Manual del concreto

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Manual del concreto

  1. 1. ANUAL DEL CONCRETO ESTRUCTURAL JOAQUÍN PORRERO S. CARLOS RAMOS R. JOSÉ GRASES G. GILBERTO J. VELAZCO Conforme a la Norma COVENIN 1753:2003 “Proyecto y Diseño de Obras en Concreto Estructural” M
  2. 2. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L MANUAL DEL CONCRETO ESTRUCTURAL Joaquín Porrero S./ Carlos Ramos R./ José Grases G./ Gilberto J. Velazco Primera Edición Digital Caracas, Junio 2014 HECHO EL DEPÓSITO DE LEY Depósito Legal lfi2522014620722 ISBN 978-980-7658-00-3 COORDINACIÓN EDITORIAL Miguel Angel Álvarez PRODUCCIÓN GRÁFICA/PORTADA Abaco Arte DISEÑO GRÁFICO Cecilia Feo Figarella PRODUCCIÓN DIGITAL PAG Marketing Soluciones
  3. 3. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L PRESENTACIÓN Este Manual del Concreto Estructural (en formato digital) es un paso más en la tarea iniciada el año 1975 con la primera edición del Manual del Concreto Fresco, auspiciada en aquel momento por el Comité Conjunto del Concreto Armado (CCCA). El rumbo de ese camino lo marcó, con la visión propia del Maestro que siempre fue, el Dr. Joaquín Porrero Sampedro (1927/1992); lo secundaron en esa labor los Profesores Carlos Ramos R. y José Grases G. En 1979 se editó la segunda versión de aquel Manual y en 1987 la tercera; con tirajes de varios miles de ejemplares, todas esas ediciones no sólo se agotaron, sino que se multiplicaron ediciones no autorizadas, nacionales y extranjeras, lo cual no fue sino prueba de la utilidad de esa iniciativa. A mediados del año 1990, el Dr. Porrero asomó la posibilidad de extender el alcance del Manual hacia las propiedades y características del concreto en etapas posteriores a su fraguado, idea ésta que contó con el infaltable y entusiasta respaldo de SIDETUR. Para cubrir áreas menos conocidas del acero y del concreto armado, el equipo de trabajo se fortificó con la incorporación del profesor Gilberto J. Velazco. Puestos a trabajar, la muerte sorprendió al líder de esta iniciativa en plena producción de la idea por él concebida, con lo cual se perdió una insustituible experiencia. Invitamos entonces al profesor Rafael Salas Jiménez, hombre de vastos conocimientos en el tema por su labor en la Asociación Venezolana de Productores de Cementos (AVPC), hoy en España, y, en 1996, se publicó el Manual del Concreto en el cual se retuvo la experiencia del trecho andado desde 1975. De nuevo la edición se agotó y, de nuevo, el libro fue reproducido en forma subrepticia para cubrir la demanda de profesionales de la ingeniería, estudiantes y constructores. Paralelamente, en el país se actualizaba y publicaba un conjunto de Normas COVENIN, así como documentos elaborados por organismos especializados en el acero y el concreto, relacionados con su mejor comprensión y buen uso. Todo esto fue estímulo para emprender un proyecto de mayor alcance que actualizó el contenido, profundizó el tratamiento de los temas propios del concreto estructural y se vinculó más estrechamente con el empleo de ese material en su forma de concreto reforzado: El Manual del Concreto Estructural. La organización y presentación mantuvieron el formato que le supo dar el Profesor Porrero, a quien se le rendió homenaje con esse nuevo aporte generosamente auspiciado por SIDETUR. en varias ediciones desde 2004 hasta 2012. Debido a la realidad actual, decidimos presentar la edición digital del Manual del Concreto Estructural manteniendo igual, en esta primera aventura electrónica, el contenido de la última edición en papel. Contamos, ahora, con la asesoría y la entusiasta dedicación de PAG Marketing Soluciones. Los Autores Caracas, Junio de 2014 v
  4. 4. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L “Estrictamente hablando, no hay investigación sistemática que no sea precedida de pruebas... hechas por el mismo investigador..., hechas por otros investigadores... o estar produciéndose /como/ fenómenos naturales”. “El hombre aprende investigando; básicamente se entrena y cultiva por este procedimiento”... “Pasamos un muy considerable, y también justificado, número de años `haciéndonos profesionales” (1) (1) Tomado del artículo: Porrero, J. (1975). La investigación, Boletín Técnico IMME XII:51, 33-57, Caracas. vi
  5. 5. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L JOAQUÍN PORRERO (1927/1992) SEMBLANZA DE UN INVESTIGADOR Joaquín Porrero fue toda su vida y por encima de cualquier otro título, Investigador a Tiempo Completo. Nacido en Sama de Langreo, pueblo ubicado en la Provincia de Asturias, España, culmina su licenciatura en la Universidad de Oviedo en 1952. A partir de allí, su experiencia en su tierra natal se desarrolla como Profesor Ayudante en la Cátedra de Química Inorgánica, Universidad de Oviedo, y Jefe de Control de Calidad de una fábrica de cementos de escoria de alto horno. En el año 1957 presenta credenciales para optar al cargo de Jefe de la Sección de Investigación Química del Instituto de Investigaciones y Ensayos de Materiales (IDIEM) de la Universidad de Chile, resultando seleccionado e iniciándose desde ese momento su periplo por otras tierras. En Chile, donde permanece casi 11 años, contrae matrimonio con Lidia Alfaro y nace Rogelio su primer hijo; completaría la familia con Marilena, nacida en Venezuela, ambos profesionales de la medicina hoy en día. En Septiembre de 1967 el profesor José Grases, para aquel entonces Director del Instituto de Materiales y Modelos Estructurales (IMME), viaja a Chile para asistir a una reunión de Rilem Latinoamericana. Allí conoce a Joaquín y concreta una primera visita a Venezuela bajo el patrocinio del Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico, y la Facultad de Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela. En este primer viaje, desde Octubre de 1967 hasta Febrero de 1968, organiza el Laboratorio de Cementos del IMME, entrena al personal y dicta un curso a los técnicos de distintas plantas de cemento instaladas en el país. Regresa Joaquín a Chile, pero ya los aires tropicales lo habían cautivado y la gente del IMME había aquilatado su valía. En Julio de 1968 regresa a Venezuela con toda su familia y un contrato como Profesor Asociado. A partir de 1971 ejerció el cargo de Jefe de la División de Estudio y Ensayo de Materiales del IMME. En 1974 obtiene el título de Doctor en Ciencias Químicas en la Universidad Complutense de Madrid con el trabajo “Estudio de algunas de las variables que intervienen en la corrosión de las armaduras del hormigón”, donde postula que: “el Mecanismo Corrosivo en Medios Homogéneos se desarrolla inicialmente con un proceso electroquímico que consume metal, proceso que posteriormente se frena y sustituye al menos en parte, por reacciones, posiblemente hidrataciones, cristalizaciones y modificaciones cristalinas, responsables del deterioro del material a más largo plazo. La corrosión posiblemente sea una función del contenido global de poros y del tamaño de los mismos”. vii
  6. 6. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L Aun cuando fallece joven (65 años) el 11 de Julio de 1992, su producción intelectual es amplia. Participa en proyectos de investigación en el área de materiales de construcción empleados en obras de ingeniería en toda su extensión: concretos, agregados, concretos especiales, control de calidad, cementos, polímeros, durabilidad, corrosión, reparaciones, baldosas, ladrillos, frisos, plásticos, cales, yesos y otros. Todo un espectro de problemas que fue objeto de cuidadoso estudio. Profesor guía de más de 90 trabajos especiales de grado de estudiantes universitarios, también dejó una obra escrita de más de 40 títulos publicados en revistas técnicas y presentados en congresos. Autor líder del Manual del Concreto Fresco en sus tres ediciones, del Manual del Concreto publicado poco después de su desaparición física, y del libro Preparación y Control de Concretos para los Sistemas de Pared Delgada. Reconocido consultor en múltiples empresas públicas y privadas, nacionales y extranjeras. Como docente dictó, durante muchos años, la Cátedra de Materiales y Ensayos (pregrado) y Tecnología del Concreto (postgrado). Adicionalmente, dictó unos treinta cursos de extensión de conocimientos y entrenamiento en diversas Instituciones principalmente el Colegio de Ingenieros. Toda esa labor forma parte del legado que Joaquín Porrero sembró, cultivó y enriqueció junto con sus alumnos y con los que disfrutamos el privilegio de su amistad. A su memoria dedicamos esta publicación digital. Los Autores Caracas, Junio de 2014 viii
  7. 7. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L CONTENIDO PRESENTACIÓNV JOAQUÍN PORRERO (1927/1992) SEMBLANZA DE UN INVESTIGADORVII ADVERTENCIAXXIII NOTACIÓNXXV CAPÍTULO I GENERALIDADES31 I.1 DEFINICIÓN Y DESARROLLO HISTÓRICO31 I.1.1 Definición31 I.1.2 Antecedentes31 I.1.3 Concreto Reforzado32 I.1.4 Inicios en Venezuela33 I.2 COMPONENTES34 I.3 PREPARACIÓN Y COLOCACIÓN35 I.4 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO36 I.5 TIPOS DE CONCRETO36 I.6 CONTROL DE CALIDAD37 I.7 RELACIONES ENTRE LA CALIDAD DEL CONCRETO Y SU COMPOSICIÓN38 I.7.1 La Relación Triangular38 I.7.2 La Ley de Abrams40 I.8 CALIDAD GRANULOMÉTRICA DE LOS AGREGADOS41 I.9 ESQUEMA GENERAL DE RELACIONES41 I.10 ENDURECIMIENTO DEL CONCRETO43 CAPÍTULO II CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO FRESCO45 II.1 REOLOGÍA45 II.1.1Fluidez45 II.1.2 Compactibilidad46 II.1.3 Estabilidad a la Segregación46 II.2 TRABAJABILIDAD46 II.2.1 Cono de Abrams47 II.2.2 Otros Procedimientos48 II.2.3 El Asentamiento como Índice del Contenido de Agua51 II.3 RETRACCIÓN51 II.4 MECANISMO DE LUBRICACIÓN52 II.4.1 Características a considerar según el Mecanismo de Lubricación54 II.4.2 Pasta54 II.4.3 Cantidad de Agua (a)55 II.4.4 Granulometría de los Agregados (␤)55 II.4.5 Tamaño Máximo del Agregado (P)56 II.4.6 Rugosidad de los Agregados56 II.4.7 Resumen56 II.4.8 Conclusiones57 ix
  8. 8. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L II.5 ALTERACIONES DE LA REOLOGÍA58 II.5.1 Tiempo58 II.5.2 Temperatura58 CAPÍTULO III AGREGADOS61 III.1 ORÍGENES61 III.2 NIVELES DE CALIDAD62 III.2.1 Agregados Controlados62 III.2.2 Agregados Conocidos con Control Insuficiente62 III.2.3 Agregados no Empleados con Anterioridad63 III.3 REQUISITOS DE CALIDAD63 III.4 GRANULOMETRÍA63 III.4.1 Agregados por Fracciones64 III.4.2 Combinación de Agregados66 III.5 TAMAÑO MÁXIMO67 III.6 SEGREGACIÓN71 III.7 MÓDULO DE FINURA71 III.8 ULTRAFINOS72 III.8.1 Ensayos74 III.8.2 Acción de los Ultrafinos74 III.8.3 Requisitos y Precauciones75 III.9 IMPUREZAS76 III.9.1 Materia Orgánica76 III.9.2 Sales Naturales77 III.10 REACTIVIDAD Y DISGREGABILIDAD77 III.11 RESISTENCIA DE LOS AGREGADOS78 III.12 FORMA Y TEXTURA DE LOS GRANOS79 III.12.1 Forma79 III.12.2 Textura Superficial80 III.13 PESO POR UNIDAD DE VOLUMEN80 III.13.1 Peso Unitario Suelto80 III.13.2 Peso Unitario Compacto81 III.13.3 Peso Específico81 III.14 HUMEDAD81 III.14.1 Secado al Fuego84 III.14.2 Speedy-Vac84 III.14.3 Potenciómetro84 III.14.4 Ondas Ultrasónicas84 III.15 RELACIONES CON LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO84 III.16 CONTROL DE CALIDAD85 III.16.1 Grado de Control85 III.16.2 Granulometría87 III.16.3 Humedad88 III.16.4 Otros Ensayos de Calidad89 x
  9. 9. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L CAPÍTULO IV CEMENTO91 IV.1 CONSTITUCIÓN91 IV.2 HIDRATACIÓN DEL CEMENTO94 IV.3 CLASIFICACIÓN. TIPOS96 IV.4 CEMENTO CON ADICIONES97 IV.5 CALIDAD98 IV.6 TIEMPO DE FRAGUADO99 IV.7 RESISTENCIAS MECÁNICAS99 IV.7.1 Arena Normalizada102 IV.8 FINURA103 IV.9 DESARROLLO DE RESISTENCIAS104 IV.10 CALOR105 IV.11 CEMENTO CALIENTE106 IV.12 OTROS CEMENTOS109 IV.13 MANEJO110 IV.14 RESISTENCIA A ATAQUES QUÍMICOS111 IV.15 ENVEJECIMIENTO111 IV.16 MEZCLA DE CEMENTOS111 REFERENCIAS112 CAPÍTULO V AGUA PARA CONCRETO113 V.1 INTRODUCCIÓN113 V.2 AGUA DE MEZCLADO114 V.3 AGUA DE CURADO114 V.4 EFECTOS DE LAS IMPUREZAS SOBRE EL CONCRETO115 V.4.1 Carbonatos115 V.4.2 Sales de Hierro116 V.4.3 Otras Sales116 V.4.4 Aguas Ácidas116 V.4.5 Aguas Alcalinas116 V.4.6 Azúcares117 V.4.7 Partículas en Suspensión117 V.4.8 Aceites117 V.4.9 Algas117 V.4.10 Efluentes Industriales117 V.4.11 Sulfatos117 V.4.12 Agua de Mar118 V.4.13 Desechos Sanitarios y Sustancias Industriales118 V.5 CALIDAD DEL AGUA119 V.5.1 Análisis Químico119 V.5.2 Morteros de Prueba121 REFERENCIAS122 CAPÍTULO VI DISEÑO DE MEZCLAS123 VI.1 CONSIDERACIONES GENERALES123 xi
