CAPITULO 8

CONCRETOS

DEFINICIÓN

Material semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado y agua. La mayor parte del material consta de agregado fino y grueso.

CLASIFICACIÓN

Concreto simple: 

Se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos. En la albañilería el concreto es utilizado también en forma de tabiques o bloques.

Cemento + Arena + Piedra + Agua 

                                                        

Concreto ciclópeo:

Es un tipo de material de construcción usado en cimientos, en lechos marinos o de río.

Cemento + Arena + Piedra grande + Grava

 

Concreto armado: 

Consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras.

.El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. 

Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado:

El coeficiente de dilatación del hormigón es similar al del acero, siendo despreciables las tensiones internas por cambios de temperatura.

Cuando el hormigón fragua se contrae y presiona fuertemente las barras de acero, creando además fuerte adherencia química. Las barras, o fibras, suelen tener resaltes en su superficie, llamadas corrugas o trefilado, que favorecen la adherencia física con el hormigón.

Por último, el pH alcalino del cemento produce la pasivación del acero, fenómeno que ayuda a protegerlo de la corrosión.

Tipos de concretos de acuerdo a su peso:

Concreto normal:

Es un material utilizado en la construcción, principalmente con el objetivo de unir inertes y conformar una masa sólida de resistencia y durabilidad adecuada para obras. Es habitualmente utilizado en elementos estructurales como cimientos, placas o losas, columnas, muros, canales, tanques y pisos.

Concreto ligero:

Es el concreto poca densidad, formado por áridos de pequeña densidad.

Es utilizado para la obtención de elementos que no precisen grandes resistencias, como tabiques, forjados de pisos, fachadas de revestimiento, y, sobre todo, como aislante del calor y del sonido. 

Por su pequeña densidad se pueden obtener piezas de grandes dimensiones y aligerar las estructuras. Secan rápidamente y permite ser clavados o aserrados.

Concreto pesado:

Se caracterizan por su densidad, que varía entre 2.8 a 6 T/m3, a diferencia de los concretos normales, que se encuentran entre 2.2 a 2.3 T/m3. La fabricación de los cementos pesados se realiza con los cementos Portland normalizados y con agregados pesados, naturales o artificiales.

La aplicación principal de los concretos pesados la constituye la protección biológica contra los efectos de las radiaciones nucleares. También se utiliza en paredes de bóvedas y cajas fuertes, en pisos industriales, en elementos, que sirven de contra-peso y en la fabricación de contenedores para desechos radiactivos.

Algunos tipos de concretos especiales: 

Son aquellos cuyas características especiales no son las del concreto ordinariamente, ya sea por algún tipo especial de insumos, o por la tecnología de producción y/o aplicación.

Concreto de alta resistencia temprana: 

Es un concreto que alcanza su resistencia especificada a una edad más temprana que la que requiere un concreto normal. 

Se obtiene usando una combinación de los siguientes materiales: 

Cemento Tipo III (Alta –resistencia temprana) 

Alto contenido de cemento (360 a 600 kg/m3) 

Baja relación agua/cemento (0.2 a 0.45) 

Aditivos químicos 

Microsílica

El concreto de alta resistencia a temprana edad se utiliza en: 

En concretos prefabricados para tener una rápida producción de elementos. 

En las construcciones de alta velocidad colocadas en el lugar. 

Para construcciones en climas fríos. 

Para reparaciones rápidas con el propósito de reducir los periodos de paralización del tránsito. 

Para pavimentaciones rápidas de caminos ( permite poder abrir al tránsito 24 hr después de haberlo colocado) y para varios otros usos.

Concreto masivo: 

Se define como cualquier volumen cuantioso de concreto colado en un lugar, con dimensiones lo suficientemente grandes, que obliguen a tomar medidas para enfrentar problemas provocados por las altas temperaturas y el cambio volumétrico a fin de minimizar los agrietamientos. 

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Es un material temporalmente plástico, que puede colarse y moldearse, después se convierte en una masa solida por reacción química.

Concreto sin slump: 

Es un concreto con una consistencia correspondiente a un slump de ¼ pulg. O menos. 

Este concreto en estado normal (seco), debe ser lo suficientemente trabajable para ser colocado y consolidado con el equipo que va a ser usado en el trabajo.

Concreto rolado-compactado: 

Este es un concreto sin slump, y seco que es compactado mediante un rodillo vibratorio un equipo en forma de una platea de compactación. Este concreto es una mezcla de agregado, cemento y agua. 

Está considerado como el más rápido y económico método de construcción en presas de gravedad, pavimentos, aeropuertos, caminos rurales, y como sub-bases para caminos y avenidas que luego serán pavimentadas.

