El concreto es una masa
endurecida con diferentes materiales y sus propiedades están sujetas a una gran
cantidad de variables las cuales dependen de los materiales que lo constituyen
y de los procedimientos de producción, transporte y colocación.
Por esta razón, es muy importante
la elaboración y cumplimiento de un plan de control de calidad para el concreto
y los materiales que lo componen, con el fin de poder predecir el
comportamiento del concreto en estado endurecido y garantizar que se cumpla con
las especificaciones previamente definidas al menor costo posible.
Los invito a conocer de manera muy
práctica el paso a paso para:
Determinar el asentamiento del
concreto según la norma NTC 396
Elaborar y curar muestras de
concreto en obra y para
Elaborar y curar especímenes de
concreto (viguetas).
Para ver la infografía en tamaño
real, clic en el siguiente enlace:
afiche control de calidad (toma de muestras) Argos.
II. INSPECCION DE LAS OBRAS DE CONCRETO:
La inspección de obra sirve para
garantizar el cumplimiento exacto de lo estipulado en los planos y
especificaciones.
La supervisión incluye
observaciones y mediciones de campo y pruebas de laboratorio.
Una responsabilidad del
supervisor del concreto es verificar la calidad de los materiales utilizados en
él.
Una responsabilidad importante
del supervisor es verificar la buena mano de obra en cada etapa y operación,
además de vigilar la producción sin descuidar la calidad. Para que una obra de
concreto sea una buena construcción, esta deberá someterse a una supervisión
estricta.
Los documentos del diseño
constituyen el criterio básico que rige las decisiones y acciones del
supervisor.
Aunque el supervisor no es
responsable de los documentos del diseño para el proyecto que supervisa, puede
colaborar a la obtención de mejores resultados, retroalimentando a los
diseñadores.
Obligaciones del personal
supervisor:
Identificación, examen y
aceptación de materiales.
Control del proporcionamiento,
dosificación, mezclado y de la mezcla.
Revisión de la estructura de la
cimbra y sus apoyos, del acero de refuerzo y limpieza en el colado. Supervisión
en el mezclado, transportación y colocación del concreto.
Preparación de las pruebas de
concreto.
Evaluación de los resultados de
las pruebas.
Verificación de corrección de
procedimientos mal elaborados.
Elaboración de registros e
informes.
Autoridad del supervisor:
Detener la autorización para un
colado hasta que las condiciones previas (cimbras, juntas, varillas) se puedan
aprobar.
Negar la autorización de uso de
materiales, equipo y mano de obras que no cumpla con los requerimientos del
proyecto.(Edixon, 1994).
La supervisión de la construcción
representa una importante actividad aunque de menor cuantía monetaria que la
construcción misma. En esta actividad el supervisor representa al propietario
en la obra y controla:
Inversiones
Calidad de ejecución de obras
Cumplimiento de los plazos previstos
para la construcción.
En la medida en que crezca la
inversión en construcción se requerirá más gente que se dedique a esta
actividad. El profesional garantiza al inversionista que el dinero se esta
empleando de la manera prevista y que el cumplimiento de las especificaciones
elaboraran un diseño de calidad.(Alberto,1999).
III. REGISTROS E INFORMES:
Como ayuda memoria para la
inspección de obras de concreto, se presenta la siguiente lista de acciones que
pueden servir de referencia para la organización y desarrollo del trabajo.
Queda entendido que la relación al pie, deberá ser modificada de acuerdo a las
especificaciones particulares y en el caso de obras especiales.
III.I. PRELIMINAR:
Estudio de planos y
especificaciones, y de Reglamentos de construcción
División de responsabilidades
entre los miembros del equipo de inspección
Tolerancias permisibles de medida
Provisión para los registros e
informes
Equipamiento y personal del
contratista, equipo, organización y métodos
III.II. DOSIFICACIÓN:
Ensayos de los agregados
Dosificación de la mezcla
Cálculos de la mezcla
Gradación de los agregados;
dosificación; rendimiento
III.III. MATERIALES (En general, se aplica
a todos los materiales)
Identificación; cantidades
usadas, aceptabilidad; uniformidad; condiciones de almacenamiento;
métodos de manejo desperdicio;
programación de los ensayos
III.III.I. Cemento:
Muestreo para el ensayo de
laboratorio
Protección contra la humedad
III.III.II. Agregados:
Ensayos de aceptabilidad.
Gradación; materia orgánica
sustancias perjudiciales, otros ensayos.