  10. 10. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L VI.2 FUNDAMENTOS DEL MÉTODO DE DISEÑO PROPUESTO124 VI.3 CÁLCULO DE LA PROPORCIÓN ENTRE AGREGADOS FINOS Y GRUESOS125 VI.3.1 Límites Granulométricos125 VI.3.2 Relación Beta (␤)127 VI.3.3 Precisión de ␤129 VI.4 DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEÑO DE MEZCLA130 VI.4.1 Condiciones Ambientales de la Obra130 VI.4.2 Tipo de Obra o parte de la Estructura130 VI.4.3 Tipo de Agregado y Tipo de Cemento131 VI.4.4 Resistencia Promedio Requerida(Fcr)132 VI.5 LEY DE ABRAMS135 VI.5.1 Enunciado y Cálculo135 VI.5.2 Correcciones de ␣136 VI.5.3 Límites de ␣ por Durabilidad138 VI.6 RELACIÓN TRIANGULAR139 VI.6.1 Enunciado y Cálculo139 VI.6.2 Correcciones del Cemento141 VI.6.3 Dosis Mínima de Cemento por Durabilidad142 VI.7 CÁLCULO DE LOS RESTANTES COMPONENTES142 VI.7.1 Volumen de Aire Atrapado142 VI.7.2 Volumen Absoluto de los Granos de Cemento143 VI.7.3 Volumen Absoluto del Agua143 VI.7.4 Volumen Absoluto de los Agregados143 VI.7.5 Ecuación de Volumen y Cálculo de la Dosis de Agregados144 VI.8 EXPRESIÓN DE RESULTADOS144 VI.9 ESQUEMA DE DISEÑO145 VI.10 DISEÑOS INVERSOS145 VI.11 AJUSTE SEGÚN LA RESISTENCIA DEL CEMENTO145 VI.12 CORRECIÓN POR HUMEDAD147 VI.13 AJUSTES DE LA MEZCLA148 VI.13.1 Ajustes de la Relación Triangular148 VI.13.2 Ajuste de la Ley de Abrams149 VI.14 DOSIFICACIÓN PARA OBRAS DE POCO VOLUMEN DE CONCRETO150 VI.14.1 Receta Simple150 VI.14.2 Receta Ampliada151 VI.15 DOSIFICACIÓN EN VOLUMEN152 VI.15.1 Dosis de Cemento152 VI.15.2 Dosis de Agregados152 VI.16 EJEMPLOS DE DISEÑOS DE MEZCLA153 CAPÍTULO VII ADITIVOS165 VII.1 GENERALIDADES165 VII.2 EFECTOS DE LOS ADITIVOS167 VII.3 MODIFICADORES DE LA RELACIÓN TRIANGULAR168 VII.3.1 Acción Plastificante168 VII.3.2 Ahorro de Cemento171 VII.3.3 Reducción de Agua173 xii
  11. 11. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L VII.4 MEJORADORES DE LA TIXOTROPÍA. PLASTIFICANTES Y SUPERPLASTIFICANTES175 VII.5 MODIFICADORES DE LOS TIEMPOS DE FRAGUADO176 VII.5.1 Aditivos Aceleradores176 VII.5.2 Retardadores178 VII.6 IMPERMEABILIZACIÓN180 VII.7 INCORPORADORES DE AIRE180 VII.8 CONTROL DE LOS ADITIVOS182 VII.8.1 Mezclas de Prueba182 VII.8.2 Ensayos de Control182 VII.8.3 Uso del Aditivo183 VII.8.4 Combinación de Aditivos184 VII.9 OTROS ADITIVOS184 VII.9.1 Formadores de Gas184 VII.9.2 Aditivos Adhesivos185 VII.9.3 Facilitadores de Bombeo185 VII.9.4 Aditivos Colorantes185 VII.10 CONSIDERACIONES FINALES185 REFERENCIAS186 CAPÍTULO VIII PREPARACIÓN Y MEZCLADO187 VIII.1 CONSIDERACIONES GENERALES187 VIII.2 MODOS DE PREPARACIÓN187 VIII.2.1 Mezclado en Obra para pequeños Volúmenes187 VIII.2.2 Mezclado Central en Obra188 VIII.2.3 Premezclado Comercial188 VIII.3 CALIDAD Y ALMACENAMIENTO DE LOS COMPONENTES188 VIII.3.1 Agregados188 VIII.3.2 Cemento189 VIII.3.3 Agua189 VIII.4 DOSIFICACIÓN189 VIII.4.1 Dosificación por Peso191 VIII.4.2 Dosificación por Volumen191 VIII.5 MEZCLADO192 VIII.5.1 Tipos de Mezcladoras192 VIII.5.2 Capacidad de las Mezcladoras194 VIII.5.3 Orden de Llenado195 VIII.5.4 Tiempos de Mezclado195 VIII.6 MEZCLAS DE LABORATORIO196 VIII.7 CONCRETO PREMEZCLADO198 VIII.7.1 Opciones de Premezclado199 VIII.7.2 Dosificación y Resistencia199 REFERENCIAS200 CAPÍTULO IX MANEJO DEL CONCRETO201 IX.1 TRANSPORTE201 IX.1.1 Carretillas y ‘Buggies’202 xiii
  12. 12. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L IX.1.2 Canaletas y Tubos202 IX.1.3 Elevadores203 IX.1.4 Grúas y Torres Grúas203 IX.1.5 Camión Transportador con Volteo204 IX.1.6 Cintas Transportadoras204 IX.1.7 Bombeo204 IX.2 COLOCACIÓN O VACIADO207 IX.2.1 Espesor de Capas207 IX.2.2 Vaciados Verticales208 IX.2.3 Tuberías y Conductos Embutidos210 IX.2.4 Colocación Bajo Agua210 IX.3 COMPACTACIÓN211 IX.3.1 Vibración Interna con Vibradores de Inmersión214 IX.3.2 Vibración Externa217 IX.3.3 Mesa Vibrante217 IX.3.4 Reglas Vibratorias218 IX.3.5 Revibrado218 IX.3.6 Otros Métodos218 IX.4 CURADO218 IX.4.1 Fundamentos y Procedimientos Usuales219 IX.4.2 Procedimientos Especiales220 IX.5 DESENCOFRADO222 REFERENCIAS224 CAPÍTULO X JUNTAS225 X.1 GENERALIDADES225 X.2 CLASIFICACIÓN226 X.2.1 Juntas de Retracción o Contracción226 X.2.2 Juntas de Expansión o Dilatación227 X.2.3 Juntas de Acción Combinada229 X.2.4 Juntas de Construcción229 X.3 DISEÑO DE LAS JUNTAS231 X.3.1 Cálculo de las Juntas231 X.3.2 Selección de su Ubicación231 X.4 FORMAS DE LA JUNTAS DE EXPANSIÓN232 X.4.1 Juntas a Tope232 X.4.2 Juntas Sobrepuestas o de Solape232 X.5 ESTADOS TENSIONALES EN LAS JUNTAS233 X.5.1 Juntas a Tope233 X.5.2 Juntas de Solape234 X.6 SELLADO DE LAS JUNTAS235 X.6.1 Aislamiento del Medio Ambiente235 X.6.2 Impermeabilización235 X.6.3 Protección Mecánica235 X.7 SISTEMAS Y TIPOS DE SELLADO236 X.7.1 Sellantes Moldeables en Sitio236 X.7.2 Sellantes Preformados238 xiv
  13. 13. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L X.8 MATERIALES DE SELLADO238 X.8.1 Rellenos Rígidos238 X.8.2 Elastómeros de Reacción Interna238 X.8.3 Elastómeros en Solventes239 X.8.4 Materiales con Propiedades Plásticas239 X.8.5 De Aplicación en Caliente240 X.8.6 Otros Productos240 X.8.7 Elementos Preformados para Relleno240 X.8.8 Sellos Impermeabilizantes (‘Waterstops’)240 X.8.9 Refuerzos Metálicos241 X.8.10 Cedazos Desplegados241 X.9 RECOMENDACIONES FINALES241 REFERENCIAS242 CAPÍTULO XI RESISTENCIAS MECÁNICAS243 XI.1 LEY FUNDAMENTAL243 XI.2 CONDICIONES DEL ENSAYO A COMPRESIÓN245 XI.2.1 Colocación de Remates de Azufre247 XI.2.2 Aplicación Axial de la Carga247 XI.2.3 Velocidad de Carga247 XI.2.4 Tamaño y Forma de las Probetas247 XI.3 DESARROLLO DE LA RESISTENCIA249 XI.4 ENSAYOS ACELERADOS252 XI.5 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN252 XI.5.1 Resistencia a la Tracción por Flexión253 XI.5.2 Resistencia a la Tracción Indirecta253 XI.5.3 Resistencia a la Tracción Directa253 XI.5.4 Relación con la Resistencia a la Compresión253 XI.6 RESISTENCIA AL CORTE256 XI.6.1 Relación con la Resistencia a la Compresión256 XI.6.2 Resistencia al Corte de Miembros Estructurales256 XI.6.3 Resistencia al Corte por Fricción259 XI.7 MECANISMO DE FRACTURA259 XI.7.1 Agrietamiento259 XI.7.2 Rotura de las Probetas Normativas260 XI.7.3 Aspecto de la Superficie de Falla261 XI.8 RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO262 CAPÍTULO XII OTRAS CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO ENDURECIDO263 XII.1 PESO UNITARIO263 XII.2 POROSIDAD264 XII.2.1 Ultramicroporos del Gel264 XII.2.2 Poros entre Granos de Cemento264 XII.2.3 Canalillos y Burbujas264 XII.2.4 Porosidad del Agregado264 XII.3 ESTANQUEIDAD265 xv
  14. 14. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L XII.4 PROPIEDADES TÉRMICAS Y CALOR DE HIDRATACIÓN265 XII.5 DEFORMABILIDAD DEL CONCRETO. SIMPLE Y CONFINADO267 XII.5.1 Coeficiente o Relación de Poisson (␮)267 XII.5.2 Relación Tensión-Deformación Unitaria (f -⑀)268 XII.5.3 Módulo de Elasticidad269 XII.5.3.1 Características Básicas del Módulo de Elasticidad (Ec)270 XII.5.3.2 Tipos de Módulos de Elasticidad271 XII.5.3.3 Variables que afectan el Módulo de Elasticidad273 XII.5.3.4 Fórmulas de Cálculo273 XII.5.4 Módulo de Rigidez274 XII.6 RETRACCIÓN274 XII.6.1 Definición274 XII.6.2 Evolución de la Retracción275 XII.6.3 Cálculo de la Retracción en el Concreto Endurecido275 XII.6.4 Refuerzo contra la Retracción277 XII.6.5 Retracción Impedida279 XII.7 FLUENCIA279 XII.7.1 Definición279 XII.7.2 Cálculo de las Deformaciones por Fluencia279 XII.7.3 Flechas Diferidas por Retracción y Fluencia282 REFERENCIAS283 CAPÍTULO XIII CONCRETOS ESPECIALES285 XIII.1 ALTA RESISTENCIA285 XIII.1.1 Componentes285 XIII.1.2 Diseño de Mezcla287 XIII.1.3 Manejo, Colocación y Curado289 XIII.1.4 Control de Calidad290 XIII.1.5 Aplicaciones290 XIII.2 CONCRETO CON FIBRAS. FIBROCONCRETO291 XIII.2.1 Orígenes y Evolución291 XIII.2.2 Uso como Agregado del Concreto291 XIII.2.3 Tipos de Fibras292 XIII.2.4 Adherencia293 XIII.2.5 Deformación293 XIII.2.6 Falla293 XIII.2.7 Fabricación del Fibrocemento294 XIII.2.8 Usos y Aplicaciones295 XIII.3 CONCRETO PROYECTADO295 XIII.3.1 Metodos de Proyección296 XIII.3.2 Materiales Componentes297 XIII.3.3 Características297 XIII.3.4 Diseño de Mezcla298 XIII.3.5 Colocación298 XIII.3.6 Control de Calidad298 XIII.3.7 Futuro299 xvi
  15. 15. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L XIII.4 CONCRETO LIVIANO ESTRUCTURAL299 XIII.4.1 Fabricación de los Agregados Livianos299 XIII.4.2 Estructura del Grano300 XIII.4.3 Características del Agregado Liviano300 XIII.4.4 Usos del Agregado Liviano301 XIII.4.5 Finos Livianos301 XIII.4.6 Diseño de Mezcla302 XIII.4.7 Resistencia a Compresión303 XIII.4.8 Resistencia a Tracción303 XIII.4.9 Módulo de Elasticidad, Ec303 XIII.4.10 Rotura Frágil304 XIII.4.11 Durabilidad304 XIII.5 CONCRETOS PARA EL SISTEMA TÚNEL304 XIII.5.1 Características del Concreto305 XIII.5.2 Control de Calidad307 XIII.6 VACIADOS BAJO AGUA308 XIII.6.1 Colocación308 XIII.6.2 Características del Concreto309 XIII.7 CONCRETOS SIN FINOS309 XIII.7.1 Agregados310 XIII.7.2 Dosificación310 XIII.7.3 Elaboración310 XIII.8 CONCRETO CELULAR311 XIII.8.1 Usos311 XIII.9 CONCRETOS DE ASENTAMIENTO NULO311 XIII.10 CONCRETOS EN MASA312 XIII.10.1 Requerimientos Resistentes y Tamaño Máximo313 XIII.10.2 Materiales Empleados313 XIII.10.3 Plantas de Mezclado315 XIII.10.4 Dosificación y Concreto Fresco315 XIII.10.5 Control del Concreto Fresco y Muestreo316 XIII.10.6 Transporte y Colocación316 XIII.10.7 Juntas de Construcción317 XIII.11 GROUTING317 XIII.12 CONCRETOS EPÓXICOS318 XIII.13 CONCRETO SIMPLE318 XIII.13.1 Tipos de Miembros319 XIII.13.2 Limitaciones319 XIII.13.3 Juntas319 XIII.14 CONCRETO ARQUITECTÓNICO319 XIII.14.1 Concretos Coloreados320 XIII.14.2 Concreto Texturizado321 XIII.14.3 Concreto Impreso o Estampado321 XIII.15 MORTEROS SUPEREXPANSIVOS321 XIII.15.1 Procedimiento321 XIII.15.2 Avances Recientes322 REFERENCIAS322 xvii
  16. 16. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L CAPÍTULO XIV EVALUACIÓN DE LOS ENSAYOS DE RESISTENCIA DEL CONCRETO323 XIV.1 OBJETO323 XIV.2 VARIACIONES DE LA CALIDAD DEL CONCRETO325 XIV.3 ALCANCE DE LOS PRINCIPIOS ESTADÍSTICOS325 XIV.4 SÍMBOLOS325 XIV.5 PARÁMETROS ESTADÍSTICOS327 XIV.5.1 Parámetros del Universo329 XIV.6 LA DISTRIBUCIÓN NORMAL329 XIV.7 APLICACIÓN334 XIV.7.1 Resistencia Especificada en el Proyecto Estructural334 XIV.7.2 Implicaciones del Control en la Seguridad335 XIV.7.3 Mayoración de Resistencias335 XIV.7.4 Desviación Estándar Conocida336 XIV.7.5 Desviación Estándar cuando no hay Suficientes Antecedentes337 XIV.7.6 Ajuste del Valor de la Desviación Estándar339 XIV.7.7 Fracción Defectuosa o Cuantil339 XIV.8 MEZCLAS DE PRUEBA339 XIV.8.1 Mezclas de Prueba en Obra339 XIV.8.2 Mezclas de Prueba en el Laboratorio340 XIV.9 TIPOS DE DISPERSIONES340 XIV.9.1 Variación dentro del Ensayo340 XIV.9.2 Variación entre Mezclas de un mismo Concreto341 XIV.9.3 Calificación de la Empresa341 XIV.10 ASPECTOS DEL CONTROL342 XIV.10.1 Muestreo342 XIV.10.2 Dos Probetas por Ensayo343 XIV.10.3 Edad del Ensayo344 XIV.10.4 Eliminación de Resultados345 XIV.11 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO347 XIV.11.1 Criterios Generales347 XIV.11.2 Criterios Específicos349 XIV.11.3 Rechazo351 XIV.12 REPRESENTACIÓN GRÁFICA353 REFERENCIAS354 CAPÍTULO XV EVALUACIÓN DEL CONCRETO COLOCADO355 XV.1 ALCANCE355 XV.2 ENSAYOS EN SITIO DURANTE LA FASE DE CONSTRUCCIÓN356 XV.2.1 Cilindros356 XV.2.2 Criterios de Aceptación357 XV.3 ENSAYOS EN SITIO EN ESTRUCTURAS EXISTENTES357 XV.3.1 Núcleos357 XV.3.2 Criterios de Aceptación para Núcleos358 XV.4 ESTIMACIÓN DE RESISTENCIA CON ENSAYOS CUALITATIVOS NORMALIZADOS359 XV.4.1 Determinación de la Velocidad de Pulso Ultrasónico359 XV.4.2 Determinación del Número de Rebote o Ensayo Esclerométrico363 xviii