Concreto Shotcrete: 

Es un mortero de concreto que es lanzado neumáticamente sobre una superficie a alta velocidad. La relativamente seca mezcla es consolidada por la fuerza de impacto y puede ser colocada sobre superficies verticales u horizontales sin ocurrir disgregación.

Es usado tanto para una nueva construcción como para reparaciones. Su aplicación es particularmente importante en estructuras abovedadas o en la construcción de túneles para la estabilización de fragmentos de roca suelta y expuesta.

Concreto blanco: 

El cemento blanco portland es usado para producir concretos blancos. Es un material usado ampliamente como material arquitectónico. Este concreto es producido con agregados y agua que no contengan materiales que puedan modificar la coloración del concreto. 

Concreto coloreado: 

Este concreto, puede ser producido usando agregados coloreados, añadiendo pigmentos de colores o ambos. Cuando son usados los agregados de colores ellos deberán ser expuestos en la superficie del concreto

Características de un buen concreto

Concreto fresco: 

TRABAJABILIDAD: 

Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del concreto. En esencia, es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante puede manejarse, transportarse y colocarse con poca pérdida de la homogeneidad. 

CONSISTENCIA: 

La facilidad con que un concreto fresco se deforma nos da idea de su consistencia. Los factores más importantes que producen esta deformación son la cantidad de agua de amasado, la granulometría y la forma y tamaño de sus áridos. 

DOCILIDAD: 

Puede considerarse como la aptitud de un concreto para ser empleado en una obra determinada; para que un concreto tenga docilidad, debe poseer una consistencia y una cohesión adecuada, así, cada obra tiene un concepto de docilidad, según sus medidas y características. 

DENSIDAD: 

Es un factor muy importante a tener en cuenta para la uniformidad del concreto pues el peso varía según la granulometría, y humedad de los áridos, agua de amasado y modificaciones en el asentamiento.

Concreto endurecido:

Debido al proceso continuo de hidratación del cemento, el concreto tiende a aumentar su resistencia y en general a mejorar sus características, con la edad.

Resistencia a la Compresión simple

Resistencia a la Tensión

Resistencia a la Flexión

Resistencia a la Torsión

Resistencia al Impacto

Resistencia a la Fatiga

 CONCRETO DE ALTO RENDIMIENTO USO DE LA MICROSILICA

Históricamente, el rendimiento (performance) del concreto fue especificado y evaluados en términos de resistencia, a mayor resistencia, mejor expectativa de rendimiento. La experiencia sin embargo, muestra que aquellas estructuras diseñadas para servicio de larga vida: puentes, pistas, estructuras marinas, plantas de tratamiento, están fallando en medio ambientes hostiles debido al problema de durabilidad y no a deficiencias de resistencia. Para ser durable, el concreto tiene que resistir intemperismo, ataques químicos, abrasión y otros procesos de deterioro. La resistencia a estos procesos está relacionada a estabilidad dimensional y permeabilidad.

El término concreto de alto rendimiento (High Performance Concrete – HPC) fue acuñado para describir un material no solo con alta resistencia, sino también con un significativamente alto módulo de elasticidad, mínimo cambio volumétrico y baja permeabilidad.

El concreto de alto rendimiento debe cumplir los siguientes requerimientos:

-          Permeabilidad: como un indicador de su durabilidad no deberá exceder de 500 coulomb en un test de permeabilidad del ion cloro AASHTO 227. Este requerimiento lo haría prácticamente impermeable.

-          Estabilidad dimensional: medido en un alto módulo de elasticidad, baja contracción y deformación, y bajo valor de hidratación. Estas características son indispensables para evitar cualquier efecto de esfuerzos indeseables en las est5ructuras.

-          Otras características de resistencia y trabajabilidad pueden ser añadidas dependiendo del uso final.

Los diseñadores deben darse cuenta que el HPC no es una extensión simple del concreto estándar, por lo que los códigos de diseño existentes solo pueden aplicarse en determinados casos.

Los concretos convencionales de alta resistencia pueden ser incompatibles con los diseños HPC. Por esto la selección de materiales componentes: cementos, agua, agregados, aditivos, requieren de una cuidadosa selección en función a su propia durabilidad y también a la interacción entre ellos. El solo hecho de bajar la relación Agua/Cemento no produce HPC. El uso de aditivos especializados y la cuidadosa selección de agregados puede influir en forma significativa en las propiedades,  por ello la secuencia de mezclado,  eficiencia de la mezcladora, el manejo y el curado del concreto que son importantes en concreto normal,  son aún más importantes en el HPC.  Las pruebas muestran el efecto de  factores tales como el orden en que los materiales son añadidos, la energía de la mezcladora, y lo mas importante,  el adecuado curado del concreto.  El manejo de este tipo de concreto en obra es también determinante.

