¡Descarga Propiedades principales del concreto fresco y endurecido - Prof. Baez y más Resúmenes en PDF de Mecánica de Fluidos solo en Docsity!
1. njPROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO FRESCO a) Trabajabilidad Está definida por la mayor o menor dificultad para el mezclado, transporte, colocación y compactación del concreto. Su evaluación es relativa, por cuanto depende realmente de las facilidades manuales o mecánicas de que se disponga durante las etapas del proceso, ya que un concreto que puede ser trabajable bajo ciertas condiciones de colocación y compactación, no necesariamente resulta tal si dichas condiciones cambian. Está influenciada principalmente por la pasta, el contenido de agua y el equilibrio adecuado entre gruesos y finos, que produce en el caso óptimo una suerte de continuidad en el desplazamiento natural y/o inducido de la masa. Por lo general un concreto es trabajable en la mayoría de circunstancias, cuando durante su desplazamiento mantiene siempre una película de mortero de al menos ¼” sobre el agregado grueso. El método tradicional de medir la trabajabilidad ha sido desde hace muchos años el “Slump” o asentamiento con el cono de Abrams, ya que permite una aproximación numérica a esta propiedad del concreto, sin embargo debe tenerse clara la idea que es más una prueba de uniformidad que de trabajabilidad, pues es fácilmente demostrable que se pueden obtener concretos con igual slump pero trabajabilidades notablemente diferentes para las mismas condiciones de trabajo. Una práctica recomendación consiste en que una vez concluida la determinación del slump se procede a golpear con la varilla la plancha metálica de base, provocando el desmoronamiento del concreto lo que permite una estimación visual de la capacidad de acomodo al compactarlo. Cuando en obra se controla la dosificación de las mezclas en peso por lo que hay seguridad que se están midiendo los ingredientes de acuerdo al diseño y corrigiendo por absorción y humedad, un slump mayor del que se venía registrando, es indicativo de que la granulometría total se ha vuelto más gruesa, en consecuencia el Módulo de fineza se incrementó y disminuyó la superficie específica pero todo esto sin cambiar la relación Agua/Cemento. En consecuencia el slump aumentó no porque se ha añadido más agua al diseño sino porque la mezcla requiere menos agua debido a cambios en la gradación de los agregados que la ha vuelo más gruesa. En estas situaciones, no tiene fundamento técnico el rechazar el concreto en base a la prueba de slump, pues si la dosificación está controlada, se está demostrando que no se afectará la resistencia. Ahora bien, si el slump que tiene actualmente la mezcla es tan alto que ocasiona problemas de segregación ó exudación, es necesario reajustar la granulometría total recalculando las proporciones de arena y piedra (subiendo el contenido de arena y bajando el de la piedra) para mantener constante el módulo de fineza total del diseño y regresar al slump original, pero nunca se debe empezar a bajar
agua aleatoriamente pues esa es la mejor manera de perder el control del diseño ya que no estamos atacando el problema de fondo que es la gradación. Si se da el caso contrario de que el slump se redujo pese a estar controlada la dosificación, es indicativo de que la granulometría total cambió volviéndose más fina por lo que la mezcla requiere más agua y se seca. La forma de corregir esto es hacer lo inverso al caso anterior incrementando la proporción de piedra y disminuyendo la de la arena para mantener constante el módulo de fineza de diseño. Para lograr una mayor aproximación a la trabajabilidad, la Reolongía, que es la ciencia que estudia el