Todas las superficies interiores están pulidas, para reducir la fricción.. La tolva superior se llena con concreto, colocándolo suavemente para que, en esta etap~ no se le aplique ningún trabajo que produzca compactación. Después, la puerta del fondo se abre y el concreto cae a la tolva de abajo. Ésta es más pequeña que la de arriba y, por tanto, se llena hasta desbordar, pero siempre contiene aproximadamente la misma cantidad de concreto en. mi. estado. determinado; esto reduce la influencia del factor personal al caer de la tolva superior. La puerta del fondo de la tolva inferior se abre y el concreto cae en el cilindro. El material sobrante es eliminado por dos flotadores desliz.a.dos sobre la parte superior del molde. Se determina entonces la masa neta de concreto en el volumen conocido del cilindro [5].. A continuación se calcula la densidad del concreto en el cilindro y la relación de esta densidad respecto a la del concreto totahnente compactado será la .que se defina como factor de compactación. La segunda densidad puede obtenerse llenando el cilindro con concreto en cuatro capas, cada una apisonada o vibrada o también a partir de los volúmenes. absolutos de los ingredientes de la mezcla En la tabla 2, se muestran los valores del factor de compactación para diferentes manejabilidad.. A diferencia de la prueba de revenimiento, la variación de la manejabilidad del concreto seco se refleja en un cambio notable en el factor de compactación; es decir, la prueba es más sensitiva en el límite inferior de la escala de manejabilidad que en la alta. Sin embargo, las mezclas muy secas tienden a adherirse en una o ambas tolvas y el material debe removerse cuidadosamente con una varilla de acero. Todo parece indicar que en el caso de manejabilidades muy bajas, la cantidad real de trabajo requerido para una compactación total depende de la riqueza de la mezc~ lo que no sucede para el factor de compactación: las mezclas pobres necesitan más trabajo que las ricas. Esto significa que no siempre se justifica el supuesto de que todas las mezclas con igual factor de compactación requieren la misma cantidad de trabajo útil. Sin embargo, la prueba del factor de compactación proporciona una buena medida de la manejabilidad..

(32) 32. r-::_~ ~/. ',1. 1. \. !. • •. l. Figura 1. Aparato de factor de compactación [5].. ~.. \. ( ~ !;. El aparato de la prueba del factor de compactación, que se muestra en la figura 1 tiene una altura aproximada de 1.2 m (4 ft.) y no es muy conveniente usarlo en la obra. Por eso, aunque proporciona resultados confiables, no se emplea con frecuencia en el trabajo exterior de prevaciado de concreto y en obras grandes [5].. -~ -~~~t:~~~,~-i~flí!~{ttili~;,illtK{~ Muy baja. 0-25. 0-1. 0.78. En caminos vibrados por máquinas de poder. En el final más trabajable de este grupo, el concreto se puede compactar en ciertos casos con máquinas manuales. Baja 25-50 1-2 0.85 En caminos vibrados por máquinas manuales. En el final más trabajable de este grupo, el concreto se puede compactar manualmente en caminos usando agregado de forma redonda , irregular. Cimentaciones de concreto en masa sin vibración o secciones reforzadas ligeramente con vibración. En el final menos trabajable de este grupo, se encuentran low Media 25-100 2-4 0.92 planas compactadas manualmente que usan agregados triturados. Concreto reforzado normal, compactado manualmente y secciones muy reforzadas con vibración 0.95 Para secciones con refuerzo aglomerado. Normalmente no es Alta 00-175 4-7 adecuado ara ser vibrado. Tabla 2. Trabajabiliclad, revenimiento y factor de compactación de concretos con un tamaño máximo de agregado de 19 a 38 mm (3/4 a 1~ in)..

