desarrollo de un concreto autocompactado
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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: Dr. JOAQUÍN OSEGUERA PEÑA
Comité de tesis: Dr. EMIL LIEBERMAN G. M. en C. ULISES FIGUEROA l. M. en C. DANIEL DAMAZO JUÁREZ
Jurado: 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
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FECHA: __ Q:_iJJ2lO ....... O..__ __
Atizapán de Zaragoza, Ed éL, Diciem A~· PÚBLICO
HAHTA LA FECHA: _ __,O_Lt_/ _1 :t •. J,__0_2. __
ITESM CAMPUS ESTADO DE MÉXICO
MAESTRÍA EN SISTEMAS DE MANUFACTURA
CONFIDENCIAL SIN ACCESO PÚBLICO
EJEMPLAR Nº 1
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.
ÍNDICE
ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS ÍNDICE DE FOTOS ÍNDICE DE GRAFICAS
INTRODUCCIÓN JUSTIFICACIÓN OBJETIVO
CAPITULO l. FUNDAMENTOS DEL CONCRETO
1.1. TIPOS DE CONCRETO 1.2. TIPOS DE CEMENTO 1.3. SIGNIFICADO DELAS PRUEBAS FÍSICAS DEL CONCRETO
Reología del concreto en estado fresco Manejabilidad Extensibilidad Cohesividad Revenimiento Masa volumétrica Contenido de aire Aspecto
1.4. 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
1.5. AGUA. 1.6. DOSIFICACIÓN DE MATERIALES 1.7. DISEÑO DE MEZCLAS
Proporcionamiento de agregados Consumo de cemento y agua Proporcionamiento de aditivos
1.8. MEZCLADO DE LOS MATERIALES 1.9. PRUEBAS AL CONCRETO ENDURECIDO
Resistencia mecánica Resistencia a compresión
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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
Resistencia a flexión Módulo de elasticidad Ultrasonido Permeabilidad a la penetración de cloruros (R.C.P.T.) Absorción
1.10 TRANSPORTE Y COLOCACIÓN DEL CONCRETO Transporte del concreto Colocación del concreto Vibrado del concreto
1.11 FRAGUADO Y ENDURECIDO DEL CONCRETO Proceso de fraguado Influencia de la temperatura Curado del concreto
5
57 58 59 60 61 62 63 63 65 65 66 68 68
CAPITULO 2. PROGRAMA DE PRUEBAS DEL CONCRETO AUTOCOMPACT ADO
2.1. CONSIDERACIONES YPARÁMETROSDE DISEÑO 71 2.2. DISEÑO DE MEZCLAS 73
Consumo de cemento 75 Contenido de agua 75 Proporciona.miento de los agregados 75 Proporcionamiento de los·aditivos 76
2.3. IDENTIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS 77 2.4. SELECCIÓN DEL AGREGADO YSUCONTENIDO. 78 2.5. EVALUACIÓN PETROGRAFICA DEL CONCRETO AUTOCOMP ACTADO 78 2.6. EVALUACIÓN DE ADITIVOS 78
CAPITULO 3. COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO
3.1. PRUEBAS AL AGREGADO Tamaño máximo del agregado Granulometáa Forma y textura del agregado
3.2. RELACIÓN AGUA/CEMENTO DEL CONCRETO 3.3. PRUEBAS AL CONCRETO FRESCO AUTOCOMP ACTADO
Trabajabilidad Extensibilidad Revenimiento Cono de escurrimiento
Masa volumétrica y contenido de aire Aspecto
3.4. PRUEBAS AL CONCRETO ENDURECIDO AUTOCOMP ACT ADO 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
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illtrasonido Permeabilidad a la penetración de cloruros (R.C.P.T.)
CONCLUSIONES DEL CAPITULO 3
6
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104
CAPITULO 4. RESULTADOS TÉCNICOS DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO
4.1. CONCRETO FRESCO AUTOCOMP ACTADO Trabajabilidad Extensibilidad Revenimiento Contenido de aire Cono de escurrimiento Aspecto
4.2. CONCRETO ENDURECIDO AUTOCOMP ACTADO Resistencia a compresión Resistencia a flexión Módulo de elasticidad Masa volwnétrica Ultrasonido Pruebas de permeabilidad rápida de cloruros (R.C.P.T.) Absorción
CONCLUSIONES DEL CAPITULO 4
CAPITULO 5. EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA MEZCLA A ESCALA INDUSTRIAL
5.1. COLADO DE ELEMENTO DE PRUEBA 5.2. PRUEBA EN LA LOSA DE ENTREPISO 5.3. UNIFORMIDAD DEL CONCRETO AUTOCOMP ACTADO 5.4. EVALUACIÓN DEL CONCRETO AUTOCOMP ACTADO
CONCLUSIONES DEL CAPITULO 5
CAPITULO 6. EVALUACIÓN ECÓNOMICA DEL USO DE CONCRETO AUTOCOMPACTADO VS CONCRETO NORMAL
106 108 108 109 110 110 111 112 112 114 116 117 118 120 121
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122 123 126 127
128
6.1. COSTOS DE COLOCACIÓN DE CONCRETO AUTOCOMPACTADO 129 6.2. COSTOS DE VIBRADO DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO 129 6.3. COLOCACIÓN DE CONCRETO AUTOCOMPACTADO 130 6.4. COSTOS DE REPARACIÓN POR MAL VIBRADO DE LOS ELEMENTOS 130 6.5. COSTOS DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO 130
CONCLUSIONES DEL CAPITULO 6 131
CONCLUSIONES GLOSARIO ANEXOS REFERENCIAS
·,, ~; .
7
132 134 135 142
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Aparato de factor de compactación.
Figura 2. Proceso de la prueba de revenimiento.
Figura 3. Prueba de flexión.
Figura 4. Relación entre la resistencia a compresión y la velocidad del impulso
ultrasónico.
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.
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ÍNDICE DE TABLAS
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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 1 Yi 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
ÍNDICE DE FOTOS
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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 1 O. 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
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Gráfica l. Distribución granulométrica del agregado pétreo andesitico.
Gráfica 2. Distnbución granulométrica del agregado pétreo basáltico.
Gráfica 3. Distribución granulométrica del agregado pétreo de caliz.a.
Gráfica 4. Perdidas por lavado en malla 1 OO.
Gráfica 5. Porcentaje de la arena con respecto al total del agregado.
Gráfica 6. Porcentaje de grava respecto al total del agregado pétreo, de las mezclas de
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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.
Gráfica 15. Contenido de Aire.
Gráfica 16. Resistencia a compresión del SCC.
Gráfica 17. Resistencia a flexión a medio ambiente.
Gráfica 18. Resistencia a flexión en curado estándar.
Gráfica 19. Módulo de elasticidad en medio ambiente.
Gráfica 20. Módulo de elasticidad en curado estándar.
Gráfica 21. Peso volumétrico del concreto con superficie seca saturada
Gráfica 22. Ultrasonido en medio ambiente.
Gráfica 23. Ultrasonido en curado estándar.
Gráfica 24. Prueba de permeabilidad al concreto autocompactado.
Gráfica 25. Comparación de la extensibilidad del SCC vs. testigo.
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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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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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.
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.
21
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
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 Descrioción de ASTM Portland ordinario Tipo I
Portland de endurecimiento rápido Tipo III •
Portland de endw-ecimiento extr' rápido
Portland de resistencia, temprana ultra alta
Portland de bajo calor de hidratación
Cemento modificado •••·
Portland resistente a sulfatos
Escoria de altohorno
Portland blanco
Fraguado regulado*
Tipo IV
Tipo II
Tipo V
Tipo IS Tipol (SM)
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
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 a 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
reactivos y calor de hidratación.
Por ejemplo un NNN CC R significa:
I l ~mmkhl L: 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
Ahora, dentro del tipo de cemento A*
Se podrá seleccionar, comprar y usar cementos de diferentes tipos, definidos a partir de su
composición:
CPC Cemento Portland Ordinario CPP Cemento Portland Puzolánico CPC 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 Resistencia a 28 días Mínima Máxima
20 204 kg/cm2 408kg/cm2
30 306 kg/cm2 510 kg/cm2
40 408 kg/cm2 .
En cementos de resistencia inicial o temprana o resistep.cia a la compresión desarrollada a 3 días;
Nomenclatura Resistencia .a 28 días .,
Mínima Máxima 30R 204 Kg/cm2 408kg/cm2
Para cementos con características especiales , su nomenclatura por sus características y ubicación
requerirán una mayor precisión como:
RS Resistencia a los sulfatos
BRA Baja Reactividad de Alcali Agregado
BCH Bajo Calor de Hidratación
B Blanco
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
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
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
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
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
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.
r-::_~ ~/ ', ! 1 • 1 •
\ l
~. \ ( ~ ! ;
Figura 1. Aparato de factor de compactación [5].
32
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.
Media 25-100 2-4 0.92 En el final menos trabajable de este grupo, se encuentran low planas compactadas manualmente que usan agregados triturados. Concreto reforzado normal, compactado manualmente y secciones muy reforzadas con vibración
Alta 00-175 4-7 0.95 Para secciones con refuerzo aglomerado. Normalmente no es 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
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
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 I I 1 1 1 1 I 1 1 1
--------.--. ~* ....-------. 1 1 --------,~~~ 1 1
1 1 1 1 I I 1 1
a)
1 1 1 1 1
c)
1 1 1 1 1 1 1
Hasta 125 mm (5 in) 1 1
150-250 mm (6-10
Figura 2. Proceso de la prueba de revenimiento.
\ 1 1 1 1 1
Hasta 150 mm (6 in)
b)
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
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
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
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
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
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
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
• 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
1 OO. 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
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 1 Y2"............... 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
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
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
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
.fb. -•. ' .. , • :. _ da-~«(:\·•: ::~,' ... _._---_,,/:.{ -:;~:-·_- .,., .... ae.:.:deft -·: ·· ·-·· ·": .re {:' .://.;_t,}iJL .. L·, .. r·"X.?.; 1. Durabilidad Sanidad Porosidad Resistencia a congelación y deshielo Estructura interna Permeabilidad
Resistencia a humedecimiento y secado Resistencia a calentamiento y enfriado Resistencia a la abrasión Reacción álcalis-sílice Reacción álcalis-carbonato
2. Resistencia a compresión.
3. Contracción.
4. Coeficiente de expansión térmica
5. Conductividad térmica 6. Calor esnecífico 7. Peso unitario
8. Módulo de elasticidad 9. Economía
1 O. Impermeabilidad
Grado de saturación Resistencia a tensión Presencia de arcilla Limpieza Estructura interna Módulo de elasticidad Coeficiente de expansión térmica Durez.a Presencia de minerales reactivos Presencia de minerales reactivos Módulo de elasticidad Textura superficial Limpieza Forma de partícula Tamaño máximo Adherencia Módulo de elasticidad Forma de partícula Granulometría Limpieza Tamaño máximo Presencia de arcilla Coeficiente de expansión térmica Módulo de elasticidad Coeficiente de exoansión Calor esoecífico Peso específico Granulometría Módulo de elasticidad Forma de partículas Tamaño máximo Disponibilidad Porosidad • Peso específico Estructura interna Limpieza
Forma de partícula Tamaño máximo Relación de Poisson Granulometría Procesamiento requerido
Sanidad Granulometría Tamaño máximo 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
47
del medio que rodea al concreto, cuando contiene sustancias agresivas, sus efectos son más
decisivos, pudiendo llegar a extremos que generen la degradación del concreto.
Muchas veces se menciona que el agua que es buena para ser bebida ( agua potable), es útil para
hacer concreto; pero esta sentencia no siempre es válida. Algunas aguas con pequeñas cantidades
de azúcares o con ligero sabor cítrico pueden ingerirse, pero no sirven para el concreto; y al
revés, hay aguas que sin ser potables pueden ser buenas para hacer concreto, según la cantidad y
calidad de las impurezas que contengan [5]. Aun cuando no exista un criterio universalmente
aceptado para limitar con precisión las impurezas más comunes en el agua, conviene establecer
algunas referencias que permitan juzgar en un caso en particular.
Haciendo a un lado el aspecto bacteriológico, el agua puede ser contaminada en dos formas: por
materiales en suspensión y por sustancias en dilución. En la primera puede mencionarse limo,
arcilla y materia orgánica. Entre las segundas, algunos gases, sales solubles y materia inorgánica.
Ambas formas de contaminación · suelen ser indeseables en el agua de mez.clado; por ello es
conveniente limitar tanto los materiales en suspensión como las sustancias disueltas. No
obstante, para juzgar más apropiadamente el agua, deben identificarse las impurezas y establecer
sus posibles efectos sobre el concreto.
1.6. DOSIFICACIÓN DE MATERIALES
El proceso de elaboración del concreto se inicia, de hecho a partir de la medición de las
cantidades de materiales que se requieren para integrar una mezcla de concreto fresco, que
satisfaga los requisitos de la obra en que se aplique.
Las proporciones de cemento, agua y agregados, normalmente se determinan con muestras de
materiales de la obra mediante ensayes previos de laboratorio hasta concluir en una mezcla de
concreto a escala reducida, que se conoce como mezcla de prueba.
La fabricación del concreto en el campo consiste en la reproducción consecutiva de la mezcla de
prueba, amplificada en la medida que permite el equipo de mezclado disporuble en el lugar.
48
1.7. DISEÑO DE MEZCLAS
En el 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 (ACI 613). Donde para
su aplicación sólo 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 de la grava
Ahora bien, con respecto al diseño de mezclas experimentales, como las que se realizan a lo
largo de esta tesis. Se basan en la determinación del . contenido óptimo de arena por medio de
ensayes directos con los diversos agregados que se empleen.
Proporcionamiento de agregados
Principalmente se distinguen dos métodos:
a) Procedimiento de mezcla seca (solamente agregados).
b) Procedimiento de mezcla húmeda (incluye pasta de cemento).
El pnmer caso consiste en encontrar la combinación grava/arena que produzca el peso
volumétrico más alto, es decir, el mínimo porcentaje de vacíos. Como estos son los espacios, que
normalmente ocupan la pasta de cemento, se considera que dicha composición es óptima porque
conduce al menor consumo de este material por volumen unitario de concreto.
49
El segundo método determina el contenido más bajo de arena que puede emplearse en una
mezcla de concreto, sin menoscabo de las características requeridas. Como la arena presenta
mayor superficie específica que la grava, su mínima proporción se considera óptima (para una
mezcla de las condiciones especificadas), por que ofrece menor área superficial de agregados
para recubrir con pasta cementante.
Si los principios de ambos sistemas fueran igualmente válidos, sus óptimos deberían coincidir,
pero en la practica no sucede. La diferencia consiste en que, para determinados agregados, el
procedimiento de mezcla seca obtiene un solo óptimo, que es válido en tanto estos no se
modifiquen. En cambio, por el de mezcla húmeda pueden lograrse diferentes óptimos que
corresponden a diversas características requeridas de mezclas, con los mismos agregados.
Durante el desarrollo del concreto autocompactado, lo que se tratara de conseguir es un agregado
que deje la menor cantidad de huecos, pero que a su ves permita una adecuada manejabilidad,
logrando principalmente un bajo consumo de agua [6].
Consumo de cemento y agua
Con una pasta de baja relación ~cementQ, ,~u, contenido,.unitario para obtener una mezcla de
concreto con determinada consistencia es mayor que el necesario para una pasta de alta relación
~cemento; es decir, que a medida que es más viscosa, admite menor cantidad de agregados
para seguir comportándose 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 ( consumo de por sí alto en la pasta). 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 grava/arena sin existir otra razón que el cambio de viscosidad de la pasta.
50
Normalmente, la reducción de arena se lleva al limite más bajo, que pennita a la mezcla de
concreto conservar la manejabilidad requerida para las condiciones específicas de trabajo en que
debe aplicarse.
El agua en sí del concreto, tiene dos funciones: hace que el concreto sea lo suficientemente
trabajable para ser colado y compactado. Y al combinarse quúnicamente con el cemento,
produce un material duro y resistente. Sin embargo, para la reacción química, únicamente se
requiere alrededor de la mitad del agua; el resto permanece o se evapora gradualmente, dejando
pequeñas cavidades o vacíos como se les llama comúnmente. Estos vacíos debilitan al concreto,
por lo que no debe sorprender que cuanta más agua tiene la mezcla más débil es el concreto;
además, será menos resistente al intemperismo, especialmente a las heladas, ya que el agua
atrapada en los vacíos puede congelarse y :finalmente romper con el concreto. Se debe tener en
consideración al momento del diseño del concreto, el contenido de humedad de los agregados ya
que en muchas ocasiones esto genera un exceso de agua.
Siempre habrá algunos vacíos en el concretó, J)()rque debe utilizarse la . cantidad de agua
suficiente para que la mezcla sea trabajable y se pueda lograr su compactación total, pero es
importante no agregar más agua de la necesaria.