flujo o desplazamiento de los materiales, ha establecido los siguientes conceptos que permiten enfocar con más precisión el comportamiento reológico del concreto en estado fresco y por consiguiente su trabajabilidad: (Ref. 7.2) 1) Estabilidad Es el desplazamiento o flujo que se produce en el concreto sin mediar la aplicación de fuerzas externas. Se cuantifica por medio de la exudación y la segregación, evaluada con métodos standard que permiten comparar dichas características entre varios diseños, siendo obvio que se debe buscar obtener los valores mínimos. Es interesante notar que ambos fenómenos no dependen expresantemente del exceso de agua en la mezcla sino del contenido de finos y de las propiedades adherentes de la pasta. 2) Compactibilidad Es la medida de la facilidad con que puede compactarse el concreto fresco. Existen varios métodos que establecen el denominado “Factor de compactación”, que evalúa la cantidad de trabajo que se necesita para la compactación total, y que consiste en el cociente entre la densidad suelta del concreto en la prueba, dividido entre la densidad del concreto compactado. En nuestro medio no es usual disponer del equipo para la prueba standard que es Británica (Ref. 7.3), no obstante no es muy difícil ni caro implementarlo ya que es muy útil en cuanto a la información que suministra. La prueba consiste en llenar el cono superior con concreto depositándolo sin dejarlo caer, para que no haya compactación adicional. A continuación se abre la compuerta inferior para que caiga por su peso propio y llene el segundo cono con lo que se estandariza la condición de compactación inicial. Finalmente luego de enrasar el cono se abre la segunda compuerta y el concreto cae por su peso propio para llenar un molde cilíndrico estándar. Se obtiene el peso unitario del concreto en el molde y el valor se divide entre el peso unitario obtenido con la prueba estándar en tres capas con 25 golpes cada una.
Tabla 7. TRABAJABILIDAD, REVENIMIENTO Y FACTOR DE COMPACTACIÓN DE CONCRETOS CON TAMAÑO MÁXIMO DE AGREGADO, DE 19 A 38 MM (3/4 Ó 1 ½ pulg.) GRADO DE TRABAJABILIDAD
REVENIMIENTO
mm. pulg.
FACT.
COMPACTACIÓN
APARATO USO ADECUADO DEL CONCRETO
PEQUEÑ
O
APARATO
GRANDE
Muy pequeño Pequeño Medio Alto
Pavimentos vibrados con máquinas operadas mecánicamente. En el extremo más trabajable de este grupo, el concreto podrá compactarse en ciertos casos con máquinas operadas a mano. Pavimentos vibrados con máquinas operadoras a mano. En el extremo más trabajable de este grupo, el concreto podrá compactarse mensualmente en pavimentos que empleen agregado de forma redonda o irregular. Cimentaciones de concreto en masa sin vibrado o secciones con poco refuerzo y vibradas. En el extremo manos trabajable de este grupo, losas planas compactadas manualmente usando agregados triturados. 3) Movilidad Es la facilidad del concreto a ser desplazado mediante la aplicación de trabajo externo. Se evalúan en función de la viscosidad, cohesión y resistencia interna al corte. La viscosidad viene dada por la fricción entre las capas de la pasta de cemento, la cohesión es la fuerza de adherencia entre la pasta de cemento y los agregados, y la resistencia interna al corte la provee la habilidad de las partículas de agregados a rotar y desplazarse dentro de la pasta. Las pruebas desarrolladas en la actualidad para medir estos parámetros sólo son aplicables a nivel sofisticado en laboratorio (Ref. 7.4 y 7.5) por lo que aún está a nivel de investigación una prueba práctica para emplearse en obra, sin embargo, es importante al momento de diseñar y comparar mezcla, realizar una evaluación al menos cualitativa de estos parámetros, con objeto de acercarnos al óptimo.