Condición de la mezcladora,
velocidad de operación
Previsión para el vaciado
continuo
Previsión para el curado
Previsión para la protección
contra sol, lluvia, clima cálido o frío
Herramientas adecuadas y hombres
necesarios para la compactación, acabado y curado
III.V. EN EL CONCRETADO
Condiciones de trabajo : Clima;
trabajos previos realizados; intervalo especificado a partir del vaciado
previo; iluminación para el trabajo nocturno; protección
Dosificación:
Cemento; agregados; agua;
aditivos
Artefactos de verificación de la
dosificación
Verificación del rendimiento de
concreto
Mezclado:
Tiempo mínimo; mezclas demoradas
en la concretera; tiempo máximo; sobrecarga; número de revoluciones del tambor;
agua utilizada; capacidad de amasado del tambor; cantidad de concreto
Control de consistencia:
Observación del concreto durante
el vaciado; ensayos; ajustes del agua o de los aditivos de la mezcla
Verificación de la temperatura del
concreto (en caso necesario)
III.VI. TRANSPORTE
Control de la segregación de
materiales; secamiento o endurecimiento excesivos; límites de tiempo
I. ENSAYOS ACELERADOS DE RESISTENCIA DEL CONCRETO:
Las pruebas de asentamiento se
harán por cada cinco (5) metros cúbicos de concreto a vaciar y serán efectuados
con el consistímetro de Kelly o con el cono de Abrams (ICONTEC 396). Los
asentamientos máximos para las mezclas proyectadas serán los indicados al
respecto para cada tipo, de acuerdo con la geometría del elemento a vaciar y
con la separación del refuerzo.
Testigos de la Resistencia del
Concreto. Las muestras serán ensayadas de acuerdo con el “Método para ensayos
de cilindros de concreto a la compresión” (designación C-39 de la ASTM o
ICONTEC 550 Y 673). La preparación y ensayo de cilindros de prueba que
testifiquen la calidad de los concretos usados en la obra será obligatoria,
corriendo ella de cuenta del Contratista pero bajo la supervigilancia de la
Interventoría. Cada ensayo debe constar de la rotura de por lo menos cuatro
cuerpos de prueba.
La edad normal para ensayos de
los cilindros de prueba será de veintiocho (28) días, pero para anticipar
información que permitirá la marcha de la obra sin demoras extremas, dos de los
cilindros de cada ensayo serán probados a la edad de siete (7) días,
calculándose la resistencia correlativa que tendrá a los veintiocho (28) días.
En casos especiales, cuando se trate de concreto de alta resistencia y
ejecución rápida, es aceptable la prueba de cilindros a las 24 horas, sin
abandonar el control con pruebas a 7 y 28 días. Durante el avance de la obra,
el Interventor podrá tomar las muestras o cilindros al azar que considere
necesarios para controlar la calidad del concreto.
II. EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL CONCRETO:
Hoy en día las normatividad
vigente en muchos países especifican métodos para evaluar la calidad del
concreto, mediante el ensayo a la compresión de muestras del concreto colocado
en obra, en la forma de probetas cilíndricas, según procedimientos normalizados.
Generalmente para cada ensayo, a
una edad determinada, se preparen dos especímenes; que se realice no menos de
un ensayo por cada 120 m3 de concreto estructural; o 450 m2 de losa y no menos
de un ensayo por cada día de vaciado. Las condiciones de los especímenes y el
sistema de curado se encuentran bien normalizados.
La edad para pruebas de
resistencia es de 28 días o una edad menor, en la cual el concreto va a recibir
la carga completa a su esfuerzo máximo, la misma que deberá ser especificada.
III. CRITERIOS PARA UNA BUENA
EVALUACIÓN:
Los métodos de evaluación
difieren según la metodología de diseño aplicada en la estructura:
Para estructuras diseñadas por
esfuerzos permisibles, cargas de servicio y la teoría aceptada de esfuerzos y
deformaciones lineales en flexión, el procedimiento es el siguiente:
Se considera conforme el concreto
de la construcción cuando el promedio de cualquier grupo de cinco ensayos de
resistencia consecutivos, de especímenes curados en el Laboratorio, que
representen a cada clase de concreto, sea igualo mayor que la resistencia
especificada (f'c) y no más de 20% de los ensayos de resistencia den valores
menores que la resistencia especificada.
Cuando se trate de estructuras
diseñadas por el método de diseño a la rotura, es decir, cuando el dimensionamiento
de los elementos de concreto armado se basa en cálculos sobre la resistencia a
la rotura, el concreto se considera conforme cuando el promedio de cualquier
grupo de 3 ensayos consecutivos de resistencia, de especímenes curados en el
Laboratorio, que represente a cada clase de concreto, sea igual o mayor que la
resistencia especificada (f'c) y no más del 10% de los ensayos de resistencia
tendrán valores menores que la resistencia especificada.
IV. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN EL
CONCRETO:
Los ensayos no destructivos son
una herramienta útil para determinar la calidad del hormigón endurecido, pero
en ningún caso reemplazan a los destructivos.
En el caso de estructuras de
dudosa calidad, ya sea afectadas por esfuerzos o ataques de elementos agresivos
al hormigón, se suele aplicar esta técnica con el fin de efectuar un
diagnóstico preliminar del elemento en estudio.