Proporcionamiento de aditivos
En ocasiones, el comportamiento que se requiere del concreto en su estado fresco y endurecido
no se puede conseguir con los materiales disponibles, o bien se logra, a costos muy elevados.
Estas situaciones se presenta cuando los materiales dispom"bles adolecen de deficiencias o no son
apropiadas, las condiciones del ambiente durante la construcción o las condiciones de exposición
son demasiados 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 o un
material que demuestre ser conveniente para inducir el comportamiento requerido. Tales
51
productos o materiales, que se adicionan al concreto inmediatamente antes de su mezclado,
reciben el nombre de 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.
La clasificación más amplia de los aditivos para concreto y de sus fines de aplicación, es la del
Comité ACI 212. No obstante, se estima que algunos de los tipos de aditivos que menciona
corresponden a productos cuyos efectos no se encuentran con especificaciones, ni existen
métodos de prueba normalizados para comprobarlos, y otros se recomiendan para aplicaciones
muy particulares que van más allá del propósito de esta tesis.
La siguiente relación muestra los aditivos resuhantes de esa · selección y de los fines que se
persiguen con un empleo:
- - -- -
- -- - -- - - -- - - - -
Acelerante Aceleraciones del tiempo de fraguado y/o de la velocidad de adquisición de resistencia en las primeras edades. Retardado del tiemoo de fraguado
Fluidizantes Reducción del agua de mezclado (aumento de la resistencia, o aumento de la fluidez, o reducción en el contenido de cemento).
Inclusores de aire Aumento de la durabilidad en condiciones de congelación y deshielo, aumento de la manejabilidad, reducción del agua de sangrado
Estabilizadores de Producción de una expansión ajustada para contrarrestar la contracción y obtener un volumen volumen estabilizado en espacios abiertos. Expansores Producción de una expansión incrementada para favorecer el empaque a
presióri en esoacios confinados o para reducir el peso volumétrico ( expansión libre). Puzolanas Fijación de la cal liberada durante la hidratación del cemento, aumento de la
manejabüdad
1.8. MEZCLADO DE LOS MATERIALES
La siguiente etapa en el proceso de fabricación del concreto, después de la medición de las
cantidades de materiales, consiste en el mezclado, hasta conseguir una consistencia, en la que los
distintos componentes se distribuyan uniformemente a través de toda la masa recién formada
52
Los eqwpos de mezclado abarcan desde las pequeñas revolvedoras independientes que se
utilizan en obras menores, hasta las revolvedoras de gran capacidad que forman parte de las
plantas automáticas de dosificación y mezclado que se emplean en las grandes obras.
Basándose en su funcionamiento, la clasificación más general que puede hacerse de las
revolvedoras comprende dos categorías:
a) Revolvedoras que mezclan los materiales por gravedad o caída libre.
b) Revolvedoras que inducen mezcla forzada en los materiales.
Pero independientemente del tipo de la revolvedora, es necesario que esta produzca una mezcla
homogénea de acuerdo con las dosificaciones. Con un equipo determinado, esto depende de dos
variables principales: la velocidad de rotación y el tiempo de mezclado.
La velocidad de rotación no debe ser demasiado · lenta porque el mezclado, resultará débil,
requerirá de mucho tiempo para lograr la homogeneización de la mezcla. Tampoco debe ser
demasiado rápida porque tenderá a producir la se~gación de los materiales en función de su
masa. Para cada tipo y:,tamaño de revolvedora existe un intervalo de velocidad de rotación que
puede considerarse.
Cuando el tiempo efectivo de mezclado es menor que el mínimo especificado, la mezcla
resultante no alcanza la homogeneidad debida y cuando es mayor no resulta económico, porque
se reduce el rendimiento del equipo sin aumento apreciable de la calidad del producto ( en
algunos casos, inclusive el sobre mezclado es indeseable, ya que tiende a eliminar el aire
incluido intencionalmente, y a incrementar el requerimiento de agua de mezcla).
En la tabla 4 se comparan los tiempos mínimos de mezclado, en segundos, recomendados para
distintas capacidades de revolvedoras de tambor, conforme a los criterios del ACI.
53
it;<-:1;t~¡~-~·~~i??J1?)5tt?~==tii~'i\:·:f; Menos de 0.75 60
0.75 a 1.50 75 1.50 a 2.25 90 2.25 a 3.00 105
Tabla 4.Tiempos de mezclado recomendados según la capacidad de la revolvedora [4].
1.9. PRUEBAS AL CONCRETO ENDURECIDO
Hemos visto que las propiedades del concreto son una función del tiempo y de la humedad del
medio ambiente en el que fragua, y esta es la razón de que, con el objeto de que sean de valor,
tengan que realiz.are pruebas al concreto en condiciones especificadas o conocidas. Se han
utilizado diferentes métodos y técnicas de prueba de diversos países e incluso, algunas veces,
hasta en el mismo país. Puesto que muchas de estas pruebas se realizan en trabajo de laboratorio,
especialmente en investigación.
Resistencia mecánica
Se refiere a la capacidad que tiene el concreto endurecido para soportar los esfuerzos derivados
de las diversas condiciones de carga a las que puede hallarse sometido; de ahí que se defina en
razón de la magnitud del esfuerzo que produce la falla del concreto, en las condiciones de carga
dadas. Este esfuerzo máximo, también conocido como de ruptura, es susceptible de variar
notablemente para un mismo concreto, dependiendo de las citadas condiciones de carga, por lo
que resulta necesario revisar el comportamiento de este para las situaciones más comunes que se
presentan en la práctica.
El concreto endurecido se considera como un material frágil con buena aptitud para resistir
esfuerzos de compresión y muy escasa capacidad para soportar los de tensión. No obstante,
cuando se le sujeta a incrementos sucesivos de carga a compresión, no solo presenta cierto
comportamiento plástico, sino que su resistencia a tensión puede llegar a alcanzar valores tan
54
altos como 15 o 20 por ciento de la resistencia a compresión De lo anterior se deduce la
conveniencia de conocer los factores que influyen en su forma de comportamiento.
De acuerdo con los tres tipos básicos de esfuerzo, la resistencia del concreto se determina por
compresión, tensión y cortante. La primera es fácil de medir en el laboratorio, sometiendo
especímenes a cargas axiales de compresión hasta su ruptura. La resistencia a tensión puede
medirse directamente sometiendo piezas a cargas axiales de tensión, solo que, por lo poco
práctico, se prefiere el empleo de medios directos. Como generalmente el esfuerzo cortante se
presenta en las estructuras combinado con otro (tensión o compresión), la medición de
resistencia a cortante puro no es práctica corriente.
En cualquier caso, la determinación de resistencia mecánica es el medio más frecuente para
estimar la calidad del concreto. Esta.situación deriva de tres circunstancias principales:
• El valor de la resistencia mecánica suele detenninar o por lo menos influir en la capacidad de
carga de las estructuras de concreto.
• Es la prueba más sencilla, rápida y de resultados más reproducibles, entre los que pueden
efectuarse al concreto endurecido.
• Existen experiencias que correlacionan los resultados de pruebas de resistencia mecánica con
los de otras más complicadas.
Resistencia a compresión
En gran número de casos el concreto en las estructuras se destina a trabajar bajo esfuerzos de
compresión De no ser así, esta resistencia se continúa considerando como mdice de la calidad
del concreto en general. De ahí la popularidad alcanzada al respecto.
La resistencia a compresión del concreto se determina sobre especúnenes representativos. Para
que los resultados obtenidos en diferentes épocas y lugares, y por distintos conductos, sean
55
comparables, es necesario que las muestras se obtengan, elaboren, curen y ensayen en
condiciones invariables. En la práctica local se emplean piez.as cilíndricas con altura igual al
doble del diámetro.
El ensaye consiste en someter los especímenes, al cabo de un cierto tiempo de elaborados, a una
carga creciente que produzca esfuerzos de compresión en toda la sección transver~ hasta
alcanz.ar el máximo que pueda resistir el concreto. Para un concreto dado, la magnitud del
esfuerzo máximo de compresión ( que define su resistencia) puede variar de acuerdo con
numerosos factores: energía de moldeo, humedad y temperatura de curado, edad de prueba,
dimensiones de espécimen, condiciones y velocidad de aplicación de carga
El método estándar para la determinación de la resistencia del concreto durante la construcción
consiste en hacer y curar especímenes de prueba .de resistencia a compresión y flexión, hechos de
concreto estructural. en el campo. El número de especímenes y la evaluacióny aceptación de la
resistencia es aceptada a cualquier edad corta (mayor a 24 horas), con eL objeto de obtener
información preliminar sobre 1a resistencia del concreto, pero, si se trata de saber si se ha
obtenido la resistencia requerida, entonces el ensaye debe efectuarse a los 28 días de edad. En la
terminología común se entiende por resistencia de proyecto (fe) la que .. debe presentar el
concreto a los 28 días de edad, cuando se ensayan a compresión simple cilindros representativos
fabricados, curados y probados en condiciones estándar.
Todos los especímenes se recomiendan hacer por la norma ASTM C 31 y C 39, cerca del sitio
del curado inicial. para evitar posibles efectos perjudiciales al trasladar los especímenes de
prueba recién hechos. La norma C 31 de ASTM cubre los requisitos para moldes y para la
elaboración y curado de especímenes.
Dicho espécimen es elaborado en moldes que pueden usarse varias veces o una so1a vez, están
hechos de acero u otro material que no sean absorbentes y que no reaccionen con el cemento.
Este molde debe cumplir con las tolerancias especificadas de absorció~ elongación y
dimensiones establecidas en la norma ASTM C 470. Dando como resultado un espécimen
cilíndrico de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura.
56
De acuerdo con las normas ASTM C 3 L, C 172 y C 192, el moldeo de los especimenes se debe
comenzar en los primeros 15 minutos, de que la muestra ha sido compuesta, (ver Anexo 7).
Estos cilindros se deben elaborar, de un mismo proporcionamiento para realizar la prueba de
resistencia a compresión a diferentes edades por lo general a 1, 3, 7, 14, 28, 56 y 90 días) y
elaborar una gráfica de resistencia vs. tiempo. El método de curado es variado (ver Anexo 8).
Cabe señalar que en el ensayo de compresión, hay un paso muy importante en el mismo, que es
el cabeceado de los especimenes. El cual consiste en dar una superficie lo más perpendicular a la
superficie longitudinal del cilindro, teniendo como fin el evitar la concentración de esfuerz.os y
poder obtener lecturas de capacidad de carga lo más veraces, a causa de las irregularidades del
mismo. Este método. consiste en agregar un material con suficiente capacidad a compresión
(mayor que el espécimen) en los extremos del mismo para poder someterlo a las cargas axiales
(ver Anexo 9).
La prueba de resistencia a compresión en sí esta basada en la norma ASTM C39 la cual según la
norma se debe llevar acabo en una máquina de pruebas cahorada, .que proporcione una velocidad
de carga uniforme de 1.4 a 3.5 kg/cm2 por ~gundo, que cumpla. con losrequisitos ASTM E 4
para las máquinas de prueba. Las superficies de apoyo deben ser planas y estar limpias, y el
cilindro debe estar centrado en las cabezas de prueba. (ver foto 5).
Cabezal
Placas de azufre
Probeta de concreto
Foto 5. Prueba de resistencia a compresión
57
Cabe señalar que en pruebas de concretos con resistencia a compresión mayores de 420 kg/cm2,
requieren de atención especial a la resistencia de los materiales usados para el cabeceo, y a la
rigidez de la máquina de pruebas.
Resistencia a flexión
En la prueba de flexión, el esfuerzo a la tensión máxima teórica alcanzada en la fibra del fondo
de una viga de prueba se conoce como módulo de ruptura, el cual es muy utilizado en el diseño
de pavimentos de carreteras y pistas de aterrizaje. La nonna BS 5328, prescribe la prueba como
una conformidad. El valor del módulo de ruptura depende de las dimensiones de la viga y, sobre
todo, de la disposición de carga. Hoy día, la, carga simétrica en dos puntos (a los tercios del
claro) se usa en Estados Unidos de América y en el Reino Unido. Esto produce un momento de
flexión constante entre los puntos de carga, de modo que un tercio del claro está sujeto al
esfuerzo máximo y, por tanto, es a1ú donde probablemente se produzca el agrietamiento.
C) 1 1
!mlb
~ ~ml l de -~
J ,J d 1'= Jd
Figura 3. Prueba de flexión [7]
( = ,4.ifo!d
En la figura 3 se muestra la disposición de la prueba de flexión, como lo describe BS 1881: parte
118. El tamaño preferido de la viga es de 150 X 150 X 750 mm (6 X 6 X 30 in), pero cuando el
tamaño máximo del agregado es menor a 25 mm (1 in) se pueden usar vigas de 100 X 100 x 500
mm ( 4 X 4 X 20 in). La fabricación y el curado de las vigas de pruebas estándar se descnben en
las normas BS 1881: parte 3, aunque básicamente es el mismo procedimiento que el de los
cilindros, descrito en el Anexo 8. Las vigas se prueban sobre su lado en relación con la posición
58
de vaciado, en una condición húmeda, a un nivel de incremento del esfuerzo en la fibra inferior
de entre 0.02 y 0.01 MPa/s (2.9 y 14.5 lb/in2/s), siendo el nivel más bajo para la resistencia baja
del concreto y el mayor, para la resistencia alta [5].
La misma ASTM C 78 prescribe una prueba de flexión similar, excepto que el tamaño de la viga
es de 152 X 152 X 508 mm (6 X 6 X 20 in) y el nivel de carga está entre 0.0143 y 0.020 MPa/s
(2.1 y 2.9 lb/in2/s).
Si la fractura ocurre dentro del tercio medio central de la viga, se calcula el módulo de ruptura
(Ji,~, al más cercano 0.1 MPa (15 lb/in2), con base en la teoría elástica ordinaria (ver Anexo 10).
Si la fractma se produce fuera del tercio medio central entonces, de acuerdo con BS 1881: parte
118, el resultado de la prueba debe descartarse.
Módulo de elasticidad
Todo lo que puede decirse con seguridad es que el incremento del módulo. de elasticidad del
concreto es progresivamente menor que él incremento de la resistencia a . la compresión. De
acuerdo con el ACI 318, eLmódulo ... es proporcional .a la resistencia .. elevada a la potencia 0.5. La
expresión para el módulo secante de elasticidad del concreto, Ec, en kg/cm2, recomendada por el
ACI 318, para cálculos estructurales, aplicable a concreto de peso normal, es Ec=15000(fc)°-5
donde f c es la resistencia a la compresión de los cilindros normales de prueba en kg/cm2•
Cuando Ec se expresa en GPa y f c en MPa la expresión es
Ec=4,73 (f c)°-5
Algunas otras expresiones usan el índice de potencia 0.33 en lugar de 0.5, y también añaden un
término constante en el lado derecho de la ecuación.
59
Ultrasonido
El principio de esta prueba es que la velocidad del sonido en un material sólido (ver Anexo 11),
V, es una función de la raíz cuadrada de la relación de un módulo de elasticidad, E, a su densidad
pes decir.
Donde g es la aceleración debida a la gravedad. Esta relación se usa para determinar el módulo
de elasticidad del concreto si se conoce la relación de Possion y, por tanto, como un modo de
verificar la calidad del concreto.
El aparato genera una pulsación de vibraciones a una frecuencia ultrasónica que se transmite por
un transductor electroacústico que se mantiene en contacto con la superficie del concreto. Bajo
prueba. Después de pasar a través.del concreto,Jas vtl>raciones se reciben y se convierten en una
señal eléctrica por un segundo transduc~or: el~ctroacústico, alimenta .la señal a través de un
amplificador a un osciloscopio de rayos catódicos. El tiempo· tomado por la pulsación para viajar .
a través del concreto se mide por unidad eléctrica de tiempo con una exactitud de ± 0.1
microsegundos, y si ~ conoce la longitud de la trayectoria recorrida a tra~és del concreto, se
puede calcular la velocidad de lapulsación(nonnas ASTM C597 y BS 4408: parte 5).
El uso principal del método se encuentra en el control de calidad del concreto : ya que se puede
detectar la ausencia de compactación y un cambio en la relación agua/cemento. Sin embargo, la
velocidad de pulsación no se puede emplear como indicador general de resistencia a la
compresión porque, por ejemplo, el tipo de agregado grueso y su contenido en el concreto
influye considerablemente en la relación entre la velocidad de pulsación y la resistencia ( véase la
Figura 4). Otros factores que afectan dicha relación son el contenido de humedad, la edad, la
presencia del refuerzo y la temperatura.
Las aplicaciones más importantes de la técnica de velocidad de pulsación se encuentran en la
detección del desarrollo de grietas en estructuras tales como presas, y en el control del deterioro
debido a la congelación o reacciones químicas.