b) Segregación Las diferencia de densidades entre los componentes del concreto provocan una tendencia natural a que las partículas más pesadas desciendan, pero en general, la densidad de la pasta con los agregados finos es sólo un 20% menor que la de los gruesos (para agregados normales) lo cual sumado a su viscosidad produce que el agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz. Cuando la viscosidad del mortero se reduce por insuficiente concentración la pasta, mala distribución de las partículas o granulometría deficiente, las partículas gruesas se separan del mortero y se produce lo que se conoce como segregación. En los concretos con contenidos de piedra del 55% en peso con respecto al peso total de agregados, es frecuente confundir la segregación con la apariencia normal de estos concretos, lo cual es muy simple de verificar obteniendo dos muestras de concreto fresco de sitios diferentes y comparar el contenido de gruesos por lavado, que no deben diferir en más de 6%. c) Exudación Propiedad por la cual una parte del agua de mezcla se separa de la masa y sube hacia la superficie del concreto. Es un caso típico de sedimentación en que los sólidos se asientan dentro de la masa plástica. El fenómeno está gobernado por las leyes físicas del flujo de un líquido en un sistema capilar, antes que el efecto de la viscosidad y la diferencia de densidades. Está influenciada por la cantidad de finos en los agregados y la finura del cemento, por lo que cuanto más fina es la molienda de este y mayor es el porcentaje de material menor que la malla N° 100, la exudación será menor pues se retiene el agua de mezcla. La exudación se produce inevitablemente en el concreto, pues es una propiedad inherente a su estructura, luego lo importante es evaluarla y controlarla en cuanto a los efectos negativos que pudiera tener. No debe caerse en el error de considerar que la exudación es una condición anormal del concreto, ni en la práctica usual de “secar” el concreto espolvoreando cemento en la superficie ya que si esto se ejecuta mientras aún hay exudación, se crea una capa superficial muy delgada de pasta que en la parte inferior tiene una interfase de agua que la aísla de la masa original. En estas condiciones, al producirse la contracción por secado o cambios volumétricos por temperatura esta película delgada de pasta se agrieta, produciéndose el patrón de fisuración tipo panal de abeja, que los norteamericanos denominan “crazing”. Si se espolvorea cemento cuando la exudación ha terminado, integrado la pasta con la mezcla original se logra reducir la relación Agua/Cemento en la superficie con resultados positivos en cuanto a durabilidad al desgaste. La prueba estándar para medir la exudación está definida por la norma ASTM C – 232 (Ref. 7.6) necesitándose sólo una pipeta como equipo adicional a las balanzas, moldes y probetas graduadas que constituyen lo normal en laboratorio.
2. PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO ENDURECIDO
ESTRUCTURA INTENA DEL CONCRETO
En la Fig. 7.1, se puede apreciar el esquema típico de la estructura interna del concreto endurecido, que consiste en le aglomerante, estructura básica o matriz, constituida por la pasta de cemento y agua, que aglutina a los agregados gruesos, finos, aire y vacíos, estableciendo un comportamiento resistente debido en gran parte a la capacidad de la pasta para adherirse a los agregados y soportar esfuerzos de tracción y compresión, así como a un efecto puramente mecánico propiciado por el acomodo de las partículas inertes y sus características propias. Una conclusión inmediata que se desprende del esquema mencionado, es que la estructura del concreto no es homogénea, y en consecuencia no es isotrópica, es decir no mantiene las mismas propiedades en diferentes direcciones. Esto se debe principalmente a los diferentes materiales que intervienen, su variabilidad individual así como al proceso mismo de elaboración, en que durante la etapa en que la pasta es plástica, se posibilita el acomodo aleatorio de los diferentes componentes hasta su ubicación definitiva al endurecer. Un aspecto sumamente importante en la estructura del concreto endurecido reside en la porosidad o sistema de vacíos. Gran parte del agua que interviene en la mezcla, sólo cumple la función de lubricante en el estado plástico, ubicándose en líneas de flujo y zonas de sedimentación de los sólidos, de manera que al producirse el endurecimiento y evaporarse, quedan los vacíos o poros, que condicionan el comportamiento posterior del concreto para absorber líquidos y su permeabilidad o capacidad de flujo a través de él.