Efectuado éste, se podrán
investigar las zonas con mayor daño con técnicas destructivas, y emitir una
opinión más fundada sobre la estructura. En general se puede señalar, que los
ensayos no destructivos son la etapa previa de los ensayos.
Entre las pruebas no destructivas
se encuentra el uso del equipo ultrasónico. Con esta prueba es posible
determinar el grado de homogeneidad, entre otras características. Esto se logra
a través de mediciones de la velocidad ultrasónica sobre el material que se va
a probar.
IV.I. ALCANCES:
Los materiales que se ensayan con
este método son heterogéneos, como la madera y el hormigón; se excluyen los
metales, ya que provocan una serie de irregularidades que afectan los
resultados obtenidos.
Así el equipo hace posible
conocer el hormigón en las siguientes cualidades: homogeneidad, la presencia de
fisuras, los huecos, los cambios en hormigón debidos a diferentes causas como
ataques del fuego y bioquímicos, así como también la calidad del hormigón.
IV.II. GENERALIDADES:
Existen varios tipos de equipos,
pero en lo esencial poseen transductores capaces de marcar el tiempo de
propagación de una onda a través del hormigón.
IV.III. UTILIZACIÓN:
IV.III.I. Como Usar el Equipo:
Cuidadosamente se elige la
muestra o el elemento que se va a ensayar y se toman tres lecturas como mínimo,
anotando el tiempo de propagación de la onda en el hormigón y la distancia
entre transductores o terminales; estas distancias no deben exceder de 400 mm y
se recomienda que sean lo más constantes posibles para asegurarse de que las
lecturas obtenidas sean uniformes.
Una vez que la onda se transmite
a través del hormigón, es captada por el transductor receptor, el cual
convierte la energía mecánica de la onda en pulso electrónico. Después de
recibido, se obtendrá el tiempo de propagación de la onda en el hormigón que,
junto con la distancia entre transductores, nos ayudará a saber la velocidad de
pulso. Esta velocidad se compara con diferentes criterios existentes y es así
como se conocerá el estado del hormigón ensayado.
IV.III.II. Ensayos no destructivos del
concreto - Ultrasonido:
Se debe asegurar que los
transductores tengan un buen acoplamiento sobre la superficie del hormigón.
Esto se logra colocando entre la superficie de hormigón y los transductores
vaselina. En superficies muy rugosas se deberá efectuar un tartamiento previo.
Al colocar los transductores sobre la superficie del hormigón se debe:
Procurar no moverlos, ya que se
puede generar ruido y consecuentemente lecturas erróneas.
Mantener firmes los transductores
hasta que la lectura sea definida.
IV.III.III. Criterios para la Selección de
Puntos de Ensayo:
Antes de aplicar la prueba, es
necesario efectuar un reconocimiento visual de los puntos que se van a ensayar,
con el fin de determinar la rugosidad de la superficie, la presencia de huecos
y fisuras que afectarán nuestra prueba.
Es necesario quitar el acabado de
la superficie (yeso, cemento, pintura, etc) con el fin de evitar resultados
erróneos por la posible separación entre el acabado y el elemento que se va
ensayar.
Cuando la superficie es rugosa,
es necesario pulirla con una piedra de pulir, con el fin de evitar que los transductores
obtengan una señal defectuosa.
En la figura se muestran las
opciones para instalar los transductores en la superficie de prueba de la
probeta. La transmisión puede ser directa, semidirecta o indirecta.
Mientras sea posible deberá
utilizarse la transmisión directa, ya que proporciona la máxima sensibilidad y
provee una longitud de trayectoria bien definida. Sin embargo, algunas veces
tiene que examinarse el hormigón mediante el uso de trayectorias diagonales y,
en estos casos, la semidirecta puede usarse tomando en cuenta que la distancia
que se va a medir será en diagonal, aplicando el teorema de Pitágoras.
La transmisión indirecta es la
menos satisfactoria, ya que además de su relativa insensibilidad, nos da
medidas de la velocidad de pulso que usualmente tienen la influencia de la capa
de hormigón cercana a la superficie, que no serán representativas del hormigón
en estratos más profundos. Aún más, la longitud de la trayectoria está menos
definida y no resulta satisfactorio el tomarla como la distancia de centro a
centro de los transmisores; para corregir esto perfectamente, debe adoptarse el
método mostrado en la figura siguiente, para determinar la velocidad de pulso.
En este método, se coloca el
transmisor en un punto elegido de la superficie y el receptor sobre los puntos
sucesivos a lo largo de una misma línea, la distancia centro a centro se
obtiene directamente para cada punto, con su tiempo de propagación respectivo.
