MatConstruc

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Por: Dr. Ing. Danny Useche Infante
DEPARTAMENTO DE
INGENIERÍA CIVIL
Bogotá, Mayo de 2021
CONCRETO
(CLASE 7)

Contenido
• Introducción
• Proporciones para las mezclas de hormigón
• Mezclado, colocación y manipulación del hormigón
fresco
• Curado del hormigón
• Propiedades del hormigón endurecido
• Pruebas del hormigón endurecido
• Alternativas al hormigón convencional
• Resumen

Proporciones para las mezclas
de hormigón

Proporciones para las mezclas de
hormigón
La PCA especifica tres cualidades para decidir las
mezclas de hormigón con las proporciones adecuadas
(Kosmatka et al., 2002):
1. Facilidad de trabajar el hormigón mezclado fresco.
2. Durabilidad, resistencia y apariencia uniforme del
hormigón endurecido.
3. Economía.

Pasos básicos para los métodos basados
en el peso y en el volumen absoluto
1. Evaluar los requisitos de resistencia.
2. Determinar la relación agua-materiales cementosos requerida.
3. Evaluar las necesidades de árido grueso.
■ Tamaño máximo del árido grueso.
■ Cantidad de árido grueso.
4. Determinar los requisitos de aireación.
5. Evaluar los requisitos de facilidad de trabajar el hormigón plástico.
6. Estimar el contenido de agua requerido en la mezcla.
7. Determinar el contenido de materiales cementosos, así como su tipo.
8. Evaluar la necesidad y la velocidad de aplicación de aditivos.
9. Evaluar las necesidades de árido fino.
10. Determinar las correcciones de humedad necesarias.
11. Realizar y ensayar una serie de mezclas de prueba.

Requisitos de resistencia
1. La resistencia a la compresión especificada fć
2. Variabilidad o desviación estándar s del hormigón
3. El riesgo máximo admisible de fabricar hormigón con
una resistencia inaceptable
𝑓´𝑐𝑟 = 𝑓´𝑐 + 1.34𝑠
fćr= valor medio requerido de resistencia a la compresión
fć= resistencia a la compresión especificada
s= desviación estándar
Para mezclas con una gran desviación estándar:
𝑓´𝑐𝑟 = 𝑓´𝑐 + 2.33𝑠 − 3.45

Uso de la distribución normal y de los criterios de riesgo
para estimar la resistencia media requerida del hormigón

Si la desviación estándar se calcula utilizando un número
de muestras comprendido entre 15 y 30, entonces hay
que multiplicarla por el siguiente factor, F, para
determinar la desviación estándar modificada s.

Si se han realizado menos de 15 pruebas, hay que
aplicar los siguientes ajustes a la resistencia
especificada

Relación agua-materiales cementosos
Curvas de resistencia para una mezcla de prueba o para
datos históricos

Dependencia entre la relación agua-cemento y la
resistencia a la compresión del hormigón

Relación agua-cemento máxima admisible para el
hormigón cuando no hay disponibles datos históricos*

Relaciones máximas agua-cemento y valores mínimos de
diseño de la resistencia para condiciones de exposición.*

Requisitos para el concreto expuesto a sulfatos*

Necesidades de árido grueso
Requisitos para el concreto expuesto a sulfatos*

Necesidades de árido grueso
Volumen de árido grueso por unidad de volumen de
hormigón.*

Necesidades de aireación
1. Exposición pequeña
2. Exposición moderada
3. Exposición severa

Necesidades de aireación
Contenido de aire para diferentes tamaños máximos
nominales del árido.*

Facilidad de trabajo con el hormigón
Grado de asentamiento recomendado para diversos
tipos de construcción.*

Contenido de agua requerido
Agua aprox. de mezcla en in kg/m3 (lb/yd3) para
grados de asentamiento y tamaños máx. nominales.*

Contenido de agua requerido
Necesidades mínimas de los materiales cementosos
para el hormigón utilizado en piezas planas*

Contenido de materiales cementosos
requerido
Utilizando la relación agua-materiales cementosos y la
cantidad requerida de agua estimada, se determina la
cantidad de materiales cementosos requerida para la
mezcla dividiendo el peso del agua entre la relación agua-
materiales cementosos. La PCA recomienda un contenido
mínimo de cemento de 334 kg/m3 (564 libras/yd3) para
el hormigón expuesto a ciclos severos de congelación-
descongelación, a la acción de anticongelantes y al
sulfato, y no menos de 385 kg/m3 (650 libras/yd3) para el
hormigón colocado bajo el agua.