(33) 33. Revenimiento. Existen pequeñas diferencias en los detalles del procedimiento en distintos países, pero no son importantes. A continuación se resumen las prescripciones de la norma ASTM C 143. El molde para la prueba de revenimiento es un cono truncado de 305 mm (12 in) de altura. La base, de 203 mm (8 in), se coloca sobre una superficie plana, con la abertura más pequeña de un diámetro de 102 mm (4 in), hacia. amoa. El recipiente se llena con concreto en tres capas, cada. una de ellas apisonada 25 veces con una varilla de acero estándar de 16 mm (5/8 in) de diámetro, redondeada en el extremo. En la superficie superior se elimina lo que sobra haciendo rodar una varilla por encima. El molde ,debe quedar firmemente sujeto a su base durante toda la operación; esto se facilita colocando unas abraz.aderas soldadas en el cono truncado.. Inmediatamente después del llenado se levanta el cono con suavidad y el concreto se desploma, de ahí el nombre de la prueba, La disminución en la altura de.l centro del concreto desplomado se denomina revenimiento. y se. mide hasta lo más cercano a 5 · mm (1/4 in). Para reducir la. in.fluencia de la variación en la fricción superficial, el interior del molde y su base debe estar húmedas al comienzo de cada prueba y, antes de levantar el molde, el área que le rodea debe estar limpia, sin el concreto que puede haber.caúio accidentalmente [6].. Si en vez de desplomarse uniformemente, como en un verdadero desplome (ver figura 2), la mitad del cono se desliza en un plano inclinado, se dice que ocurre un revenimiento cortante (ver inciso b, figura 3) y la prueba debe repetirse. Si persiste el revenimiento cortante, como puede ser el caso con mezclas ásperas, será una señal de falta de cohesión de la mezcla.. Las mezclas de consistencia rígida tienen un revenimiento cero (ver inciso a, figura 2), así que en el rango de secos no pueden detectarse ninguna variación entre mezclas de manejabilidad distintas. Este problema no existe en mezclas ricas, en las que el revenimiento es sensible a las variaciones de manejabilidad. Sin embargo, en una mezcla pobre con tendencia a la aspereza, el desplome puede cambiar fácilmente al cortante e incluso colapsarse (ver inciso c, figura 2) y.

(34) 34. puede obtenerse valores muy diferentes de revenimiento en varias muestras de la misma mezcla; por tanto, la prueba no es confiable con mezclas pobres.. --------.--.~* ....-------.. 1 1 1. 1 1 1. Hasta 125 mm (5 in). --------,~~~. 1. 1. 1. 1. 1. \. 1. I 1. I. 1 1 1. 1. Hasta 150 mm (6 in). 1. 1 I I. 1 1 1 1 I. 1 1. 1. a). b). 1. 1 1 1 1 1. 1. 150-250 mm (6-10. 1. 1 1 1 1. c) Figura 2. Proceso de la prueba de revenimiento.. En la tabla 2 se muestra el ordendemagnitucfcieÍrevenimientÓ·p~i diferentes manejabilidades. Debe recordarse que con diferentes agregados se puede registrar el mismo revenimiento para diferentes manejabilidades; además, el revenimiento no guarda una relación única con la manejabilidad.. A pesar de estas limitantes, la prueba de revenimiento es muy útil en el lugar de trabajo, para una revisión de las variaciones de un día a otro o de una hora a otra, en los materiales que se alimentan en la mezcladora. Por ejemplo un incremento en el revenimiento puede significar; una deficiencia en el contenido de humedad en el agregado.. Esta aplicación de la prueba, así como su sencillez, son las razones para su tan difundido uso..

(35) 35. Masa volumétrica La densidad de masa depende de cuán compactado esté el agregado y de la distribución de fonnas y tamaños de las partículas. Por ello, para propósitos de prueba, debe especificarse el grado de compactación. La norma BS 812: Parte 2: reconoce dos grados: flojo y compactado. La prueba se realiza empleando un cilindro de diámetro y profundidad prescritas que depende del tamaño máximo del agregado y de la manera en que la densidad en masa se ha identificado como compacta o floja. Para esta última, el agregado seco se coloca con cuidado en el contenedor hasta que desborde y después es nivelado haciendo rodar una varilla por encima. Para determinar la densidad en masa compactada, el contenedor se llena en tres etapas, apisonando cada tercio de volumen un número determinado de veces con una varilla de punta redonda de 16 mm (5/8 in) de diámetro, y se remueve de nuevo lo que sobresalga. La masa neta del agregado en el contenedor, dividida entre su volumen, representará la densidad de masa para uno u otro grado· de compactación. la relación de la densidad en masa del grado flojo respecto a la del grado compactado está, por lo general, entre 0.87. y 0.96. Las normas ASTM C 29 prescnre un. procedimiento similar~. Contenido de aire. La relación de vacíos indica el volumen de mortero que se requiere para llenar los espacios entre las partículas de agregado grueso. Sin embargo si el agregado contiene agua en la superficie se. compactará menos densamente, debido al efecto de abultamiento. Aún más, la densidad en masa determinada en el laboratorio puede no corresponder a la del sitio de trabajo, y por tanto, tal vez no sea adecuada para fines de convertir masa en volumen durante el ahnacenamiento del concreto.. La ASTM proporciona tres métodos para la determinación del contenido del contenido de aire del concreto recién mezclado. Estos son, el método de presión, el método volumétrico, y el método gravimétrico (ver Anexo 5)..