60
'~''" l.A2 ~3,
1 ~e, 150 1.5' 1 se
blaciDn -,i,o/~.
:5C 1000
.. ~ ""º
,I!_ J5
Figura 4. Relación entre ~ E!
la resistencia a { 30 compresión y la E ft""
8 AOCO~ velocidad del impulso ·'11' ,~
2!' ultrasónico [7]. ~ .. ~ 20
I.S 2000
10
;ooo !i
o o 4.J , .. • .s -46 -47 4.8 4.9
..,.odod clel ¡ ..... l,11'1
Permeabilidad a la penetración de cloruros (Resist Chloride Ion Penetration
Test, R.C.P.T.)
La permeabilidad es 1a :facilidad con 1a cual los líquidos y los gases pueden viajar a través del
concreto [8]. Esta propiedad es importante en relación con 1a hermeticidad. de las estructuras
retenedoras de líquidos y con el ataque químico.
Existen varias pruebas para determinar la permeabilidad a 1a penetración de cloruros (ASTM C
1202 ver Anexo 12).
La permeabilidad del concreto al aire u otros gases es de gran interés en estructuras tales como
tanques de aguas negras y purificadores de gas, y en recipientes de presión en reactores
nucleares.
61
Para el concreto hecho con agregado común de peso nonnal, la permeabilidad es controlada por
la porosidad de la pasta de cemento, pero la relación no es tan simple como la distnbución del
tamaño de poro, que es un factor.
Para una relación agua/cemento dada, la permeabilidad disminuye al continuar el cemento
hidratándose y llenando algunos de los espacios de agua originales; en estos casos la reducción
en permeabilidad es más rápida mientras más baja es la relación agua/cemento, de lo que
podemos inferir que uno de los factores más importantes del concreto en cuestión de
permeabilidad es el tipo de curado.
Desde el punto de vista de la durabilidad puede ser importante lograr una baja permeabilidad tan
rápidamente como sea posible. En consecuencia, una mezcla con baja relación agua/cemento es
ventajosa porque la etapa en la cual los capilares se segmentan y· se logra después de un periodo
más corto de curado (en humedad).
Absorción
El volumen de espacios de poros en el concreto, a diferencia de la facilidad con la cual un fluido
puede penetrarlo, se mide ..... por. la ... absorción;. las .dos cantidades,. no están relacionadas
necesariamente. Se acostumbra medir la absorción secando un espécimen hasta una masa
constante, sumergiéndolo en agua y midiendo el aumento de masa como un porcentaje de la
masa seca. Se puede emplear varios procedimientos, y se obtienen resultados muy diferentes,
como se muestra en la tabla 5. una razón para esta variación en los valores de absorción, es que
en un extremo, el secado a temperatura ordinaria puede ser ineficaz para remover toda el agua;
por el otro lado, el secado a altas temperaturas puede remover algo del agua combinada Por lo
tanto, la absorción no se puede utilizar, como una medida de la calidad del concreto, pero casi
todos los concretos buenos tienen una absorción muy debajo de 1 O por ciento por masa, si se va a
calcular el volumen ocupado por el agua, se necesita tomar en cuenta la diferencia en el peso
específico del agua y del concreto (ASTM C 642) .
62
:~~~;~~M;~~;.$~}~~~,;~f~~~~~;:·;~=~~~:=~=::~rI!;;i;~:<~-: IOOºC (212ºF) Airua por 30 minutos 4.7 3.2 8.9 12.3 lOOºC (212ºF) Agua por 24 horas 7.4 6.9 9.1 12.9 lOOºC (212ºF) Agua por 48 horas 7.5 7.0 9.2 13. 1 100ºC(212ºF) Aguapormásde48horas 8.1 7.3 14.1 18.2 65ºC (149ºF) Ebullición de 5 horas 6.4 6.4 13.2 17.2 105°C(221°F) Ebullición de 5 horas 105ºC(221 ºF) 1 hora 3.0 7.4 a masa 24 horas 3.4 7.7 constante 7 días 3.5 7.8 20°C (68ºF) 1 hora 1.9 5.9 sobre cal por 24 horas 2.2 6.3 30 días en vacío 7 días 2.3 6.4
Tabla 5. Valores de absorción de concreto, detenninados de varias maneras [6]
Las pruebas de absorción no se utiliz.an frecuentemente, excepto para control de calidad de rutina
de productos prefabricados tales como adoquines para pavimentación, losas o unidades para
guarniciones.
1.10. TRANSPORTE Y COLOCACIÓN DEL CONCRETO
La siguiente etapa en las operaciones relacionadas con el concreto fresco consiste en hacerlo
llegar a la estructura de la cual debe formar parte. La meta de esta etapa es situar cada una de sus
porciones dentro de la C$UC!Hfaen las ... condi~iones más par~cidas posibles a COIDO abandona la
mezcladora, es decir, con la mínima perdida de su homogeneidad original. Para conseguirlo,
debe disponerse de los medios y procedimientos adecuados para el transporte y colocación de
cada revoltura de concreto.
Muchas veces no existe una clara delimitación entre lo que constituye, el transporte y la
colocación del cemento fresco. En el sentido más amplio, puede decirse que el transporte
consiste en trasladar el concreto desde la mezcladora hasta el punto más cercano posible a su
ubicación final en la estructura. Y la colocación, el proceso mediante el cual ese concreto se
deposita dentro de los moldes que deben darle forma. No obstante, los procedimientos y equipos
que acostumbran emplearse en esta etapa son tan variados que, en numerosas ocasiones, ambas
operaciones se confunden, constituyendo una sola que puede definirse como manejo del concreto
en general.
63
Transporte del concreto
La carretilla y el carretón, aunque aún se emplean en el transporte del concreto, han
evolucionado para llegar a la carretilla motorizada; la tolva arrastrada por una rueda de polea se
ha convertido en cucharón y grúa; y el vagón tirado por caballos ahora es el camión de concreto
premezclado.
A pesar de ser vieja en concepto, la banda transportadora ha cambiado poco con le paso de los
añ.os. Las bandas transportadoras montadas sobre camiones mezcladores han entrado en uso
recientemente. La avanzada bomba móvil con plwna, ha sido probablemente la innovación más
importante, en lo que a equipo se refiere, para la colocación del concreto. Es ~onómica tanto en
colados grandes como.en colados pequefios, según las condiciones de la obra.
Lo importante en el transporte del concreto, es evitar que durante este proceso, empiece a fraguar
la mezcla, generando juntas fríasypor consecuencia un elemento no monolítico~
Colocación del concreto
Es depositar el concreto tan cerca como sea posible a su posición final. evitando la segregación y
pennitiendo su compactación completa. Para lograr este propósito se deben tener en mente las
siguientes reglas:
a) Evitar el palear a mano y mover el concreto por inmersión.
b) El concreto debe colocarse en capas unifonnes, no en grandes montones o en capas
desniveladas.
c) El espesor de una capa debe ser compatible con el método de VJ.oración, de modo que el
aire atrapado pueda ser removido del fondo de cada capa.
64
d) Los índices de colocación y compactación deben ser iguales.
e) Cuando se requiera un buen acabado y un color uniforme en columnas y muros, los
encofrados deben llenarse a razón de, por lo menos 2m (6 ft) por hora, evitando demoras
prolongadas ( que resultan en la formación de juntas frías).
f) Cada capa debe quedar totalmente compactada antes de colocar la siguiente; cada capa
subsiguiente debe colocarse cuando la inferior esté aún plástica, de modo que se logre una
construcción monolítica.
g) Evitar el choque entre el concreto y los encofrados y el refuerzo. Para secciones
profundas.
h) El concreto se coloca en un plano vertical. Cuando se vierta en cimbras horizontales o en
pendiente, debe colocarse verticahnente en contra, no alejado del concreto colocado
previamente.
Existen técnicas especializadas para colocar el concreto, como cimbra desliz.ante, concreto
lanzado, concreto precolado y concreto compactado con rodillo. El costo de los equipos son
altos, pero quedan más que compensados por su alta tasa de producción.
Como se verá a lo largo de la tesis y siendo uno de los ejes principales, la compactación es
remover todo el aire atrapado que sea posible, para que el concreto endurecido tenga un mínimo
de vacíos y, en consecuencia, sea resistente, durable y de baja permeabilidad. Lo que nos lleva a
inferir, que un concreto con revenimiento bajo contiene más aire atrapado que el de reveninúento
aho y, por tanto, el primero requiere más trabajo para compactarse satisfactoriamente. Este
trabajo lo proveerán principalmente el uso de vibradores
65
Vibrado del concreto
El proceso de compactar concreto por vibración consiste, básicamente, en la eliminación de aire
atrapado de fonna manual o mecánica, es decir, forzar a las partículas a una configuración más
estrecha. Siendo que las mezclas muy secas y espesas (revenimientos muy bajos) necesitan un
gasto de energía aho. De ahí la importancia del desarrollo de un concreto que prescinda de esta
necesidad.
Tanto la compactación manual como por vibración mecánica puede producir concreto de buena
calidad, contando con mezcla y mano de obra adecuadas. Igualmente, con ambos métodos se
puede producir mal concreto, en el caso de concreto apisona.do a mano, la mala compactación es
un error común, mientras que en el caso de vibración incorrecta o sobrevibración, se dará una
compactación no uniforme y se ocasionará separación; esta última se puede evitar empleando
una mezcla espesa y bien graduada.
La consistencia especifica de la··mezcla detenninará la elección del· vibrador. Pero en términos
generales existen tres. métodos básicos de compactación de concreto por vibración: vibradores
internos, vibradores externos y mesas de vibración.
1.11. FRAGUADO Y ENDURECIDO DEL CONCRETO
El termino :fraguado se emplea para descnbir el endurecimiento de la pasta de cemento. En
sentido amplio, se refiere al cambio del estado fluido al estado rígido. El fraguado se debe
principalmente a la hidratación selectiva del C3A y C3S, acompaiiado de una elevación de la
temperatura de la mezcla. El fraguado inicial (ver Anexo 13) corresponde a un incremento
rápido, y el fraguado final a la temperatura pico. Los fraguados inicial y final (ver Anexo 14),
deben diferenciarse del fraguado falso, que ocurre a veces a los pocos minutos de mezclarse con
agua (ASTM C 451). Durante un :fraguado falso no se desprende calor alguno y el concreto
puede remezclarse sin añadir agua. El :fraguado instantáneo como se mencionó anteriormente, se
caractema por la hberación de calor.
66
Proceso de fraguado
Cuando el cemento se mezcla con el agua se inicia una serie de reacciones quúnicas exoténnicas,
cuya intensidad se puede representar a través de la medición del calor que se libera. En la figura
5 se muestra una curva característica del calor generado por una pasta de cemento, durante sus
primeras 24 horas de edad; en ella pueden señalarse cuatro etapas que definen otros tantos
estados de las reacciones:
,tJ .! • • 1 H
li • { Zli .. i »
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j- ... ~ t 1
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l Jf J.. DI :rj •1 ...
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' 6 • ll s• .. l6 1t • zi ............ -. .....
Figura 5. Curva característica del calor generado por una pasta de cemento, durante sus primeras 24 horas de edad [8].
~
a) La primera etapa se desarrolla normalmente en pocos minutos. En ella se producen
reacciones que elevan rápidamente la velocidad de generación de calor hasta 40 caVgr./h.
b) La segunda etapa, con duración de 40 a 120 minutos, a la temperatura normal de prueba,
se inicia cuando la velocidad de generación de calor ha alcanzado su máximo y comienza a
descender con la misma rapidez con que ascendió. Durante esta etapa, la velocidad de
generación de calor puede disminuir hasta 1 caVgr./h, aproximadamente.
67
En estas reacciones iniciales solo interviene alrededor del 1 por ciento del cemento. El silicato
tricálcico inicia su hidratación para producir silicato tricálcico hidrata.do, liberando hidróxido
de calcio que se disuelve inmediatamente en el agua de mezcla, cuyo pH asciende con
rapidez.
c) La tercera etapa se inicia con una ligera tendencia al incremento en la evolución del calor,
hasta las 6 horas de edad, aproximadamente, en que se obtiene un segundo máximo de 4 a 5
caVgr./h, el cual suele corresponder al llamado fraguado final, en una pasta de consistencia
normal. Los procesos de esta etapa se encuentran asociados con la formación del gel de
cemento, por lo cual la masa adquiere cierta rigidez. Sin embargo, al llegar ha este punto,
puede decirse que, aun cuando ha fraguado, todavía no adquiere resistencia mecánica.
d) Al comenzar la cuarta etapa, la velocidad de generación de calor muestra tendencia a
descender, pudiendo llegar nuevamente a l caVgr./h al cabo de 24 horas, y así mantenerse
durante los siguientes días, si no se modifican las condiciones de exposición de la pasta.
Puede decirse que con esta etapa se inicia propiamente el proceso de adquisición de
resistencia mecánica en la pasta de cemento [8].
Influencia de la temperatura
Las condiciones ambientales de la obra con climas cálidos o fríos, con viento o si él, con clima
seco o húmedo pueden diferir grandemente con respecto a las condiciones óptimas supuestas en
el momento de especificar, diseñar o seleccionar una mezcla de concreto. El clima cálido puede
crear ciertas dificultades en el concreto fresco, como lo son:
Una mayor demanda de agua
Pérdidas aceleradas de revenimiento.
Velocidades de :fraguado elevadas.
Una mayor tendencia al agrietamiento plástico.
Dificulta.des para controlar el aire incluído.
68
La necesidad definitiva de un curado inmediato.
El hecho de agregar agua al concreto en la obra puede afectar adversamente a las propiedades y a
la capacidad de servicio del concreto endurecido, teniéndose como efecto:
- Una resistencia reducida.
Una durabilidad e impermeabilidad reducida.
Una apariencia no uniforme en la superficie.
Una tendencia elevada a la contracción por secado.
El trabajo se podrá ejecutar con tranquilidad solamente si, anticipamos a las condiciones para
atenuar estas dificultades.
Curado del concreto
El curado consiste en el mantenimiento de g:Icldos de humedad y de temperaturas satisfactorios
en el concreto durante un periodo definido inmediatamente después de )a colocación y el
acabado (70% de humedad ya 21ºC).[7], con el-propósito que se desarrollen las propiedades
deseadas. Nunca se exagerará al enfatizar la necesidad de un curado adecuado. El curado tiene
una gran influencia sobre las propiedades del concreto endurecido como son la durabilidad,
resistencia, permeabilidad, resistencia a la abrasión, estabilidad volumétrica, resistencia a la
congelación y deshielo. Las superficies sujetas a la exposición son especialmente sensibles al
curado, pues el desarrollo de la resistencia en la superficie puede llegar a reducirse de manera
importante cuando el curado es defectuoso.
Al mezclar cemento Portland con agua, se lleva acabo la reacción química denominada
hidratación. El grado en el cual esta reacción se llegue a completar, influye en la resistencia, la
durabilidad y en la densidad del concreto. La mayoría de los concretos frescos contienen una
cantidad de agua considerablemente mayor a la requerida para que tenga lugar la hidratación
completa del cemento; sin embargo, cualquier pérdida de agua apreciable por evaporación o por
otra manera retrasará o evitará la completa hidratación. Si la temperatura es favorable, la
69
hidratación es relativamente rápida, los primeros días después de haber colado el concreto. Es
importante que el agua sea retenida por lo que a los primeros días, se impida o que al menos se
reduzca la evaporación. Los objetivos del curado son por consiguiente:
l. Prevenir la pérdida de humedad del concreto.
2. Mantener una temperatura favorable en el concreto durante un periódo definido.
Con un curado adecuado, el concreto se volverá más fuerte, impermeable, y resistente a los
esfuerzos, a la abrasión congelación y deshielo. La mejora es inmediata en las edades tempranas,
aunque continúa dándose más lentamente durante un periodo definido.
El método de mayor efectividad para curar concreto depende de las circunstancias. Para la
mayoría de los trabajos, el curado normal resulta adecuado, pero en algunos casos, como ocurre
en los climas cálidos y en los climas fríos, se requiere de cuidados especiales.
Cuando se interrumpe el curado húmedo, el desarrollo de resistencia. continúa, presentándose
durante un periodo corto y se· detiene luego ··que la humedad relativainterna del concreto cae a
aproximadamente 80%. Sin embargo, si el curado húmedo se reanuda, el desarrollo de la
resistencia será reactivado. Lo mejor es curar continuamente al concreto desde el momento en
que es colado hasta que haya adquirido da suficiente . resistencia mecánica, impermeabilidad y
resistencia a la abrasión, a la congelación y al deshielo, y al ataque químico.