Necesidades de aditivos
Si se emplean uno o más aditivos para proporcionar una
calidad específica al hormigón, es preciso tener en cuenta
sus correspondientes cantidades a la hora de establecer las
proporciones de la mezcla. Los fabricantes de aditivos
proporcionan información específica sobre la cantidad de
aditivo necesaria para conseguir los resultados deseados.

Necesidades de árido fino
Estimación de pesos del hormigón mezclado fresco

Correcciones de la humedad
El diseño de mezclas presupone que el agua utilizada para
hidratar el cemento es el agua libre que excede del
contenido de humedad de los áridos en condiciones SSD
(absorción). Por tanto, el paso final en el proceso de
diseño de mezclas consiste en ajustar el peso del agua y
de los áridos para tener en cuenta el contenido de
humedad de los áridos. Si este contenido de humedad es
mayor que el grado de humedad en el estado SSD , habrá
que reducir el peso del agua de mezcla en una cantidad
igual al peso libre de humedad existente en los áridos. De
forma similar, si el grado de humedad está por debajo del
correspondiente al estado SSD , habrá que incrementar la
cantidad de agua de la mezcla.

Mezclas de prueba
Después de calcular las cantidades requeridas de cada
ingrediente, se realiza la mezcla de un lote de prueba para
comprobar el diseño de la mezcla. Se fabrican tres
cilindros de 0.15 m X 0.30 m (6 pulg. X 12 pulg.), se
curan durante 28 días y se prueban para determinar su
resistencia a la compresión. Además, se mide el contenido
de aire y el grado de asentamiento del hormigón fresco.
Si el asentamiento, el contenido de aire o la resistencia a
la compresión no cumplen los requisitos establecidos,
será necesario ajustar la mezcla y fabricar otros lotes de
prueba hasta que se satisfagan completam ente los
requisitos de diseño.

Mezclas de hormigón para proyectos de
pequeña envergadura
Cantidad relativa de componentes para proyectos de
poca envergadura, en peso.*

Mezclas de hormigón para proyectos de
pequeña envergadura
Cantidades relativas de componentes del hormigón para
proyectos de poca envergadura, en volumen.*

Mezclado, Colocación y
Manipulación
del Hormigón Fresco

Hormigón premezclado
 El hormigón mezclado en fábrica se elabora
completamente en una mezcladora estática y se
suministra en un camión con hormigonera giratoria
(2 rpm a 6 rpm)
 El hormigón parcialmente premezclado se mezcla en
parte en una mezcladora estacionaria y se completa
en un camión mezcladora (4 rpm a 16 rpm)
 El hormigón amasado en camión se mezcla
completamente en un camión mezcladora (4 rpm
a 16 rpm)

Hormigón mezclado con dosificador
móvil
 El hormigón puede mezclarse en una mezcladora
con dosificador móvil disponible en la obra. El árido,
el cemento, el agua y los aditivos se aportan de
manera continua según los respectivos volúmenes y
el hormigón suele bombearse dentro de los
encofrados.

Hormigón mezclado con dosificador
móvil

Depósito del hormigón
Hay disponibles varios métodos para depositar el
hormigón en la obra. El hormigón debe depositarse de
manera continua lo más cerca posible de su posición
final. Es esencial una planificación anticipada y un
adecuado manejo del hormigón para reducir los
retardos, con el fin de evitar que el hormigón se seque
o se vuelva rígido demasiado pronto y para que no se
produzca una segregación de los componentes

Vibración del hormigón
Para disponer de un hormigón de buena calidad se requiere una consolidación
completa de la mezcla, que permita reducir el aire atrapado en la misma. En los
proyectos pequeños, esa consolidación se puede conseguir manualmente
apisonando el hormigón. En proyectos grandes se utilizan vibradores para
consolidarlo. Existen distintos tipos de vibradores, dependiendo de la aplicación.
El tipo más común utilizado en proyectos de construcción es el vibrador interno.
Están compuestos de una masa excéntrica albergada dentro de una cabeza
vibradora. Esa masa rota a alta velocidad para producir la vibración. La cabeza
vibradora se asienta y se levanta lentamente por toda la capa de hormigón,
penetrando en la capa subyacente si esta se encuentra todavía en estado
plástico. La cabeza vibradora se deja actuar entre cinco segundos y dos
minutos, dependiendo del tipo de vibrador y de la consistencia del hormigón.
El operador es quien se encarga de juzgar el tiempo de vibración total requerido.
Un exceso de vibración provoca una segregación del hormigón a medida que el
mortero migra hacia la superficie.