(36) 36. Aspecto. El aspecto se refiere básicamente a la textura que presenta el concreto una vez realizada la mezcla de los compuestos en la elaboración del concreto. Este factor es de apreciación, ya que el supervisor es el que determina si el concreto es adecuado para las aplicación a la que fue diseñado. En el concreto básicamente se ve los siguientes puntos: consistencia, cohesividad, textura, sangrado, segregación, homogeneidad y distribución.. Estos aspectos son los que veremos que a lo largo de esta tesis, enfatizan las características reológicas de un concreto, lo que dará las propiedades finales al concreto endurecido.. Foto 3. Prueba de extensibilidad de un concreto (segregándose).. Foto 4. Cilindro de concreto con un alto grado de porosidad. Como se puede observar en la foto 3, donde a un concreto se le hace la prueba de extensibilidad; se aprecia como empieza a segregarse, lo que implica; poca homogeneidad, deficiencia en la consistencia, a pesar de tener una extensibilidad relativamente buena (extensibilidad inicial de 48 cm.). Lo que hace reflexionar, que no porque cumplamos con los parámetros de diseño, se esta cumpliendo, con los requerimientos para un buen concreto, por lo que el aspecto juega y jugará un papel muy importante. De lo contrario producirá defectos de colocación y fraguado, como los presentados en la foto 4..

(37) 37. Con este simple ejemplo, mostramos la importancia de cada punto señalado en el análisis del aspecto de un concreto (en general). Teniendo un concepto de aspecto, modificado ya que basados en un concreto normal, las pruebas de extensibilidad, mostrarían que el concreto autocompactado tiene poca consistencia, siendo está (consistencia) la que le dará la propiedad de autocompactarse. Por lo que será uno de los puntos a examinar con más detenimiento.. 1.4.. AGREGADOS. En general, al supervisar un agregado en la elaboración de cualquier concreto, comprende básicamente un examen que incluye un.. conjuntq de pruebas, para poder.tomar la determinación de ser aceptado o rechaz.ado, estas pruebas de control, constan básicamente de los siguientes pasos; elaboración de las pruebas, manejo y almacenamiento en forma apropiada y verificación. de las operaciones de medición.. Cabe señalar que algunas de las características :fisicas de los agregados producen efectos más determinantes sobre el comportamiento reológico del concreto fresco, que las. propiedades de la pasta de cemento. Por eso, y porque a veces. esas características no se pueden modificar, es frecuente asignar a los<agregados un papeL.primordial .en la manejabilida<l de las mezclas de concreto.. En este sentido, las principales características de los agregados son forma, textura, granulometría y tamaño máximo nominal de las partículas.. Clasificación petrográfica de los 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..

(38) 38. Con objeto de controlar la proporción relativa que deben guardar los distintos tamaños de partículas entre s~ se acostumbra dividirlos en fracciones que se manejan por separado. Esto da lugar a la primera clasificación de 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 4. 76 mm, y como grava el agregado cuyas partículas quedan retenidas en esta malla. Aun más, en obras de cierta importancia, se debe separar la grava en subfracciones y manejarlas también por separado [6].. Otra clasificación usual se basa en distinguir el origen de la fragmentación de las partículas de roca; as~ hay agregados naturales y manufacturados.. Los agregados naturales provienen de la desintegración de una roca, producida por fuerzas naturales, cuyos fragmentos son transportados y depositados· también por fuerzas naturales. Los materiales de esta clase que se presentan en .)a naturaleZJl, generalmente son depósitos de formación acuática (fluvial, lacustre, maátima, glacial), eólica (dunas) o ígnea (depósitos piroclásticos).. Los agregados manufactureros se obtienen por la trituración de una roca previamente fragmentada en dimensiones adecuadas, y conforme a un proceso definido de reducción progresiva. Cuando la roca original procede de una formación de roca fija, que debe ser explotada como cantera, o bien de grandes :fragmentos aislados de roca que requieren una división inicial antes de ser triturados, el agregado resultante se identifica como totalmente manufacturado.. Cuando el material con que se alimenta el proceso de trituración consta de las partículas más grandes de un agregado natural que no son utilizables en esas condiciones por su tamaño excesivo, el producto se identifica como agregado mixto..