La pérdida de agua también va a provocar que el concreto se contraiga, creando así esfuerzos de
tensión en el concreto. Si estos esfuerzos se presentan antes que el concreto haya adquirido la
resistencia a la tensión adecuada, se podría tener como resultado agrietamientos superficiales.
Todas las superficies expuestas, incluyendo los rebordes y las juntas que queden expuestos,
deberán protegerse contra la evaporación de la humedad.
Cuando la temperatura del concreto es baja, la hidratación avanza a una velocidad mucho menor.
Las temperaturas inferiores a los IOºC son desfavorables para el desarrollo de la resistencia a
edad temprana; debajo de los 4.5ºC el desarrollo de la resistencia a edad temprana se retrasa en
70
gran medida; y a temperaturas de congelación o por debajo de ellas, hasta los -1 OºC, el
desarrollo de 1a resistencia es mínimo o nulo.
CAPÍTUL02
PROGRAMA DE
AUTOCOMPACTADO
PRUEBAS DEL
2.1. CONSIDERACIONES Y PARÁMETROS DE DISEÑO
71
CONCRETO
Este proyecto tendrá como primeros pasos, el recabar información sobre las características de
estos concretos en otros lugares · del mµndQ. Y a partir de una evaluación se establecerán
parámetros preliminares sobre lo que se realizarán en el laboratorio. Se evaluaron diferentes tipos
de agregados y combinaciones de arenas finas para encontrar materiales que satisfagan los
requisitos establecidos. 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 realizarán pruebas donde se evaluará el costo-beneficio.
Cabe señalar que durante el desarrollo de las pruebas al concreto autocompactado en estado
fluido, se harán variaciones a las mismas, debido a que como es un concreto en vías de desarrollo
los reglamentos, tanto nacionales, como internacionales no los contempla (rigurosamente),
debido a que la principal diferencia entre el concreto convencional y el concreto autocompactado
se observa inicialmente en la fluidez que presentan en estado fresco y el tiempo de sostenimiento
de la misma.
72
El concreto autocompactado presenta una fluidez tal que la evaluación de la misma mediante la
prueba de revenimiento no aporta valores con la suficiente precisión para medir el desempeño del
material en la obra, por esto la trabajabilidad y fluidez del concreto autocompactado no se medirá
a través del revenimiento, sino a través de la prueba de extensibilidad, para tal efecto se
encuentra normalizada
El lograr una alta fluidez no es por si solo el punto más novedoso de la tecnología, empie:z.a a ser
relevante cuando esa fluidez pueda sostenerse por más de 60 minutos sin una pérdida relevante
de sus características iniciales que obliguen a utili:z.ar un método de vibrado y consolidación
cuando el concreto se encuentra recién producido que cuando han transcurrido más de 45
minutos en que el concreto es colocado en la obra Por lo que haremos este experimento
buscando evaluar si el beneficio de esta propiedad en estado fresco se ve reflejado en una mejora
en las propiedades del concreto en estado endurecido.
El experimento se realizará en una serie de evaluaciones en pruebas estándar, para el concreto
convencional y el autoco:m.pictado, observando la diferencial en el desempeño en cada una de
estas, entre ambos concretos. Teniendo que desarrollar las siguientes pruebas sin desviación
estándar, ya que cada prueba es únicay en condiciones únicas (ASTM):
A los agregados:
•Masa Volumétrica Suelta
•Masa Volumétrica compactada.
•Granulometría.
•Densidad.
•Absorción.
•Material más fino que la malla No. 200.
Al concreto en estado fresco:
•ExteDSI"bilidad sin compactación.
• Extensibilidad con compactación
•Revenimiento.
•Masa volumétrica y contenido de aire.
•Cohesividad.
•Sangrado.
•Cono de escurrimiento.
Al concreto en estado endurecido:
•Resistencia a la Compresión.
• Resistencia a la Flexión.
•Masa Volumétrica.
•Módulo de Elasticidad.
•Contracción por secado
•Ultrasonido.
•Absorción.
2.2. DISEÑO DE MEZCLAS
73
En esta parte los parámetros a controlar serán los proporcionamientos de los elementos que
constituyen al concreto:
• Tipos de cementantes.
• Combinaciones de cementantes.
• Agregados.
• Clasificación petrográfica.
• Contenido de finos.
• Relación Grava/ Arena.
• Agua.
• Aditivos.
Los conceptos que al día de hoy son útiles buscando definir la calidad de un concreto en
relación con su fluidez son; la relación agua/cemento y la relación grava/arena, para el tema del
concreto autocompactado.
74
Para esta tecnología se maneja el concepto de finos con tamaño menor a la malla 1 OO. Estos
provienen de los cementantes (cemento y/o cemento de albañilería) y de los finos de la arena que
pasan dicha malla.
Cabe señalar que las pruebas que nos van a determinar la eficiencia de la manejabilidad y de su
progresiva compactació~ son dos propiedades del concreto en estado fresco:
a) Mesa de extensibilidad (DIN 1048)
La mesa de extensibilidad sirve para evaluar la capacidad del concreto para extenderse y es un
indicativo para saber si el concreto puede colocarse sin necesidad de vibrado. Para esta prueba se
establecen los siguientes parámetros:
• Extensibilidad Inicial 57.5 ± 2.5 cm.
• Extensibilidad Final 65.0 ± 5.0 cm.
b) El tiempo de escurrimiento en el embudo en V.
Esta prueba no esta normalizada pero es una prueba· que ha sido ampliamente utilizada en otros
lugares del mundo. Mediante esta prueba se mide el tiempo que tarda en escurrir el concreto a
través de un embudo en V. Para la cual se ha establecido como parámetro de diseño un tiempo de
8 ±2 s.
Mediante las pruebas mencionadas en los incisos a y b se verifica la habilidad del concreto
autocompactado para no segregarse ( embudo en V) y por otro lado que se extienda y tenga la
fluidez necesaria para pasar a través del acero de refuerzo del elemento (mesa de extensibilidad),
sin importar la cuantía de acero que ésta tenga.
Adicionalmente como parámetros de diseño se verificará que la mezcla no presente sangrado ni
segregación.
75
Consumo de cemento
Partiendo de la experiencia internacional y del CTCC-CEMEX se elaboraron las mezclas
representativas de este concreto. con un contenido de cementantes que se ha fijado en dos tipos:
• 320 kg/m3
• 400kg/m3
Tipos de cementantes:
Utilizaremos 2 tipos de cementantes:
• CPC 40 de la planta de Atotonilco. • Cemento de Albañilería de la planta de Barrientos.
Combinaciones de cementantes
Las combinaciones entre cementos serán d~ acuerdo a lo descrito en la tabla 6.
65 35 · 35 65
O : , .. · •.. 100 Tabla 6. Combinaciones de cementantes.
Estos pon:entajes aplicarán para los.2consumos de cemeoto~ificadm.
Contenido de agua
El contenido unitario de agua se deja Hbre de forma tal que el concreto demande la cantidad que
puede requerir para dar la extensibilidad que se ha marcado para tener el concreto
autocompactado. En cualquier caso, el contenido de agua no podrá exceder, el siguiente
consumo: 220 Vm3•
Proporcionamiento de los agregados
El agregado grueso a utiliz.ar será de 20 y 10 mm, de tamaño máximo nominal del agregado.
Donde la clasificación petrográñca del agregado a utilizar, será la siguiente.
76
Clasificación petrográfica:
Para poder tipificar la tecnología y la viabilidad, en las ciudades mencionadas a continuación se
utiliz.aran agregados típicos de cada una de esas localidades, quedando de acuerdo a lo descrito
en la tabla 7.
,;,~ia=e::~~:·:,,:/::·:,,.7·,,\fi?N •,:G6rv•><t{:sr{}ttt}<··;.· .• \(•' .. ;:rg> r~·:?At)-';_;,:\·'}'?,,{.·/;:.'.st.> /\:t; Monterrev Caliza Caliza Guadalajara Basalto Basalto México Andesita Andesita
Tabla 7. Ubicación de los agregados y su tip:>.
Proporcionamiento de los aditivos
Para obtener mezclas de concreto autocompactable se utiliz.aran 2 aditivos:
•Plastificante 27; como reductorde aguadeá.lto rango,.la dosificación será fija.en:
1.15 % (en kilos) del peso del cemento+ finos< Malla No. 100 (.15mm=3/512").
El reductor de agua, copio ~u 11ombi,;'~ Je> jµd4~a, 11os ,pennitmí prescindir en un porcentaje
importante de agua, que como vimos en el capitulo l, nos permitirá mantener la resistencia del
concreto autocompactado en parámetros altos de resistencia a compresión.
Además nos permitirá evitar la segregación y el sangrado del concreto, generado principalmente
por el exceso de agua, lo que mantendría la manejabilidad del concreto autocompactado
prescindiendo de dicho elemento.
•TCC 780, como densificador con una dosificación constante de:
1.5 % (en kilos) del peso del cemento+ finos< Malla No. 100 (.15mm=3/512").
Este tipo de aditivos lo que nos va a permitir es obtener uno de los objetivos planteados en esta
tesis en su inicio (densificar la muestra).
77
2.3. IDENTIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS
Para lograr una identificación sencilla de las mezclas se utiliz.ará la siguiente
codificación:
•T 32 + O A 10
Donde:
T: es el tipo de mezcla:
T = Testigo. A = Autocompactado.
32: es el consumo de cemento CPC 40:
40 = 400 kg/m3,
32 = 320 kg/m3,
26 = 260 kg/m3,
14 = 140 kglm3, 12 = 120 kg/m3 y O =Okg/m3
+: es el símbolo de suma e indica la suma de. cementantes. O = es el consumo de cemento de albañilería: ·
40 = 400 kg/m3,
32 = 320 kg/m3,
26 = 260 kg/m3,
14 = 140 kglm3, 12 = 120 kg/m3 y O =O kg/m3
A : Clasificación Petrográ:fica de la Grava y Arena:
A = Andesita. B = Basalto. e= Caliza.
10: es el tamaño máximo nominal del agregado:
10= lOmm. 20 = 20 mm (19 mm).
78
2.4. SELECCIÓN DEL AGREGADO Y SU CONTENIDO
Como se ha estado mencionando se harán diferentes pruebas al concreto autocompactado
variando la petrografia de los agregados( andesita, basalto y caliza) así como el tamaño máximo
nominal del agregado (t.m.n.a.). Para así poder tomar una determinación en base a estudios
reológicos y mecánicos del concreto autocompactado, y de la viabilidad. El elaborarlo con este
tipo de agregados en las ciudades antes mencionadas. Teniendo que establecer el porcentaje de
contenido de finos y gruesos de dicho agregado, junto con los parámetros de diseño optimo
( fundamentahnente el agregado).
2.5. EVALUACIÓN
AUTOCOMPACTADO
PETROGRAFICA DEL CONCRETO
Una vez realizada las pruebas mencionadas .en el inciso 2.L se establecerá sí los bancos
estudiados (Ciudad de México, Mo;nterrey y Guadalaja.ra) nos proporcionan el agregado
adecuado para la fabricación del concreto autocompactado, tanto en manejabilidad, colocación y
por su puesto de resistencia principalmente.
2.6. EVALUACIÓN DE ADITIVOS
Una vez realizadas las pruebas del concreto autocompactado se estudiarán los factores críticos
afectados por los aditivos y se determinara el consumo de dicho aditivo, proporcionando los
mejores rangos de manejabilidad, colocación, compactación, curado y resistencia.
79
CAPÍTUL03
COMPORTAMIENTODELCONCRETOAUTOCOMPACTADO
3.1. PRUEBAS AL AGREGADO
Como se menciono en el capitulo anterior se hará una serie de pruebas (mez.clas), tratando de que
estas arrojen las variables que ayuden al.diseño final del concreto autocompactado.
Las mez.clas a realizar serán las siguientes.
ParaCPC40:
A4o+O AIO, A32+0 AIO, A32+o A20, A4o+o A20, A40+0 BIO, A32+o BIO, A4o+O B20
A32+0 B20, A40+o CIO, A32+o CIO, A32+o CIO, A32+o CIO, A32+o C20 y A4o+o C20.
Para Cemento de albañilería son:
A0+40 AlO, Ao+32 AIO, Ao+40 A20, Ao+32 CIO, Ao+40 CIO y Ao+32 C20.
Aclarando que el contenido de aditivos, es decir el Plastificante 27, prácticamente se ha
mantenido fijo con valores entre 1.15 y 1.20 % del contenido de finos. Y el TCC 780 se ha
utilizado a una dosificación de 5 cc/kg de cemento.
80
A continuación se muestran los resultados más relevantes e incluso si en alguno de los incisos
sólo se presenta el análisis de CPC 40 ó el Cemento de albañilería será por que sólo se considera
el más representativo, ya que como es lógico, si se mostrarán todos los datos y análisis
elaborados, no cabrían en este trabajo, y no es el fin de esta tesis.
Los agregados en estudio como se ha mencionado, provienen de tres regiones;
a) Zona Metropolitana de la Cd. de México.
b) Guadalajara.
c) Monterrey.
Donde en el caso de la Zona Metropolitana de la Cd. de México, se tiene 3 lugares de
procedencia para total de agregados, utiliz.ados en el caso de la Cd. de México. Como se muestra
a continuación (tabla 8).
Tabla 8. Datos del a2J"endo andesitico
·~·.;-;_:.,.y:;,;J:}:;t¡j:eü'.i~t)iiJt)Sti ·.'..~~::::::.;/ ~'- . -:·~~,<~. : :::~~;. :,:;-'.v·:.~·>Jtfif}{f{~:(?f:i~}
Arena San Vicente Andesitico
2.44 4.8
1490 1620
15 14.84
•PVSS: peso volumétrico saturado suelto. •PVSC: peso volumétrico saturado compactado. •PxL : perdidas por lavado.
Grava 3/8" La Escondida
Andesitico 2.37 4.9
1325 1400 4.4
3.86
Grava%" San Vicente Andesitico
2.43 4.3
1455 1535 5.11 4.4
En la tabla siguiente tabla se muestra la granulometría de la arena andesita utilizada en la ciudad
de México (tabla 9).
81
- . 3/8" o.o o o 100 100 100
No. 4 19.0 3 3 97 95 100 No. 8 91.9 15 18 82 80 100
No. 16 104.9 17 34 66 50 85 No. 30 92.7 15 49 51 25 60
No. 50 106.9 17 66 34 10 30
No. 100 91.7 14 80 20 2 10 Charola 125.6 20
Total 632.7 100 Tabla 9. Granulometría del agregado andesitico
En el caso de Guadalajara se presentaron las siguientes características de los agregados de
acuerdo a la información recabada de las pruebas de laboratorio (tabla 1 O):
.Arena Grava%" Guadala· ara Guadala·ara
Basalto Basalto 2.72 2.77
0.9 1630 '" 1370 1760 1500 8.9 1.3 8.8 1.2
Tabla 10. Datos del agregado basáltico
Y de granulometría (tabla 11);
3/8" o.o o o 100 100 100
No. 4 0.5 o o 100 95 100
No. 8 135.0 24 24 76 80 100
No. 16 215.3 38 62 38 50 85
No. 30 87.7 15 77 23 25 60
No. 50 46.8 8 86 14 10 30
No. 100 28.0 5 90 10 2 10
Charola 54.2 10
Total 567.5 100 Tabla 11. Granulometría del basalto
Por último, para el caso de Monterrey presentaron los siguientes valores para la arena de caliz.a
(ver tablas 12 y 13):
Arena Monterrey
Caliza 2.66 0.9
1615 1815 9.64 9.6
Grava 3/8" Monterrey
Caliza 2.69 0.6
1520 1605 1.53 1.52
Tabla 12. Datos del agregado de caliza
Grava%" Monterrey
Caliza 2.68 0.7
1475 1540 0.65 0.64
No. 4 3.0 1 1 99 95 100 No. 8 89.5 17 18 82 80 100
No. 16 163.0 32 50 50 50 85 No. 30 99.5 19 69 25 25 60 No. 50 64.0 12 81 10 10 30 No. 100 35.8 7 88 .····. 2 2 10 Charola 59.8 12
Total 514.6 100 Tabla 13. Granulometría de la caliza
Tamaño máximo del agregado
82
El tamaño máximo nominal del agregado ( t.m.n.a) para la elaboración del concreto
autocompactado, fue especificado entre 1 O y 20 mm, esto en base a los artículos internacionales,
sobre el concreto autocompactado y la experiencia con relleno fluido (CTCC-CEMEX), que es el
material que más se le asemeja, siendo este el material, de donde surge la idea del concreto
autocompactado.
A lo largo de este capítulo se observara que el mejor tamaño máximo nominal del agregado,
arrojado por las pruebas del concreto autocompactado, hasta el momento es el de 1 O mm, por lo
que seguramente será el que más futuro tenga en el desarrollo este concreto.