El inverso de la pendiente de la línea recta dibujada entre dos puntos de la
gráfica de distancia en contraposición con el tiempo, nos da la velocidad
promedio del pulso en la superficie. (Ver la figura adjunta).
También se ha visto que la
velocidad de pulso determinada por el método indirecto es menor que la que se obtiene con el método
directo. Cuando sea posible efectuar mediciones por varios métodos, se
establecerá una relación entre ellos y podrá determinarse el factor de
corrección.
Cuando no sea posible el método
directo, un valor aproximado para obtener la velocidad mediante el método
indirecto será:
VD = 1,05 V1
VD= Velocidad de pulso obtenida
usando el método directo.
V1= Velocidad de pulso obtenida
usando el método indirecto.
Si los datos de la gráfica de
distancia en contraposición con el tiempo no están en línea recta (ver figura
2), es decir, que hay cambios de pendiente, significa que el hormigón cercano a
la superficie es de calidad variable o que existe una fisura en el hormigón en
la línea sobre la cual se realiza la prueba. Lo anterior se comprueba cuando la
velocidad comienza a bajar el espesor del estrato afectado se puede calcular
como sigue:
T = (X0/2)*((Vs – Vd)/(Vs +
Vd))0.5
Donde:
t = espesor de la capa de
hormigón afectada.
X0= distancia en la cual ocurre
el cambio de pendiente.
Vd= velocidad de pulso en
hormigón dañado.
Vs= velocidad de pulso en
hormigón no dañado.
Las condiciones de prueba
influyen en la velocidad de pulso; por lo tanto, debemos tener en cuenta las
siguientes:
a) La longitud de la trayectoria
es insignificante cuando no es menor que 100 mm para un agregado de 20 mm, o no
menor que 150 mm para un agregado de 40 mm.
b) La velocidad de pulso no se
verá afectada al hacer mediciones en dos dimensiones diferentes del elemento,
siempre y cuando no se varíe el ángulo recto entre ellos.
c) La influencia del refuerzo
generalmente es pequeña si las barras se encuentran perpendicularmente a la
trayectoria del pulso (cabe recordar que la velocidad del pulso será mayor en
las barras que el hormigón); la influencia es significativa si las barras están
en la dirección del pulso. En general, hay que evitar aplicar el pulso
ultrasónico cerca de las barras de acero, ya que entonces se deberán corregir
los resultados con factores de ajuste. Si al aplicar el pulso, el tiempo de
propagación se incrementa en gran medida, lo mejor es buscar otra parte del
elemento y hacer ahí las mediciones, ya que los factores de corrección son sólo
aproximaciones. Para evitar las mediciones en las zonas de armadura, es
conveniente utilizar un “Pacómetro” o detector de armaduras, este equipo
permite delinear laz zonas donde se encuentra el acero de refuerzo.
d) La humedad en el hormigón
puede ser reducida; sin embargo puede ser significativa en el pulso
ultrasónico. En general, la velocidad se incrementará a medida que aumenta el
contenido de humedad, y con ello se puede obtener un hormigón de buena calidad
en lugar de un hormigón pobre.
Al emplear el pulso ultrasónico,
el aspecto más importante que se debe considerar es el número de elementos
ensayados, ya que entre mayor sea la muestra se tendrán más elementos de
comparación para poder obtener un juicio acerca de la calidad del hormigón, la
selección de los puntos debe hacerse en forma aleatoria.
Cuando hay una fisura en el
hormigón, el pulso ultrasónico nos permitirá determinar su profundidad e
inclinación. Para obtener la profundidad, las mediciones se harán colocando los
transductores uno a cada lado de la fisura a una distancia ”x”, procurando que
sean en la parte más gruesa de la misma. A continuación se repetirá la lectura
a doble distancia de la anterior. (Ver figura 3)
Para determinar la inclinación,
se colocan los transductores a los lados de la fisura y después se mueve uno de
ellos alejándolo de la fisura. Si al efectuar esta operación la lectura del
tiempo de propagación disminuye, significa que la fisura presenta inclinación
hacia ese lado (ver figura 4).
IV.III.IV. Registro de Datos:
Para llevar el registro de datos
se necesita una libreta de registro, una planta tipo o croquis de los puntos
que se van a muestrear y datos del edificio. En la libreta se registra la
distancia, el tiempo de propagación y tipo de lectura para cada elemento
ensayado, ubicación exacta del elemento ensayado, T° ambiente y humedad.
El ACI define la durabilidad del
concreto de cemento Pórtland como la habilidad para resistir la acción del
intemperismo, el ataque químico, abrasión, y cualquier otro proceso o condición
de servicio de las estructuras, que produzcan deterioro del concreto. (Ref.
12.1 y 12.2).
La conclusión primordial que se
desprende de esta definición es que la durabilidad no es un concepto absoluto
que dependa sólo del diseño de mezcla, sino que está en función del ambiente y
las condicione de trabajo a las cuales lo sometamos.
