5. Ingeniería Civil
Pregrado
ÍNDICE
1. Introducción
2. Propiedades del concreto fresco
3. Ensayo de asentamiento
4. Agua de mezclado
4. Peso unitario del concreto
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Materiales
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INTRODUCCIÓN
Es importante tener en cuenta que las propiedades del concreto en
estado endurecido depende en mayor o menor grado de sus
características en estado fresco (plástico), especialmente en lo que se
refiere a los procesos de mezclado, transporte, colocación,
compactación y terminado.
En esta clase se va a dar una visión general de las más importantes
propiedades del concreto fresco, la forma de medir estas propiedades,
así como los factores que las afectan. También se va a definir algunos
fenómenos relativos al concreto fresco como son: la segregación, la
exudación y la temperatura.
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Materiales
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PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO
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Manejabilidad
Según el comité 211 de ACI, la manejabilidad, conocida también como trabajabilidad,
se considera como aquella propiedad del concreto fresco mediante la cual se
determina su capacidad para ser colocado y consolidado apropiadamente y para ser
terminado sin segregación dañina alguna.
Consistencia
Otro término utilizado para caracterizar el estado plástico del concreto es la
“consistencia”, que aunque está relacionada con el concepto de manejabilidad, no es
su sinónimo. En términos generales, la consistencia se refiere a su estado de fluidez, es
decir qué tan dura (seca) o blanda (fluida) es una mezcla de concreto cuando se
encuentra en estado plástico, por lo cual se dice que es el grado de humedad de la
mezcla.
Plasticidad
Por último, se denomina como “plasticidad” a una consistencia del concreto tal que
puede ser fácilmente moldeado, pero que le permita al concreto fresco cambiar de
forma lentamente si se saca el molde. Por tal razón no puede considerarse como
mezclas de consistencia plástica ni las muy secas ni las muy fluidas.
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Para aclarar un poco estos conceptos deben tenerse en cuenta que dentro de ciertos límites, las
mezclas húmedas son más manejables que las mezclas secas, pero dos mezclas que tengan la
misma consistencia no son igualmente manejables. Para que ello sea así, deben tener el mismo
grado de plasticidad.
Medida de la manejabilidad
Hoy en día no se conoce ningún método directo para medir la manejabilidad de una mezcla de
concreto. Sin embargo, hay algunos ensayos que permiten correlacionar esta propiedad del
concreto, en estado plástico, con alguna otra característica. Dentro de estos ensayos, se destacan
los siguientes:
Ensayo de asentamiento
El ensayo más ampliamente usado en todo el mundo, por su simplicidad y rapidez, es el ensayo de
asentamiento, el cual mide la consistencia o fluidez de una mezcla fresca de concreto cuyo tamaño
máximo de agregado grueso puede ser hasta de 50,8 mm (2”).
PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO
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Figura 1.- Cono de Abrams
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Para hacer esta medición se usa un molde hecho en lámina metálica en forma de
tronco de cono, el cual tiene la dimensiones indicadas en la figura 1. Este
procedimiento fue desarrollado por el investigador norteamericano Duff
Abrams, razón por la cual se le conoce con el nombre de cono de Abrams. Este
ensayo se encuentra específicamente en las normas sobre concreto y se
describen brevemente a continuación.
Una vez que la muestra de concreto fresco ha sido correctamente seleccionada
de acuerdo con los procedimientos existentes en la toma de muestras de
hormigón fresco, buscando que sea representativa de toda la masa, se procede
de la siguiente manera:
El molde se humedece y se coloca sobre una superficie plana, húmeda y no
absorbente, con la abertura más pequeña hacia arriba. La superficie ideal es una
placa metálica rígida, que haya sido colocada en el suelo y se nivela con un nivel
de mano. Posteriormente el molde se presiona hacia abajo, cogiendo las
agarraderas con el objetivo de que al colocar la mezcla, ésta no salga por la parte
inferior de molde.
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
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El cono se llena en tres capas, cada una con aproximadamente un tercera parte del
“volumen” total del molde, es decir, que la primera capa tendrá una altura aproximada
de 6.5 cm, la segunda llegara hasta 15,5 cm y la tercera cubrirá todo el molde.
Cada capa se apisona 25 veces con una varilla lisa de 16 mm (5/8 pulg.) de diámetro y
más o menos 60 cm de longitud, con uno de sus extremos redondeado. La introducción
de la varilla se debe hacer en diferentes sitios de la superficie con el fin de que la
compactación se distribuya uniformemente sobre la sección transversal.
La primera capa se compacta a través de todo su espesor, en tanto que la segunda y la
tercera se compactan de manera que la varilla penetre ligeramente (como máximo 2.5
cm) (1”) en la capa inmediatamente inferior, ver figura 2.