  17. 17. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L XV.4.3 Ensayos de Penetración365 XV.4.4 Ensayos de Madurez365 XV.4.5 Muestras Moldeadas en Sitio366 XV.4.6 Criterios de Aceptación367 XV.5 RESUMEN DE MÉTODOS Y APLICACIONES368 XV.6 LINEAMIENTOS PARA OBTENER UNA CORRELACIÓN CONFIABLE368 XV.6.1 Velocidad de Pulso Ultrasónico369 XV.6.2 Determinación del Rebote (Esclerómetro)371 XV.6.3 Ensayos de Penetración371 XV.6.4 Madurez372 XV.6.5 Muestras Moldeadas en Sitio372 XV.7 MÉTODOS DE ENSAYO NO DESTRUCTIVOS372 XV.7.1 Clasificación de los Métodos de Ensayo373 XV.7.2 Limitaciones en el Uso373 XV.8 EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS EXISTENTES374 XV.8.1 El Origen de la Deficiencia Resistente está bien Establecida374 XV.8.2 EL Origen de la Deficiencia Resistente no está bien Entendida376 XV.8.3 Problemas de Deterioro378 XV.8.4 Estructuras Dañadas por Sismos Intensos378 REFERENCIAS378 CAPÍTULO XVI DETERIORO FÍSICO379 XVI.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL AGRIETAMIENTO379 XVI.1.1 Mecanismo Básico379 XVI.1.2 Esquema del Tratamiento379 XVI.1.3 Manifestación del Agrietamiento380 XVI.2 CAUSAS PRINCIPALES DEL AGRIETAMIENTO381 XVI.2.1 Sobrecargas382 XVI.2.2 Asentamientos Diferenciales383 XVI.2.3 Sismos384 XVI.2.4 Proyecto y Ejecución384 XVI.2.5 Retracción de Fraguado386 XVI.2.6 Retracción en Estado Endurecido387 XVI.2.7 Temperarura388 XVI.2.8 Causas Combinadas388 XVI.2.9 Corrosión del Acero de Refuerzo389 XVI.2.10 Otras Causas de Agrietamiento389 XVI.3 REPARACIÓN DE LAS GRIETAS389 XVI.3.1 Autosellado por Percolación390 XVI.3.2 Autosellado por Cristalización390 XVI.3.3 Inyección con Resinas Epóxicas390 XVI.3.4 Resinas Acrílicas391 XVI.3.5 Otros Recubrimientos392 XVI.3.6 Sellos Elasto-Plásticos392 XVI.4 DESGASTE392 XVI.4.1 Abrasión por Tránsito392 xix
  18. 18. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L XVI.4.2 Abrasión Húmeda393 XVI.4.3 Erosión393 XVI.4.4 Causas Químicas393 XVI.5 FUEGO394 XVI.5.1 Características de los Incendios394 XVI.5.2 Acción sobre el Concreto395 XVI.5.3 Acero de Refuerzo396 XVI.5.4 Interacción entre Elementos Estructurales397 XVI.5.5 Estimación de Daños397 XVI.5.6 Reparaciones399 REFERENCIAS399 CAPÍTULO XVII ESTABILIDAD QUÍMICA DEL CONCRETO401 XVII.1 AGREGADOS401 XVII.1.1 Reactividad Potencial401 XVII.1.2 Sensibilidad de Agregados Calizos a los Ácidos401 XVII.1.3 Agregados con Yeso o Selenitosos402 XVII.1.4 Agregados Contaminados con Cloruros402 XVII.1.5 Materia Orgánica402 XVII.2 CONSIDERACIONES SOBRE EL ATAQUE A LA PASTA DE CEMENTO402 XVII.3 MECANISMOS BÁSICOS DEL ATAQUE A LA PASTA403 XVII.3.1 Deslavado403 XVII.3.2 Disolución403 XVII.3.3 Cristalización403 XVII.4 CAUSAS DEL DETERIORO DE LA PASTA403 XVII.4.1 Composición del Cemento404 XVII.4.2 Cal Libre404 XVII.4.3 Ácidos404 XVII.4.4 Sulfatos404 XVII.4.5 Carbonatación405 XVII.4.6 Congelación y Deshielo405 XVII.5 AGRESIÓN DEL AGUA DE MEZCLADO406 XVII.6 PREVENCIÓN DEL ATAQUE A LA PASTA406 XVII.6.1 Impenetrabilidad del Concreto406 XVII.6.2 Cementos Resistentes a la Agresión Química407 XVII.6.3 Exposición a los Sulfatos407 XVII.7 REPARACIÓN DE LOS DAÑOS POR ATAQUE DIRECTO409 XVII.8 CORROSIÓN DEL REFUERZO METÁLICO409 XVII.9 MECANISMO DE CORROSIÓN DEL ACERO DE REFUERZO410 XVII.9.1 Pérdida de Protección del Acero410 XVII.9.2 Proceso Químico de la Corrosión411 XVII.10 CAUSAS PRÁCTICAS DE LA CORROSIÓN412 XVII.10.1 Condicionantes del Medio Ambiente412 XVII.10.2 Factores que dependen del Material412 XVII.10.3 Porosidad412 XVII.10.4 Defectos413 XVII.10.5 Espesor del Recubrimiento413 xx
  19. 19. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L XVII.10.6 Presencia de Sales414 XVII.10.7 Calidad del Acero414 XVII.10.8 Conductos de Aluminio415 XVII.11 PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN415 XVII.11.1 Protección Catódica416 XVII.11.2 Resinas Epóxicas416 XVII.11.3 Impermeabilización416 XVII.11.4 Recubrimiento o Pintura del Acero417 XVII.11.5 Limitaciones en el Uso de Aditivos417 XVII.11.6 Inhibidores418 XVII.12 REPARACIÓN418 XVII.12.1 Remoción del Material Dañado418 XVII.12.2 Limpieza de las Superficies419 XVII.12.3 Material de Reposición419 XVII.12.4 Concretos y Morteros de Cemento419 XVII.12.5 Látex no Emulsionable420 XVII.12.6 Morteros de Expansión Controlada420 XVII.12.7 Resinas Epóxicas420 XVII.13 EFLORESCENCIA421 XVII.13.1 Definiciones421 XVII.13.2 Causas421 XVII.13.3 Prevención422 XVII.13.4 Reparación422 REFERENCIAS422 CAPÍTULO XVIII ACERO DE REFUERZO PARA EL CONCRETO423 XVIII.1 EL ACERO423 XVIII.1.1 Acero423 XVIII.1.2 Acero al Carbono423 XVIII.1.3 Aceros al Carbono Comunes423 XVIII.1.4 Aceros Aleados424 XVIII.2 PRODUCCIÓN DE ACERO424 XVIII.2.1 Reducción del Hierro425 XVIII.2.2 Fundición425 XVIII.3 INFLUENCIA DE LAS ALEACIONES425 XVIII.4 LAMINACIÓN426 XVIII.4.1 Proceso427 XVIII.4.2 Productos Laminados427 XVIII.5 BARRAS DE REFUERZO428 XVIII.5.1 Introducción428 XVIII.5.2 Normas428 XVIII.5.3 Clasificación428 XVIII.5.4 Barras de Acero Comunes430 XVIII.5.5 Barras con Tratamiento de Torsionado en Frío430 XVIII.5.6 Barras Termotratadas430 XVIII.5.7 Barras de Acero Microaleado430 xxi
  20. 20. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L XVIII.6 PROPIEDADES NORMATIVAS431 XVIII.6.1 Resistencia a la Tracción (Fsu)431 XVIII.6.2 Límite Elástico Convencional (Fy)431 XVIII.6.3 Porcentaje de Alargamiento en 20 cm incluida la Estricción431 XVIII.6.4 Doblado en Frío432 XVIII.6.5 Composición Química432 XVIII.6.6 Geometría de los Resaltes432 XVIII.6.7 Requisitos Adicionales433 XVIII.7 DESIGNACIÓN Y CLASIFICACIÓN433 XVIII.7.1 Designación433 XVIII.7.2 Clasificación434 XVIII.7.3 Alargamiento en 20 cm435 XVIII.8 MARCACIÓN435 XVIII.8.1 Símbolo del Fabricante436 XVIII.8.2 Designación de la Barra436 XVIII.8.3 Clasificación del Acero436 XVIII.8.4 Límite Elástico Nominal436 XVIII.9 SOLAPES436 XVIII.10 SOLDADURA437 XVIII.10.1 Soldadura a Tope438 XVIII.10.2 Soldadura con Solape438 XVIII.10.3 Cálculo del Cordón de Soldadura440 XVIII.10.4 Control de Calidad440 XVIII.11 ALAMBRES LAMINADOS EN FRÍO441 XVIII.11.1 Características441 XVIII.11.2 Limitaciones de Uso442 XVIII.12 MALLAS ELECTROSOLDADAS442 XVIII.12.1 Fabricación y Uso442 XVIII.12.2 Características Mecánicas442 XVIII.13 CERCHAS ELECTROSOLDADAS443 XVIII.13.1 Fabricación y Uso443 XVIII.13.2 Características Mecánicas443 REFERENCIAS446 GLOSARIO447 DOCUMENTOS QUE RESPALDAN ESTE MANUAL461 Referencias Generales461 Contribuciones del Doctor Joaquín Porrero465 Publicaciones de Comités del ACI467 Normas COVENIN468 Normas ASTM477 ÍNDICE ANALÍTICO483 xxii
  21. 21. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L ADVERTENCIA Por sus objetivos y alcance, el contenido de este Manual se encuentra estrechamente vinculado con los resultados de ensayos, sean de campo o de laboratorio. Por tanto es necesario asegurar la naturaleza repetible o reproducible de muchas de las conclusiones y recomendaciones; ésta se encuentra sustentada en los procedimientos de ensayo y medición controlados, tal como se establece en las Normas de ensayo y Especificaciones. En el texto se hace referencia a las Normas COVENIN en sus versiones vigentes, anotando en lo posible sus equivalentes ASTM, las cuales se listan en los Anexos; ocasionalmente se citan otras Normas o métodos de ensayo como RILEM, ISO u otras, así como las publicaciones de varios de los Comités del ACI. Sin duda que, entre las Normas de diseño y ejecución de obras de concreto reforzado, la más relacionada con la temática del Manual es la COVENIN 1753, que trata sobre el diseño y construcción de obras en concreto estructural. Para la fecha cuando se prepara esta edición digital, aún se encuentra formalmente en vigencia la versión de la Norma 1753 correspondiente al año 1987, esencialmente coincidente con la del año 1985; este último documento se fundamentó en el código ACI 318 del año 1983. Sin embargo y gracias a la colaboración de AVECRETO, en Mayo de 2003 circuló en el medio profesional una edición de estudio con el Articulado de un nuevo y actualizado documento resultado de un Proyecto de Investigación patrocinado por FONACIT y elaborado por SOCVIS, que fue sometido a escrutinio público durante un año, discutido en el Sub-Comité Técnico y finalmente aprobado y publicado como FONDONORMA 1753:2006 Proyecto y Construcción de Obras en Concreto Estructural. Éste se ha elevado a la consideración de las autoridades competentes para actualizar la versión aún vigente de COVENIN 1753:1987, en cumplimiento de la disposición transitoria de la Norma COVENIN 1756 Sección 3.3.1. Las menciones que se hacen en este Manual del Concreto Estructural se refieren al documento FONDONORMA 1753. xxiii
  22. 22. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L NOTACIÓN A = contenido de arena (kgf/m3 ); área de una sección (cm2 ) Ab = capacidad de absorción de agua del agregado, en porcentaje del material seco Ac = área que transmite el corte en el concreto (cm2 ) Aj = área de la junta o unión de miembros estructurales (cm2 ) As = área de la sección de acero sometida a la tracción (cm2 ) A's = área de la sección de acero sometida a la compresión (cm2 ) Bn = resistencia teórica al aplastamiento del concreto (kgf/cm2 ) C = contenido de cemento (kgf/m3 ) Cc = calor específico del concreto (kCal/kgf°C); valor corregido de C Ct = factor de fluencia D = diámetro de un cilindro (cm); diámetro de una barra de acero (cm o pulgadas) Ec = módulo de elasticidad del concreto (kgf/cm2 ) Ed = módulo de elasticidad dinámico del concreto (kgf/cm2 ) Es = módulo de elasticidad del acero (kgf/cm2 ) Eo = módulo de elasticidad tangente en el origen del diagrama f - ⑀ del concreto (kgf/cm2 ) Fc = resistencia de diseño o de cálculo, del concreto a la compresión (Sustituye a f’c) ( kgf/cm2 ). Ocasionalmente identificada como resistencia característica ya en desuso Fcr = Fc - z␴ = resistencia promedio requerida en el diseño de mezclas (kgf/cm2 ). Equivale a R Fct = resistencia a la tracción indirecta del concreto (kgf/cm2 ) Fr = resistencia a la tracción por flexión (kgf/cm2 ). El subíndice r viene del 'módulo de rotura', actualmente en desuso Fsu = resistencia especificada a la rotura del acero de refuerzo (kgf/cm2 ) Fy = tensión cedente especificada del acero (kgf/cm2 ) G = contenido de agregado grueso en la mezcla (kgf/m3 ); módulo de corte o módulo de elasticidad al corte (kgf/cm2 ) Gsss = peso del agregado saturado con superficie seca (kgf) Gw = peso del agregado húmedo (kgf) Kc = conductividad del concreto (kCal/m h°C) xxv
  23. 23. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L L = longitud de una probeta cilíndrica o prismática (cm); luz libre de una losa (m) Ln = símbolo del logaritmo neperiano M y N = constantes auxiliares Nu = carga axial de compresión mayorada (kgf) P = carga aplicada (kgf); tamaño máximo del agregado grueso (cm o pulgadas) PU = peso unitario del agregado, saturado con superficie seca (kfg/m3 ) R = resitencia media del concreto a la compresión (kgf/cm2 ) Rci = resistencia media a la compresión de un concreto preparado con el cemento “i” (kgf/cm2 ) Rmi = resistencia media a la compresión de un mortero normalizado, con el cemento “i” (kgf/cm2 ) Rmt = resistencia media a compresión de un mortero normalizado a los t días (kgf/cm2 ) Rt = valor de R a la edad de t días S = desviación típica o estándar, muestral (mismas unidades de la variable) Sc = retracción del concreto SCon = desviación estándar atribuible al concreto Se = desviación estándar de los ensayos Sp = retracción de la pasta T = asentamiento medido con el Cono de Abrams (pulgadas o cm); resistencia a la tracción pura (kgf/cm2 ); temperatura en °C V = fuerza cortante (kgf); volumen de aire atrapado en %; velocidad de propagación de pulsos ultrasónicos (cm/seg) Va = volumen absoluto de agua (litros) V(A+G) = volumen absoluto de agregado (m3 o litros) VC = volumen absoluto del cemento (m3 o litros) Vcon = contribución del concreto a resistir fuerzas cortantes (kgf) X ó Xi = valor individual de una muestra cualquiera X = media muestral de cualquier parámetro o variable W = peso unitario del concreto (kgf/m3 ) a = contenido de agua en la mezcla de concreto, (litros/m3 ) b = ancho de una sección rectangular (cm) d = distancia de la fibra extrema comprimida y el baricentro del acero de refuerzo traccionado (cm) d = rango; igual a la diferencia entre el valor mayor y el menor del grupo de datos que se está considerando: (Xmáx – Xmin) f = tensión de compresión o de tracción en el concreto (kgf/cm2 ) xxvi