En este sentido, no existe un
concreto “durable” por sí mismo, ya que las características físicas, químicas y
resistentes que pudieran ser adecuadas para ciertas circunstancias, no
necesariamente lo habilitan para seguir sido “durable” bajo condiciones diferentes.
Tradicionalmente se asoció la
durabilidad a las características resistentes del concreto, y particularmente a
su resistencia en compresión, pero las experiencias particularmente a su
resistencia en compresión, pero las experiencias prácticas y el avance de la
investigación en este campo han demostrado que es sólo uno de los aspectos
involucrados, pero no el único ni el suficiente para obtener un concreto
durable.
En consecuencia, el problema de
la durabilidad es sumamente complejo en la medida en que cada situación de
exposición ambiental y condición de servicio ameritan una especificación
particular tanto para los materiales y diseño de mezcla, como para los
aditivos, la técnica de producción y el proceso constructivo, por lo que es
usual que en este campo las generalizaciones resulten nefastas.
Bryant Mather, uno de los
pioneros en la investigación en Tecnología del Concreto y en el área de la
durabilidad indica en uno de sus trabajos (Ref. 12.3): “Está demostrado
científicamente que las estructuras de concreto se comportan inadecuadamente
debido a que las especificaciones técnicas fueron deficientes o que éstas
fueron correctas pero no se siguieron en la obra”.
Es obvio pues que en este aspecto
se debe desterrar una práctica muy común en nuestro medio como es la de
repetir, copiar o “adaptar” especificaciones técnicas locales aparentes, pero
que sin embargo desde el punto de vista de la Tecnología del Concreto y la
durabilidad requieren una evaluación y criterios particulares.
Quines han tenido la oportunidad
de laborar en las diferentes regiones de nuestro país, habrán podido comprobar
la repetición sistemática de errores conceptuales y prácticas constructivas
inadecuadas en lo que a tecnología del concreto y durabilidad se refiere, por
el concepto equivocado de que el concreto es un material “noble” que puede
asimilar nuestras deficiencias, y que es antieconómico trabajar con los avances
de la técnica moderna.
En el desarrollo de este tema,
analizaremos algunos conceptos básicos que permitan una mejor aproximación a
estos problemas y la utilización más eficiente de nuestros recursos materiales
y humanos.
II. FACTORES QUE AFECTAN LA
DURABILIDAD DEL CONCRETO:
En este acápite delinearemos los
factores que influyen en el deterioro del concreto y consecuentemente en la
durabilidad, debiendo tenerse presente que no se incluye dentro de ellos la
fisuración pues este es un síntoma de los cambios volumétricos y no un factor
en sí, por lo que su tratamiento ha sido materia de un desarrollo particular en
el Capítulo 11.
Los factores mencionados se
clasifican en 5 grupos. (Ref. 12.4)
Congelamiento y descongelamiento
(Freezing Thawing)
Ambiente químicamente agresivo
Abrasión
Corrosión de metales en el
concreto
Reacción químicas en los
agregados
Existen factores que influyen en
la durabilidad, clasificados desde el punto de vista del mecanismo de ataque al
concreto y que representan subdivisiones y análisis más profundos que los ya
mencionados (reacciones no ácidas, ácido carbónico en el agua, ataque de sales
de magnesio, agresión de grasas animales etc.) pero que no trataremos en el
presente Capítulo por estar más relacionados con la investigación académica de
estos fenómenos que con su trascendencia práctica, ya que la frecuencia de ocurrencia
de tales agentes es muy aislada.
III. FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA
A LA ABRASIÓN DEL CONCRETO:
El factor principal reside en qué
tan resistente es desde el punto de vista estructural o mecánico, la superficie
expuesta al desgaste.
Se han desarrollado varias
maneras de medir el desgaste o la resistencia a la abrasión tanto a nivel de
laboratorio como a escala natural (Ref. 12.12), pero los resultados son
bastante relativos pues ninguna de ellas puede reproducir las condiciones
reales de uso de las estructuras, ni dar una medida absoluta en términos
numéricos que pueda servir para comparar condiciones de uso o concretos
similares, por lo tanto el mejor indicador es evaluar principalmente factores
como la resistencia en compresión, las características de los agregados, el
diseño de mezcla, la técnica constructiva y el curado.
IV. MECANISMO DE LA CORROSIÓN:
En la Figura 12.1 (Ref. 12.14) se
describe el esquema típico general de la celda electroquímica, consistente en
un ánodo de Fierro, un cátodo de otro metal que para nuestro caso también sería
Fe, con iones en su medio ácido, un elemento que permita el flujo iónico del
cátodo al ánodo, y una conexión entre ánodo y cátodo para canalizar el flujo de
electrones. En las Fig. 12.2 y 12.3
(Ref. 12.14) se establece el esquema de la celda electroquímica en le caso del
acero de refuerzo, y el mecanismo de acción sobre el concreto.