a) Elasticidad En general, es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener deformación permanente. El concreto no es un material elástico estrictamente hablando, ya que no tiene un comportamiento lineal en ningún tramo de su diagrama cara vs deformación en compresión, sin embargo, convencionalmente se acostumbra definir un “Módulo de elasticidad estático” del concreto mediante una recta tangente a la parte inicial del diagrama, o una recta secante que une el origen del diagrama con un punto establecido que normalmente es un % de la tensión última (Ref. 7.7). En la Fig. 7.3 (Ref. 7.8) se esquematiza la curva Carga vs Deformación Típica del concreto y en la Fig. 7.4 (Ref. 7.9) se muestran curvas Carga vs Deformación para concretos con diferentes relaciones Agua/Cemento. Los módulos de Elasticidad normales oscilan entre 250,000 a 350,000 kg/cm^2 y están en relación inversa con la relación Agua/Cemento. Conceptualmente, las mezclas más ricas tienen módulos de Elasticidad mayores y mayor capacidad de deformación que las mezclas pobres. La norma que establece como determinar el Módulo de elasticidad estático del concreto es la ASTM C- 469 (Ref. 7.7).
c) Extensibilidad Es la propiedad del concreto de deformarse sin agrietarse. Se define en función de la deformación unitaria máxima que puede asumir el concreto sin que ocurran fisuraciones. Depende de la elasticidad y del denominado flujo plástico, constituido por la deformación que tiene el concreto bajo carga constante en el tiempo. El flujo plástico tiene la particularidad de se parcialmente recuperable, estando relacionado también con la contracción, pese a ser dos fenómenos nominalmente independientes. La microfisuración aparece normalmente alrededor del 60% del esfuerzo último, y a una deformación unitaria de 0.0012, y en condiciones normales la fisuración visible aparece para 0.003 de deformación unitaria. 2.1. DEFICIENCIAS DEL CEMENTO PORTLAND PUZOLANICO EN EL C° ENDURECIDO. La desventaja que presentan los cementos puzolánicos en cuanto a su baja resistencia inicial de fraguado puede revertirse a la larga, siempre y cuando el proceso de hidratación del cemento puzolanico no se interrumpa, es decir, siempre y cuando exista humedad disponi9ble para que reaccione la sílice de la puzolana con el hidróxido de calcio liberado durante la hidratación del cemento. Las condiciones de deformación elástica del concreto son ligeramente disminuidas por los cementos puzolánicos. Aunque no se puede determinar coeficientes al respecto, dada la cantidad de parámetros incidentes. Las obras de concreto puzolánicos exigen mayor control y curado especial y continuado para prevenir los peligros de fisuración al secado y otras anomalías al endurecerse.
3. COMPARACION DEL CEMENTO PORTLAND NORMAL Y PORTLAND
PUZOLANICO.
A. CEMENTO PORTLAND NORMAL
- Pude decirse que este cemento portland es apto para todo tipo de construcción que no requiere propiedades especiales por cuestiones de resistencia y/o durabilidad.
- Es notablemente moldeable y de rápido fraguado que el cemento portland puzolánico.
- El cemento portland normal es un adhesivo tan efectivo que una vez que fragua es casi imposible romper su enlace, en cambio el cemento puzolanico es mucho más resistente que el cemento portland normal.
- Es de rápido fraguado pero de mucha menor resistencia que el cemento portland puzolanico por contener aditivos que aumentan la resistencia a este último.
hidratación, inhibición de la reacción álcali – agregado, impermeabilidad, etc. Del balance realizado, queda la conclusión de que cada cemento tiene un campo específico óptimo y que para ser competitivos requieren de prevenciones determinadas.
4. VENTAJAS DEL CEMENTO PUZOLANICO.
- La producción de concretos más plásticos e impermeables y posibilitar menor generación de calor de hidratación.
- Presenta un moderado calor de hidratación, lo cual favorece la disminución del agrietamiento superficial por contracción plástica. Para lograr estos beneficios, es igual de importante controlar los parámetros de curado del concreto colocado.
