TECNOLOGÍA DE CONCRETO
El concreto es la mezcla del cemento, agregados inertes (arena y grava) y agua, la cual se endurece después de cierto tiempo formando una piedra artificial. Los elementos activos del concreto son el agua y el cemento de los cuales ocurre una reacción química que después de fraguar alcanza un estado de gran solidez, y los elementos inertes, que son la arena y la grava cuya función es formar el esqueleto de la mezcla, ocupando un gran porcentaje del volumen final del producto, abaratándolo y disminuyendo los efectos de la reacción química de la “ lechada ”.
Este material de construcción es el más extensamente utilizado por varias razones, primero, porque posee una gran resistencia a la acción del agua sin sufrir un serio deterioro, además de que puede ser moldeado para dar una gran variedad de formas y tamaños gracias a la trabajabilidad de la mezcla, siendo esta de gran popularidad entre los ingenieros civiles por su pronta disponibilidad en las obras y su bajo costo.
Durante el proceso de fraguado y de endurecimiento del concreto ocurre un cambio de volumen conocido como contracción por secado y que generalmente se expresan en unidades de longitud en vez de hacerlo en unidades de volumen, debido a la comodidad y fácil manejo de las unidades longitudinales.
El Concreto:
El concreto es el producto resultante de la mezcla de un aglomerante (generalmente cemento, arena, grava o piedra machacada y agua) que al fraguar y endurecer adquiere una resistencia similar a la de las mejores piedras naturales.
El cemento junto a una fracción del agua del concreto componen la parte pura cuyas propiedades dependen de la naturaleza del cemento y de la cantidad de agua utilizada.
Esta pasta pura desempeña un papel activo: envolviendo los granos inertes y rellenando los huecos de los áridos, confieren al concreto sus características:
De resistencias mecánicas.
De contracción
De fisurabilidad.
COMPONENTES: El concreto está constituido por una mezcla, en proporciones definidas de:
Cemento.
Agua.
Áridos.
Los áridos lo forman arenas, gravas generalmente no mayores de 5 cm; el cemento es de fraguado lento, generalmente Portland. El agua debe estar limpia y exenta de limos y sales. En el concreto, la grava y la arena constituyen el esqueleto, mientras que la pasta que se forma con el cemento, que fragua primero y endurece después, rellena los huecos uniendo y consolidando los granos de los áridos. Al concreto se le puede añadir aditivos para mejorar algunas de sus propiedades.
CUALIDADES DEL CONCRETO FRESCO:
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: La 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
NATURALEZA DEL CONCRETO
El concreto es un material compuesto formado por partículas de material granular grueso (agregados minerales o rellenado) embebidos en una matriz dura de material (cemento o ligante) que llena los espacios vacíos entre las partículas y burbujas manteniéndolas juntas.
Los agregados pueden ser obtenidos de diferentes tipos de materiales, sin embargo principalmente hacemos uso de los materiales naturales, comúnmente rocas. Estos son esencialmente materiales inertes los cuales, por conveniencia, son separados en una fracción gruesa y en una fracción fina.
Similarmente el cemento puede ser formulado a partir de diferentes composiciones químicas. Cemento es un nombre genérico que puede ser aplicado a cualquier material ligante. Por lo tanto deben ser utilizados descriptores para calificar al cemento cuando nos referimos a un cemento específico
ANTECEDENTES EN EL PERÚ:
La historia del concreto está muy ligada con la historia del cemento, para ser más específicos con el material cementante, que desde tiempos remotos ha servido para dar mayor resistencia, ante los agentes de intemperismo, a la construcción de viviendas, templos, palacios, etc. y por ende a una mayor comodidad social. Por ejemplo en la cultura Egipcia se utilizaba un mortero, mezcla de arena con materia cementosa, para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus construcciones
Pero en el Perú a diferencia de estas culturas y a pesar de los grandes conocimientos incaicos sobre astronomía, trazado y construcción de canales de irrigación, edificaciones de piedra y adobe, etc. “No existen evidencias del empleo de ningún material cementantes este periodo que se caracterizo por un desarrollo notable del empleo de la piedra sin el elementos ligantes de unión entre piezas”
Los materiales aglomerantes o cementantes en el Perú datan del siglo XVI, en la Colonia, en la que los españoles implantan los conocimientos técnicos europeos a Lima. Y a medida que el auge y la riqueza del virreinato del Perú crecen también lo hacen en gran medida las edificaciones y el ornato de las ciudades, motivando el empleo de materiales y técnicas más elaboradas, como lo indica el siguiente párrafo:
“…en las construcciones coloniales, generalmente de dos pisos, los cimientos eran de piedra grande de rio amarradas y con mezcla de cal y arena lo que se denominaba el calicanto”
Se denomina concreto a la mezcla de cemento, arena gruesa, piedra y agua, que se endurece conforme avanza la reacción química del agua con el cemento.