(39) 39. Finalmente, es común clasificar los agregados de acuerdo con su forma de partículas y textura superficial. En este aspecto, puede establecerse una diversidad de clases que comprenden desde las partículas naturales de fonI13S muy redondeadas y superficies muy lisas, hasta los :fragmentos manufacturados de formas muy angulosas, con aristas vivas y superficies ásperas.. Pero independientemente de si los agregados son naturales o manufacturados, estos deben proceder de rocas que, de acuerdo con su origen, se clasifican en tres grupos principales:. a) Rocas ígneas, producidas por solidificación a partir de un estado de fusión.. b) Rocas sedimentarias, formadas por sedimentos transportados por agua, aire, hielo, o gravedad.. c) Rocas metamórficas, que producen de rocas ígneas o sedimentarias modificadas por condiciones de presión y temperatura.. Las rocas ígneas, por lo general, ofrecen muy buenas propiedades fisicas (densidad, dureza y resistencia), excepto las tablas y escorias volcánicas que son porosas y de escasa resistencia.. Entre las rocas sedimentarias las hay duras y suaves, pesadas y ligeras, densas y porosas. En este grupo predominan las areniscas y calizas que, cuando son duras y densas, swninistran buenos agregados.. Características f'tsicas de los agregados. Todas las características fisicas de los agregados tienen, en mayor o menor grado, influencia sobre las propiedades y comportamiento del concreto, algunas sobre el concreto en estado fresco y otras sobre el concreto endurecido.. En una masa de concreto fresco, debe suponerse que los agregados (arena y grava) constituyen un conjunto de partículas que tienden separarse, pero que mantienen cierta cohesión por el efecto.

(40) 40. retentivo de la pasta de cemento. No obstante, cada vez que la masa se ve sometida a una acción externa, las partículas experimentan desplazamientos relativos, conforme se manifiestan las deformaciones correspondientes. Por lo que a continuación se mencionan los principales aspectos a estudiar de los agregados (arena y grava).. Masa volumétrica suelta. Para la prueba, el agregado seco se coloca con cuidado en el contenedor hasta que se desborde y después es nivelado haciendo rodar una varilla por encima. La relación de la densidad en masa del grado flojo respecto a la del grado compactado está, por lo general, entre 0.87 y 0.96 (BS 812: parte 2).. Masa volumétrica compactada. Para determinar la densidad en masa compactada, el contenedor se ,llena en tres etapas, se apisona cada tercio del volumen un número determinado de veces con una varilla de punta redondeada de 16mm (5/8 in) de diámetro, y se remueve de nuevo lo que sobresalga. La masa neta del agregado en el contenedor, dividida entre su volumen, representará la densidad de masa para uno u otro grado de compactación (ASTM C 29).. Granulometría. La composición granulométrica de un agregado es la característica que resulta de la distnbución de tamaños de las partículas que lo constituyen. Es uno de los rasgos más peculiares en los agregados, cuya influencia se hace sentir notablemente en el comportamiento de las mezclas de concreto fresco. Para determinar esta composición, que con frecuencia se denomina granulometría, se acostumbra separar el material por medio de mallas con aberturas cuadradas, de dimensiones establecidas. A esta operación se le suele llamar análisis granulométrico, y con él se obtienen:.

(41) 41. •. Proporcionamiento de arena y grava.. •. Granulometría de la arena.. •. Granulometría de la grava.. •. Tamaño máximo de las partículas.. Para obtener la proporción de arena y grava, basta con separar el material en dos fracciones, empleando la malla Nº 4 (4. 76 mm).. Para determinar la granulometría de la arena es necesario separarla en fracciones empleando un juego de mallas estándar. Dentro del medio nacional es común el empleo de la serie de mallas, cuyas denominaciones y aberturas libres en milímetros, son:. Nº 8 .............. 2.38 mm Nº 16 .............. 1.19 mm Nº 30 ............. 0.595 mm Nº 50 ............. 0.297 mm Nº 100 .........•... 0.149 mm Los resultados de esta determinación se resume en el dato del módulo de finura de la arena, que es igual a la suma de los porcentajes acumulados en cada una de las cinco mallas, dividida entre 1OO. De acuerdo con su modulo de finura, las arenas pueden calificarse como sigue:. Módulo de finura <2.0 2.0-2.3 2.3 -2.6 2.6-2.9 2.9-3.2 3.2-3.5 > 3.5. Calificación Muy fina Fina Medio fina Medio Medio gruesa Gruesa Muy gruesa. Solo son aceptables, como arenas para concreto, las que presentan módulos de finura entre 2.3 y 3.2. El empleo de las arenas finas y gruesas es muy escaso, y de hacerse, debe ser mediante ensayes previos; por último, las muy finas o muy gruesas siempre resultan objetables para esta aplicación [5]..