Errores y precauciones a la hora de
mezclar agua
Puesto que la relación agua-materiales cementosos desempeña un
papel importante a la hora de determinar la calidad del hormigón, es
preciso controlar cuidadosamente el contenido de agua de la mezcla.
Durante el transporte no debe añadirse el agua al hormigón. El
personal de la obra frecuentemente desea incrementar la cantidad de
agua con el fin de facilitar el trabajo del hormigón pero, si se añade
agua, el hormigón endurecido sufrirá una seria pérdida de calidad y
resistencia. El encargado de la obra debe impedir todos los intentos
de incrementar la cantidad de agua de la mezcla en el hormigón más
allá de lo que se haya especificado en el diseño de la mezcla.

Medida del contenido de aire en el
hormigón fresco
Aparato de determinación del volumen de los vacíos de
aire contenidos en el hormigón fresco según el método
de la presión. Medidor tipo B (ASTM C231)

hormigón fresco
Aparato para determinación del volumen de los vacíos
de aire en el hormigón fresco según el método
volumétrico (ASTM C173)

hormigón fresco

Distribución y acabado del hormigón

Curado del hormigón
 Manteniendo la presencia de agua en el hormigón durante
las primeras etapas. Entre los métodos para mantener la
presión del agua se incluyen la inundación o inmersión, la
pulverización o nebulización y las cubiertas húmedas.
 Impidiendo la pérdida del agua de la mezcla de hormigón,
sellando la superficie. Incluyen láminas plásticas o de papel
impermeabilizante, compuestos membranogénicos y dejar
colocados los encofrados.
 Acelerando la ganancia de resistencia suministrando al
hormigón calor y humedad adicionales. Los métodos de
curado acelerados incluyen el curado por vapor, las
cubiertas aislantes y diversas técnicas de calefacción.

Curado del hormigón
Resistencia a la compresión del hormigón en diferentes
etapas y para distintos niveles de curado

Inundación o inmersión
La inundación implica recubrir la superficie expuesta
de la estructura de hormigón con agua. La inundación
puede conseguirse construyendo diques de tierra
alrededor de la superficie del hormigón para retener el
agua. Este método es adecuado para superficies
planas, como suelos y pavimentos, especialmente en
proyectos de pequeña envergadura. El método requiere
una mano de obra y una tarea de supervisión
intensivas. La inmersión se emplea para curar probetas
de ensayo en los laboratorios, así como otros
elementos de hormigón según sea apropiado.

Pulverización o nebulización
Puede emplearse un sistema de toberas o
pulverizadores para proporcionar agua de forma
continua. Este método requiere una gran cantidad de
agua y puede resultar caro. Es adecuado en entornos
con altas temperaturas y un bajo grado de humedad.
Los laboratorios de ensayo comerciales suelen
disponer de una cámara con temperatura y humedad
controladas para curar las probetas de ensayo.

Cubiertas húmedas
En muchas aplicaciones se utilizan para retener la
humedad cubiertas de tela saturadas con agua como
arpilleras, mallas de algodón y alfombrillas. La tela
puede mantenerse húmeda, mojándola periódicamente
o recubriéndola con una capa de polietileno para
retener la humedad. E n proyectos pequeños, pueden
utilizarse cubiertas húmedas de tierra, arena, serrín,
heno o paja. Con algunos tipos de cubiertas húmedas,
pueden aparecer en el hormigón manchas o
decoloraciones.

Láminas de plástico o papel
impermeables
La evaporación de la humedad del hormigón puede
reducirse utilizando papeles impermeables, como el papel
aislante o láminas de plástico como, por ejemplo de
polietileno. Los papeles impermeables son adecuados para
superficies horizontales y para estructuras de hormigón
con formas simples, mientras que los recubrimientos
plásticos son efectivos y pueden aplicarse fácilmente a
diversos tipos de formas estructurales. Al utilizan papeles
impermeables o recubrimientos plásticos no hace falta
mojar el hormigón de forma periódica. Sin embargo,
pueden aparecer decoloraciones en la superficie del
hormigón.