La cantidad de cada material en la mezcla depende de la resistencia que se indique en los planos de estructuras. Siempre la resistencia de las columnas y de los techos debe ser superior a la resistencia de cimientos y falsos pisos.
Después del vaciado, es necesario garantizar que el cemento reaccione químicamente y desarrolle su resistencia. Esto sucede principalmente durante los 7 primeros días, por lo cual es muy importante mantenerlo húmedo en ese tiempo. A este proceso se le conoce como curado del concreto.
El concreto tiene dos etapas básicas: cuando está fresco y cuando ya se ha endurecido.
Las propiedades principales del concreto en estado fresco son:
a) Concreto Ciclópeo
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.
b) Concreto Simple
El concreto simple se usa para vaciar el falso piso y contra-piso.
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.
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
EL CONCRETO
Se denomina concreto a la mezcla de cemento, arena gruesa, piedra y agua, que se endurece conforme avanza la reacción química del agua con el cemento.
La cantidad de cada material en la mezcla depende de la resistencia que se indique en los planos de estructuras. Siempre la resistencia de las columnas y de los techos debe ser superior a la resistencia de cimientos y falsos pisos.
Después del vaciado, es necesario garantizar que el cemento reaccione químicamente y desarrolle su resistencia. Esto sucede principalmente durante los 7 primeros días, por lo cual es muy importante mantenerlo húmedo en ese tiempo. A este proceso se le conoce como curado del concreto.
El concreto tiene dos etapas básicas: cuando está fresco y cuando ya se ha endurecido.
Las propiedades principales del concreto en estado fresco son:
- Trabajabilidad : Es el mayor o menor trabajo que hay que aportar al concreto en estado fresco en los procesos de mezclado, transporte, colocación y compactación. La forma más común para medir la "trabajabilidad" es mediante "la prueba del slump". Los instrumentos que se necesitan son una plancha base, un cono y una varilla de metal. Esta prueba consiste en medir la altura de una masa de concreto luego de ser extraida de un molde en forma de cono. Cuanto mayor sea la altura, el concreto será más trabajable. De la misma manera, cuanto menor sea la altura, el concreto estará muy seco y será poco trabajable (ver figura 35).
El primer paso para hacer esta prueba consiste en sacar una muestra de concreto de una determinada tanda de la mezcladora. Con esta muestra se llena el cono mediante tres capas y se chucea con la varilla, 25 veces cada una. Inmediatamente después se nivela el cono, se levanta verticalmente y se le coloca al lado del concreto. Por último, se mide la altura entre el cono y el concreto, colocando la varilla horizontalmente sobre el cono.
- Segregación: Ocurre cuando los agregados gruesos, que son más pesados, como la piedra chancada se separan de los demás materiales del concreto. Es importante controlar el exceso de segregación para evitar mezclas de mala calidad. Esto se produce, por ejemplo, cuando se traslada el concreto en buggy por un camino accidentado y de largo recorrido, debido a eso la piedra se segrega, es decir, se asienta en el fondo del buggy.
- Exudación: Se origina cuando una parte del agua sale a la superficie del concreto. Es importante controlar la exudación para evitar que la superficie se debilite por sobre-concentración de agua. Esto sucede, por ejemplo, cuando se excede el tiempo de vibrado haciendo que en la superficie se acumule una cantidad de agua mayor a la que normalmente debería exudar.
- Contracción: Produce cambios de volumen en el concreto debido a la pérdida de agua por evaporación, causada por las variaciones de humedad y temperatura del medio ambiente. Es importante controlar la contracción porque puede producir problemas de fisuración. Una medida para reducir este problema es cumplir con el curado del concreto.
Por otro lado, las propiedades del concreto en estado endurecido son:
- Elasticidad: Es la capacidad de comportarse elástica mente dentro de ciertos límites. Es decir, que una vez deformado puede regresar a su forma original.
- Resistencia: Es la capacidad del concreto para soportar las cargas que se le apliquen. Para que éste desarrolle la resistencia indicada en los planos, debe prepararse con cemento y agregados de calidad. Además, debe tener un transporte, colocado, vibrado y curado adecuado.
Hay muchos tipos de concreto, pero para una casa generalmente se usan los siguientes:
a) 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
b) Concreto Simple
El concreto simple se usa para vaciar el falso piso y contra-piso.
En el falso-piso, 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 contra piso, 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.
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 contra piso
c) 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.