83
Granulometría
Para poder observar las siguientes gráficas no hay que olvidar, la clasificación de la grava y la
are~ para este tipo de tamaño de agregado por la AS1M. Indicando que la grava se encuentra
entre la malla No. 4 (4.75 mm) y 3/8" (10 mm) y la arena será todo el material pétreo con un
tamaño del agregado no mayor a la malla No. 4.
Como podemos ver la parte de la grava que se observa en las siguientes tres gráficas; aprueba los
parámetros superiores e inferiores establecidos en un inicio. Sin embargo la arena no presenta un
rango tan estable como la grava para los tres casos (andesita, basalto y caliz.a). Lo que es
apreciable en las gráficas l, 2 y 3, no siendo este un factor determinante o que garantice un
''mejor" comportamiento del agregado andesitico, respecto a los otros dos.
%
120
100
80
60
40
20
o
Granulometría del agregado andesitico e
318" (10 No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 50 No. 100 ITVTl) MALLA
...,._%que pasa
-% Especificado Inferior
-1:r--% Especificado Superior
Gráfica 1. Distribución granulométrica del agregado pétreo andesitico
100
80
% 60
40
20
Granulometría del agregado basáltico
3/8" No. 4 No. 8 No. · No. No. No. MALLA 16 30 50 100
>,.,, .. , "";·&-
~%que pasa
-% Especificado Inferior
¡
--ir-% Especificado Superior
Gráfica 2. Distribución granulométrica del agregado pétreo basáltico.
120
100
80
°lo 60
40
20
o
Granulometría del agregado de caliza
3/8" No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 50
MALLA
No. 100
~%que pasa
. -.% Especificada! . Inferior I
--ir-% Especificado¡ Superior
Gráfica 3. Distribución granulométrica del agregado pétreo de caliza.
84
1
Sin embargo podemos observar, en las gráficas que la parte que más variación presenta es el
rango de las arenas, y si tomamos en consideración que el material fino en el agregado es aquel
que esta por debajo de la malla No. 100, veremos que este rango es critico. Por lo que esta parte
(finos), se ha mostrado como una de las variables que más influyen en la extensibilidad,
revenimiento, es decir la trabajabilidad del concreto lo que relacionamos automáticamente con
56
55
% De Arena en el agregado 11%DeArena
% 54 54
55
Muestras
Gráfica S. Porcentaje de la arena con respecto al total del agregado.
86
Existen varias razones por las cuales especificar los límites granulométricos, así como el tamaño
máximo del agregado, ya que afectan las proporciones relativas de los agregad,os, el cemento y el
agua, necesarios para; la manejabilidad, la economía, la porosidad, y la contracción del concreto.
Pudiendo afectar seriamente la uniformidad de una mezcla a otra.
Las arenas muy finas son con frecuencia. costoSáS y las arenas muy gruesas pueden producir
mezclas muy ásperas y poco manejable, como es el caso que ha venido presentando el basalto.
En general, los agregados que no tienen una gran deficiencia. o exceso de cualquier tamaño, dan
una curva granulométrica pareja, produciendo los mejores resultados (andesita).
Es necesario en:fatiz.ar que las gráficas 6 y 7 se elaboraron con el fin de comparar el contenido de
grava, con · la manejabilidad que veremos más adelante, teniendo presente que el contenido de
grava como el de arena serán varia.dos en un futuro, por el aspecto de la muestra que en estos
momentos del desarrollo tecnológico es el punto medular.
50
ca > ca 45 '- 41 C) CD ,, 40 ';!!.
35
% de Grava contenida en el agregado J El% de Grava del total de agregado empleado j
······--··-····--
45 45 45 45 45 45 45 45
41 39 40
" ,
87
Gráfica 6. Porcentaje de grava res~o al total del agregado pétreo, de las mezclas con CPC 40.
56 1
% uj
54.01 54
53
Porcentaje de arena Eil % De arena
55.28 55.15
55.47 55.14
Muestras
Gráfica 7. Porcentaje de grava respecto al total del agregado pétreo, de las mezclas con cemento de
albañilería.
Nos adelantaremos a decir que la variación del contenido de grava en los rangos de diseño
establecidos en un principio, no juega un papel tan importante en la manejabilidad, ya que el
factor que más influye, es el porcentaje de finos, debido a que en altos rangos, se degrada la
pasta cementan.te y en consecuencia la resistencia del concreto. Y por otro lado se incrementa el
consumo de agua, lo que no solo degrada la capacidad mecánica, sino la reología
88
Forma y textura del agregado
La forma de las partículas y la textura superficial del agregado influyen en las propiedades del
concreto fresco (reológicamente) más que en el concreto endurecido.
En este caso pudimos apreciar que los agregados de superficie rugosa como la ca.liza, o planas y
alargadas como el basalto, requieren más agua para producir un concreto manejable que los
agregados redondeados o con partículas cuboides (Caliza). Por tanto, las partículas del agregado
que son angulares requieren más cemento para mantener la misma relación agua-cemento. Sin
embargo, la graduación es buena (ver foto 6), tanto los agregados triturados como los no
triturados (naturales y no naturales), generalmente dan la misma resistencia, siempre que la
dosificación de cemento sea la misma.
Foto 6. Muestras de Agregados utilizados en el diseño del concreto autocompactado: A) Basalto, B) Caliza y C) Andesita.
89
Es bien sabido que las partículas deben ser cortas y gruesas como el caso de la caliza y libres de
cantidades excesivas de pi~zas en fonna de placas o alargadas, caso que presenta el basalto el
cual prácticamente esta la.jea.do lo que dificulta la manejabilidad del concreto en estado fresco.
Siendo la caliza un material que presenta contaminación, dificultando el adecuado
comportamiento para autocompactarse. En este caso los tres materiales pétreos son materiales
naturales, es decir no triturados.
3.2. RELACIÓN AGUA/CEMENTO DEL CONCRETO
Como se pueden ver en las .. siguientes . gráficas, la relación .. agua/cemento ( A/C) se ve
influenciada por el tipo de agregado y el tamaño, como se menciono en el punto 3.1.3 (tipo y
textura del agregado). Y como es lógico cada tipo de agregado va a tener un comportamiento
distinto en su capacidad de absorción, como se observa en la grafica 8.
En la gráfica 8, se observa la relación· A/C y se debe tener en cuenta que este factor es
sumamente sensible para la fe (resistencia de diseño), por lo que se deben comparar mezclas que
tengan el mismo contenido de cemento.
Relación Agua I Cemento real 1.50 l ¡ .. ., .... ¡
0.97 1.00 0.84 0.72 O 64
0.61 . 0.62
0.72 0.56 0.59
0.51 0.58 0.62 A/C
0.47 o.so
Gráfica 8. Relación Al C real de todas las pruebas de concreto autocompactado con solo CPC 40.
91
Extensibilidad
Si recordamos que en un principio se había propuesto que el concreto autocompactado tuviera
una extensibilidad inicial de 57 ± 2.5 cm Podremos observar en la gráfica 10 prácticamente
todas las muestras alcanz.an dicho parámetro. Pero este no es un indicador de la calidad, es un
indicador de la facilidad de colocación. Ya que muchas presentaron segregación, sangrado y
sobre todo un aspecto poco satisfactorio, lo que da como consecuencia una baja capacidad a la
resistencia a compresión.
cm
Relación A/C con la extensibilidad del SCC conCPC40
10 62.5
• 80 •
50 66.25
40
60
• •• 48.75 49
52 ••• 53.25 64.5
66 • • 62.5. 68 •
64.5
• Extensibilidad inicial • A/C real
42
•
0.61 o. 72 0.84 P.64 0.62 o.97 0.47 o.62 0.51 0.56 0.58 0.59 o. 72
Gráfica 10. Extensibilidad inicial.
Normalmente un concreto de alto desempeño se comporta de una forma tal, que cuando la
relación agua/cemento es alta, la capacidad de carga es baja y viceversa. Y cuando la relación
AIC es baja, la trabajabilidad también, sin embargo esto no se ve de forma tan clara en las
gráficas 10 y 11, por lo que es muy importante pasar al punto del aspecto, para cada muestra
aunado a un estudio mecánico.
60
cm
30
Extensibilidad Final B Extensibilidad
71.75
59.25
62 60 65 73 75.5 68.5 71
63.25
Gráfica 11. ExteDSibilidad final.
92
55.5
Las mezclas se han diseñado para tener una extensibilidad final de 60 ± 5 cm. Por lo que la
restricción inicialmente marcada de 220 l/m3 de agua no en muchos casos se ha cumplido. Los
agregados demandan una mayor can~ de ~ de ·acuerdo .al siguiente ,orden; andesíticos,
basálticos y calizas.
En el caso de los agregados de basalto para cumplir con el parámetro de extensibilidad inicial
(57 ± 2.5 cm). Demanda cantidades importantes de agria y cuando se cumple con el parámetro
invariablemente la mezcla presenta una segregación inaceptable.
Para las mezclas elaboradas con mortero y en particular con agregados basálticos se ha cambiado
las especificaciones de extensibilidád a tener una extensibilidad ~ 40 cm, tendiendo a lo más
grande posible, siempre y cuando, no se presente una segregación.
El ta.maño máximo del agregado grueso tiene influencia en el comportamiento del concreto en
estado plástico observando un comportamiento mejor; con menor tendencia a la segregación,
mayor extensibilidad en los concretos con tamaño máximo de agregado de 3/8" comparados con
los concretos con agregado grueso de%". Por lo que el agregado (grava y arena) para el diseño
del concreto autocom.pactado (SCC) será andesítico.
93
Revenimiento
El revenimiento sufre un efecto muy similar por no decir que el mismo, que en el caso de la
extensibilidad, diciendo que a bajas relaciones de agua/cemento, bajos revenimientos y poca
manejabilidad.
Ahora bien, si observamos la gráfica 12. veremos que el comportamiento es muy similar sin
embargo al profund.iz.a.r en los proporcionamientos de cada mezcla, nos dimos cuenta que las
mezclas hechas con caliza y basalto consumen de 2 a 3 veces más aditivos, lo que las hace
sumamente costosas, además de presentar variaciones en su homogeneidad.
Si hacemos un análisis de lo visto en el inciso de los aditivos (Plastificante 27 y TCC 780)
veremos que al tener baja ·relación A/C, debemos agregarle un aditivo plastificante que mantenga
la relación A/C, aunado a una mejora . en la manejabilidad. Y si observamos la gráfica 1 O, "' ~ ~ .. ' .U~.
veremos que todas las relaciones A/C s9µ altas (> 0.5) ,lo que aunado a un aditivo plastificante da . ., '. "
una mezcla superplastificada generará un ·concreto autocompactado, el cual debe andar en
revenimientos altos, similares a los mostrados en la gráfica 12.
40
26
cm20
o o o o ..... ~
..... et m o o o + + +
Muestras~ o N ~ (")
et et et
-~
Revenimiento -je Revenimiento !
27 27
o o o o N N ..... ..... m m o o o o o o + + + + o N o N ~ (") ~ (")
et et <t et
o ..... o o + N (")
et
Gráfica 12. Valores de revenimiento del SCC.
26
o o N N o o o o + + N o (") ~ et et
94
Por otro lado y siendo enfático, la mezclas que tienen mejor comportamiento a un bajo costo son
las mezclas con andesita, por lo que si en un futuro, se toma la decisión de hacer viable un
concreto autocompactado con caliza o basalto, seguramente tendrá un costo adicional
(considerable), respecto a los concretos autocompactados andesiticos.
Cono de escurrimiento
Esta prueba nos da una idea del tiempo de vaciado de un concreto, junto con la tracción que
presentan los agregados, en la mezcla. Como podemos apreciar en la gráfica 13, nuevamente las
mezclas que presentan mejor comportamiento vs. costo son las elaboradas con agregados
andesiticos, confirmando la elección respecto al tipo de agregado a utilizar en el SCC.
s
15
Tiempo de Escurrimiento B Tiempo de Escurrimiento [seg)
12.96
Grafica 13. Valores del tiempo de escurrimiento del cono (embudo) en V.
Esta prueba nos proporciona una idea del comportamiento de la mezcla al momento de vaciarse,
así como el tiempo de llenado del encofrado final. Por lo que mostramos en las fotos 7 y 8 las
imágenes de preparación de la prueba ''tiempo de escurrimiento" del cono en V, en el
laboratorio.
95
Foto 7. Preparación del cono en V. Foto 8. Toma del tiempo de escurrimiento en el cono en V.
Masa volumétrica y contenido de aire
La masa volumétrica depende del agregado con el que se elabora la muestra como se aprecia en
la gráfica 14. Mostrando que todas las mezclas dan un concreto con densidad media.
2500
kg/m3
2000
Masa Volumétrica S.S.S en M.A. - Masa Volumétrica a 28 días
2289 2343 2231
2101 2082 2120
2301
1500-t--,---,-~-,----r------.-~"T"--'---r------r~-,----r----,-~-,--~
Muestras: "\\ "\\ ~ ~ ~ "\\ ~ ~ ~ "\\ ~ # ~ ,..~;,f;~ ,..~ ,..~;,f;~;-t;~~,f~,f~,f ,..~e, Gráfica 14. Masa volumétrica con superficie seca saturada en curado a medio ambiente
Por otro lado el contenido de aire nos puede indicar que tanta cohesividad tiene la mezcla, junto
con la porosidad que tendrá el concreto una vez endurecido. Y como podemos observar,
96
nuevamente el mejor comportamiento, es el de las mezclas andesiticas, es decir el contenido de
aire para el concreto andesitico es de los más bajos y aun precio, competitivo.
Contenido de Aire del SCC 6 5.5
lmAire [%] 1
4
% 2.2 2.2
2 1.3 1.2
,Gráfica i 5.:Contenido de aire
Lo que lleva a hacer un análisis de la gráfica 15. Y determinar que con los proporcionamientos
de las mezclas andesiticas; están ob~eniendo un contenido d~ aire relativamente bajo, de lo que :: ~ ,\· li' ' ;, . i,
deducimos, que efectivamente estas mezclas ( autocompactadas ), se están consolidando
correctamente.
Aspecto
La tendencia a 1a segregación del concreto se ve influenciada por 1a densidad y el contenido de
finos de los agregados. Los agregados que presentan una menor tendencia a 1a segregación son
los andesíticos, posteriormente las caliz.as y finalmente los basaltos, presentando una marcada
diferencia y segregación. Además de mostrar una adecuada homogeneidad, junto con relaciones
agua/cemento, que fluctúan entre 0.6 y 0.8, lo que las hace tener una adecuada manejabilidad.
97
3.4. PRUEBAS AL CONCRETO ENDURECIDO AUTOCOMPACTADO
En esta parte se mostrarán los datos técnicos básicos, que debe cumplir un concreto, aclarando
que el objetivo de la tesis es el estudio reológico del SCC, es decir cuando esta en estado
plástico. Sin embargo esto no indica que los incisos del estudio del concreto en estado
endurecido son menos valiosos.
En esta parte es importante anaJizar los factores que al hacer la mezcla influyen en los resultados
del concreto endurecido, tales como la resistencia o la permeabilidad a la penetración de
cloruros.
Resistencia mecánica
Generalmente la propiedad más importante del concreto es su resistencia, aunque en muchos
casos prácticos, otras características tales <;amo la durabilidad o la permeabilidad (RC.P.T.)
pueden ser más importantes. Sin embargo, la resistencia suele dar una imagen general de la
calidad del concreto por estar directamente relacionada con la estructura del concreto. Más aun,
la resistencia del concreto es, casi invariablemente, vital en el diseño estructural, por lo que se
muestran las pruebas de resistencia más>impói:tantes de UD concretó. Pero siempre teniendo en
cuenta que el objetivo de esta tesis es obtener UD concreto autocompactable, que cumpla con las
propiedades de un concreto estructural.
Resistencia a compresión
En esta parte se muestra la resistencia de un concreto autocompactado por unidad de área (fe),
para el análisis de las muestras, tomando en cuenta, el contenido de cementante (ver gráfica 16),
el t.m.n.a., el tipo de curado, etc. Por ejemplo en la gráfica 16 se puede observar que la
resistencia más baja es de la muestra A32+oA20, pero también podemos observar que en las
gráficas 1 O y 11, que son de extensibilidad inicial y final respectivamente, la muestra
(A32+oA20) es la que tiene los más bajos índices reológicos en este rubro ( extensibilidad). Por
98
lo que podríamos deducir; que la resistencia se encuentra afectada por el contenido adicional del
agua, ya que en el contenido de aire {ver gráfica 15) es el más bajo y este nos indicaría que si
reológicamente no tuviera buen comportamiento, el concreto tuviera huecos y se debería a este
factor, la deficiencia de resistencia. Sin embargo haciendo un análisis minucioso, diremos que se
debe a un alto consumo de agua ( adicional a la de diseño), por que sus índices de extensibilidad
en términos generales, son grandes, debido a la relación elevada de A/C (ver gráfica 10).
