semana 8

CONCRETO

Definición:

El concreto es una mezcla de piedras, arena, agua y cemento que al solidificarse constituye uno de los materiales de construcción más resistente para hacer bases y paredes. La combinación entre la arena, el agua y el cemento en algunos países latinoamericanos se le conoce como Mortero, mientras que cuando el concreto ya está compactado en el lugar que le corresponde recibe el nombre de hormigón.

clasificación del concreto

Concreto Simple:

El concreto simple se usa para vaciar el falsopiso y contrapiso.

En el falsopiso, la proporción recomendable es de 1 volumen de cemento por 12 volúmenes de hormigón. Esta proporción se logra usando: 1 bolsa de cemento con 4 buggies de hormigón y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla pastosa que permita un buen trabajo.

Proporción de concreto para falsopiso

En el contrapiso, la proporción recomendable es 1 volumen de cemento por 5 volúmenes de arena gruesa. Esta proporción se logra usando 1 bolsa de cemento con 1 1/2 buggies de arena gruesa y la cantidad de agua necesaria que permita una mezcla pastosa y trabajable.

Proporción de concreto para contrapiso

Concreto Armado:

Se llama concreto armado a la unión del concreto reforzado con las varillas de acero.

El concreto armado se usa para vaciar las columnas y techos. La proporción recomendable para lograr una resistencia adecuada para una casa de 2 ó 3 pisos es de 1 volumen de cemento por 3 volúmenes de arena gruesa y 3 volúmenes de piedra chancada. Esta proporción se logra usando: 1 bolsa de cemento con 1 buggy de arena gruesa, 1 buggy de piedra chancada y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla pastosa que permita un buen trabajo.

La cantidad de agua varía dependiendo del estado de humedad en que se encuentre la arena y la piedra. Si están totalmente secas, para una bolsa de cemento se necesitará 40 litros de agua. Pero si la piedra y la arena están totalmente mojadas, bastará con unos 20 litros.

Proporción de concreto para f ' c=175kg/cm2

Con estas proporciones, la resistencia del concreto al cabo de un mes, debe ser 175 kg/cm2. Esto sólo sucederá si el concreto ha sido debidamente preparado, colocado y mojado durante varios días después de su fraguado.

Consideraciones:

• Es recomendable utilizar una mezcladora que garantice la completa unión de todos los componentes. El mezclado a mano con lampa no asegura una buena calidad.

• Igualmente, es importante compactar el concreto fresco, con una vibradora. Si no se tiene este equipo, habrá que hacerlo mediante un vigoroso chuzado*, utilizando una varilla de fierro y golpeando el encofrado con un martillo.

• Finalmente, es importante recalcar, que para que el concreto desarrolle una resistencia adecuada, se requiere mojarlo constantemente por lo menos durante los 7 primeros días.

 Concreto Ciclópeo:

Este tipo de concreto se usa en los cimientos y en los sobrecimientos:

Cuando se usa en los cimientos, la proporción recomendable es de 1 volumen de cemento por 10 volúmenes de hormigón. Esta proporción se logra usando: 1 bolsa de cemento, con 3 1/3 buggies de hormigón y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla que permita un buen trabajo.

Adicionalmente, se debe incorporar piedra de zanja en una proporción equivalente a una tercera parte del volumen a vaciar. Las piedras tendrán un diámetro promedio de 25 cm., deben estar limpias y quedar completamente rodeadas de concreto.

Proporción de concreto para f´c=100kg/cm2

Cuando se usa en los sobrecimientos, la proporción recomendable es de 1 volumen de cemento por 8 volúmenes de hormigón. Esta proporción se logra usando: 1 bolsa de cemento, con 2 1/2 buggies de hormigón y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla pastosa que permita un buen trabajo.

Adicionalmente se debe incorporar piedra de cajón en una proporción equivalente a una cuarta parte del volumen a vaciar. Las piedras tendrán un diámetro promedio de 10 cm, deben estar limpias y quedar completamente rodeadas de concreto.