  24. 24. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L f'c = Fc fs = tensión en el acero de refuerzo (kgf/cm2 ) h = difusividad del concreto (m2 /hora) h = edad del concreto en horas medidas desde el inicio del mezclado j = edad del concreto en días k = constantes obtenidas por regresión; factor de corrección por esbeltez kr = factor de ponderación del rango d para el cálculo de S log = símbolo del logaritmo decimal m y n = variables auxiliares n = número de ensayos o de datos q = cuantía mecánica = ␳ Fy / Fc r = D/2 = radio de una probeta cilíndrica (cm) t = edad de un concreto en días después de vaciado w = humedad presente en el agregado, en porcentaje del material seco z = variable tipificada o normalizada de la distribución estándar normal ͬL = cambio de longitud (cm) ͬ⑀ = cambio en la deformación unitaria ͬf = cambio en la tensión f ␣ = a/C relación agua/cemento en peso ␣f = valor ficticio de ␣ por el efecto plastificante de un aditivo ␤ = A / (A+G) = relación que denota el contenido de arena referido al agregado total ␥ = ␶ / G = deformación unitaria por tensión de corte; (kgf/cm2 ) ␥A = peso específico del agregado fino o arena saturado con superficie seca ␥A+G = peso específico ponderado del agregado saturado con superficie seca ␥G = peso específico del agregado grueso saturado con superficie seca ␦ = masa específica del concreto ⑀ = deformación unitaria a la tracción o a la compresión ␪ = variable empleada en el diseño de mezclas para ajustar variaciones del contenido de cemento C ␭ = factor de corrección del coeficiente de fricción ␮ = coeficiente de fricción; micras; coeficiente de Poisson; media del universo ␯ = S/X = coeficiente de variación ␳ = As/bd = cuantía del acero de refuerzo longitudinal ␴ = desviación típica o estándar del universo (unidades de la variable) ␶ = tensión cortante en el concreto (kgf/cm2 ) ␸ = coeficiente de dilatación térmica (1/°C) ␻ también empleado como q xxvii
  25. 25. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L CONVERSIÓN DE UNIDADES (Redondeado al 3er Decimal) Longitud 1 m = 39,37 pulgadas 1 pulgada = 2,54 cm 1 m = 1,094 yardas 1 yarda = 0,914 m 1 km = 0,622 millas 1 milla = 1609 m 1 m = 3,281 ft 1 pié = 12 pulgadas = 0,305 m Densidad 1 g/cm3 = 62 lb/ ft3 = 8,34 lb /USgal 1 kgf/m3 = 0,0625 lb / ft3 1 lb/ft3 = 16,005 kgf/m3 Fuerza 1 kgf = 2,205 lb 1 lb = 0,453 kgf 1 N = 1 kgm - m/seg2 = 105 dinas 1 dina = 1 grm - cm/seg2 = 10-5 N 1 kgf = 9,81 N 106 dinas = 1,019 kgf 1 Ton = 0,984 long Ton= 2240 lb 1 Ton = 1,102 short Ton = 2000 lb Área 1 m2 = 10,764 ft2 1 ft2 = 0,0929 m2 1 cm2 = 0,155 pulg2 1 pulg2 = 6,452 cm2 Tensión y Presión 1 kgf/cm2 = 14,223 psi 1 psi = 1 lb/pul2 = 0,0703 kgf/cm2 1 Atmosf = 1,033 kgf/cm2 = 14,697 psi 1psi = 2048,2 lb/ft2 1 kgf/m2 = 0,205 lb/ft2 1 Atmósfera = 1,013 x 105 Pa = 1,013 bar 1 bar = 105 Pa 1 Pa = 10 dinas/cm2 = 1N/m2 1 KPa = 102 kgf/m2 1 MPa = 10,2 kgf/cm2 Velocidad 1 km/hora = 27,78 cm/seg = 0,911 ft/sec 1 ft/sec = 1,098 km/hora Capacidad 1 litro = 61,024 pulg3 1 pulg3 = 0,0164 lt 1 m3 = 35,315 ft3 1 ft3 = 0,0283 m3 1 litro = 0,264 US galon 1 US galon = 0,134 ft3 = 3,792 lit xxviii
  26. 26. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L Energía 1 Joule = 107 ergios = 0,102 kgf-m 1 Ergio = 1 dina-cm =10-7 Joule 1 kgf-m = 7,234 ft-lb 1 ft-lb = 0,138 kgf-m 1 Joule = 0,239 gr-calorías 1 gr-caloría = 4,84 Joule Temperatura °C = 5 (°F -32) °F = 32 + 9°C 9 5 SIGLAS AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials ACI: American Concrete Institute ASTM: American Society for Testing and Materials AWS: American Welding Society CCCA: Comité Conjunto del Concreto Armado CEB: Comité Euro Internacional del Concreto COPANT: Comité Panamericano de Normas Técnicas COVENIN: Comisión Venezolana de Normas Industriales DIN: Normas Industriales Alemanas IMME: Instituto de Materiales y Modelos Estructurales ISO: International Standard Organization MINDUR: Ministerio de Desarrollo Urbano MOP: Ministerio de Obras Públicas PCA: Portland Cement Association RILEM: Reunión Internacional de Laboratorios de Ensayo de Materiales UCV: Universidad Central de Venezuela xxix
  27. 27. CAPÍTULO I GENERALIDADES I.1 DEFINICIÓN Y DESARROLLO HISTÓRICO I.1.1 Definición El concreto u hormigón es un material que se puede considerar constituido por dos partes: una es un producto pastoso y moldeable, que tiene la propiedad de endurecer con el tiempo, y la otra son trozos pétreos que quedan englobados en esa pasta. A su vez, la pasta está constituida por agua y un producto aglomerante o conglomerante, que es el cemento. El agua cumple la doble misión de dar fluidez a la mezcla y de reaccionar químicamente con el cemento dando lugar, con ello, a su endurecimiento. I.1.2 Antecedentes Se conocen evidencias históricas de productos parecidos al concreto, con varios milenios de antigüedad. Durante el Imperio Romano se desarrolló una especie de concreto utilizando el aglomerante que llamaban `cementum . El concreto, tal como se conoce actualmente, tuvo sus inicios en la segunda mitad del siglo XVIII, con las investigaciones sobre cales de John Smeaton y Joseph L. Vicat. A principios del siglo XIX se desarrolla el cemento Portland y, a comienzos del siglo XX, se estudian y establecen la mayor parte de las relaciones que gobiernan el comportamiento del material. Su evolución y avance es permanente, habiendo logrado adelantos tecnológicos importantes (véase Capítulo XIII). Algunos ejemplos son: El concreto precomprimido, el concreto liviano, el uso de los aditivos químicos, los concretos ultrarresistentes, los de exigente comportamiento y otros. Los romanos usaron con gran éxito cementos puzolánicos, que son una mezcla de cal y materiales volcánicos que reaccionan entre sí y con el agua, dando origen a productos en cierto modo similares a los componentes hidratados de los cementos actuales. Algunas imponentes obras romanas de concreto se conservan en buen estado. Un ejemplo impresionante es el Panteón de Roma (27 a.c.), antiguo templo pagano convertido posteriormente en iglesia cristiana. Fue hecho con concreto aligerado, empleando piedra pómez liviana como agregado, y tiene un domo de 43,3 metros de diámetro, abierto circularmente en la cumbre. Las diferencias fundamentales entre los concretos primitivos y los actuales provienen del tipo de aglomerante. Inicialmente se usaron yeso o cal. El 31 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  28. 28. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L 32 yeso deshidratado por el calor de, por ejemplo, una fogata sencilla, absorbe nuevamente el agua y endurece. La cal, obtenida en hornos especiales o bajo la acción directa del fuego, se descarbonata, con resultados similares. Sin embargo, las características del yeso y de la cal aérea (que endurece por reacción con el anhídrido carbónico de la atmósfera) difieren de las que tienen los actuales aglomerantes, los cuales han permitido el empleo masivo del concreto. Dentro del mundo de la construcción el concreto es, en sus diversas variantes, el material de uso más extendido en zonas urbanas. Se estima, en general, que este material es el segundo en cantidad que usa el hombre, después del agua; donde hay actividad humana organizada, hay concreto. Cada año se produce un tercio de tonelada de concreto por cada ser humano en el planeta, unos 2.000 millones de toneladas de concreto en el año 2002. El cemento Portland que se usa hoy día como conglomerante es una cal hidráulica perfeccionada. Hidráulica quiere decir que tiene capacidad para endurecer tanto al aire como bajo el agua, sin la colaboración del anhídrido carbónico, como sucedía con las primitivas cales. Lo económico del material se debe a que las materias primas que emplea son relativamente abundantes en la naturaleza, y a las ventajas competitivas que ofrece frente a otros materiales de construcción. I.1.3 Concreto Reforzado El concreto puede ser reforzado mediante la colocación de barras de acero embebidas en su masa, dando origen al llamado concreto reforzado. El concreto también ha sido reforzado con otros elementos, tales como fibras vegetales, metálicas o plásticas. Las primeras no han dado tan buenos resultados como las otras, debido a su menor durabilidad. Desde sus inicios, el concreto reforzado se constituyó en una solución para la construcción económica y rápida de estructuras de envergadura y calidad, en las cuales sustituyó históricamente a la piedra. Se puede considerar el concreto como una especie de piedra artificial. Con piedra se hicieron construcciones de gran belleza y calidad. Sin embargo, el proceso de extracción, cortado, traslado y colocación de los bloques de piedra hace sumamente oneroso el procedimiento. El concreto u hormigón, por el contrario, se elabora y vierte en estado pastoso dentro de los moldes que le darán forma definitiva al endurecer posteriormente, cosa que puede ser hecha en la propia obra. Otra importante ventaja sobre la piedra es que ésta trabaja por gravedad, piedra sobre piedra, mientras que el concreto reforzado queda `cosido con las barras de acero que le sirven de refuerzo o armadura, lo cual permite formas, luces y voladizos imposibles con aquélla. La baja resistencia a la tracción de la piedra o del concreto simple, se compensa con la presencia del refuerzo metálico. La gran ventaja de los concretos modernos es que se disponen barras de
  29. 29. M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L acero (véase Capítulo XVIII), en las áreas donde se generan tensiones de tracción. Hasta que no se dispuso del acero no se logró reforzar adecuadamente el material. Se había ensayado antes el refuerzo con barras de bronce, pero la diferencia entre los coeficientes de dilatación de los dos materiales, concreto y bronce, hacía que se perdiera la adherencia entre ambos y no trabajaran solidariamente. Dentro de los límites de temperaturas de trabajo habituales, el acero y el concreto tienen coeficientes de dilatación térmica muy similares, lo que les permite trabajar como un todo. I.1.4 Inicios en Venezuela El cemento, desconocido en Venezuela hasta la época de Guzmán (1869), se emplea por primera vez en Caracas en la pavimentación de la Plaza Bolívar. Para enseñar a usarlo vino enviado por la fábrica francesa de VICAT el técnico José Couleau. La industria cementera nacional comienza con la fundación en 1907 de la planta de La Vega, en Caracas, la cual inició su producción en 1909; su capacidad inicial fue de 30 toneladas métricas por día, aproximadamente equivalente a unos 700 sacos, suficiente para producir poco más de 100 m3 de concreto al día. Para el año 2003, la capacidad instalada de producción nacional es de alrededor de 27.000 toneladas por día. Entre las primeras estructuras de concreto reforzado hechas con cemento nacional, se cita el edificio del Archivo de la Nación (Veroes a Carmelitas) cuya construcción se inicia en 1912; con anterioridad, ya en 1895 se usaron pilotes de concreto reforzado en la construcción de los muelles de Puerto Cabello, así como pilas para puentes de las líneas férreas que se ejecutaron durante el siglo XIX. A partir de los años 20 del siglo XX se conocen contribuciones técnicas de autoría venezolana sobre el `cemento armado como se conocía en esa época, así como obras de infraestructura hechas por el Ministerio de Obras Públicas; en su sala de cálculo se elaboraron las primeras normas técnicas del país a finales de los años 30. A raíz de la demanda de barras de refuerzo para la construcción, comenzó la producción de acero en Venezuela. La primera iniciativa, de un grupo de inversionistas del país en 1946, fue la Fábrica Nacional de Cabillas, la cual no prosperó y pasó a producir faroles de hierro fundido que, por muchos años, adornaron las calles de Caracas. Pocos años después, en octubre de 1948, se registra la empresa Siderúrgica Venezolana Sociedad Anónima (SIVENSA) la cual produce su primera colada en su planta de Antímano, el año 1950. Esa colada, de cinco toneladas, provenía de un horno con capacidad para cuarenta toneladas al día; la planta duplicó su capacidad de producción en 1953. Siete años después, SIVENSA alcanzaba a cubrir el 4% de los requerimientos del país con su producción de cincuenta mil toneladas métricas. La demanda nacional creció de tal forma que el Estado decide explotar los grandes yacimientos del Bajo Orinoco, para lo cual crea la Siderúrgica del Orinoco (SIDOR) cuya primera colada se logró 33