(42) 42. Muchas veces, el simple dato de módulo de finura no basta para definir la aptitud granulométrica de la arena, siendo necesario acudir a confrontar los porcentajes parciales retenidos en cada malla, contra línñtes establecidos y sancionados por la práctica.. La granulometría de la grava también se determina separándola en fracciones con el uso de. mallas estándar. En este aspecto, no existe en el país un criterio tan unificado como en el caso de la arena. Sin embargo, la tendencia observada en las obras, se inclina por la aplicación de la práctica, que clasifica las gravas en mallas cuyas aberturas, son en milímetros:. Nº 4 ................ 4.76mm. 3/8"................ 9.51 mm %" ............... 19.0 mm. 1Y2"............... 38.1 mm 3" ............... 76.2 mm 6" ............... 152.4 mm El tamaño máximo de partículas es un dato· que. se obtiene prácticamente junto con el análisis. granulométrico de la grava, observando qué entre mallas de la serie empleada resultaron comprendidas las partículas más grandes; se considera .como tamaño máximo el que corresponde a la abertura de la trialla superior por donde pasaron todas las partículas. Sin embargo, para conocerlo con mayor precisión, es necesario cnbar la fracción de partículas más grandes a través de varias mallas con aberturas intermedias, y determinar en cuál de ellas pasan todas las partículas.. La granulometría para el agregado del concreto, se acostumbra definirla tomando en cuenta, factores tales como características dimensiónales y de refuerzo de la estructura, equipos dispombles para mezclado, transporte y colocación del concreto, magnitud de la resistencia requerida en el concreto, resistencia de los propios agregados, etc. Una vez que se ha defuiido el tamaño máximo más conveniente, es necesario comprobar, mediante análisis de muestras, que en la grava se hayan suprimido las partículas que exceden de dicho tamaño..

(43) 43. Densidad. Con frecuencia, las especificaciones para algunas obras de concreto, al referirse a los agregados, establecen que deben ser densos, sin mayor definición.. La densidad de un material se define (ASTM E 12) como la masa de un volumen unitario del material, a una temperatura especificada, donde, si el material es un sólido, el volumen debe ser de la proporción impermeable. Si en vez de la masa, se opera con el peso del volumen unitario, se le llama densidad aparente. Si, además, en este último caso, el volumen unitario incluye la porción permeable, la densidad recibe el nombre de densidad en masa. En cualquier caso, la densidad tiene unidades definidas de masa () . .peso entre V()lumen (gr/cm3). Por tratarse de una relación de concepto con unidades iguales, el peso específico no tiene unidades.. Los agregados para concreto contienen vacíos permeables e impermeables. Cuando un agregado se satura, el agua ocupa prácticamente todos los vacíos que son permeables. Como esta cantidad de agua, llamada "absorción", no participa en. la :reacción con el cemento, se considera parte del agregado.. Para el diseño de mezclas de . concreto y el cálculo .de .consumos. de. material en el concreto, interesa determinar el volumen de cada uno de los elementos (componentes), lo que resulta posible al conocer su densidad o peso específico aparentes. En el caso de los agregados, la determinación se hace por inmersión en agua con el material en condición saturada y superficialmente seca (SSS), por ello el volumen considerado incluye los vacíos impermeables y permeables (estos últimos llenos de agua). El dato resultante debe denominarse peso específico aparente, en condición saturada y superficialmente seca, o bien peso específico en masa. El peso específico de los agregados no siempre es un buen mdice de su calidad; de ahí ·que no se acostumbre limitarlo en especificaciones, excepto en el caso de estructuras en que el peso del concreto es importante.. Sin embargo, un descenso significativo en el peso específico de agregados que provienen de un mismo origen puede ser smtoma de una baja de calidad que conviene investigar..