Cemento
Los cementos son productos que amasados con agua fraguan y endurecen formándose nuevos compuestos resultantes de reacciones de hidratación que son estables tanto al aire como sumergidos en agua.20
Hay varios tipos de cementos. Las propiedades de cada uno de ellos están íntimamente asociadas a la composición química de sus componentes iniciales, que se expresa en forma de sus óxidos, y que según cuales sean formaran compuestos resultantes distintos en las reacciones de hidratación.20
Cada tipo de cemento está indicado para unos usos determinados; también las condiciones ambientales determinan el tipo y clase del cemento afectando a la durabilidad de los hormigones. Los tipos y denominaciones de los cementos y sus componentes están normalizados y sujetos a estrictas condiciones. La norma española establece los siguientes tipos: cementos comunes, los resistentes a los sulfatos, los resistentes al agua de mar, los de bajo calor de hidratación, los cementos blancos, los de usos especiales y los de aluminato de calcio. Los cementos comunes son el grupo más importante y dentro de ellos el portland es el habitual. En España solo pueden utilizarse los cementos legalmente comercializados en la Unión Europea y están sujetos a lo previsto en leyes específicas.21
Además del tipo de cemento, el segundo factor que determina la calidad del cemento, es su clase o resistencia a compresión a 28 días. Esta se determina en un mortero normalizado y expresa la resistencia mínima, la cual debe ser siempre superada en la fabricación del cemento. No es lo mismo, ni debe confundirse la resistencia del cemento con la del hormigón, pues la del cemento corresponde a componentes normalizados y la del hormigón dependerá de todos y cada uno de sus componentes. Pero si el hormigón está bien dosificado a mayor resistencia del cemento corresponde mayor resistencia del hormigón.20 La norma española establece las siguientes clases de resistencias:21
| Clase de resistencia | Resistencia (N/mm²) | Fraguado | Expansión (mm) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| a 2 días | a 7 días | a 28 días | Inicio (minutos) | Final (horas) | ||
| 32,5N | >16,0 | 32,5—52,5 | >75,0 | <12,0 | <10,0 | |
| 32,5R | >10,0 | 32,5—52,5 | >75,0 | <12,0 | <10,0 | |
| 42,5N | >10,0 | 42,5—62,5 | >60,0 | <12,0 | <10,0 | |
| 42,5R | >20,0 | 42,5—62,5 | >60,0 | <12,0 | <10,0 | |
| 52,5N | >20,0 | >52,5 | >45,0 | <12,0 | <10,0 | |
| 52,5R | >30,0 | >52,5 | >45,0 | <12,0 | <10,0 | |
N = Resistencia inicial normal. R = Alta resistencia inicial.
Este cuadro es aplicable a los cementos comunes, es decir, al portland,
a los portland con adiciones, a los siderúrgicos, a los puzolánicos y a los compuestos.
Este cuadro es aplicable a los cementos comunes, es decir, al portland,
a los portland con adiciones, a los siderúrgicos, a los puzolánicos y a los compuestos.
El cemento se encuentra en polvo y la finura de su molido es determinante en sus propiedades conglomerantes, influyendo decisivamente en la velocidad de las reacciones químicas de su fraguado y primer endurecimiento. Al mezclarse con el agua los granos de cemento se hidratan solo en una profundidad de 0,01 mm, por lo que si los granos fuesen muy gruesos el rendimiento de la hidratación sería pequeño al quedar en el interior un núcleo inerte. Sin embargo una finura excesiva provoca una retracción y calor de hidratación elevados. Además dado que las resistencias aumentan con la finura hay que llegar a una solución de compromiso, el cemento debe estar finamente molido pero no en exceso.20
El almacenamiento de los cementos a granel se realiza en silos estancos que no permitan la contaminación del cemento y deben estar protegidos de la humedad. En los cementos suministrados en sacos, el almacenamiento debe realizarse en locales cubiertos, ventilados, protegidos de la lluvia y del sol.21 Un almacenamiento prolongado puede provocar la hidratación de las partículas más finas por meteorización perdiendo su valor hidráulico y que supone un retraso del fraguado y disminución de resistencias.22
Cemento Portland
El cemento Portland se obtiene al calcinar a unos 1500 °C mezclas preparadas artificialmente de calizas y arcillas. El producto resultante, llamado clinker, se muele añadiendo una cantidad adecuada de regulador de fraguado, que suele ser piedra de yeso natural.
La composición química media de un portland, según Calleja, está formada por un 62,5 % de CaO (cal combinada), un 21 % de SiO2 (sílice), un 6,5 % de Al2O3 (alúmina), un 2,5 % de Fe2O3 (hierro) y otros minoritarios. Estos cuatro componentes son los principales del cemento, de carácter básico la cal y de carácter ácido los otros tres. Estos componentes no se encuentran libres en el cemento, sino combinados formando silicatos, aluminatos y ferritos cálcicos, que son los componentes hidráulicos del mismo o componentes potenciales. Un clinker de cemento portland de tipo medio contiene:23
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- Silicato tricálcico (3CaO·SiO2).................................. 40 % a 50 %
- Silicato bicálcico (2CaO·SiO2).................................. 20 % a 30 %
- Aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3)............................ 10 % a 15 %
- Aluminatoferrito tetracálcico (4CaO·Al2O3·Fe2O3)....... 5 % a 10 %
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