  30. 30. en julio de 1962 en su planta de Matanzas, con capacidad instalada de 900 mil toneladas anuales. Para 1990, la capacidad instalada nacional alcanzó unos 5,3 millones de toneladas anuales. En la Figura I.1 se muestra la distribución geográfica de las plantas productoras de acero y de cemento en Venezuela. FIGURA I.1 DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA DE LAS PLANTAS PRODUCTORAS DE CEMENTO Y DE ACERO (MAPA BASE: AVECRETO) I.2 COMPONENTES Aproximadamente un 80% del peso del concreto u hormigón está compuesto por partículas de origen pétreo, de diferentes tamaños, material denominado usualmente como agregados, áridos o inertes. Por esa razón las características de esos materiales son decisivas para la calidad de la mezcla de concreto. La calidad de los agregados depende de las condiciones geológicas de la roca madre y, también, de los procesos extractivos. Es por lo tanto, a las empresas productoras (canteras, areneras, saques) a quienes corresponde el primer control en el proceso de la calidad de los agregados. Es recomendable que esa calidad de los inertes sea comprobada por el fabricante de concreto antes de elaborarlo. Se acostumbra añadir a la mezcla esos materiales pétreos en dos fracciones diferentes, de acuerdo con su tamaño; una, que se denomina agregado 34 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  31. 31. grueso (usualmente piedra picada, canto rodado natural, o canto rodado picado), y la otra agregado fino (arena natural o arena obtenida por trituración). A veces se usan más de las dos fracciones indicadas, con tamaños intermedios. Una característica fundamental de los agregados es el diferente tamaño de todos sus granos, lo cual se conoce como granulometría. En principio, debe haber una secuencia gradual o escalonamiento de tamaños, desde los granos más gruesos del agregado grueso, hasta los más finos de la arena (véase Capítulo III). El cemento más frecuentemente usado es el cemento Portland y se obtiene en complejas plantas productoras, a cargo de las cuales debe quedar el control del producto y la garantía de su calidad (véase Capítulo IV). Además de los agregados (piedra y arena), del cemento y del agua (véase Capítulo V), es cada vez más frecuente añadir a la mezcla ciertos productos químicos que, en muy pequeña cantidad, son capaces de modificar de manera muy importante algunas propiedades del concreto; se les suele llamar aditivos (véase Capítulo VII). I.3 PREPARACIÓN Y COLOCACIÓN Mediante algunas reglas establecidas, cuya complejidad depende de la calidad requerida por el concreto que se vaya a usar, es posible estimar las proporciones de los componentes de la mezcla que resulten más adecuados para cada situación. Esto se conoce como diseño de la mezcla (véase Capítulo VI). El mezclado se efectúa en máquinas llamadas, precisamente, mezcladoras, las cuales son rotores que agitan y envuelven los materiales hasta lograr una masa homogénea, con la pastosidad o la fluidez deseada (véase Capítulo VIII). También se pueden hacer las mezclas a mano, generalmente para pequeñas cantidades de concreto. El concreto ya mezclado, o concreto en estado fresco, es transportado a los moldes o encofrados previamente preparados y con el acero de refuerzo ya colocado en su interior en la posición en que debe quedar; se efectúa entonces la operación que conocemos como vaciado, colado o moldeado, que consiste en verter la masa dentro de los moldes y proceder posteriormente a su compactación (véase Capítulo IX). Esa densificación se efectúa por medios manuales o mediante el vibrado de la masa de concreto. Como consecuencia de la vibración, la mezcla se fluidifica y se acomoda al encofrado, ocupando todos los espacios y rodeando completamente las armaduras metálicas. Después hay que esperar el tiempo necesario para que el concreto fragüe y se endurezca. En su momento se inicia el curado y se retiran los encofrados. El curado es el proceso de mantener o reponer la humedad que pudiera perder el material por evaporación de agua, necesaria ésta para que se desarrollen las reacciones de hidratación del cemento (véase Capítulo IX). 35 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  32. 32. I.4 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO Son muchas las características del concreto que interesan; algunas de ellas se hacen críticas en determinadas circunstancias. Sin embargo, desde un punto de vista general, son dos las características o propiedades principales de mayor consideración. La primera es la relativa a la consistencia o grado de fluidez del material en estado fresco, la cual se conoce también como manejabilidad, docilidad, trabajabilidad, asentamiento y otros (véase Capítulo II). En estos conceptos, no todos exactamente sinónimos, se engloban las características relativas a la mayor o menor facilidad para colocar el concreto. La segunda propiedad es el grado de endurecimiento o resistencia que es capaz de adquirir el concreto (véase Capítulo XI). La fluidez suele medirse con ensayos que evalúan el grado de plasticidad de la mezcla. La resistencia se determina por medio de ensayos mecánicos de compresión o tracción sobre probetas normalizadas. Con los resultados a la compresión el conocedor puede hacer estimaciones sobre la resistencia a otros tipos de tensiones, tales como flexión, corte o tracción. En casos necesarios estas características, así como la deformabilidad bajo carga o módulo de elasticidad, también pueden determinarse directamente (véase Capítulo XII). I.5 TIPOS DE CONCRETO El concreto es un material con una amplia gama de posibilidades, bien sea por el uso de diferentes componentes o por la distinta proporción de ellos. De este modo es posible obtener diversas plasticidades, resistencias y apariencias, logrando así, satisfacer los particulares requerimientos de la construcción. Esa versatilidad es una de las razones que permite explicar la creciente expansión del uso del material. Hay concretos que difieren de los convencionales (véase Capítulo XIII). El concreto se usa profusamente en elementos estructurales de edificaciones tales como: Columnas, vigas, losas, cerramientos, muros, pantallas, así como en pavimentos, pistas aéreas, zonas de estacionamiento, represas, acueductos, canales, túneles, taludes, adoquines, tanques, reservorios, barcos, defensas marinas, y en otros múltiples usos. Los agregados pueden ser granos de gran tamaño, como en el caso de represas o estribos de puentes, o de pequeño tamaño, para los morteros. Pueden ser especialmente pesados o livianos. La consistencia del concreto puede ser muy seca, como en el caso de los elementos prefabricados, o puede lograrse muy fluida, como se recomienda para elementos de poca sección y mucha armadura. Sus resistencias mecánicas pueden ser de niveles muy variados, de acuerdo con las necesidades. En la Figura I.2 se agrupan rangos de resistencias a la compresión, 36 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  33. 33. representativos de diferentes denominaciones frecuentemente empleadas en la tecnología o uso del concreto. I.6 CONTROL DE CALIDAD La industria de la construcción, al igual que todas las actividades productivas, ha reconocido la importancia de aplicar los criterios y prácticas del control de calidad, tanto en beneficio del usuario de la obra como del constructor de la misma. Los planteamientos generales, tales como: `Calidad Total , `Garantía de Calidad , y otros, tienen perfecta aplicación a la actividad de elaborar y manejar concreto, mediante la adecuación de los principios a esquemas operativos relativos a cada caso. La calidad de un concreto dado va a depender de la calidad de sus componentes, de la calidad de su diseño de mezcla y su posterior preparación y manejo, de los cuidados de uso y mantenimiento, y del grado de satisfacción de las exigencias de su uso. Los requerimientos normativos sobre la calidad que deben satisfacer los materiales a ser empleados en obras de concreto reforzado, se establecen en el Capítulo 3 de la Norma COVENIN 1753, “Estructuras de concreto reforzado para edificaciones. Análisis y diseño”. 37 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L FIGURA I.2 RANGOS APROXIMADOS DE RESISTENCIAS A LA COMPRESIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE CONCRETO
  34. 34. Se mide la calidad del material con los ensayos previos sobre los componentes, con las observaciones y pruebas del concreto fresco, y con los ensayos sobre el concreto endurecido, bien en el laboratorio o en la propia obra. El análisis, conservación y empleo de los registros de todos los ensayos y observaciones, dice mucho de la calidad profesional de quienes han intervenido en la ejecución de una obra con concreto (véase Capítulo XIV). I.7 RELACIONES ENTRE LA CALIDAD DEL CONCRETO Y SU COMPOSICIÓN Las propiedades del concreto dependen, primordialmente, de las características y proporciones de sus componentes constitutivos. En la práctica, se juega fundamentalmente con las proporciones entre los principales componentes para hacer variar la calidad del concreto, adaptándola a las necesidades específicas de cada caso. Esas proporciones suelen expresarse en unidades de peso o de volumen por cada unidad de volumen de concreto. En el primer caso kgf/m3 ; en el segundo litro/m3 . Sin embargo, en la tecnología del concreto es frecuente o conveniente expresar estas relaciones como sigue: • El cemento directamente en kgf/m3 (o en sacos/m3 ), lo que se conoce como dosis de cemento. • El agua indirectamente, a través de la conocida relación agua/cemento (␣), en peso. • El agregado queda dado implícitamente, al conocer las cantidades de cemento y de agua, considerando que todos los componentes forman siempre un volumen fijo de concreto según sus pesos específicos. Entre estas proporciones de los componentes y los índices de calidad de la mezcla se establecen relaciones que pueden expresarse de una forma esquemática gráfica, tal como se hace en la Figura I.3, donde las flechas dan a entender la existencia de esas relaciones, que han sido separadas en dos áreas vinculadas entre sí (véase Capítulo VI): una que enlaza la relación agua/cemento con la resistencia, representando así una de las leyes más trascendentales de la tecnología del concreto (Ley de Abrams); y la otra, o zona triangular, que une la relación agua/cemento con la dosis de cemento y la trabajabilidad del concreto, medida por el Cono de Abrams. I.7.1 La Relación Triangular Manteniendo una rigurosa constancia de todas las otras condiciones y parámetros del concreto, no expresados en este sencillo esquema, si quisiéramos variar la resistencia del concreto tendríamos forzosamente que modificar la 38 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  35. 35. relación agua/cemento, y para lograrlo es necesario cambiar la dosis de cemento, o la trabajabilidad, o ambas. Si las exigencias de colocación de un concreto en sus moldes precisaran una trabajabilidad mayor de la prevista por el diseño de la mezcla, y se deseara mantener la misma resistencia del concreto (relación agua/cemento fija), sería necesario aumentar la dosis de cemento, y proporcionalmente la de agua, para lograr mayor trabajabilidad. Es decir, las tres variables de la zona de relaciones del triángulo se mueven en conjunto: si se varía una cualquiera de ellas, se modificará también otra o las dos restantes. Analíticamente estas tres variables se pueden considerar como ligadas, con bastante exactitud, por una fórmula exponencial de origen empírico, del tipo: C = k . T n / ␣m (1.1) donde: 39 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L FIGURA I.3 RELACIONES BÁSICAS DEL CONCRETO