En algunas ocasiones al compactar la tercera capa, el concreto se asienta por debajo del
borde superior, debido al acomodamiento y consolidación de las partículas, por tal
motivo es necesario completar con más mezcla para que en todo momento haya
concreto sobre el molde. Al término de esta operación debe alisarse a ras de la superficie
con la varilla, o cualquier otro instrumento apropiado. A continuación se quita la mezcla
que cayó al suelo alrededor de la base del molde, dejando limpia la zona que lo rodea.
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
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La diferencia entre la altura del molde y la altura medida sobre el centro original de la
base superior del concreto abatido se llama asentamiento y se mide con una
aproximación de 5 mm, ver figura 2.
Si el concreto se desmorona o se desprende hacia un lado, el ensayo se debe rechazar y
repetir con otra porción de la muestra. Si esta segunda muestra también se desploma o
se parte, es probable que el concreto no tenga la plasticidad o la cohesión adecuada, y
que no sea aplicable el ensayo de asentamiento, ya que esta prueba es sensible
únicamente a las mezclas plásticas y trabajables cuyos valores de asentamiento están
aproximadamente entre 2.5 cm (1”) y 17.5 cm (7”). Por lo tanto, para mezclas muy
ásperas, como las que tienen exceso de agregados grueso, o con agregados muy
angulares, o con excesos de lajas, no se debe emplear.
Inmediatamente después se retira el molde, alzándolo cuidadosamente en dirección
vertical, figura 2, en un lapso de 5 a 10 segundos, sin movimientos circulares o laterales y
sin tocar la mezcla con el molde cuando éste se haya separado del concreto fresco. Al
faltarle apoyo, el concreto se asentará, de ahí el nombre del ensayo.
El tiempo es un factor importante en la prueba. Este ensayo debe iniciarse dentro de los 5
minutos siguientes al muestreo y debe ser completado a los 2 minutos y 30 segundos de
haberse iniciado.
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
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Contenido de agua de mezclado
El principal factor que afecta la manejabilidad es el contenido de agua de la
mezcla, el cual se expresa en kilogramos o litros (debido a que la densidad del
agua es igual a 1.0 T/ m3) por metro cúbico de concreto.
Son muchos los investigadores que se han ocupado de la determinación del
requerimiento de agua necesaria para obtener una consistencia específica en un
concreto o en un mortero. Sin embargo, hoy en día no existe una formula lo
suficientemente sofisticada como para contener todos los factores que afectan
este requerimiento, pero las últimas investigaciones han establecido que el
contenido de agua de una mezcla, principalmente es función del requerimiento
de agua del cemento (si es portland, con adiciones, o puzolánico); de la
granulometría del agregado, tamaño máximo, forma y textura de las partículas,
del contenido de aire, así como de la consistencia especificada. Desde luego,
esta agua no incluye la cantidad que es absorbida por los agregados.
CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO
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La razón principal de que no se haya desarrollado una formula o
procedimiento exacto para calcular o predecir el requerimiento de
agua, estriba en que se deben considerar muchas variables, algunas
de las cuales todavía no se pueden medir en forma correcta, como
son la capacidad de lubricación de la pasta de cemento y la forma de
las partículas del agregado.
Por tal motivo, el método más común para determinar el
requerimiento del agua en un concreto o mortero es un
procedimiento de prueba y error, que consiste en la preparación y
evaluación de mezclas de prueba con los materiales que se van a
utilizar en la construcción. Este método es confiable, pero difícil de
manejar para quien no tiene experiencia en el diseño de mezclas.
CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO
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Un método más sencillo y rápido de manejar es la utilización de tablas o
ábacos que han sido preparados en forma empírica y de los cuales
existen gran variedad, pero con la limitante de que solo proporcionan
cálculos aproximados. La gran mayoría de estas tablas correlacionan el
tamaño máximo del agregado con la consistencia (medida en el cono
de Abrams) del concreto. Un caso típico es la tabla preparada por el
comité ACI- 211, la cual supone que los agregados se encuentran bien
gradados y tiene forma angular.
CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO
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Fluidez de la pasta
Como se sabe, el agua de mezcla tiene dos funciones, a saber: una es hidratar el
cemento (agua de hidratación) y otra producir la pasta (agua evaporable) lubricante
de los agregados, la cual comunica fluidez a la mezcla, permitiéndole movilidad en
estado plástico.
PROPIEDADES DEL CONCRETO
FRESCO 20
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De acuerdo con lo anterior, la fluidez de la pasta influye notablemente en la
manejabilidad de la mezcla de concreto, debido a que para una cantidad
determinada de pasta y de agregados, la plasticidad de la mezcla dependerá de
las proporciones de cemento y agua en la pasta.