Proporción de concreto para f´c=100kg/cm2

Concreto pre-comprimido:

El concreto pre comprimido es una técnica utilizada para aumentar la resistencia disminuyendo las secciones de los elementos estructurales del concreto armado, estos puede ser:
• Pre-tensado: Dichos esfuerzos se consiguen mediante cables de acero que son tensados y anclados al hormigón, Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón frente a esfuerzos de tracción, y fue patentada por Eugène Freyssineten 1920.El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del hormigón, introduciendo un esfuerzo interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural.

tipos de concreto de acuerdo a su peso

El concreto normal:

 conocido también como hormigón simple, 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 de arquitectura e ingeniería civil. Es habitualmente utilizado en elementos estructurales como cimientos, placas o losas, columnas, muros, canales, tanques y pisos.

Existen diferentes tipos de concreto, dependiendo de las proporciones de cada uno de los elementos constituyentes utilizados en la mezcla.
A diferencia del hormigón pesado que posee una densidad de más de de 3200 kg/m3 y del hormigón ligero con densidades de 1800 kg/m3, el hormigón normal posee una densidad de 2400 kg/m3. El concreto simple, a diferencia del reforzado, no contiene varillas de acero.
El mismo se compone por la mezcla de un aglomerante (generalmente cemento portland) al que se añade agua (que cumple la función de hidratación) y agregados como grava, gravilla o arena. En algunas ocasiones, con el fin de modificar sus propiedades para que sean más adecuadas a las condiciones de trabajo o incluso para reducir los costos de producción, pueden utilizarse aditivos con funciones colorantes, retardadoras o aceleradoras de fraguado, impermeabilizantes, fluidificantes, etc.
Luego del tiempo de mezclado, el material aún fresco posee una consistencia pastosa y maleable que permite su maniobrabilidad. El mismo se coloca en moldes rígidos denominados “encofrados”, para que tomen la forma establecida por el proyectista. Una vez fraguado y ya seco, adquiere una extraordinaria solidez que le permite resistir muy bien a los esfuerzos de compresión. No obstante, su comportamiento no resulta tan efectivo ante esfuerzos como la tensión, la flexión, la tracción y el cortante entre otros. Su resistencia ante tales factores depende de muchas variables, entre las que se encuentra principalmente la puesta en obra y la cantidad de cada uno de los elementos utilizados en la mezcla en relación a la función que cumplirá el material en la obra.

Concreto ligero :

se le denomina así porque su peso unitario es sustancialmente menor en comparación al que se fabrica con agregado de grava o piedra triturada. Por lo regular, este tipo de concreto tiene un peso volumétrico fresco menor de 1,900 kg/m3.

Se clasifica en tres categorías:

• Concreto de baja densidad: se utiliza principalmente como aislamiento y tiene pesos unitarios por debajo de los 800 kg/m3. Lo normal es que su resistencia a la compresión varíe entre 50 a 1,000 psi (libras por pulgada cuadrada). La perlita y la vermiculita suelen utilizarse como agregados.

• Concreto estructural: tiene resistencia y densidad suficiente, por lo que permite su uso en elementos estructurales. Su peso unitario va de los 1,440 a los 1,900 kg/m3. La resistencia mínima a la compresión es de 17.3 Mpa.

• Concreto de resistencia moderada: abarca desde los concretos de agregado ligero de baja densidad hasta los estructurales. Su resistencia a la compresión varía entre 6.9 Mpa y 17.3 Mpa con densidades entre 800 a 1,440 kg/m3.

Se le utiliza como sustituto completo y adecuado para el concreto de peso normal, con el propósito de disminuir peso, aunque su resistencia última a la compresión tiende a ser inferior a la de este último.

Su costo es más elevado, pero se compensa por la reducción en cargas muertas, que permite a su vez una reducción en el tamaño de las cimentaciones, así como del tamaño de columnas, vigas y espesor del piso, entre otras ventajas.

Además, su valor como aislante del calor del concreto ligero basta para eliminar parcialmente, o por completo, la necesidad de utilizar un material aislante adicional.