Kg/an2
Resistencia del Concreto Autocompactado
are a 28 días 500.001 400.00 3. 76
311 350
326 345 392
350
112
214 300.001· 200.00 150
100.00
Gráfica 16. Resistencia del SCC.
388
309 269
Esta análisis, presentado en el párrafo anterior, es el que se ha venido haciendo a lo largo de
todos los estudios de la tesis. Sin embargo sería materia1mente imposible descn"bir todas las
variables en estudio. Por lo que brevemente se mencionan las más importantes, para poder
entender el desarrollo del experimento de concreto autocompactado.
Resistencia a flexión
Recordando que en este punto el análisis a tensión máximo teórico alcanz.ado en la fibra inferior
de la viga de prueba es conocido como el módulo de ruptura.
99
Esta prueba al igual que en la anterior, también es tomada con frecuencia como un índice de
calidad del concreto. Y de la misma forma, se puede hacer un análisis de un espécimen. De
hecho la muestra A32+0A20, presenta uno de los valores más bajo en la resistencia a flexión ( en
curado estándar y medio ambiente) y el análisis al comportamiento de dicha muestra es análogo
al de resistencia a compresión (ver gráficas 17 y 18.).
kglcm2
Resistencia a Flexión a M.A. El Resistencia a Flexión a 28 días
36 28
46 49
25
60
44 36
61
Gráfica 17. Resistencia a flexión a medioambiente
801 60-;
1
Resistencia a Flexión a 28 dlas II Resistencia a Flexión a 28 días
63 55 56
146 49 47 46 46
:J 28 27
65
Gráfica 18. Resistencia a flexión en curado estándar
41 43
57
43
100
Módulo de elasticidad
En esta parte se muestra los módulos de elasticidad, obtenidos mediante curado estándar y medio
ambiente, esto se debe principalmente a que la condición de humedad de la muestra, es un factor
importante, ya que una muestra húmeda, tiene un módulo más alto que una muestra seca.
Las propiedades del agregado también influyen en el módulo de elasticidad, aunque no afectan
significativamente la resistencia compresiva como se pudo apreciar en el inciso anterior. Pero si
consideramos los modelos básicos de dos fases para el concreto, vemos que la influencia del
agregado proviene del valor del módulo del agregado y su proporción volumétrica. De está
forma mientras más aho sea el módulo. del .agregado más alto será el módulo del concreto, y para
el agregado que tiene un módulo más alto que la pasta de cemento (frecuentemente), al ser
mayor el volumen del agregado será más alto el módulo del concreto. Observándose en la
gráficas 19 y 20, que el módulo de elasticidad más alto, es el de las mezclas elaboradas con
calizas.
Por otra parte siguiendo con el análisis de la muestra A32-+-0A20 (ver gráficas 19 y 20), presenta
los más bajos módulos elasticidad. Esto se debe a que esta elaborado con el agregado con menor
módulo de elasticidad ( andesita) ..
t/cm2
t/cm2
Masa volumétrica
Módulo de Elasticidad en M.A. II E'c a 28 días de scc
400 l
¡ 259
276
293
296281 281
1 168 200 j 161 154
131 150
153
Gráfica 19. Módulo de elasticidad en medio ambiente.
Módulo de Elasticidad en C.E. · El Módulo de Elasticidad a 28 dias
~1 278
ji 178
200.·. 170 · 157 137
328
147
278
347 283· ..... 308
309
Gráfica 20. Módulo de elasticidad en cuarto de curado.
101
244
263
La densidad del concreto depende básicamente del agregado, ya que es el material más
abundante por unidad de volumen dentro del concreto. Y los demás componentes, están
contenidos en proporciones muy semejantes. Este efecto es muy marcado, como podemos ver en
102
la gráfica 21 siendo la andesita la de menor densidad y el basalto y la caliza, las que tienen
densidades mayores y entre ellas muy similares (ver tablas del punto 3.1.) , todo esto se ve
reflejado en la siguiente gráfica.
3000
2000
Kg/m3
2148
Peso Volumétrico II Peso Volumétrico
2346 2303 2382 2357 22062303 2373 2332 2269 2282
2106 2078
1 000 .....,... .....,.... --.- ,
M~ ..... \\ .;, .;, ..... \\ ~ ~ ~ ..... \\ ~ ..... \\ ~ ~
A~// /,(1'~//h.l'/ Gráfica 2 L Peso volumétrico ·del concreto con superficie seca saturada.
Como se puede observar en la grafica 21, la densidad promedio de este concreto recae en la
densidad media (2.2 a 2.6 t/m3). Por lo que tendría las mismas restricciones estructurales que un
concreto convencional (promedio),. ~n cuanto a de11Sidades se refiera.
Ultrasonido
El fin principal de esta prueba es poder medir en estado endurecido el grado de compactación y
el cambio en la relación agua/cemento, teniendo como factores; el agregado y su contenido, la
humedad, la edad y la temperatura. Es decir, se verificara sí la reología funcionó y produjo un
concreto autocompactado, todo esto sin destruir la muestra (prueba no destructiva).
Cabe señalar que es una prueba muy importante, ya que reológicamente puede estar bien, pero al
momento de que se evapore el agua en el concreto, quedan cavidades, lo que genera un concreto
defectuoso debido a un excesivo calor de hidratación, como se muestra en las gráficas 22 y 23.
103
Es importante mencionar que la compactación no se ve gravemente afectada por el tipo de
curado, como se aprecia en las graficas, lo que se convierte en una ventaja más del producto.
Km/s 3
6
Km/s 3
Ultrasonido El Ultrasonidoa 28 días en M.A.
3 65 4.00 443 4.33
• 4.36 4.13 . 3.59 3.50
3.34 3.27
Gráficas 22. Ultrasonido en medio ambiente .
, 3.11 3.57
. . Ultrasonido a Ultrasonido a 28 días en e.e.
·3;&3
3A2
4.30
3.63
52 4.51
4. 4.33 , 4.15
Gráficas 23. Ultrasonido en cuarto de curado.
3.72
4.63
4.67 4.31
4.63
,,4.34
Si el cementante, mortero y concreto, según la ASTM tiene rangos de 2 a 2.4 Km/s, 3 a 4.3 Km/s
y 3.8 a 5 Km/s [5], respectivamente, cuando tienen una densidad adecuada; concluiremos en que
el SCC, tiene una baja cantidad de vacíos, ya que se asemeja a densidades de mortero (altas).
105
textura, además usaremos el CPC 40 como cementante ya que así podremos obtener las
propiedades mecánicas planteadas en un principio ( capítulo 2), sin descartar el uso del cemento
de albañilería el cual le proporciona mayor módulo elástico lo que ampliará, el abanico de
aplicaciones. Sin embargo encontramos que a pesar de tener una buena densidad, tiene alta
permeabilidad, debido a su alta relación A/C, lo que lo incapacita para ser usado, bajo
condiciones de aislamiento hidráulico. Pero por otro lado estos pequeños vacíos hacen que tenga
alta resistencia al congelamiento y deshielo. Respecto a los agregados; se mantiene el
proporcionamiento planteado en un principio. Terminando este capítulo con la certez.a de haber
obtenido tanto en estado :fresco como seco, una formula que garantice la adecuada compactación,
sin que se vea gravemente afectado por el tipo de curado.
CAPÍTUL04
RESULTADOS TÉCNICOS DEL CONCRETO
AUTOCOMPACTADO
4.1. CONCRETO FRESCO AUTOCOMPACTADO
106
Después del análisis exhaustivc,, de todas ·1as pruebas, se forno .. la decisión de que el concreto
autocompactado, más viable será elaborado con agregado andesitico de t.m.n.a de 10 mm. debido a que presentaba el mejor comportamiento reológico, esto en base a las pruebas
mostradas en el capitulo cuatro, donde se puede apreciar que el concreto elaborado con agregado
andesitico, presenta muyibuena plasticidad.y proporciona buenos resultados mecánicos. Lo que
no implica que con un estudio más a fondo, los otros dos agregados (basalto y caliz.a) no sean
aplicables en un concreto autocompactado.
Teniendo como proporcionamiento final del concreto autocompactado:
107
Aclarando que el tiempo de mezclado es alto respecto a un concreto normal y que primero se
mezclan los agregados junto con el cementante, hasta que estén homogéneos, para después
agregar el Plastificante 27, en esta parte del proceso es importante remarcar que el plastificante
se debe mezclar perfectamente, para proseguir con el TCC 780. Una vez realizada la mezcla
(homogénea), se procede a agregar el agua, mezclándolos con los de más materiales, hasta lograr
una consistencia tal que el agregado, se suspenda en la mezcla.
Como pudimos observar en la descripción anterior de la elaboración del concreto
autocompactado; el agua se vierte en la mezcla al último, cosa contraria a las especificaciones de
los proveedores de aditivos, donde recomienda mezclar el aditivo con el agua, con el fin de
distribuirlo ''más" homogéneamente en la mezcla. En este caso · se observo que si se efectúa de
esta fonna el concreto absorbe mayor cantidad de agua debido a que el aditivo no ha trabajado
para lo que fue diseñado, en este caso el Plasti:ficante 27.
En este capitulo, se muestra un análisis comp@rativo con un .concreto llamado testigo, el cual
tiene el mismo proporcionamiento que.·el aiitocompactado· (Tabla 8) exceptuando aditivos, es
decir es un concreto premezclado "normal". Por lo que en los siguientes incisos se hará una
breve explicación del. comportamiento (reológico y mecánico) del concreto autocompactado,
junto con la justificación respecto·· ·at 'concreto premezclado "normal''. Descnbiendo las
principales pruebas que se utiliz.an para verificar la calidad de un concreto premezclado
"convencional".
Podemos decir que esta parte es la mediila de la investigación ya que es la que avalara la buena
manejabilidad del concreto autocompactado (diseñado) y en consecuencia el buen
comportamiento mecánico, aunado a un acabado de excelente calidad.
Prácticamente en esta parte cumplimos la mayoría de los objetivos planteados en un inicio. Y
estamos seguros que el producto cambiara la concepción constructiva actual (Latinoamericana).
Nota: Al concreto autocompactado lo llamaremos; A32+0A10 y al testigo; T32+0A10.
112
después se puede descimbrar y observar el acabado del SCC y como se pueden apreciar en la
foto 12 la calidad del concreto es excelente.
Foto 11. Aspecto de la mezcla de concreto autocompactado (A32+oA10).
Foto 12. Textura del concreto autocom.pactado.
4.2. CONCRETO ENDURECIDO AUJ'OCOMPACTADO
En esta sección veremos que haya una correlación con respecto a la cali~ tanto reológica,
como en estado endurecido del concreto autocompactado, es decir verificaremos que el concreto
satisfuga las capacidades de carga, para las aplicaciones en las que se pretende utilizar.
El comportamiento del concreto autocompactado, se analizara contra el concreto testigo en
estado endurecido; mostrando las pruebas más trascendentes de un concreto. Y de estos análisis
se podrá tomar una determinación del campo de acción del concreto autocompactado y lo más
importante de sus ventajas y desventajas con respecto a un concreto normal.
Resistencia a compresión
En las siguientes gráficas (29 y 30) se observa el desarrollo de la resistencia a compresión a 1, 3,
7, 28 y 90 días del concreto autocompactado y del testigo.
Resistencia a compresión (fe) en M.A. 1
1
600,
500 j 1
1
4001 1
kg/cm2 300 l 200 J
I as 100 J
1 83
443 1
l-+-T32+0A10 ,,
I-A32+0A101¡
1
o~'~-,--~,----.-~~~~~ 1 3 7 28 56 90
Tiempo (días)
Gráfica 29. Resistencia (fe) autocompactado vs. testigo, en medio ambiente.
113
Como se puede observar, los dos concretos obtuvieron resistencias altas y esto se debe al
agregado, y al aditivo (Plastificante 27), ya que la relación agua/cemento es alta(O. 72),
permitiendo una adecuada. colocación· (bajo contenido de aire) y un alto comportamiento
mecánico como consecuencia. Este aditivo plastificante como se menciono en .• el capitulo 1, hace "i<;
que se obtenga una mayor resistencia al disminuir la. relación agua/cementq~ Logrando que el
contenido de cemento disminuya para una cierta resistencia de diseño en base a la relación A/C,
lo que implica reducir el calor dé hidratación,/haciendoal concreto más estable. Y este aditivo,
como su nombre lo indica (plastificante ), hace que el concreto sea más accesible en armados
congestionados, autocompactándose satisfactoriamente con el uso del TCC 780.
Es importante observar la similitud en comportamiento del autocompactado respecto al testigo lo
que hace cumplir uno de los principales objetivos planteados al principio de este trabajo, que es
el de obtener un concreto que tenga las propiedades de uno ''normal", pero con la ventaja de
autocompactarse.
Como podemos observar se muestran en las gráficas 29 y 30, el comportamiento de cilindros al
medio ambiente y en cuarto de curado, respectivamente. De estas gráficas, podemos deducir que
al tener un bajo calor de hidratación la mezcla llega a realizar sus reacciones químicas
114
eficientemente a un en medio ambiente, lo que implica una estabilidad en sus contracciones,
masa volumétrica, etc. Como a continuación veremos.
1
1
Resistencia a compresión (fe) en C.E. 1
500 443 1
423 1
l-+-T32+0A1011
1
1 400 1
1 300 ~
600
[-A32+0A10 [ I kg/cm2 200 ~
1 100 J87
I o~!-ª5~~~~~~
1
1 3 7 28 56 90 Tiempo (días)
Gráfica 30. Resistencia (fc)autocompactado vs. testigo con curado estándar.
Resistencia a flexión
Se observar en las gráficas 31 y 32, que la resistencia a flexión es prácticamente la misma ya que
esta es muy pequeña debido a que concreto por lo general es diseñado para resistir cargas a
compresión; aunque cabe aclara que este factor resulta sumamente importante para elementos
que no contienen armado como el caso de las presas o carreteras. Ejemplos poco aplicables para
un concreto autocompactado (hasta el momento), debido a su alta permeabilidad como veremos
más adelante.
Ahora bien si tomamos la relación de la ASTM (comité ACI 207. 2R), en donde una resistencia a
flexión fluctúa entre 10 y 50 kg/cm2, nuestro concreto cumple las especificaciones.
50 -
i
1 1
kglcm245 j
1
Resistencia a flexión en M.A.
46
40 +---1 -~
28 días
1
1
1
!BT32+0A101\
i•A32+0A10 I \
1
1
Gráfica 31. Resistencia a flexión. (muestras de medio ambiente).
115
Cabe señalar que la .resistencia a flexión esta por arrfüa en un 20 % con respecto a la de un
concreto normal diseñado para la. misma 9apacidad .de carga a compresión, esto se debe a la alta
relación cemento/arena y alJipo .,de agregado principalment~, lo que resulta útil para delimitar su
abanico de aplicaciones. Además es importante tener en cuenta este parámetro para evitar
agrietamientos, ya que son atribuidos a este tipo de esfuerzos.
Resistencia a flexión en C.E .
50 -,
49 1 48 i
Kglcm247 1
46 J
1
45 J 1
44 +, -----==
. ' t<
49
28 días
1
1
1
1
.--1 El T-32-+0-A 1--,0 11
,•A32+0A10 ,
1
1
1
Gráfica 32. Resistencia a flexión. (muestras en cuarto de curado).
116
Módulo de elasticidad
Como ya mencionamos el módulo de elasticidad (ver gráfica 33), está en valores normales
prescritos por la ASTM (C 469). Que van desde 144 000 a 422 000 Kg/cm2 [29]. Por lo que en
este caso observamos que el módulo de elasticidad se encuentra en rangos normales de un
concreto estructural según la ASTM.
Módulo de elasticidad en M.A.
190000 -
180000
kg/cm2
170000
160000
150000 -+-1
-----,-------.
28 días 90 días
-+-T32+0A1 O
-A32+0A10
Gráfica 33. Resultados de los móchilos de elasticidad. (muestras de medio ambiente).
En las gráficas 33 y 34, el módulo de elasticidad se ve afectado por la humedad: ya que la
muestra húmeda tiene un módulo más alto que la seca. También se observa que entre más alto
sea el módulo del agregado; más alto será el módulo del concreto. También este factor se ve
afectado por la edad ya que si observamos la resistencia a compresión veremos que el módulo de
elasticidad, aumenta más rápido que la resistencia a compresión.
Módulo de elasticidad en C.E.
200000 l
197274 190000
Kg/cm2 180000 ~T32+0A10
-A32+0A10
170000 j 1
1
i 160000 -'--! ----~----~
28 días 90 días
Gráfica 34. Resultados de los módulos.de elasticidad. (muestras en curado estándar).