Los altos requerimientos de calidad convierten en mandatario un estricto control de calidad. El control para HPC puede exceder la capacidad de la mayoría de las máquinas de prueba usadas por laboratorios uy algunas de sus características innovadoras tales como baja permeabilidad y estabilidad dimensional  requieren de aparatos de medición sumamente sensibles difícilmente disponibles en los laboratorios estándar.

En los últimos tiempos, debido al desarrollo de nuevas tecnologías,  implementación de nuevos materiales y mejoramiento del uso de otros que ya se venían utilizando, ha sido posible la obtención de concretos en los que las características de resistencia, durabilidad, trabajabilidad y peso propio ofrecen altos estándares de comportamiento.

Para lograr durabilidad, debemos por consiguiente, lograr un concreto m{as impermeable. La permeabilidad está asociada a la fisuración, microfisuración y densidad o porosidad del concreto.

Todos estos parámetros se pueden controlar mediante:

   La optimización del uso del cemento, el cuál intrínsecamente tiene ciertos comportamientos negativos para la masa del concreto, por el cual debe limitarse su uso al mínimo necesario para cumplir los requerimientos de resistencia. En otras palabras un diseño de concreto con mayor contenido de cemento puede no ser un Concreto de Alto Rendimiento,  justamente porque el exceso de cemento afecta la durabilidad del mismo: los efectos térmicos, químicos y de variabilidad volumétrica del cemento producen en su entorno fenómenos y sub productos que afectan negativamente entre otras cosas la permeabilidad del concreto. En algunos casos las sílices de los agregados reaccionan con los álcalis de los cementos provocando la destrucción den los mismos.

      Uso de diseño en las cantidades mínimas posibles. Para producir la fragua del cemento, solo se requiere entre 15 y 20% de su peso en agua, todo exceso sirve para dar trabajabilidad al concreto y para la absorción de los agregados en caso de que físicamente lo requieran.

Un diseño estándar, en consecuencia tiene entre 2 y 3 veces mas agua que la requerida para la fragua del cemento y este exceso una vez colocado el concreto,  tiende a salir a la superficie, abriéndose paso a través de conductos que atraviesan la masa del concreto y constituyen los futuros caminos de ingreso para todos los agentes externos.  Parte de ésta agua queda atrapada bajo los agregados y armadura de3 acero haciendo perder la adherencia de estos elementos.

La pérdida de un volumen apreciable de agua causa variación volumétrica en la masa del concreto, en consecuencia un concreto con mayores cantidades de agua tiene mayor posibilidad de sufrir variaciones volumétricas, presentándose la fisuración que es el principio del fin del concreto.

Los agregados deben tener una textura  y graduación optima de acuerdo al              tamaño máximo y al uso del concreto.  

             La granulometría y textura de los agregados nos determinan en primera instancia el volumen de vacíos que deberá ser rellenada con la lechada de agua-cemento y algún aditivo. Por lo tanto, como un concreto mal graduado tiene una mayor cantidad de vacíos, requerirá de mayores cantidades de agua y cemento con las consecuencias  que ya se han explicado.

          d.- El uso de tecnologías, agentes y/o materiales que nos permitan evitar hasta donde sea posible exceso de consumo de cemento y agua:

Esto incluye cementos adicionados, en los que la adición es un elemento capaz de reaccionar con los sub productos nocivos de la fragua del cemento.  Esta reacción produce a su vez un elemento cementante que contribuye a incrementar la resistencia e impermeabilidad del mismo.

Obviamente mientras mas cerca se llegue a los granos del cemento, el rendimiento de la adición será mejor, de hecho, mientras mas pequeños sean los granos de la adición con respecto al tamaño de los granos del cemento, mayor posibilidad tendrán de acercarse  a éstos y lograr los efectos benéficos.  Las adiciones normales que se han utilizado en primera instancia,  tiene una granulometría similar a la del cemento, en consecuencia,  se pierde mucho del efecto benéfico por lo expuesto líneas arriba.  Actualmente, con la microsílica, es posible obtener el efecto que por mucho tiempo se estaba buscando: en promedio un  grano de cemento puede obtener entre 50,000 y 100,000 granos de microsóilica.  Además, le da continuidad a la Granulometría Global de la mezcla, permitiendo concretos mas densos e impermeables. Todo esto también se refleja en un incremento notable, de las características mecánicas del concreto.

ADITIVOS DE ALTO RANGO

Los aditivos de alto rango nos permiten evitar el uso de un porcentaje significativo del agua de los diseños normales de concreto, en consecuencia nos permiten obtener a relaciones agua/cemento adecuadas a las exigencias de concreto de alto rendimiento y adicionalmente el efecto plastificante, permite que la mayor homogeneización mecánico, por ejemplo: es ya conocido que entre dos concretos de igual relación agua/cemento, tiene notoriamente mejores resultados químicos y mecánicos, el concreto plastificado.