De acuerdo con los materiales que los integran y los métodos de fabricación, los concretos ligeros pueden identificarse de la siguiente manera:

• Concretos sin finos, cuya ligereza se obtiene suprimiendo el agregado fino, produciéndose con ello numerosos vacíos entre las partículas del agregado grueso.
• Concretos celulares, producidos por la formación de burbujas gaseosas dentro de la masa fluida por una lechada o un mortero. También se conocen como concretos aireados, espumosos o gaseosos.
• Concretos de agregados ligeros, obtenidos mediante la utilización de agregados naturales o artificiales de muy bajo peso específico.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN:

La resistencia a la compresión de los concretos ligeros es variable, de acuerdo al tipo específico de concreto, y varía de manera considerable de una clase a otra.

Incluso, dentro de un mismo tipo de concreto ligero, existen variaciones en resistencia que dependen de la relación agua/cemento empleada, de su peso volumétrico, de su contenido de humedad y del tipo de fabricación, donde interviene el sistema de curado de manera preponderante.

La base empleada para definir su resistencia está referida al contenido de cemento para un revenimiento determinado. El contenido agua-cemento requerido para un revenimiento dado no constituye una propiedad mecánica o física del concreto ligero, sin embargo sí influye en su resistencia, flujo plástico y contracción.

Para el desarrollo de una consistencia determinada, los concretos ligeros requieren de un 60% más de cemento que los concretos convencionales. En algunos casos, sobre todo cuando las resistencias esperadas son del orden de 300 kg/cm2, se requiere de una cantidad de cemento similar en los concretos ligeros que en los convencionales.

Además, la sustitución del agregado ligero fino, por arena, reduce la cantidad de cemento requerida para una resistencia específica. El contenido total de agua, incluyendo la de absorción y la de mezclado, es mayor en los concretos ligeros.

Si el agregado fino se sustituye por arena, el contenido de agua se reduce de manera significativa, pero siempre en una cantidad mayor a la de los concretos convencionales.

Toma nota:

• El concreto ligero es recomendable en elementos y estructuras como relleno de azoteas, nivelación de entrepisos, remodelación de edificios, muros de relleno y  precolados ligeros de concreto, así como en sitios donde la acústica es importante.

• Destaca por su gran elasticidad y flexibilidad, gracias a lo cual no trasmite las vibraciones y reduce el agrietamiento, aun cuando tiene una excelente resistencia al impacto. Además, posee excelentes cualidades como aislante térmico.

Los concretos pesados :

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, cuyas masas volumétricas absolutas se encuentran entre 3.5 a 7.6. Dentro de estas características pueden comprenderse más de 50 elementos. Sin embargo, generalmente sólo algunos de ellos son utilizados por razones de disponibilidad y economía.

Los agregados pesados deben tener granulometría conveniente, resistencia mecánica y compatibilidad con el cemento Portland. Generalmente se usan agregados como las baritas, minerales de fierro como la magnetita, limonita y hematita. También, agregados artificiales como el fósforo de hierro y partículas de acero como subproducto industrial.

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.

Los primeros usos de este concreto se remonta a los años 60 del siglo XX . El concreto de alta densidad tiene propiedades de utilidad como material de protección contra la radiación. Su aplicación en la industria de la construcción es relativamente reciente, y coincide con el desarrollo de la energía nuclear. Una pantalla de este tipo de concreto puede servir como protección contra los rayos gamma y los rayos X y además suponer un ahorro económico respecto a los concretos ordinarios.

Ya que para la misma protección se necesitan espesores mayores. A pesar de que con las nuevas tecnologías el grado de conocimiento de este material ha aumentado considerablemente, es cierto que aún queda un largo camino que recorrer. Son pocos y puntuales las construcciones en territorio peruano, por ejemplo uno de ellos lo constituye el blindaje del block del reactor nuclear construido en Huarangal Lima, en las que se ha utilizado este tipo de hormigón, lo que aún denota su grado de desconocimiento y/o la dificultad para obtener los aglomerados necesarios para producirlo.

Requerimientos de la Protección:

Los materiales de protección requieren:

– Absorver los rayos Gamma, para lo cual deben serios más pesados posibles.

– Disminuir la velocidad de los neutrones rápidos y transformarlos en neutrones térmicos, para lo cual deben contener átomos ligeros como el hidrógeno.

– Absorber los neutrones térmicos, para lo cual deben tener cuerpos de gran sección eficaz.