- La dosificación óptima y la finura del Cemento Puzolánico, le hace apto para la producción de concretos más densos, durables y de baja permeabilidad.
- El Cemento Puzolánico presenta una mayor resistencia al ataque de sulfatos, en comparación con cementos estructurales y de uso general. Para la elaboración de concretos resistentes a ambientes agresivos y/o con requerimientos específicos de durabilidad, deben considerarse las recomendaciones y criterios de diseño establecidos en las recomendaciones de construcción y en la normativa vigente.
- Proporciona un mayor tiempo de manejabilidad y le confiere mejores atributos de plasticidad a la mezcla en estado fresco.
- Ofrece tiempos de fraguado controlados que facilitan el manejo y colocación del concreto en obra.
- Las adiciones incorporadas al Cemento Puzolánico le confieren a los concretos una mayor estabilidad en su volumen, disminuyendo los fenómenos de contracción y asentamientos plásticos.
- La especial formulación de los componentes del Cemento Argos Puzolánico contribuye con la calidad, durabilidad y apariencia de los concretos.
5. ADITIVOS PARA CONCRETO
Es común que, en lugar de usar un cemento especial para atender un caso particular, a este se le pueden cambiar algunas propiedades agregándole un elemento llamado aditivo. Un aditivo es un material diferente a los normales en la composición del concreto , es decir es un material que se agrega inmediatamente antes , después o durante la realización de la mezcla con el propósito de mejorar las propiedades del concreto, tales como resistencia , manejabilidad , fraguado , durabilidad , etc. En la actualidad, muchos de estos productos existen en el mercado, y los hay en estado líquido y sólido, en polvo y pasta. Aunque sus efectos están descritos por los fabricantes, cada uno de ellos deberá verificarse cuidadosamente antes de usarse el producto, pues sus cualidades están aún por definirse. 5.1. TIPOS DE ADITIVOS 1.-Inclusores de aire: Es un tipo de aditivo que al agregarse a la mezcla de concreto, produce un incremento en su contenido de aire provocando, por una parte, el aumento en la trabajabilidad y en la resistencia al congelamiento y , por otra , la reducción en el sangrado y en la segregación. Algunos de estos productos son: Inclusair LQ, Sika-Aire, Fest-Aire, Vinres 1143, Resicret 1144, etc. 2.- Fluidizantes : Estos aditivos producen un aumento en la fluidez de la mezcla, o bien , permiten reducir el agua requerida para obtener una mezcla de consistencia determinada, lo que resulta en un aumento de la trabajabilidad, mientras se mantiene el mismo revenimiento. Ademas, pueden provocar aumentos en la resistencia tanto al congelamiento como a los sulfatos y mejoran la adherencia. Algunos de estos son: Festerlith N, Dispercon N, dENSICRET, Quimiment , Adiquim, Resecret 1142 y 1146 , Adicreto , Sikament, Plastocreto , etc. 3.- Retardantes del fraguado: Son aditivos que retardan el tiempo de fraguado inicial en las mezclas y, por lo tanto, afectan su resistencia a edades tempranas. Estos pueden disminuir la resistencia inicial. Se recomienda para climas cálidos, grandes volumenes o tiempos largos de transportacion. Algunos de estos son: Resicret 1142, Durotard , Duro-Rock N-14, Festerlith R, Sonotard, Festard, Retarsol, Adicreto R , Densiplast R , etc. 4.- Acelerantes de la resistencia: Estos producen, como su nombre lo indica, un adelanto en el tiempo de fraguado inicial mediante la aceleracion de la resistencia a edades tempranas. Se recomienda su uso en bajas temperaturas para adelantar descimbrados. Ademas, puden disminuir la resistencia final. Dentro de estos productos tenemos: Rrmix , Festermix , Secosal, Dispercon A , Rapidolith , Daracel 1145 , Sikacrete , Fluimex , etc.