  36. 36. C = dosis de cemento (kgf/m3 ); ␣ = a/C = relación agua/cemento en peso; T = asentamiento en el Cono de Abrams (cm); k, m, n son constantes, dependientes de los otros factores no considerados en el gráfico. Por ejemplo, para una piedra caliza triturada, de una pulgada de tamaño máximo (Canteras del Este, en Caracas) y una arena silícea (Río Tuy, Estado Miranda), mezcladas en proporción adecuada, se puede tomar con bastante aproximación los valores: k = 117,2 si T se expresa en cm; 136 si T se expresa en pulgadas. m = 1,3 n = 0,16 con lo cual la fórmula queda: C = 117,2 . T0,16 / ␣1,3 , en kgf/m3 (1.1.a) I.7.2 La Ley de Abrams Es bien sabido que, a igualdad de todas las otras condiciones, la relación agua/cemento en peso (␣ = a/C), y la resistencia media a la compresión (R) pueden relacionarse mediante la siguiente fórmula: R = M / N ␣ (1.2) donde: R = resistencia media a la compresión (kgf/cm2 ); M, N = constantes que dependen de los otros factores no considerados. Para los materiales citados anteriormente y con la resistencia normalizada a los 28 días, determinada según la Norma COVENIN 338, “Concreto. Método para la elaboración, curado y ensayo a compresión de cilindros de concreto”, los valores aproximados de las constantes son: M = 902,5 (con R expresada en kgf/cm2 ) N = 8,69 Desde el punto de vista práctico el sistema señalado en la Figura I.3, con sus dos áreas de relaciones, es útil y válido dentro de los límites en que se mueven la mayoría de los concretos estructurales, con asentamientos entre 2,5 cm y 17 cm 40 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  37. 37. medidos con el Cono de Abrams. En este sistema se fundamenta el diseño práctico que se desarrolla en este texto, y en él se originan la mayor parte de los métodos de diseño de mezcla, ábacos, gráficos y tablas usuales en Venezuela. No se debe olvidar, sin embargo, que en este esquema se está representando el concreto con cuatro variables, considerando parámetros fijos a todos los otros numerosos factores que están siempre presentes, con un grado u otro de variabilidad tales como calidad del cemento y de los agregados, presencia de aditivos y otros. Estos parámetros, además de su variabilidad normal, son a veces variables fundamentales (cambio de la marca de cemento o de las fuentes de suministro de los agregados) y, por lo tanto, deben ser incluidos en el sistema. En todo caso debemos saber, para cada circunstancia, la cuantía de la modificación que pueden introducir en el esquema general de las relaciones entre variables. I.8 CALIDAD GRANULOMÉTRICA DE LOS AGREGADOS Uno de los factores que en la práctica debe considerarse con más frecuencia como variable, es la calidad granulométrica de los agregados, entendiendo por tal la granulometría y el tamaño máximo (véase Capítulo III). Se puede introducir esta nueva variable, en la forma como se hace en la Figura I.4 considerando, como primera aproximación, que su principal influencia se ejerce sobre las restantes variables indicadas en el círculo. En lo relativo a la granulometría ello es cierto con bastante aproximación, siempre que ésta se conserve dentro de los límites establecidos. Sin embargo, en lo relativo al tamaño máximo del agregado, además de influir sobre las relaciones indicadas en el círculo, modifica otras, tales como los valores de las constantes de la curva `Resistencia Vs. Relación agua/cemento , debido a su influencia sobre el mecanismo de fractura del concreto. Esto se indica en la Figura I.4, mediante la línea punteada. De manera similar, la rugosidad y forma de los agregados pueden modificar la calidad del concreto e influir sobre algunas o todas las relaciones establecidas. Finalmente, la calidad del concreto no se limita a su resistencia mecánica normativa; factores tales como el fraguado, retracción y otras, no quedan bien representados por el valor de dicha resistencia y se deben establecer nuevas relaciones que liguen directamente estos índices de calidad con los parámetros de la mezcla de los cuales dependen. I.9 ESQUEMA GENERAL DE RELACIONES Algunos de los importantes aspectos comentados han tratado de englobarse en el esquema de la Figura I.5 que resulta algo más complejo debido a lo numeroso de los factores en juego y lo múltiple de sus interrelaciones. El mismo dista mucho de ser exhaustivo, pues solamente considera los parámetros y 41 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  38. 38. relaciones más interesantes. Tratar de englobarlos todos resultaría utópico por su gran complejidad. Este esquema es una especie de índice gráfico de las principales relaciones y permite identificar rápidamente qué características del concreto se modificarán al variar la calidad de sus componentes o su proporción en la mezcla o, por el contrario, qué parámetro será preciso modificar para cambiar la calidad del producto. Así, por ejemplo, se puede apreciar que las características de los agregados incluidas en el recuadro más interno afectan de manera importante la relación triangular, mientras que otras características, enmarcadas con llaves, afectan de forma específica a grupos de propiedades del concreto, también enmarcadas con llaves. Las impurezas afectan de manera más específica al fraguado, y la granulometría a la exudación y a la retracción que, por otro lado, 42 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L FIGURA I.4 ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LAS VARIABLES QUE USUALMENTE INFLUYEN EN EL CONCRETO
  39. 39. dependen además de la finura del cemento. I.10 ENDURECIMIENTO DEL CONCRETO La capacidad de la mezcla de endurecer hasta formar una verdadera roca artificial, se debe a la reacción entre el agua y el cemento. Ésta es una reacción interna que se produce aunque el material esté encerrado herméticamente bajo agua (de ahí viene el nombre de `cemento hidráulico ). En una primera fase el agua de mezclado sirve como lubricante entre los granos de los inertes, dando fluidez a la mezcla, que puede ser moldeada. Pero desde el mismo momento en que entran en contacto el agua y el cemento se inician las reacciones de hidratación que conducirán al endurecimiento final del material. La Figura I.6 es una interpretación de cómo transcurre el fenómeno. Hay un primer tramo de la curva que corresponde al período durante el cual la mezcla está fluida (estado plástico). Luego hay una subida brusca de la curva, que corresponde al atiesamiento que conocemos como fraguado y luego, al finalizar éste, un tercer tramo con crecimiento más moderado correspondiente al desarrollo de resistencias propiamente dicho (el eje de las ordenadas se supone graduado en forma logarítmica). Técnicamente, el fraguado y el desarrollo de resistencias son, 43 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L FIGURA I.5 ESQUEMA GENERAL DE LAS RELACIONES ENTRE LAS VARIABLES QUE INFLUYEN EN EL CONCRETO
  40. 40. por lo tanto, diferentes fenómenos. No es frecuente medir en obra los tiempos de fraguado del concreto. En cambio, el asentamiento y la resistencia, determinados mediante ensayos normalizados en muestras preparadas con concreto fresco, se miden o se deberían medir prácticamente en todos los casos, ya que son los índices fundamentales de aceptación o rechazo del concreto (véase Capítulo XIV). 44 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L FIGURA I.6 PRINCIPALES ESTADOS POR LOS QUE PASA EL CONCRETO EN EL DESARROLLO DE SU RESISTENCIA
  41. 41. CAPÍTULO II CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO FRESCO Se denomina `concreto fresco al material mientras permanece en estado fluido, es decir desde el momento cuando todos los componentes son mezclados hasta que se inicia el atiesamiento de la masa (período plástico). En ese lapso el concreto es transportado, colocado en moldes o encofrados y luego compactado manualmente o por vibración (véase Capítulo IX). Ese estado de plasticidad tiene una duración diferente entre unas y otras localidades, y entre una y otra época del año, ya que las condiciones del clima tienen gran influencia. En lugares cálidos y secos el estado fresco dura menos tiempo que en localidades húmedas y frías. Son muchas las propiedades del concreto fresco que interesan y pueden llegar a ser críticas. No sólo por su relación con el manejo del concreto en ese estado, sino porque pueden servir como señal anticipada de las propiedades que pueda tener el material al endurecer posteriormente. Indicios de algún comportamiento atípico del concreto en este estado inicial avisa, en muchos casos, que en estado endurecido también puede ser impropia su calidad. En ese momento temprano, y antes de completarse los vaciados del material, es cuando se deben ejecutar las correcciones. El comportamiento del concreto fresco depende de: sus componentes, de las características del mezclado, de su diseño, del medio ambiente circundante y de las condiciones de trabajo. II.1 REOLOGÍA Bajo el término `reología del concreto se agrupa el conjunto de características de la mezcla fresca que posibilitan su manejo y posterior compactación. Desde el punto de vista físico, estas características dependen de las variaciones de la viscosidad y de la tixotropía de la mezcla a lo largo del tiempo. En la práctica, se define la reología del concreto con base en tres características: Fluidez, Compactibilidad y Estabilidad a la segregación. II.1.1 Fluidez La fluidez describe la calidad de fluido o viscosidad que indica el grado de movilidad que puede tener la mezcla. En un sentido general, la palabra `trabajabilidad también se emplea con el significado de fluidez. Consistencia es la condición de `tieso y se puede considerar el antónimo de fluidez. 45 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  42. 42. CAPÍTULO III AGREGADOS Los agregados, también denominados áridos o inertes, son fragmentos o granos, usualmente pétreos, cuyas finalidades específicas son abaratar la mezcla y dotarla de ciertas características favorables, entre las cuales se destaca la disminución de la retracción de fraguado o retracción plástica. Los agregados constituyen la mayor parte de la masa del concreto, ya que alcanzan a representar entre el 70% y el 85% de su peso, razón por la cual las propiedades de los inertes resultan tan importantes para la calidad final de la mezcla. Las características de los agregados empleados deberán ser aquellas que beneficien el desarrollo de ciertas propiedades en el concreto, entre las cuales destacan: la trabajabilidad, las exigencias del contenido de cemento, la adherencia con la pasta y el desarrollo de resistencias mecánicas. Los conceptos sobre agregados se complementan en los Capítulos II y VI. III.1 ORÍGENES Los agregados suelen considerarse como constituidos por dos fracciones granulares: Una formada por las partículas más finas del conjunto, denominada arena o agregado fino, y la otra formada por los granos grandes, que pueden ser trozos de rocas trituradas a los tamaños convenientes, o granos naturales redondeados por el arrastre de las aguas, que se designa como agregado grueso; en éstos suelen distinguirse, también, fracciones de varios tamaños que reciben muy diversos nombres, generalmente locales, que no siempre tienen el mismo significado: Piedra picada, triturada, chancada, canto rodado, grava, gravilla, arrocillo, etcétera. La arena de uso más frecuente está formada por granos naturales depositados por las aguas. Las llamadas arenas de mina provienen de yacimientos que pueden encontrarse hoy día lejos de cursos de agua, en estratos a mayor o menor profundidad pero que, posiblemente, constituyeron ríos o lagunas en anteriores eras geológicas. Sin embargo, en la mayoría de los casos, las arenas se extraen de lugares próximos a los cursos actuales de agua: Meandros y lechos de ríos, lagunas, etc. El progresivo agotamiento de las fuentes de obtención de las arenas, o las restricciones ambientalistas para su explotación, tienden a generar escasez del material, por lo cual se ha empezado a obtener arena a partir de la trituración de rocas, usualmente las mismas de las que se obtiene el agregado grueso, aunque sus 61 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  43. 43. CAPÍTULO IV CEMENTO El cemento es el componente activo del concreto e influye en todas las características de este material. Sin embargo, el cemento constituye aproximadamente sólo un 10 a un 20% del peso del concreto, siendo el 80 a 90% de materiales restantes el que condiciona la posibilidad de que se desarrollen las propiedades del concreto. En la práctica, también son decisivas la calidad de los agregados y las proporciones entre los componentes. De los componentes del concreto, el cemento es el más caro por unidad de peso. Sin embargo, comparado con otros productos manufacturados, el cemento es un material relativamente barato. En el valor de un kilogramo de este material se debe considerar el costo de: La extracción de los minerales, de dos moliendas a un alto grado de finura; una cocción a elevada temperatura (unos 1.450ºC), el control estricto de los procesos, la homogeneización, los cuidados ambientales, etc. El cemento se obtiene a partir de materias primas abundantes en la naturaleza. Su elaboración se realiza en plantas industriales de gran capacidad, en donde debe ser controlado estrictamente, lo que redunda en su calidad y en la confiabilidad que sobre él pueda tener el usuario. IV.1 CONSTITUCIÓN Cuando se habla del cemento, implícitamente se alude al cemento Portland o cemento sobre la base de Portland, ya que son los productos aglomerantes que se usan casi exclusivamente con fines estructurales. Para otros aglomerantes distintos, también empleados en construcción, se suele añadir a la palabra cemento, alguna otra que los especifique (cemento de escoria, cemento puzolánico, cemento supersulfatado, etc.). El cemento Portland o cemento simplemente, es una especie de cal hidráulica perfeccionada. Se produce haciendo que se combinen químicamente unas materias de carácter ácido (sílice y alúmina principalmente) provenientes de arcillas, con otras de carácter básico (primordialmente cal) aportadas por calizas. Esta reacción tiene lugar entre las materias primas, finamente molidas, calentadas en hornos a temperaturas de semifusión. El producto resultante no es una especie química o mineralógica única, sino una mezcla compleja de minerales artificiales cuyas denominaciones y fórmulas se dan en la Tabla IV.1. A los efectos prácticos, se puede considerar esta mezcla como formada por los cuatro primeros componentes de esa tabla. 