Masa volumétrica
117
La masa volumétrica, es un indicativo de ;su densidad y se utiliz.a para los cálculos estructurales,.
Y en consecuencia el abanico de aplicaciones también depende de la densidad, por lo que en está
sección mostramos la masa volwnétrica ·· de muestras (cilindros) que han estado al medio
ambiente (ver gráfica 35) y muestras que han estado en un cuarto de curado (optimas
condiciones para llevar acabo las reacciones químicas, ver gráfica 36).
Masa volumétrica en M.A.
2140
2120
2100 2101
2080 ~T32+0A10 kg/m3 2063 -A32+0A10 2060
2040 2044 2020
2000 28 días 56 días 90 días
Gráfica 35. Masas volumétricas de los concretos autocompactado y testigo en medio ambiente.
118
De estas gráficas vale la pena aclarar que no se puede hacer un comparativo de la misma mezcla
entre día (ejemplo: 28) y día (ejemplo: 56) ya que está prueba, a pesar de no ser destructiva, el
cilindro también se ocupa para pruebas destructivas ( como la de compresión). Por lo que entre
prueba y prueba el cilindro es diferente, con lo que uno puede inferir que la mezcla se distribuye
de manera diferente y siendo este un factor tan sensible vale la pena aclararlo. A diferencia de las
otras pruebas.
2200
2190
2180
2170 kg/m3
2160
2150
2140
Masa volumétrica en C.E.
~2177 21n
~2165
215~8
2130 -'--~~~~-----,.-~~---~ 28días 56 días 90 días
1
1
~T32+0A101
-A32+0A101
Gráfica 36. Masas volumétricas de los concretos autocompactado y testigo en curado estándar.
Podemos observar en la grafica.36,. que .hay .. un ligero .incremento de la masa volumétrica entre
las muestras que estuvieron al medio ambiente con respecto a las que estuvieron en el cuarto de
curado, esto se debe a que estas últimas tiene una gran cantidad de agua retenida. Lo que termina
siendo un factor importante en las pruebas mecánicas.
Ultrasonido
Si nosotros nos basáramos en las gráficas que correlacionan al concreto ''normal", con la
resistencia a compresión proporcionadas por la ASTM, veríamos que con las velocidades de
pulsación mostradas en las graficas 37 y 38, mostrarían una capacidad de carga en un 50%
menor al obtenido (SCC). Aunque muchos investigadores afirman que no existe una relación
intima entre las velocidades ultrasónicas y la resistencia f c, todos coinciden que si está
relacionada directamente con la densidad del concreto, ya que la pulsación viaja más rápido a
119
través de un hueco lleno de agua que a través de uno lleno de aire. En consecuencia, la condición
de humedad del concreto afecta la velocidad de pulsación mientras que la resistencia in situ no es
afectada, por lo que la prueba resulta muy útil para determinar si existen huecos del concreto en
estado sólido, sin aplicar una prueba destructiva, lo que la hace una herramienta sumamente
valiosa.
3.800
3.750
3.700 1=:-;s·3.650
3.600
3.550
Ultrasonido en M.A.
3.731 3.750
3.740 1
l-+-T32+0A10 I
1-A32+0A1011
3.500 ---~-...---~--~
1
1
1
28 días 56 días 90 días
Gráfica 37. Resultado de las pruebas ultrasónicas en medio ambiente, de los concretos autocompactado y testigo.
Si nos basamos en que las velocidadés ultrasónicas de la pasta cementante, .mortero y concreto,
tienen rangos de 2 a 4.2 Krn/s;· '3 á 4.3'Krn/s y3':8 · a 5 Km/s, respectivamente, concluiremos en
que el concreto autocompactado tiene bajo porcentaje de vacíos, ya que el SCC está en
parámetros similares a los del mortero o la pasta (velocidades ultrasónicas altas), mezclas que
por lo general no presentan cavidades.
Impulsos (Km/s)
4.250
4.000
3.750
Ultrasonido en C.E. 1
1
4.026 1
~4.050 ~ - .--+---T-3-2+_0_A-10--,I
3.900 --------.---- 3.882 -3.850 -A32+0A10 1
3.805
3.500 "7"", ---.,..----~--~ 1
1
28 días 56 días 90 días
120
Gráfica 38. Resultado de las pruebas ultrasónicas en curado estándar, de los concretos autocompactados y testigo.
Pruebas de permeabilidad rápida de cloruros (R.C.P.T.)
Como podemos observar en la gráfica 39, el concreto autocompactado (según la norma ASTM
1202, Anexo 12) es ahamente permeable (alta permeabilidad > 4000 Coulombs), lo que es
provocado por la alta relación agua/cemento, siendo esta su principal limitante, pero no por ello
descalifica la calidad del concreto, simplemente acota su abanico de aplicaciones. Como ya lo
mencionamos.
J Prueba de permeabilidad rápida de cloruros 1 (R.C.P.T.)
1
12000 1 • 10062 Z! 10075
1
Coulo
6000
mbsjl; j ~65~9~0:_..----· 7569 ...
1 11
1 j-R-90 días en M.A. -90 días en e.E.
o .....-1 ---~--~
T32+0A10 A32+0A10 Muestras
Gráfica 39. Prueba RC.P.T. de los concretos autocompactado y testigo.
121
Absorción
Si nos basamos en la tabla 15 (datos de la prueba), diremos que la ASTM, estima que un
concreto con un bajo grado de cavidades, no debe absorber más del 10% de su masa [6], por lo
que con esté inciso concluimos el análisis técnico, quedando aprobado el SCC, lo que no implica
que no se pueda mejorar .
···: ... ·•:··.·.~::,; .. .. ] . ,. . Abs réi6 (%} . .·· · .. -···· o .... n. . .'. · ....
Prueba realizada de muestras al medio ambiente Testigo 1 9.52
Autocompactado 1 8.83 Prueba realizada de muestras de cuarto de curado
Testigo 1 9.92 Autocompactado 1 8.32
CONCLUSIONES DEL CAPÍTUL04
Tabla 15. Porcentaje de absorción de las muestras testigo y autocompactado
Este capítulo, proporciona los fundamentos técnicos, de la viabilidad del concreto
autocompactado y las limitantes que este presenta. Por ejemplo elconcreto autocompactado tiene
alta resistencia a bajas temperaturas, se pueden obtener módulos elásticos diversos con la
utiliz.ación del cemento de albañilería y lo más importante se logran capacidades de carga
relativamente altas, sin embargo por su alta relación agua/cemento, se obtiene una alta
permeabilidad, lo que limita sus aplicaciones. Teniendo la certeza mediante la inspección visual
(extracción de corazones, prueba destructiva) y mediante el ultrasonido y la R.C.P.T., que el
concreto autocompactado, logra una excelente autocompactación.
También deseo aclarar que el hecho de haber seleccionado un agregado andesitico de 1 O mm
(t.m.n.a.), no implica la no viabilidad de los otros agregados, es sólo que este (agregado),
económicamente es el más adecuado, ya que presenta el más bajo consumo de aditivos y el
menor tiempo de mezclado, rubros que elevan significativamente el costo del concreto
premezclado.
CAPÍTULOS
EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA MEZCLA, A
ESCALA INDUSTRIAL
5.1. COLADO DE ELEMENTOS DE PRUEBA
122
Este desarrollo se ha llevado ha escala ind~ para validar el costo beneficio que el
constructor percibirá directamente en sus obras, con su propio análisis en coordinación con las
autoridades técnicas. Por lo que realizaremos pruebas en una losas de entrepiso.
El objetivo consiste en establecer en conjunto con los responsables técnicos de la obra, el
programa de pruebas a realiz.ar, dejando a satisfacción · de ambas partes el comportamiento en
estado fresco y endurecido del concreto, así como la evaluación por parte del personal de la obra,
y la repercusión en la disminución de tiempos de colocación y costos. Por lo que desglosaremos
el análisis en los siguientes incisos:
a El concreto autocompactado será muestreado por el laboratorio de control de calidad de la
planta, realiz.ando las siguientes pruebas al concreto; tanto en estado fresco como
endurecido.
b. Las pruebas en estado fresco indicaran si el concreto tiene las propiedades que se requieren
para que este tenga un adecuado comportamiento al tiempo de su colocación. En tanto que
123
las pruebas en estado endurecido servirán para determinar si las características mecánicas
del concreto (resistencia a compresión) cumplen con los requisitos especificados:
- Extensibilidad;
(En el caso del concreto autocompactado el parámetro de extensibilidad deberá ser 65 ± 5 cm.
Las pruebas realizadas muestran que un concreto con valores dentro de este rango tiene un
comportamiento adecuado en cuanto a la autocompactación del concreto),
- tiempo de Escurrimiento en Cono en V;
(Los valores del concreto autocompactado se encontraran entre los 5 segundos.),
- peso volumétrico,
- elaboración de especimenes para resistencia a compresión y
- determinación de la resistencia a compresión
5.2. PRUEBAS DE LA LOSA DE ENTREPISO
Se realizará la evaluación del concreto autocompactado en la losa de entrepiso, en este caso se
solicitará al personal técnico, que la colocación del concreto se realice solo con una persona y
también se solicitará el permiso para observar el colado de una losa con concreto normal siendo
los puntos a evaluar en ambos.casos lo~ sigµi,entes:
Se obtendrá una muestra de concreto en planta y se realizaran las pruebas descritas en el inciso
5.1.
•Se determinara el tiempo de colocación del concreto.
•Cuanto tiempo después del colocado el concreto puede comenz.ar a pulirse y el tiempo de pulido
y la cantidad de mano de obra necesaria en el proceso.
La formulación de laboratorio se evalúa a escala industrial. En planta Tecamac. (el diseño de la
mezcla evaluada corre~nde a la T32+0Al O).
Características de Concreto:
Extensibilidad: 63.0 cm.
Tiempo de Escurrimiento: 5.5 seg.
Teniendo como resultados de las losas:
124
El concreto de la losa 1 se descargo desde una esquina. En las foto 13 se puede observar como el
concreto prácticamente se autonivelá en la losa 2 (SCC).
Foto 13. Colado del concreto autocompactado en la obra. Losa 2.
Gráficamente el colado, se desarrollo como se muestra en el siguiente esquema (ver figura 6),
donde se enumeran los puntos de donde se extrajeron los especimenes, tanto de la losa 1, como
de la losa 2.
125
Figura 6. Distribución de especimenes de la losa.
En la losa 2, el concreto se descargo de uno de los lados moviendo el cañalón y posteriormente
se regleó la losa. Las fotografías 14, muestran el ~errado de laJosa 2.
Fotografia 14. Cerrado de la losa autocompactada en la obra., losa 2.
126
5.3. UNIFORMIDAD DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO
Para verificar la uniformidad del concreto se extrajeron corazones y se obtuvo resistencia
a compresión y peso volumétrico seco además se verifico visuahnente si se presento
segregación en el concreto. Los resultados se muestran en la tabla 16 y en la tabla 17, se
presentan los promedios y desviaciones estándar obtenidas en cada losa.
1 111 270 2077 1 311 304 2096 1 511 287 2079 1 711 327 2104 1 911 270 2 111 318 2106 2 311 325 2093 2 511 337 2096
Losa I Promedio 291.6 2089.0 Desviación Estándar 24.3 13.1 Losa II Promedio 326.7 2098.3 Desviación Estándar 9.6 6.8
La losa 1 presento mayor variación y menor resistencia y peso volumétrico que la losa 2,
a pesar de que esta última no se vibro pero si se regleó lo que mejoro la uniformidad del
concreto.
También se verifico el aspecto de los corazones de la losa 1 extraídos, teniendo como fin
el verificar el grado de uniformidad del concreto autocompactado, como se aprecia en la
foto 15.
127
La losa 1, la cual no se regleo, ni vibro se dejo .tal y como se descargo él concreto
presenta valores en cuanto · ·· á ····· la ·variabilidad de las propiedades · de resistencia a
compresión y peso volumétrico seco muy similares a la losa 2 la cual si fue regleada y
apisonada.
5.4. EVALUACIÓN DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO
La colocación del material no requería la intervención de más de 1 persona, aún cuando
la cuadrilla fue de 4.
Los técnicos de la obra comprobaron la posibilidad de reducir su personal.
El nulo sangrado y segregación del concreto autocompactado extraño a los pulidores ya
que al golpear ligeramente la superficie con la llana metálica no lograban sacar el mortero
que nonnalmente obtienen en un concreto normal y que utiliz.an para pulir la superficie.
128
CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO 5
En esencia este capítulo descnl>e el experimento de haber pasado, de los ensayes de
laboratorio a los de campo, lo que muestra que el producto otorga un beneficio a la
homogeneidad del concreto colocado en el elemento y reduce los tiempos de colocación, así
como el efecto de la mano de obra. Cumpliendo con el 90 % de los objetivos planteados,
quedando solo por ver los costos ( capítulo 6).
129
CAPITUL06
EVALUACIÓN ECÓNOMICA DEL USO DEL CONCRETO
AUTOCOMPACTADO VS CONCRETO NORMAL
6.1. COSTOS DE COLOCACIÓN DEL CONCRETO
AUTOCOMPACTADO
Se evaluó el costo de la mano de obra por colocación de concreto nonnal y concreto
autocompactado; en losa de cimentación, descargando el concreto a tiro directo.
Colocación de concreto convencional · Colocación de concreto autocompactado
6.2. COSTOS DE VIBRADO
$ 5.60/m3
$ 2.10/m.3
Se obtuvieron los siguientes costos de vibrado para concreto convencional y que no se presentan
para el concreto autocornpactado.
Trabes y Muros Muros y Trabes de Cimentación Losas de Cimentación
$ 6.50/m3
$ 3.60/m3
$ 3.01/m.3
130
6.3. COLOCACIÓN DE CONCRETO AUTOCOMPACTADO
Corno se pudo observar en la colocación en la losa 1, fue que en una losa de cimentación de
aproximadamente 1 O m3 el tiempo de vacío y colocación fue de aproximadamente 20 minutos, lo
que significa un ahorro del 50%, mientras que en mano de obra fue del 75%, lo que resulta en
cifras impactantes, para la industria de la construcción.
6.4. COSTOS DE REPARACIÓN POR MAL VIBRADO DE LOS
ELEMENTOS
Se realizó una evaluación en la obra de ''Torres San Antonio" que construye Desarrolladora
Metropolitana DEMET y se encontró que ellos gastan $ 14.4 l/rn3 por reparaciones debidas a mal
terminado. Los cuales se ahorrarían en eluso de un autocornpactado.
6.5. COSTOS DEL CONCRETO ÁUTOCOMPACT ADO
Los costos de un concreto autocornpactado están por el momento clasificados como
confidenciales, ya que un ,producto ·al momento. de· masificarse, implica gastos indirectos que
están fuera del alcance de una investigación externa a la empresa (Cernex). Sin embargo creemos
que en un principio como todo desarrollo tecnológico, estará en cuestión a precios por amoa del
precio de venta de un concreto premezclado normal. Estando seguros que al hacer un análisis
global, el concreto autocornpactado compensará por mucho el precio de venta, el cual implica
que de hoy en adelante cambiaremos el párrafo con el que empezamos este trabajo; "la calidad
del acero de refuerzo; se puede garantizar, el concreto estructW'al; se puede garantiz.ar y ya la
colocación del concreto se puede garantizar, sin necesidad de un proceso constructivo, que
terminará por ser obsoleto: vibrado".
131
CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO 6.
Este capítulo nos lleva a reflexionar en que en un principio todo producto con alta tecnología
resulta ser elevado (costoso), lo que al paso del tiempo si el producto es bueno y se masifica
tiende a abaratarse. Sin embargo más allá del precio de este producto (SCC), el hecho de poder
deslindar en un peritaje (sísmico), por ejemplo; "el proceso constructivo", no es un paso
económicamente viable, es por demás algo que tecnológicamente y económicamente hablando,
no tiene precio.
132
CONCLUSIONES
1. El concreto autocompactado, garantiza la calidad de colocación con una prueba en
estado plástico, obteniendo parámetros de pruebas mecánicas muy similares a las de
un concreto "convencional".
2. Se pueden obtener módulos elásticos variados, dependiendo de la combinación de
los cementantes CPC 40 y el de albañilería
3. Tiene alta resistencia a climas muy fríos.
4. Presenta altas capacidades mecánicas (fe a 28 días de 400 kg/cm2).
5. No afecta de forma critica el tipo de curado (respecto a los concretos
convencionales), lo que lo hace práctico.
6. Logra obtener un concreto con una alta manejabilidad, sin dejar de perder calidad,
en cuanto a las propiedades mecánicas
7. Permite la reducción de colocación en un 300 %.
8. Y en cuestión a mano de\-,brase redud~.entm 75 % ...
9. Dentro de las aplicaciones del concreto autocompactado, diremos que tiene las
siguientes limitantes:
• Resistencia a la conipr~~i911 de J~QJc~s11.{ a 78 días y [S = 440Jcg(cm2 a 90 días.