Gracias a su elevado peso volumétrico y a su alto contenido de átomos de hidrógeno, y en especial cuando se le adicionan materiales como boro para absorber los neutrones térmicos, el concreto cumple las tres condiciones expuestas. Si bien el concreto normal puede emplearse en escudos de protección, el concreto denso se utiliza en las zonas en las que es necesario ganar espacio, por sus secciones más reducidas.

El concreto descrito reúne los dos primeros requisitos, por su alto peso volumétrico y por contener una importante cantidad de átomos de hidrógeno. La necesidad de hidrógeno se satisface con un contenido de agua del 5% del peso del concreto, que se encuentra tanto en forma de agua combinada como libre dentro de su masa; eventualmente, el agregado puede aportar agua de cristalización. El contenido de hidrógeno en un concreto seco es de aproximadamente 0.25% del peso. La adición de materiales como el boro, tiene el inconveniente de reducir la resistencia.

 Al absorber la energía de radiación, el concreto incrementa su temperatura, de manera no uniforme, de acuerdo a la distancia a la fuente de radiación. Esta situación origina tensiones internas que deben ser previstas para evitar fallas. Las tensiones térmicas se originan, no sólo por la energía absorbida, sino también por el enfriamiento de las superficies y las propiedades intrínsecas del concreto.

ALGUNOS TIPOS DE CONCRETOS ESPECIALES

CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA TEMPRANA:

 Los concretos de alta resistencia son aquellos cuya resistencia a la compresión a 28 días (f’c) son iguales o mayores a seis mil psi (6,000). Utilizando componentes con la más alta calidad y aditivos de última generación CEMEX ha logrado satisfacer las necesidades estructurales de los dueños, diseñadores y clientes para maximizar así sus obras hechas en concreto.

Dependiendo de su aplicación puede ser especificado como un concreto regular, bombeable o autocompactante.

APLICACIONES :

• Pilotes y pilas de cimentación
• Elementos pre-esforzados; vigas y losas pre o post-tensadas
• Columnas en edificios de mediana y gran altura
• Bóvedas de seguridad
• Muros de contención
• Columnas y vigas en puentes
• Muros de cortante “shear walls” y de rigidez

CONCRETO MASIVO:

Según el ACI 207.1 R, concreto masivo se define como:

“Cualquier volumen de concreto con dimensiones lo suficientemente grandes como para que se tomen medidas que controlen la generación de calor de la hidratación del cemento y su cambio en volumen para minimizar el potencial de agrietamiento.”

Concreto que se cuela para obras de grandes dimensiones y que por su cuantioso volumen puede generar gran cantidad de calor de hidratación que obligue a tomar medidas especiales para minimizar los agrietamientos en la obra.

• Temperatura máxima del concreto al momento de colocación.
• Temperatura máxima de calor de hidratación del concreto durante el fragüe a edades definidas.
• Diferencial máximo de temperatura del concreto colocado entre el interior y exterior del elemento.

CONCRETO SIN SLUMP: 

Este concreto es definido también por ACI 116 como: 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.

Muchas de las reglas básicas que gobiernan las propiedades del concreto estándar son aplicables a este concreto; sin embargo,  la medida de la consistencia del concreto estándar difiere de la utilizada en éstos,  pues la prueba del cono de Abrams no es práctica para dar un parámetro de estas características.

CONCRETO ROLADO - COMPACTADO: 

Este es un concreto sin slump, y seco que esw compactado mediante un rodillo vibratorio un equipo en forma de una platea de compactación.  Este concreto es una mezcla de agregado, cemento y agua;  ocasionalmente materiales cementantes como el Fly Ash también puede ser usado. El contenido de cemento varía desde 60 a 360 kg/m3.  La mezcla puede ser hrecha con una mezcladora tradicional, o en algunas ocasiones con camiones mezcladores o mixer. Este concreto-rolado-compactado está considerado como el mas 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.

Una resistencia a la compresión de 70 a 315 kg/m2 pueden ser obtenidas para concreto-rolado-compactado en proyectos de presas. Los proyectos de pavimentos sin embargo requieren de un diseño a la compresión de aproximadamente 350 kg/cm2.