V. COMO COMBATIR LA CORROSIÓN:
Los cloruros pueden estar dentro
del concreto desde su colocación, si los agregados, el agua de mezcla o los
aditivos ya los incluían, luego el primer paso consiste en evaluar los
materiales del concreto para estimar si contribuirán a la corrosión, y de ser
así existen alternativas en cuanto a cambiarlos por otros que no los contengan
o en le caso de los agregados someterlos por otros que no los contengan o en el
caso de los agregados someterlos a lavado para reducir su concentración.
La otra forma como se pueden
introducir es entrando en solución por los poros capilares del concreto. Esto se verifica cuando el concreto está en
exposición directa a agua con cloruros como es el caso de estructuras marinas o
en el aire con alta humedad relativa, y en muchos casos se va depositando sobre
el concreto por la humedad ambiental y el viento que arrastra partículas de
suelo contaminado, introduciéndose la solución cuando llueve.
Como se apreciará, para que se
produzca el ingreso es necesario que el concreto sea lo suficientemente
permeable para que los cloruros lleguen hasta donde se encuentra el acero de
refuerzo, por lo que se aplican las mismas recomendaciones que para la
agresividad de los sulfatos, con la condición adicional de la importancia
extrema del concreto de recubrimiento, que es la barrera principal para el ingreso. En los casos de ambientes agresivos con
cloruros deben especificarse recubrimientos mayores de los normales y calidades
de concreto que aseguren baja permeabilidad.
Se han desarrollado pinturas
especiales par el acero con objeto de prevenir la corrosión bajo condiciones
muy agresivas, pero en este aspecto es muy importante el establecer
perfectamente las zonas catódicas de modo que con la pintura se evite el
oxígeno y el agua que son los requisitos para el fenómeno y por otro lado,
nunca se puede garantizar del todo que el proceso constructivo ocasione que
existan algunas zonas desprotegidas en el acero por donde se inicie el proceso.
Existen aditivos llamados
inhibidores, que añadidos a la mezcla de concreto combaten la corrosión
anulando los cloruros (Ref. 12.17) sin embargo su efectifidad no está del todo
garantizada, y algunos causan efectos secundarios como modificación del tiempo de
fraguado, disminución de resistencia en compresión y eflorescencias.
Dentro de estos inhibidores están
el Nitrito de Calcio, Nitrito de Sodio, Dicromato de Potasio, Cromato de Zinc,
Cromato de Sodio, Benzoato de Sodio etc.
El método de protección probado
como el más eficiente es el equematizado en la Figura 12.6 (Ref. 12.19)
denominado de protección catódica, ya que el principio consiste en generar una
corriente inversa a la originada por la celda electroquímica de modo de anular
el flujo y eliminar el proceso de corrosión.
VI. RECOMENDACIONES SOBRE REACCIONES
QUÍMICAS EN LOS AGREGADOS:
Como ya mencionamos, en nuestro
medio no hay muchos antecedentes de ocurrencia de este tipo de reacciones pese
a que por ejemplo la andesita es un mineral muy abundante en nuestro país, pero
es probable que la cantidad de obras que se hayan ejecutado en las zonas que
pudieran ser potencialmente reactivas no hayan ameritado el empleo masivo de
estos materiales, o simplemente no tienen la reactividad que tienen en otros
países donde le problema sí es grave.
En todo caso, es factible
efectuar en el Perú los ensayos ASTM para evaluar estos materiales (Ref.
12.19), y sería posible también implementar la prueba sudafricana y la de la
Universidad de Cornell (Ref. 12.20), sin embargo no existe la experiencia
práctica desde el punto de vista de los ensayos petrográficos por ejemplo,
donde tiene suma importancia la experiencia del evaluador que usualmente es un
Geólogo o un Ingeniero de Minas que no pueden opinar mucho del mineral con relación
a su comportamiento con el cemento, dado que no existe en nuestras
Universidades de especialidad de Tecnologistas en Concreto, que pudieran ir
formando profesionales orientados hacia estos problemas.
En conclusión, la mejor
recomendación al evaluar una cantera donde haya sospecha de reactividad
alcalina es recopilar la mayor información estadística sobre el uso anterior de
los agregados en la producción de concreto e inspeccionar las obras ejecutadas
para poder estimar el riesgo.
Finalmente, se ha comprobado
(Refs. 12.20 y 12.21) que algunos métodos alternativos para prevenir la
reactividad alcalina son el empleo de sales de Litio (LiOH, LiF, Li2CO3), como
aditivos en la mezcla, el reemplazo de al menos el 25% del cemento por cenizas
volátiles y el uso de puzolanas.
VII. AMBIENTE QUÍMICAMENTE AGRESIVO:
El concreto es un material que en
general tiene un comportamiento satisfactorio ante diversos ambientes
químicamente agresivos.