• Resistencia a flexión de 43 kg/cm2 a 28 días.
• Módulo de elasticidad de 185'000 kg/cm2 a 28 días
El hecho de lograr una alta fluidez no es por si solo el punto más novedoso de la tecnología,
empieza a ser relevante cuando esa fluidez puede sostenerse por más de 60 minutos sin una pérdida
importante de sus características iniciales que obliguen a utilizar un método de vibrado y
consolidación cuando el concreto se encuentra recién producido que cuando han transcurrido más
de 45 minutos en que el concreto es colocado en la obra.
133
Sin embargo diremos que debido a las pruebas de permeabilidad, el concreto autocompactado,
no es recomendado para ser sometido a mdices de humedad altos, debido a que tiene una alta
permeabilidad, o se recomienda utilizar un aditivo que inhiba está limitante.
Lo más relevante es poder contar con un certificado de calidad, por la misma empresa que nos
proporciona el concreto, lo que dará pie a un nuevo concepto de calidad constructiva.
134
GLOSARIO
Álcalis; nombre dado a los óxidos metálicos que por su gran solubilidad, en el agua pueden
actuar como bases energéticas.
Apisonar; Apretar con pison la tierra.
Cribar; separar de un material u otro material, las partes menudas, de las partes gruesas por
medio de la criba.
Detrimento; daño al material.
Intrusión; acción de introducirse sin derecho.
Lignito; carbón fósil.
Madures del concreto; La madurez se define como el producto de la edad del concreto y de su
temperatura de curado promedio por encima de cierta temperatura base.
Mampostería; obra hecha con mampuestas (piedras sin labrar que se pueden colocar con la
mano).
Mortero; argamasa o mezcla elaborada con cemento; agua y arena
Pedernal; variedad de cuarzo, compacto que pide chispas cuando se le hiere con el eslabón.
Pétreo; pedregoso, lleno de piedras.
Puzolana; Roca volcánica pulverulenta que se encuentra en puzo~ sirve ·· para hacer mortero
hidráulico.
Reología; es la rama de la fisica que estudia la deformación y flujo de la materia manejabilidad
es la cantidad de trabajo interno útil necesaria para producir la compactación total.
Reventón; afloramiento a la superficie de terreno de un filón o capa mineral.
Segregación; Separación de una cosa con otra
Viscosidad; Propiedad que tiene un fluido de resistir a un movimiento interno.
135
ANEXOS
Anexo 1 Concreto
El concreto, en sentido general, es un producto o masa conformada por un medio aglutinador. Generalmente, este medio es el producto de la reacción entre cemento hidráulico y agua. Sin embargo, hoy día esta definición abarca una amplia gama de productos; hay concretos hechos con diferentes tipos de cemento: puzolana, ceniza, escoria de alto horno, aditivo "dosificado", sulfuro, ingredientes para mezcla, polímetros y fibras, entre otros. Además, esos concretos pueden ser calentados, curados al vapor, comprimidos hidráulicamente, sometidos a choques y vibraciones, forzados a presión y pulverizados.
Anexo2 Revenimiento
El revenimiento ha sido la base para definir una propiedad del concreto que lo relaciona con la factibilidad de consolidación en elementos de dificil acceso o bien en aquellos en donde la cantidad del acero de refuerzo es tal que provoca un congestionamiento que impide la rápida y correcta colocación del concreto, sin que en realidad a la fecha esto pueda quedar garantizado de forma directa.
Anexo3 Aspectos del programa de pruebas
El programa de pruebas establece la evaluación del concreto autocompactado observando su desempeño con la utilización de los agregados típicos de: • Monterrey • Guadalajara • México
El desarrollo de la tecnología concluirá en el mes de Noviembre del 2000 iniciando el 26 de junio del mismo año, sin embargo durante el desarrollo del programa se reportarán los resultados del desempeño parcial de las diferentes mezclas de concreto.
El experimento arrojará resultados útiles de forma directa en las operaciones de Cemex Concretos en las Ciudades de Monterrey, Guadalajara y México. Para esto en el desarrollo del experimento se evaluarán comparativamente las gravas y arenas típicas de estas ciudades.
Para el resto de las ciudades del país toda vez que el experimento concluya se hará la transmisión de la tecnología mostrando los valores útiles para el diseño de las mezclas.
Anexo4 Unificación de normas cemento, publicada por el Comité Europeo para
Normalización La unificación de normas dentro de la Unión Europea, que incluye también algunos otros países Europeos, ha incluido a la primera norma común para cemento publicada por el Comité Europeo para Normalización a saber. La norma ENV 197-1 "Cemento- criterios para composición,
136
especificaciones y conformidades; Parte 1 : "cementos convencionales". Eii la tabla 18, se da una versión simplificada de la clasificación usada en esa norma.
Muchos de los cementos se han desarrollado para asegurar buena durabilidad del concreto sujeto a una variedad de condiciones. Sin embargo, no ha sido posible encontrar en la composición del cemento una respuesta completa al problema de durabilidad del concreto: las principales propiedades mecánicas del concreto endurecido, tales como resistencia, contracción permeabilidad, resistencia a la acción de la intemperie, y flujo plástico.
Tabla 18. Clasificación de los princinales cementos[9].
CJasificación de los;principales cementos de acuerdo con la norma europea ENV 197-1 . .·.
Tipo~ Designación Masa como porcentaje de la masa del material cementan.te 'P
Clinker de cement< Puzolana o Portland Ceniza volante·
1 Portland 95-100 -11/A Escoria Portland 80-94 -11/B 65-79 -11/A Portland puzolana ó 80-94 6-20 11/B Ceniza volante pórtland 65-79 21-35
11/A Pórtland humo de sílice 90-94 -11/A Pórtland compuesto 80-94 11/B 65-79 ... ·
111/A Alto horno 35-64 -111/B 20-34 ·• -111/C 5-19 -IV/A Puzolánico 65-89 IV/B 45-64 . Una letra adicional describe la naturaleza del segundo material cementante
'!'Exclusive del relleno permitido hasta 5 por ciento .1Diferente de ceniza volante o de humó de sílice &Escoria de alto horno graduada y molida.
Clasificación del cemento según la ASTM (C 150).
..
Humo de ggbs& sílice
- -- 6-20
- 21-35 - -- -
6-10
+-6-20~ ~21-35~
- 36-65
- 66-80 - 81-95
~11-35~ -~36-55~ -
Tipo 1 - Cemento de uso general, el cual se utiliz.a cuando no se necesitan las propiedades específicas de los otros cementos. Tipo 11 - Cemento de uso general que tiene resistencia moderada a los sulfatos y moderado calor de hidratación. Tipo 111 - Cemento de alta resistencia a temprana edad. Tipo IV - Cemento indicado cuando se necesita bajo calor de hidratación, como es el caso de las construcciones de cemento masivo. Tipo V - Cemento utiliz.able cuando se requiere resistencia a los sulfatos, por ejemplo, elementos estructurales que están en contacto con suelos o aguas freáticas de alto contenido de sulfatos, y en cementos en contacto con aguas negras domésticas concentradas.
La norma ASTM C 150 incluye también especificaciones para cemento inclusor de aire, es decir, que contiene un agente inclusor de aire. Algunos usuarios prefieren este medio para introducir aire
137
en el concreto; a otros les parece más fácil controlar el contenido de aire del concreto cuando añaden el aditivo inclusor de aire directamente a la mezcladora. La norma especifica tres tipos de cemento inclusor de aire, los tipos IA, IIA y IIIA, que corresponden a los tipos 1, 11 y m enumerados antes.
Anexo 5 Métodos para la obtención del contenido de aire
• Métodos de presión -ASTM C 231.
Hay dos tipos de medidores A y B utilizados para determinar el contenido de aire por medio del método de presión. El medidor Tipo A (ver foto 16) se basa en la correlación de la reducción del nivel de agua con la reducción en volumen de aire en la muestra de concreto, por medio de una presión de aire predeterminada. El medidor Tipo B (ver foto 17) el cual opera bajo el principio de igualar el volumen conocido de aire a una presión conocida en una cámara sellada, para obtener el valor de un volumen de aire desconocido, en la muestra de concreto. Los requisitos generales para la prueba de contenido de aire usando .el método de presión de aire, son:
Foto 16. Mide el contenido de aire basado en la correlación de la reducción del nivel de agua.
Foto 17. Mide el contenido de aire bajo el principio de igualar el volumen conocido de aire a una presión conocida.
1. Calibrar el medidor de aire de acuerdo con las instrucciones del fabricante. 2. Llenar el recipiente con concreto fresco, en tres capas iguales; varillar cada capa 25 veces, y
golpear ligeramente el recipiente con una maceta, de 10 a 15 veces, y golpear ligeramente el recipiente con una maceta, de 1 O a 15 veces, después de que cada capa ha sido varillada.
3. Remover el exceso de concreto con un movimiento de vaivén de la varilla enrasadora, y ensamblar el medidor.
4. Agregar el agua necesaria y presurizar. 5. Leer el resultado mediante un manómetro o un tubo de medición, y usar el factor de corrección
del agregado para obtener la verdadera lectura de aire. (ASTM C 231).
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• Método volumétrico, ASTM C 173.
1. Calibrar el medidor de acuerdo con las instrucciones del fabricante y seguir los procedimientos generales al igual que antes, para llenar el recipiente con concreto fresco, varillando y golpeando cada capa, y enrasando a nivel. Ensamblar el medidor y llenarlo con agua hasta la marca cero.
2. Invertir y agitar el medidor hasta que el concreto quede hbre de la base; continuar girando y meciendo el medidor con el cuello elevado, para quitar el aire del concreto.
3. Colocar el aparato en posición vertical, sacudirlo, y permitir que todo el aire se eleve hasta la parte superior.
4. Repetir la agitación hasta que el nivel de agua se estabilice. Usar después alcohol en incrementos medidos para que desaparezca la espuma.
5. Leer directamente el aire como el nivel de agua más los incrementos de alcohol que se hayan añadido.
• Método gravimétrico - ASTM C 138
El método gravimétrico de ASTM C 138 para determinar el contenido de aire se basa en la diferencia entre el rendimiento (volumen calculado a partir del peso unitario medido) y el volumen absoluto,calculado de los constituyentes sólidos y líquidos. (No se usa comúnmente, debido a que la precisión y de sus pesos específicos exactos).
Anexo 6 Porcentaje de perdidas por lavado (PxL)
1. Se obtiene una muestra de agregado, de acuerdo al procedimiento "Muestreo de Agregados".
2. El agregado, debe encontrarse en condiciones húmedas, para disminuir la segregación y/o perdida de lavado. · ·· ·
3. Cribar, el agregado por los tamices, No 16 a la malla No. 200. 4. Al mismo tiempo que se hace pasar por los tamices, se adiciona agua y se agita, haciendo
esto repetidas veces con la misma agua, hasta que está quede sin partículas suspendidas (limpia).
5. Después se procede a secar las muestras, para pesarlas con una aproximación de 0.1 gramos, el cual debe ser aproximadamente igual al inicial.
6. Se procede a obtener el porcentaje de perdidas por lavado, con la siguiente formula.
%PxL = (Ms-Msl)/Ms * 100
Donde: %PxL = Material más fino que la cnba No. 200. (perdidas por lavado en%). Ms = Masa original de la muestra seca, en gramos. Msl = Masa de la muestra seca después de lavado, en gramos.
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Anexo 7 Moldeo de los especímenes
1. Llene el molde uniformemente en aproximadamente tres capas iguales con un cucharón o una cuchara (dos capas sí se va a vibrar).
2. Varille cada capa 25 veces (los revenimientos de una a 2.5 cm o menos deben ser vibrados). Golpee ligeramente los lados después de cada varillado para cerrar los vacíos dejados por la varilla y enrase la parte superior con una varilla o con una llana metálica o de madera.
3. Cubra el molde con vidrio, una placa metálica, una película de polietileno, o con una arpilla mojada, para evitar la rápida evaporación. Evite el contacto de los moldes de los cilindros hechos con cartón revestido con la arpillera mojada.
Anexo 8 Curado de cilindros
l. Los cilindros se curan en.el campo durante las primeras 20 ± 4 horas, de 16° a 27º C, para permitirles que desarrollen una resistencia adecuada.
2. Los cilindros utilizados parta verificar lo adecuado de la resistencia del concreto o como una base para la aceptación ( que son los usos más comunes), se quitan de los moldes después de 24 ± 4 horas, y después se almacenan en condiciones húmedas a 23º ± 2º C hasta el momento de las pruebas. Puede sumergirse en agua sa,turada. de cal,. y se .pueden colocar en gabinetes de curado o en cuartos para el curado (ASTM QJU).
3. Los cilindros que habrán de utilizarse para la determinación de la remoción de la cimbra para decidir cuando puede ponerse en servicio•la·estructura, o.para verificar lo adecuado del curado, se almacenan en, o sobre la estructura, tan cerca como sea posible del punto donde se van a utilizar. Hasta donde es posible y prácticoi reciben la<misma protección y curado que la estructura Los especimenes sirven para determinar en qué momento una estructura se puede poner en servicio, y así poder quitar las cimbras de dicha estructura.
Anexo 9 Cabeceo de cilindros (ASTM e 617)
1. Los cilindros de concreto recién moldeados se pueden cabecear con cemento puro, pero generalmente esto no es conveniente. El concreto endurecido puede cabecearse con yeso o con mortero de azufre de alta resistencia (350 kg/cm2 o más). Actualmente el método de mortero de azufre (Figura 7 .1.) es el más conveniente.
140
Foto 18. Cilindros de concreto cabeceados con azufres. Pani ser sometidos a prue~ mecánicas.
2. El cabeceo debe estar plano a una tolerancia de 0.002 a 0.05 mm, perpendicular al eje cilíndrico, y sano, sin puntos huecos.
Actualmente la ASTM no permite sistemas.de cabe.ceo no adheridos.
Anexo 10
r - PI [7] Jb/ - bd2
donde:
P = carga total máxima 1 = claro d = peralte de la viga b = ancho de la viga
Anexo 11
Teoría elástica ordinaria
Velocidad del sonido la velocidad del sonido V, es una función de la raíz cuadrada de la relación de un módulo de
elasticidad, E, a su densidad pes decir.
Donde g es la aceleración debida a la gravedad. Esta relación se usa para determinar el módulo de
elasticidad del concreto si se conoce la relación de Possion y, por tanto, un modo de verificar la
calidad del concreto.
141
Anexo 12 Permeabilidad a la penetración de cloruros (ASTM C 1202)
Es un índice de flujo de agua en el concreto por unidad de área, después de un tiempo dado, bajo una carga (eléctrica) aplicada constante, y una temperatura determinada.
La norma ACI 301, sugiere que, para ser hermético, el concreto estructural debe tener una relación agua/cemento de no más de 0.48 para exposición en agua fresca y no más de 0.44 para exposición en agua de mar.
Basándose en lo siguiente (ASTM 1202- 94, inciso 4):
Carga que pasa (Coulombs) >4000 2000-4000 1000-2000 100 -1000 < 100
Anexo 13
Penetración de iones de cloruro Alto Moderado Baja Muy baja Ninguno
Tiempo de fraguado inicia Para determinar el tiempo de fraguado inicial es necesario usar· el aparato de Vicat, que consta de una aguja de 1 mm (0.04 in) de diámetro, penetrando u,na pasta de consistencia común bajo un peso prescrito. Cuando la aguja penetra a 5 mm(0.2 in) desde elifondo· de un molde especial, se considera que ocurre el fraguado inicial ( el tiempo se mide a partir de agregar el agua al concreto). Se prescribe un tiempo mínimo de 45 minutos para cemento Portland normales y de endurecimiento rápido (I y II) y también. rsegún la norma BS 12, para cemento Portland de alto horno (tipo IS). Para cemento Portland de bajo calor de hidratación (BS 1370), el tiempo mínimo es de 60 minutos.
Un procedimiento similar se especifica en la ASTM C 191, excepto que se requiere una penetración menor. Se prescribe un tiempo mínimo para periodos de fraguado en cementos Portland (ASTM C 150).
Anexo 14 Fraguado final
El fraguado final se determina mediante una aguja con una aplicación de metal hueca, hasta formar un filo circular de 5 mm (0.2 in) de diámetro y colocado de 0.5 mm (0.02 in) detrás de la punta de la aguja. Se considera que ha ocurrido el fraguado final cuando la aguja deja una huella en la superficie de la pasta, pero sin cortarla. Las normas británicas prescriben un tiempo máximo de 1 O horas para el :fraguado final de cementos Portland, igual al que prescriben las normas estadounidenses.
142
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