91 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  44. 44. CAPÍTULO VI DISEÑO DE MEZCLAS VI.1 CONSIDERACIONES GENERALES Se conoce como diseño de mezcla el procedimiento mediante el cual se calculan las cantidades que debe haber de todos y cada uno de los componentes que intervienen en una mezcla de concreto, para obtener de ese material el comportamiento deseado, tanto durante su estado plástico como después, en estado endurecido. Los requisitos que una dosificación apropiada debe cumplir son: a) Economía y manejabilidad en estado fresco; b) Resistencias, aspecto y durabilidad en estado endurecido. En algunos casos puede ser importante el color, peso unitario, textura superficial y otros. Las cantidades de los componentes sólidos, agregados y cemento, suelen expresarse en kilogramos por metro cúbico de mezcla. El agua puede expresarse en litros o kilogramos entendiendo, para el diseño de mezclas, que un kilogramo de agua equivale a un litro de agua. Un método de diseño de mezcla puede llegar a ser muy complejo si considera un gran número de variables y una gran precisión o exactitud en la expresión de sus relaciones. Pero debe al mismo tiempo, ser de fácil manejo y operatividad. Lo acertado es lograr un equilibrio entre ambos extremos. Existen numerosos métodos para diseñar mezclas, que pueden asemejarse o pueden diferir entre sí profundamente, de acuerdo con las variables que manejen y las relaciones que establezcan; esto indica que ninguno de ellos es perfecto. De acuerdo con las condiciones reales de los materiales y de la tecnología del concreto, pueden ser preferidos unos u otros. Además de cumplir su propósito específico de establecer las cantidades a usar de cada componente, el diseño de mezcla es una importante herramienta para el análisis teórico de la influencia que ciertos cambios en los materiales o en las proporciones de uso pudieran tener sobre el concreto. Esto abre la puerta a la toma de decisiones sobre aspectos relativos a materiales, equipos, costos, controles y otros. Inevitablemente, los diseños de mezclas tienen cierto grado de imprecisión debido a que las variables que condicionan la calidad y el comportamiento del concreto son numerosas y difíciles de precisar. Los ajustes 123 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  45. 45. que pueden dar más exactitud a las proporciones de los componentes sólo pueden conseguirse mediante `mezclas de prueba , tanto de laboratorio como de obra. En algunas circunstancias, en las que no es tan necesario precisar la dosificación del concreto, o donde las exigencias al material no son particularmente críticas, se pueden usar algunas reglas sencillas, o generales, para establecer las proporciones entre los componentes, empleando `recetas aplicables a esos casos. Hay que advertir que esas fórmulas deben ser tomadas sólo como un punto de partida, sobre el cual, la experiencia y los conocimientos de los responsables de la obra, podrán añadir los ajustes que sean necesarios para lograr, en definitiva, el concreto deseado. Como ejemplo de lo citado, en la Sección VI.14 se presentan dos formulaciones del tipo `receta para obras de poco volumen de concreto. VI.2 FUNDAMENTOS DEL MÉTODO DE DISEÑO PROPUESTO El método que se presenta en este texto tiene carácter general. Ha sido probado en laboratorios y en plantas de preparación comercial de concreto, con excelentes resultados, y ha sido concebido especialmente para el caso de empleo de agregados poco controlados y el de profesionales con relativa poca experiencia. De allí lo organizado y sistemático del procedimiento. El método considera, en primer término, un grupo de variables que constituyen su esqueleto fundamental: dosis de cemento, trabajabilidad, relación agua/cemento y resistencia. Éstas se vinculan a través de dos leyes básicas: Relación Triangular (véase Sección VI.6.1) y Ley de Abrams (véase Sección VI.5.1). Mediante factores de corrección, también toma en cuenta la influencia de variables que tienen carácter general, tales como tamaño máximo y tipo de agregado. La calidad del cemento se considera de manera especial en la Sección VI.11 y el efecto reductor de agua de los aditivos químicos se presenta en la Sección VII.3. Otros factores que en determinadas circunstancias pueden llegar a ser muy importantes, pero que resultan ocasionales, no están considerados en el método, como es el caso de: i) incorporación de aire; ii) presencia elevada de ultrafinos, o; iii) empleo de más de dos agregados. Una ventaja del método es que no impone limitaciones a la granulometría ni a las proporciones de combinación de los agregados. A diferencia de otros métodos la combinación granulométrica puede ser variada a voluntad (con las restricciones impuestas sólo por los agregados disponibles) a fin de alcanzar el objetivo propuesto que, en la mayoría de los casos, es máxima compacidad y economía pero que puede ser otro. Por ejemplo: Mezclas apropiadas para bombeo, o para una estructura de concreto `a la vista (obra limpia), o para concretos de alta resistencia, que no pueden ser diseñadas con el criterio de máxima compacidad y economía. La proporción entre agregado fino y grueso y, por lo tanto, la 124 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  46. 46. que es la expresión de una familia de rectas paralelas, con pendiente igual a `- m , separadas entre sí una distancia equivalente a `n log T . Los valores de las constantes: k, n y m dependen de los agregados. Para los mismos materiales señalados anteriormente, es decir, agregado grueso triturado de 25,4 mm de tamaño máximo, arena natural (ambos en condición de saturado con superficie seca) y cemento Portland Tipo I se obtienen buenos ajustes con: C = 117,2 . T0,16 / ␣1,3 (6.10) 140 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L FIGURA VI.3 RELACIÓN ENTRE LA TRABAJABILIDAD (T), EL CONTENIDO DE CEMENTO (C) Y LA RELACIÓN AGUA/CEMENTO ␣
  47. 47. CAPÍTULO VII ADITIVOS VII.1 GENERALIDADES Reciben el nombre de aditivos aquellos productos químicos que se añaden en pequeña proporción a los componentes principales de los morteros o de los concretos, durante su mezclado, con el propósito de modificar algunas de las propiedades de las mezclas en estado fresco o en estado endurecido. Las limitaciones y especificaciones para el uso de aditivos se presentan en el Artículo 3.5 de la Norma COVENIN 1753, “Proyecto y diseño de obras en concreto estructural”. Los aditivos representan un gran adelanto dentro de la industria de la construcción con concreto. Muchos de los concretos de los últimos veinte años no hubieran tenido cabida sin los aditivos. Si bien estos productos históricamente comenzaron con comportamientos erráticos y con una composición variable y mal conocida, en la actualidad se ha llegado a efectividades muy favorables y constantes, conociendo perfectamente los fundamentos en los que se basan. La industria de la construcción, que fue cautelosa en la aceptación de los aditivos, hoy día los emplea abundante y confiadamente. En Venezuela los aditivos llegan a finales de los años cuarenta. En la década de los setenta se comienza su fabricación en el país, incorporando progresivamente mayor proporción de materias primas nacionales. En la actual tecnología del concreto, los aditivos han perdido su primitivo carácter misterioso y con ellos se pueden obtener concretos de mayores exigencias. No resulta exagerado afirmar que, en muchos casos, un aditivo permite el uso de procedimientos constructivos menos costosos. Los aditivos no siempre han sido usados en forma racional. Conviene destacar que tales productos tienen un campo específico de acción y no deben considerarse como una panacea de carácter general. Un mismo aditivo puede actuar de manera cuantitativa muy diferente con mezclas distintas en su diseño o en sus materiales componentes. Al evaluar la conveniencia o no del uso de un determinado aditivo se deben tomar en cuenta, no sólo las ventajas que se supone reportará su empleo, sino también las precauciones adicionales a respetar durante todo el proceso. Además del incremento de costo directo que supone la incorporación de un componente adicional, hay que evaluar el costo del control de calidad más cuidadoso que su empleo obliga. Dosis excesivas de aditivos pueden generar reacciones imprevistas (fraguados instantáneos, concreto que no endurece, 165 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  48. 48. CAPÍTULO VIII PREPARACIÓN Y MEZCLADO VIII.1 CONSIDERACIONES GENERALES Los lineamientos establecidos en los Capítulos anteriores concluyen en un conjunto de recomendaciones de cuyo cabal cumplimiento dependerá la calidad final del concreto y por ende de la estructura que con él se construya. En primer término destaca la importancia de mantener invariables los parámetros del diseño de la mezcla, en particular la relación agua/cemento: Añadir más agua de la establecida, además de disminuir la resistencia, aumenta la retracción por secado, puede inducir mayor agrietamiento en la superficie, disminuyendo la resistencia del material frente a los agentes agresivos externos. De igual modo, debe utilizarse la cantidad de cemento requerida porque: i) Incrementarla, además de encarecer el concreto, inducirá aumentos de temperatura de la mezcla durante el proceso de hidratación obligando a mayores precauciones de curado para evitar agrietamientos superficiales. ii) Por el contrario, `ahorrar cemento desconociendo las cantidades establecidas en el diseño de la mezcla, conducirá a concretos de menor resistencia y durabilidad de la deseada. Toda modificación en los constituyentes pre-establecidos de la mezcla debe responder a causas plenamente justificadas durante la ejecución de la obra y debe contar con la aprobación del profesional responsable de la misma. VIII.2 MODOS DE PREPARACIÓN Hay que distinguir entre los concretos preparados en la propia obra, bien sea para pequeños volúmenes o para grandes cantidades, y los concretos elaborados en plantas de premezclado que luego son trasladados a la obra. VIII.2.1 Mezclado en Obra para pequeños Volúmenes La mezcla se prepara en una zona de la obra, de fácil acceso a los componentes (cemento, agregados, agua), y cerca de la zona de vaciados. La mezcla puede ser preparada con mezcladoras sencillas y de relativa poca capacidad. Los procedimientos no son complejos, pero no por ello deben estar exentos de control. Si los componentes no se dosifican por peso, se deben emplear medidas de volumen precisas, tales como: Gaveras para los agregados, latas poco deformables para el agua y cemento en sacos enteros, no en fracciones. 187 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  49. 