Por ejemplo, una pasta con poca agua y mucho cemento será muy rígida por
falta de agua evaporable, lo cual hace inmanejable la mezcla al no poder
lubricar los agregados. Por el contrario, si el contenido de agua es alto y el del
cemento es bajo, la pasta puede llegar a ser tan fluida, por exceso de agua
evaporable, que no es capaz de impedir la segregación de los agregados
(especialmente los gruesos).
Bajo estas consideraciones se debe aclarar entonces que la pasta fresca es una
suspensión y no una solución de cemento en agua y que entre más diluida sea,
mayor será el espacio entre las partículas de cemento, por lo cual será más
débil la estructura de la pasta, sin importar el estado de hidratación del
cemento. Estas es la razón de que en mezclas plásticas, la resistencia del
cemento varié como una función inversa de la relación agua- cemento, la cual,
entre otras cosas, es una manera de expresar el grado de dilución de la pasta.
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Concreto Sin Aditivo
Concreto
con Aditivo
Plastificante
Concreto
con Aditivo
Súper Plastificante
PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO
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Contenido de aire
Durante las operaciones de dosificación y mezcla del concreto, se introduce un volumen de aire
que es variable en cantidad, forma y tamaño de las burbujas, denominado comúnmente “aire
naturalmente atrapado“, el cual posteriormente es liberado por los proceso de compactación.
Por otra parte, también se mencionó que en algunas ocasiones se introducen intencionalmente
aire en el concreto fresco, en forma de pequeñas burbujas (aproximadamente de 1 mm de
diámetro o más pequeñas) que se distribuyen y aisladas para mejorar la durabilidad del concreto,
o para aumentar la manejabilidad. En este caso es denominado aire incorporado.
El aumento de la manejabilidad cuando el concreto se encuentra en estado plástico, es debido a
que una parte de las burbujas de aire aumentan el volumen de la pasta y por otra parte, actúan
sobre la distribución de los agregados, permitiendo una mejor movilidad.
Esto quiere decir que para una misma consistencia, es factible reducir el contenido de agua de
manera que se disminuya la relación agua - cemento y se recupere parte de la resistencia que se
pierde por la presencia de vacíos dentro del concreto. La experiencia indica que es posible reducir
el contenido de agua hasta en un 3% por cada 1% de aire incluido.
PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO
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Por lo general, el contenido de aire dentro de una mezcla de concreto aumentará
cuando se presente una o varias de las siguientes situaciones:
✔Mezclas pobres en cemento
✔Agregados con tamaño máximo
✔Mayor cantidad de arena
✔Consistencias más húmedas
✔Operaciones de mezclado más fuertes o prolongadas
✔Inclusión de aditivos incorporadores de aire
De acuerdo con lo anterior, en la tabla siguiente se presentan las cantidades de aire
naturalmente atrapado que ha indicado la experiencia, así como las cantidades
recomendables de aire total que establece el código ACI-211 según el tamaño máximo
nominal del agregado grueso.
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Tamaño máximo nominal
del agregado grueso
Contenido de aire
naturalmente atrapado
(promedio) %
Contenido de aire total
recomendable (atrapado +
incorporado) %
9.51 3/8 3 4.5 – 7.5
12.5 ½ 2.5 4.0 – 7.0
19.1 ¾ 2 3.5 – 6.0
25.4 1 1.5 3.0 – 6.0
38.1 11/2 1 2.5 – 5.5
50.8 2 0.5 2.0 – 5.0
76.1 3 0.3 1.5 – 4.5
152.0 6 0.2 1.0 – 4.0
Tabla 1. Contenido de aire en mezcla de concreto para varios tamaños
de agregado grueso.
PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO
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Medición del peso unitario:
Aunque el concreto se dosifique por peso, se suministra por volumen. De tal manera, que
el ensayo de peso unitario se emplea para calcular el volumen o el rendimiento
volumétrico producido por los pesos conocidos de cada uno de los materiales que lo
constituyen y para determinar el contenido de cemento por metro cúbico de concreto. En
las normas de concreto, se detallan los procedimientos a seguir.
En pocas palabras, el peso unitario se determina midiendo el peso del concreto que se
requiere para llenar un molde de volumen conocido. Al llenar el molde, el concreto se
compacta con la misma varilla del ensayo de asentamiento y en tres capas de igual altura,
teniendo cuidado de golpear ligeramente los costados del molde después de cada
compactación, para cerrar los vacíos dejados por la varilla. Como alternativa, puede
emplearse la vibración. Después de la compactación se enrasa la superficie mediante una
placa plana, teniendo cuidado de que la medida quede llena justamente al nivel de los
bordes del recipiente. Es esencial el empleo de una placa metálica o de vidrio y no una
varilla o una llana para el enrasado, de lo contrario, el apilamiento del concreto puede
causar que se señale un peso unitario más alto y por lo tanto, que se subestime el
rendimiento. Antes de pesar el molde, deben removerse todo el concreto que se adhiera
en la parte exterior.
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