(44) 44. Absorción. La capacidad de los diferentes agregados para absorber agua suele depender del tamaño, continuidad y cantidad total de vacíos permeables que contienen. Como ocurre con el peso específico, la absorción no es una característica que sea definitiva para calificar a los agregados, si bien a mayor absorción se considera normalmente menor calidad y viceversa. Para fines de aplicación, conviene distinguir entre lo que se llama agua de absorción y contenido de humedad en los agregados.. El agua de absorción corresponde a la que en un agregado es capaz de absorber por inmersión durante 24 horas, eliminándole .el agua supeqicial, es. decir llevándolo a la condición de saturado y superficialmente seco (SSS).. El contenido de humedad corresponde a.la.cantidad. total de agua que contiene un agregado, en un momento dado; puede ser menor o mayor que la absorción En el primer caso se dice que el agregado está subsaturado y, en el segundo sobresaturado.. Cuando en el momento de su empleo, un agregado se encuentra subsaturado, se supone que tiene la capacidad para absorber agua delccmcr~to Y~ .si.se encuentra sobresaturado, es capaz de ceder agua. Para estimación en los consumos en ambos casos, se acostumbra considerar que, antes que el concreto llegue a fraguar, los agregados absorben o ceden el agua fa.ltante o excedente para quedar teóricamente en la condición saturada y superficialmente seca, en que solo contienen su agua de absorción. Sanidad. Por sanidad debemos entender, cuando un material pétreo tiene un comportamiento estable a cambios grandes de volumen o permanente, debido a la congelación y deshielo, y también a la humedad y secado de los agregados. Se dice que los agregados no son sanos a los cambios de volumen, debido a las causas. antes mencionadas, dando como resultado el deterioro del.

(45) 45. concreto. Este puede variar desde el descascaramiento y los así llamados reventones, hasta el extenso agrietamiento de la superficie y la desintegración a profundidad considerable, y variar desde no más que una simple apariencia defectuosa hasta una situación estructuralmente peligrosa.. Perdidas por lavado. Esta prueba determina el porcentaje de finos que pasa por la cnba (No. 200), por medio de lavado. En resumen es prácticamente un análisis granulométrico, con excepción de que el agregado esta húmedo (ver Anexo 6). Este porcentaje de finos va a jugar un papel importante en la obtención de la resistencia del concreto y de la trabajabilidad, lo cual lo explicaremos en particular para el concreto autocompactado a lo largo de la tesis.. Influencia de los agregados en· el concreto Como se mencionó anteriormente, todas las características y propiedades de los agregados tienen influencia en las características y . pmpiedades del concreto, ya sea en estado fresco o completamente endurecido.. Dado que una parte de esa influencia puede producir resultados negativos, se justifican plenamente todos los estudios preliminares que se realicen para seleccionar adecuadamente los agregados en función de las características de los otros ingredientes del concreto y de las obras por ejecutar.. En la tabla 3 se presenta un resumen de las propiedades del concreto que pueden ser influidas por. las propiedades de los agregados..

(46) 46. ae.:.:deft -·: · ·-·· ·": .re {:'. .fb. -•. ' .., • :. _da-~«(:\·•: ::~,' . . _._---_,,/:.{ -:;~:-·_- .,., .... .://.;_t,}iJL . L·, . r·"X.?.; 1. Durabilidad Sanidad Porosidad Resistencia a congelación y deshielo Estructura interna Permeabilidad Resistencia a tensión Grado de saturación Presencia de arcilla Limpieza Módulo de elasticidad Resistencia a humedecimiento y secado Estructura interna Coeficiente de expansión térmica Resistencia a calentamiento y enfriado Durez.a Resistencia a la abrasión Presencia de minerales reactivos Reacción álcalis-sílice Presencia de minerales reactivos Reacción álcalis-carbonato 2. Resistencia a compresión. Módulo de elasticidad Textura superficial Limpieza Forma de partícula Tamaño máximo Adherencia Módulo de elasticidad Forma de partícula 3. Contracción. Granulometría Limpieza Tamaño máximo Presencia de arcilla 4. Coeficiente de expansión térmica Coeficiente de expansión térmica Módulo de elasticidad 5. Conductividad térmica Coeficiente de exoansión 6. Calor esnecífico Calor esoecífico Forma de partícula 7. Peso unitario Peso específico Tamaño máximo Granulometría Relación de Poisson Módulo de elasticidad 8. Módulo de elasticidad Granulometría Forma de partículas 9. Economía Procesamiento requerido Tamaño máximo Disponibilidad Porosidad Sanidad 1O. Impermeabilidad Granulometría •Peso específico Estructura interna Tamaño máximo Limpieza Textura Tabla 3. Propiedades del concreto, influidas por los agregados [5]. 1.5.. AGUA. Por sus efectos sobre el concreto, la calidad del agua interesa bajo dos aspectos diferentes:. a) Como agua de mezclado al elaborar el 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 florescencias sobre la superficie del concreto. Finalmente, como agua que forma parte.