El concreto -rolado-compactado debe reunir algunas condiciones para su colocación, por ejemplo, tener suficiente espesor para que la compactación sea uniforme y completa con los equipos usados. Una medida optima del espesor puede ser de 8 a 12 pulg. Cuando va ser colocado y consolidado con equipo convencional de movimiento de tierra o equipos de pavimentos.

SHOTCRETE:

 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.

 El shotcrete 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.

Las propiedades del shotcrete endurecido son muy dependientes del operador. Shotcrete tiene un peso específico y una resistencia a la compresión similar a un concreto estándar y uno de alta resistencia respectivamente.  Agregados con tamaño máximo de ¾ pulg. Pueden ser usados.

Shotcrete puede ser producidos mediante un proceso seco o húmedo.

En el proceso seco se hace un pre-mezclado del cemento y los agregados; luego ésta mezcla, supuesta homogénea es impulsada por una compresora de aire hacia la boquilla. El agua es adicionada a la mezcla en la boquilla a la salida mezclándose íntimamente, para que inmediatamente sea lanzada, proyectada sobre la superficie.

En el proceso húmedo, todos los ingredientes son pre-mezclados y luego lanzados sobre la superficie. Si se adiciona al final de la boquilla una compresora de aire, se incrementa la velocidad del lanzamiento de la mezcla sobre la superficie.

CONCRETO BLANCO: 

El cemento blanco portland es usado para producir concretos blancos. Es un material usado ampliamente como material arquitectónico. El cemento blanco es fabricado de acuerdo con ASTM C150. 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 

Las características de un concreto se dividen en dos grupos: las del concreto fresco y las del concreto endurecido:

Concreto Fresco

Cuando se solicita concreto existe una serie de condiciones que éste debe cubrir, siempre se tomará en cuenta el tipo de obra en el que se utilizará.

Un concreto es dócil si resulta manejable, transportable y fácilmente colocable sin perder su homogeneidad. Para que tenga docilidad es necesario que su consistencia y cohesión sean adecuadas.

La consistencia de un concreto depende de la facilidad con la que éste se deforma. La instrucción EH-80 indica que la consistencia del concreto se medirá por el asiento en el cono de Abrams y que puede ser seca, plástica, blanda o fluida, dependiendo del vapor del asiento de la muestra de concreto.

La cohesión depende de la facilidad con la que el concreto es capaz de segregarse. Las mezclas muy cohesivas (viscosas) no se segregan fácilmente; mientras las mezclas poco cohesivas tienen una gran tendencia a segregarse.

Concreto endurecido

Un concreto bueno es durable, dicha durabilidad muestra resistencia al medio ambiente; la impermeabilidad es posible con la consolidación, relación agua – cemento adecuada y curado convenientes, dependiendo del lugar donde esté la obra.

El ensayo más importante de los aplicados al concreto es el de resistencia; y es la base que determina la calidad del producto. Generalmente un concreto con resistencia elevada es un buen concreto.

Un concreto es homogéneo cuando, una vez que lo descargaron y se endureció, no presenta “juntas frías”; es decir, capas adyacentes o superpuestas del material que han sido colocadas con una separación de tiempo. Al concreto que se colocó antes le faltó plasticidad suficiente como para que se “soldara” con el concreto que se colocó después, por la falta de adherencia no se obtuvo el monolitismo, el cual es indispensable en la estructura donde el concreto debe actuar como una sola pieza.

Para prevenir dichas situaciones, que comprometen seriamente el comportamiento de las estructuras, existen precauciones básicas:

* Que las caídas libres del concreto no sean desde más de un metro de altura, ya que eso segrega el material y corrimientos laterales de la masa, que forman rampas y desacomodan la mezcla que se coloca después.

* El colado del concreto se debe hacer por tongadas horizontales que completen la superficie a llenar entre la cimbra, y cuyo espesor dependerá de los medios de compactación disponibles, es importante que nunca supere los 50 o 60 centímetros.

* Cada tongada debe irse compactando de inmediato, y debe calcularse el tiempo de modo que al colocarse la siguiente, pues la anterior deberá conservar un estado plástico suficiente como para permitir la perfecta adherencia entre ambas. El constructor debe estar seguro que, al colocarse la capa superior, en la capa inferior no se ha iniciado el proceso de fraguado.