El concepto básico reside en que
el concreto es químicamente inalterable al ataque de agentes químicos que se
hallan en estado sólido.
Para que exista alguna
posibilidad de agresión el agente químico debe estar en solución en una cierta
concentración y además tener la opción de ingresar en la estructura de la pasta
durante un tempo considerable, es decir debe haber flujo de la solución
concentrada hacia el interior del concreto y este flujo debe mantenerse el
tiempo suficiente para que se produzca la reacción.
Este marco de referencia reduce
pues las posibilidades de ataque químico externo al concreto, existiendo
algunos factores generales que incrementan la posibilidad de deterioro como
son: las temperaturas elevadas, velocidades de flujo altas, mucha absorción y
permeabilidad, el curado deficiente y los ciclos de humedecimiento y secado.
Los ambientes agresivos usuales
están constituidos por aire, agua y suelos contaminados que entran en contacto
con las estructuras de concreto.
Se puede decir pues que el
concreto es uno de los materiales que demuestra mayor durabilidad frente a
ambientes químicamente agresivos, ya que si se compara estadísticamente los
casos de deterioro con aquellos en que mantiene sus condiciones iniciales pese
a la agresividad, se concluye en que estos casos son excepcionales.
VIII. EFECTO DE COMPUESTOS QUÍMICOS CORRIENTES
SOBRE EL CONCRETO:
En la Tabla 12.2 se puede
apreciar el efecto de varias sustancias químicas comunes sobre el concreto
simple, comprobándose pues que son muy poscas la que realmente le acusan un
daño importante.
Dentro de este panorama, los
compuestos que por su disponibilidad en el medio ambiente producen la mayoría
de casos de ataque químico al concreto están constituidos por los cloruros y
los sulfatos.
VIII.I. CLORUROS:
Los cloruros se hallan
normalmente en el ambiente en las zonas cercanas al mar, en el agua marina, y
en ciertos suelos y aguas contaminadas de manera natural o artificial.
Como se observa en la Tabla 12.2,
los cloruros tienen una acción insignificante sobre el concreto desde el punto
de vista de la agresión química directa, pero erradamente se les considera en
muchas oportunidades causantes del deterioro que es producido por otros
agentes.
VIII.II. SULFATOS:
Los sulfatos que afectan la
durabilidad se hallan usualmente en el suelo en contacto con el concreto, en
solución en agua de lluvia, en aguas contaminadas por deshechos industriales o
por flujo en suelos agresivos.
Por lo general consisten en
sulfatos de Sodio, Potasio, Calcio y Magnesio.
Los suelos con sulfatos se hallan
normalmente en zonas áridas, y pese a que pueden no estar en muy alta
concentración, si se producen ciclos de humedecimiento y secado sobre el
concreto, la concentración puede incrementarse y causar deterioro.
El mecanismo de acción de los
sulfatos considera dos tipos de reacción química:
Combinación del sulfato con
Hidróxido de Calcio libre (Cal Hidratada) liberado durante la hidratación del
cemento, formándose Sulfato de calcio (Yeso) de propiedades expansivas.
Combinación de Yeso con Aluminato
Cálcico Hidratado para formar Sulfoaluminato de Calcio (Etringita) también con
características de aumento de volumen.
Algunos investigadores indican que existe un efecto puramente físico
causado por la cristalización de las sales sulfatadas en los poros del concreto
con aumento de volumen y deterioro.
I. DEFORMACIÓN DEL CONCRETO: En el concreto, es tan importante
conocer las deformaciones como los esfuerzos. Esto es necesario para estimar la
pérdida de pre esfuerzo en el acero y para tenerlo en cuenta para otros efectos
del acortamiento elástico.
Tales deformaciones pueden
clasificarse en cuatro tipos:
Deformaciones elásticas.
Deformaciones laterales.
Deformaciones plásticas.
Deformaciones por contracción.
I.I. DEFORMACIONES ELÁSTICAS:
El término deformaciones
elásticas es un poco ambiguo, puesto que la curva esfuerzo-deformación para el
concreto no es una línea recta aun a niveles normales de esfuerzo, ni son
enteramente recuperables las deformaciones.. Entonces es posible obtener valores
para el módulo de elasticidad del concreto. El módulo varía con diversos
factores, notablemente con la resistencia del concreto, la edad del mismo, las
propiedades de los agregados y el cemento, y la definición del módulo de
elasticidad en sí, si es el módulo tangente, inicial o secante.
Aún más, el módulo puede variar
con la velocidad de la aplicación de la carga y con el tipo de muestra o
probeta, ya sea un cilindro o una viga. Por consiguiente, es casi imposible
predecir con exactitud el valor del módulo para un concreto dado.