49. VIII.2.2 Mezclado Central en Obra En obras de gran volumen suele ser aconsejable la preparación del concreto por parte del propio constructor. Para ello se puede disponer de una planta, o de varias, en el área geográfica de la obra, desde donde se distribuye la mezcla a los lugares de vaciado. VIII.2.3 Premezclado Comercial Empresas especializadas preparan y trasladan el concreto, directamente al sitio de obra. El permanente despacho de mezclas otorgaría a tales empresas un conocimiento y una experiencia en la tecnología del concreto que permita garantizar la calidad y economía en el uso del material. En países con poca tradición en el servicio del premezclado, se hace recomendable una previa evaluación del suministrador. Los premezcladores tienen en sus manos poderosos recursos técnicos y económicos debido a los grandes volúmenes de materiales que manejan, al empleo de importantes equipos y cuentan con personal especializado. Tales características explican el auge del empleo de premezclados que, en algunos países, alcanza el 70% o más del mercado del concreto. VIII.3 CALIDAD Y ALMACENAMIENTO DE LOS COMPONENTES De una manera general, el adecuado manejo y acopio de los materiales constituyentes, especialmente los agregados y el cemento, es una función importante. Con relación al almacenamiento deberá cumplirse con la Sección 3.1.3 de la Norma COVENIN 1753, según la cual: “El cemento y los agregados para el concreto, el agua, los aditivos, el acero de refuerzo y, en general, todos los materiales a usarse en la preparación del concreto o a ser embebidos en él, deben ser almacenados en forma tal que se prevenga su deterioro o la intrusión de materias extrañas. Cualquier material que se haya deteriorado o contaminado, no deberá usarse para la preparación del concreto”. VIII.3.1 Agregados Además de lo señalado en el Capítulo III, los cuidados se deben orientar a evitar la segregación y contaminación del material, a estabilizar el contenido de humedad particularmente en los agregados finos, a evitar cambios de granulometría como consecuencia de incremento de finos en el caso de los gruesos, o disminución de los mismos en el caso de los finos. Para prevenir la segregación en los agregados gruesos se recomienda dividirlo en fracciones siendo las más frecuentes las que van desde el cedazo #4 hasta 3/4 de pulgada (4,76 a 19,1 mm) y desde el cedazo de 3/4 hasta 11/2 pulgada (19,1 a 38,1 mm). Aun así, dentro de cada fracción pueden producirse segregaciones durante el transporte, apilado y extracción, las cuales deben 188 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  50. 50. IX.4.1 Fundamentos y Procedimientos Usuales El curado es la operación mediante la cual se protege el desarrollo de las reacciones de hidratación del cemento, evitando la pérdida parcial del agua de reacción por efecto de la evaporación superficial. Si al haberse completado la compactación y las operaciones posteriores de alisamiento de las superficies visibles, se abandonan las piezas recién elaboradas, se producirá un proceso de evaporación del agua contenida en la masa de concreto, tanto más veloz y pronunciado cuanto mayor sea la capacidad desecante del medio ambiente, la cual depende de: La temperatura, la sequedad y el viento. Cuando la evaporación supera 1 kg/m2 /hora se deben tomar medidas para evitar pérdida excesiva de humedad en la superficie del concreto no endurecido (ACI 308 R-97). Esa pérdida de agua induce grietas en el concreto por retracción plástica o de fraguado y abre la puerta a los agentes agresivos. Para evitar eso, se recurre al curado, con el cual se mejoran las resistencias mecánicas, se gana impermeabilidad, se aumenta la resistencia al desgaste y la abrasión y se logra mayor durabilidad. En el Artículo 5.8 de la Norma COVENIN 1753 se establecen los requerimientos para el curado del concreto tanto en condiciones ambientales como bajo condiciones de curado acelerado. La preservación del agua en la masa se puede realizar de dos maneras. O se evita su salida, o se repone la cantidad perdida. En el primer caso se acude a métodos de cobertura de las piezas y, en el segundo, a métodos de riego superficial. El propio encofrado sirve como cubierta provisional en algunas de las caras de los elementos. Pero para aquellas caras desnudas, o para todas una vez retirados los moldes, hay que procurar algún elemento protector. En las etapas iniciales se acostumbra regar suavemente la o las caras descubiertas y, al contar con un endurecimiento suficiente, cubrirlas con papel, o arpillera, o tejidos suaves, que estén siendo humedecidos periódicamente durante un cierto tiempo, el cual dependerá de la agresividad climática del medio ambiente. Modernamente se recurre al rociado sobre tales superficies, de ciertos productos químicos que plastifican instantáneamente, generando una lámina impermeable protectora que impide la salida del agua. La mayoría de estos compuestos o líquidos curadores provienen de ceras, resinas naturales o sintéticas o de solventes de gran volatilidad. No deben reaccionar con el cemento. El procedimiento de reponer el agua evaporada requiere menos recursos tecnológicos pues se limita, fundamentalmente, a regar las superficies expuestas. El riego debe tomar la precaución de no erosionar las caras y de ser frecuente en el comienzo del curado para ir haciéndose esporádico conforme el concreto vaya endureciendo. Cuanto más se atrase el arranque del curado menos ganancia habrá de resistencias. La duración del proceso de curado depende de las condiciones climáticas, del tipo de mezcla y en particular del tipo de cemento. Varía desde 14 días para cemento Tipo II, 7 días para Tipo I y 3 días para Tipo III. Para obtener un máximo rendimiento del proceso de curado, se recomienda mantenerlo hasta estimar que el concreto ha alcanzado un 70% de su resistencia especificada. En 219 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  51. 51. climas cálidos, la necesidad de un buen curado se hace más evidente en los primeros días de edad del concreto. La influencia que tiene el curado sobre el desarrollo de la resistencia del concreto es sustancial. En la Figura IX.5 se muestran los resultados correspondientes a probetas de concreto curadas bajo techo, en ambientes de laboratorio, después de haber sido sometidas a un curado húmedo preliminar durante tiempos variables de: 3, 7, 14 y 28 días. IX.4.2 Procedimientos Especiales El incremento de resistencia del concreto es una función del tiempo y la temperatura cuando se impide el secado prematuro (véase Sección 5.8.2 de la Norma COVENIN 1753). La estimación de la resistencia desarrollada por el concreto en la estructura puede realizarse relacionando el tiempo de curado y los incrementos de temperatura con la resistencia de cilindros del mismo concreto curados bajo condiciones estándar de laboratorio. Esa relación se obtiene mediante un factor de madurez M cuya expresión matemática es la siguiente: Madurez = ⌺ (T + 10) x t (9.4) donde: T = Temperatura en grados centígrados. t = Duración del curado a la temperatura T, expresado en horas o días. Este concepto de `madurez , conocido como la Ley de Saúl, es válido siempre que T no exceda 50ºC durante las primeras 1,5 horas y T no exceda 100ºC desde ese momento hasta 6 horas. Experimentalmente se ha comprobado que, a igualdad de otros factores, los concretos con igual madurez tienen resistencias similares. El principio de madurez en el concreto ha sido usado como herramienta para el control de su calidad, permitiendo la toma de decisiones de aceptación o rechazo, en horas tempranas. En el comentario de la Sección C-6.3 de la Norma COVENIN 1753 se emplea un concepto similar a la madurez, denominado `curado acumulado . Éste representa la suma de los intervalos de tiempo, no necesariamente consecutivos, durante los cuales la temperatura del aire que rodea al concreto está por encima de 10ºC. Como criterio general, para cementos y condiciones ordinarias, cuando este tiempo excede de 12 horas se considera que el concreto ha alcanzado una resistencia suficiente para retirar los encofrados laterales dentro de los cuales fue vaciado, manteniendo los puntales y otros apoyos del encofrado en su lugar. El efecto del calor húmedo sobre el concreto fresco ha permitido desarrollar métodos de curado acelerado entre los cuales se encuentra el curado 220 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L
  52. 52. con vapor. En este procedimiento el material dentro de su molde es llevado a una cámara con presión ligeramente superior a la atmosférica, donde la temperatura es aumentada en una proporción de aproximadamente 15ºC por hora, procurando no alcanzar los 90ºC antes de las seis horas. Estudios realizados por el Bureau of Reclamation cuyos resultados se reproducen en la Figura IX.6, permiten analizar la variación de resistencia en las primeras 72 horas, cuando el concreto se somete inicialmente a un curado a vapor a las temperaturas allí indicadas. Se puede concluir que, si la temperatura inicial es superior a un cierto valor, se producirá una ganancia demasiado acelerada, lo que afecta la capacidad resistente a edades 221 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L FIGURA IX.5 INFLUENCIA DEL CURADO HÚMEDO EN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO
  53. 53. más avanzadas. Los prefabricadores suelen curar con temperaturas iniciales relativamente altas (de 50 a 90ºC) por períodos entre 12 y 72 horas. El principio de la ganancia de resistencia por la aplicación de calor es empleado en algunos de los métodos de ensayos acelerados. En éstos las probetas son sometidas a calentamiento, generalmente por inmersión en agua, unas veces a temperaturas medias (50-60ºC) y, en otros métodos, a temperatura de ebullición. Los procedimientos de curado con vapor, al tiempo que se aplican altas presiones, son variantes del mismo principio. En 24 horas, se puede alcanzar la resistencia que correspondería, con curado normal, a los 28 días. IX.5 DESENCOFRADO El tiempo que el encofrado debe permanecer colocado, protegiendo 222 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L FIGURA IX.6 RESISTENCIA DEL CONCRETO CURADO CON VAPOR A DIFERENTES TEMPERATURAS
  54. 54. algunas de las caras de las piezas vaciadas, dependerá de la resistencia del material, del nivel de cargas que recibe y del que deba recibir el elemento. Un retiro prematuro de los encofrados puede provocar daños en el concreto. Tomando en consideración que el tiempo de desencofrado es una función de la resistencia del concreto, el método preferido es el ensayo de muestras de concretos curados en obra. Sin embargo, cuando las resistencias mínimas no han sido especificadas, las estimaciones de la Tabla IX.3 son útiles. Allí se recogen las recomendaciones usuales para los tiempos de desencofrado en función de la relación que haya entre las cargas actuantes al momento de desencofrar, y el peso propio (carga muerta), siendo lo usual que este último excede las primeras. Como una orientación general se acepta el principio de que el encofrado puede retirarse cuando la relación entre la resistencia obtenida por la probeta cilíndrica normativa para ese momento y la resistencia de cálculo especificada Fc, sea igual o mayor a la relación entre carga muerta más sobrecarga actuante y la sobrecarga total de diseño no mayorada. En cualquier caso se recomienda que el concreto tenga, al menos, una resistencia superior al 50% de la resistencia especificada y, en caso de piezas horizontales de cierto vano, el 70%. Las recomendaciones del Comité 347 del ACI, revisadas en 1999, señalan que los tiempos de retiro de los encofrados deben ser especificados en el contrato de la obra. Cuando se retiran los encofrados antes de culminar el lapso de curado establecido, éste debe continuarse. Dadas las actuales tendencias a exigir concretos de especial comportamiento bien sea por su elevado nivel de resistencia o por los particulares detalles de su apariencia, el aspecto del montaje y desmontaje de los encofrados debe ser tema de tratamiento entre los profesionales del diseño, construcción y supervisión de obras. En términos generales se acepta que los moldes de piezas verticales, como columnas y muros se retiren antes que los de vigas y losas, permitiendo que los primeros se quiten a las 24 horas. En el proceso de desencofrado no debe dañarse 223 M A N U A L D E L C O N C R E T O E S T R U C T U R A L TABLA IX.3 TIEMPOS RECOMENDADOS PARA EL DESENCOFRADO TIPO DE ELEMENTO CARGA ACTUANTE > CARGA ACTUANTE < CARGA MUERTA CARGA MUERTA TIEMPO MÍNIMO (DÍAS) TIEMPO MÍNIMO (DÍAS) VIGAS CON LUZ LIBRE: Menor de 3 metros 7 4 De 3 a 6 metros 14 7 Mayor de 6 metros 21 14 LOSAS Y PLACAS: Luz menor de 3 metros 4 3 De 3 a 6 metros 7 4 Mayor de 6 metros 14 7

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