Curado del hormigón por
pulverización

Propiedades del Hormigón
Endurecido

Cambio inicial de volumen
Grietas debidas a la contracción plástica

Propiedades de reptación
Se define como el incremento gradual de la deformación
con el tiempo, bajo una carga sostenida. La reptación del
hormigón es un proceso a largo plazo, que tiene lugar a
lo largo de muchos años. Aunque la cantidad de
reptación en el hormigón es relativamente pequeña,
puede afectar al comportamiento de las estructuras. El
efecto de la reptación varía con el tipo de estructura: en
las vigas de hormigón armado con un único punto de
soporte, la reptación incrementa la deflexión y, por tanto,
el esfuerzo al que el acero se ve sometido; en los pilares
de hormigón armado, la reptación provoca transferencia
gradual de la carga desde el hormigón al acero

Permeabilidad
Dependencia relación agua-cemento y permeabilidad de
la pasta de cemento maduro

Relación esfuerzo-deformación
Dependencia relación agua-cemento y permeabilidad de
la pasta de cemento maduro

Pruebas del Hormigón
Endurecido

Pruebas del hormigón endurecido
Se utilizan muchas pruebas para evaluar las propiedades del
hormigón endurecido, bien en el laboratorio bien a pie de
obra. Algunas de estas pruebas son destructivas, mientras
que otras no lo son. Las pruebas pueden llevarse a cabo con
diferentes propósitos; sin embargo, principalmente se
emplean para controlar la calidad del hormigón y comprobar
el cumplimiento de las especificaciones. Probablemente, la
prueba más común realizada con el hormigón endurecido es
la de la resistencia a la compresión, ya que es relativamente
fácil de realizar y existe una correlación fuerte entre dicha
resistencia y otras muchas propiedades deseables del
hormigón (Neville, 1981; Mehta y Monteiro, 1993).

Prueba de resistencia a la
compresión

Prueba de compresión diametral
𝑇 =
2𝑃
𝜋𝐿𝑑
T = resistencia a la tracción, MPa (psi)
P = carga de fractura, N (psi)
L = longitud de la probeta, mm (pulgadas)
d = diámetro de la probeta, mm (pulgadas)

Prueba de resistencia a la flexión
𝑅 =
Mc
𝐼
=
𝑃𝐿
𝑏𝑑2
R = resistencia a la flexión, MPa (psi)
M = momento flector máximo = PL16, N.mm (lib.pulgada)
c = d/2, mm (pulgadas)
I = momento de inercia = bh 3/1 2 , mm4 (pulg.4)
P = carga máxima aplicada (1/2 en cada uno) entre los
dos puntos de carga, N (libra)
L = longitud del vano, mm (pulgadas)
b = anchura m edia de la probeta, mm (pulgadas)
d = profundidad m edia de la probeta, mm (pulgadas)

Prueba de resistencia a la flexión

Prueba de resistencia a la
penetración

Prueba de velocidad de pulsos
ultrasónicos

Alternativas al Hormigón
Convencional

Alternativas al hormigón
convencional
 Hormigón autoconsolidante
 Relleno de fluido
 Hormigón proyectado
 Hormigón ligero
 Hormigón de alta resistencia
 Hormigón compensador de la contracción
 Hormigón reforzado con fibra
 Hormigón pesado
 Polímeros y hormigón
 Hormigón compactado a rodillo
 Hormigón de altas prestaciones

Resumen
El diseño de materiales de hormigón de cemento portland duraderos es
responsabilidad directa de los ingenieros civiles. La selección de las adecuadas
proporciones de cemento portland, agua, áridos y aditivos, junto con unas
buenas prácticas de construcción, determina la calidad del hormigón empleado
en las aplicaciones estructurales. El método de diseño de mezclas volumétrico
presentado en este capítulo permite obtener hormigón con la resistencia y
durabilidad requeridas. Sin embargo, el adecuado diseño del hormigón de
cemento portland es irrelevante a menos que se utilicen procedimientos de
construcción adecuados, lo que incluye la mezcla, transporte, colocación y
curado apropiados del hormigón. Para garantizar que estos procesos produzcan
hormigón con las propiedades deseadas, los ingenieros civiles llevan a cabo
diversos ensayos de control de calidad, incluyendo pruebas de asentamiento,
pruebas de contenido de aire y pruebas de determinación de la ganancia de
resistencia en función del tiempo. Aunque la inmensa mayoría de los proyectos
con hormigón se llevan a cabo con materiales convencionales, existen diversas
formulaciones alternativas importantes del hormigón, que están disponibles para
aplicaciones especiales. Se han presentado dichas alternativas; sin embargo, la
tecnología asociada con ellas es relativamente compleja, por lo que será
necesario realizar un estudio adicional para comprender estos materiales

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