I.II. DEFORMACIONES LATERALES:
Cuando al concreto se le comprime
en una dirección, al igual que ocurre con otros materiales, éste se expande en
la dirección transversal a la del esfuerzo aplicado. La relación entre la
deformación transversal y la longitudinal se conoce como relación de Poisson.
La relación de Poisson varía de
0.15 a 0.20 para concreto.
I.III. DEFORMACIONES POR CONTRACCIÓN:
Las mezclas para concreto normal
contienen mayor cantidad de agua que la que se requiere para la hidratación del
cemento. Esta agua libre se evapora con el tiempo, la velocidad y la
terminación del secado dependen de la humedad, la temperatura ambiente, y del
tamaño y forma del espécimen del concreto. El secado del concreto viene
aparejado con una disminución en su volumen, ocurriendo este cambio con mayor
velocidad al principio que al final.
De esta forma, la contracción del
concreto debida al secado y a cambios químicos depende solamente del tiempo y
de las condiciones de humedad, pero no de los esfuerzos.
II.LAS DIFERENTES FORMAS DE RESISTIR
DEL CONCRETO:
II.I. CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA:
Para la fabricación de los
concretos de alta resistencia, es necesario reducir la relación a/c a valores
menores de 0.40, pudiendo llegar hasta 0.30. En el rango de a/c 0.40 - 0.70, el
componente más débil del concreto es el cemento y la interface
cemento-agregado; pero cuando se va reduciendo el a/c, éstos dejan de ser los
más débiles del sistema, incrementándose la resistencia.
En los concretos de alta
resistencia con relaciones a/c < 0.40, el factor más débil y limitante está
constituido por los agregados, cuyo comportamiento dependen de sus
características mineralógicas, su forma y resistencia mecánica propia de los
agregados. Estos parámetros deben optimizarse para alcanzar altas resistencias.
En el proceso de obtener altas
resistencias del concreto para relaciones a/c < 0.45, los aditivos super
plastificantes cumplen un papel muy importante al contribuir a reducir el agua
de mezclado y mejorar la trabajabilidad.
Complementariamente al uso de los
aditivos, para alcanzar resistencias superiores a los 800 Kg/cm2, es necesario
utilizar en el concreto la micro sílice (humo de sílice) que por su propiedad
puzolánica contribuye a incrementar la resistencia del concreto.
II.II. RESISTENCIA MECÁNICA:
La resistencia mecánica del
concreto endurecido ha sido tradicionalmente la propiedad más identificada con
su comportamiento como material de construcción.
En términos generales, la
resistencia mecánica, que potencialmente puede desarrollar el concreto, depende
de la resistencia individual de los agregados y de la pasta de cemento
endurecida, así como, de la adherencia que se produce en ambos materiales. En
la práctica, habría que añadir a estos factores el grado de densificación logrado
en la mezcla ya que, como ocurre con otros materiales, la proporción de vacíos
en el concreto endurecido tiene un efecto decisivo en su resistencia.
Cuando las partículas de los
agregados son duras y resistentes, la resistencia mecánica del concreto tiende
a ser gobernada por la resistencia de la pasta de cemento y/o por la adherencia
de esta con los agregados. Por lo contrario si los agregados son débiles, la
resistencia intrínseca de estos se convierte en una limitación para la
obtención de altas resistencias, lo cual no quiere decir que el concreto no
pueda ser más resistente que las partículas individuales de los agregados.
La adquisición de la resistencia
mecánica de la pasta de cemento conforme endurece es una consecuencia inmediata
del proceso de hidratación del cemento.
II.III. EL CONCRETO COMO MATERIAL
COMPUESTO:
Podemos definir un material
compuesto como la combinación tridimensional de por lo menos dos materiales
químicamente y mecánicamente distintos con una interfase definida que separa
los componentes. Este material polifásico tendrá diversas características de
sus componentes originales.
Ha sido muy conocido que las
propiedades de materiales multifásicos pueden ser muy superiores a las
características de las fases individuales tomadas por separado, particularmente
cuando estos vienen de las fases débiles o quebradizas.
Hoy, sabemos que ni la roca, ni
la pasta del cemento pura han determinado los materiales de construcción
útiles, la roca porque es demasiado quebradiza, y el cemento porque se quiebra
en la sequedad. Sin embargo, juntos se combinan para formar materiales de construcción.
Cuando las partículas de los
agregados son duras y resistentes, la resistencia mecánica del concreto tiende
a ser gobernada por la resistencia de la pasta de cemento y/o por la adherencia
de esta con los agregados. Por lo contrario si los agregados son débiles, la
resistencia intrínseca de estos se convierte en una limitación para la
obtención de altas resistencias, lo cual no quiere decir que el concreto no
pueda ser más resistente que las partículas individuales de los agregados.
La adquisición de la resistencia
mecánica de la pasta de cemento conforme endurece es una consecuencia inmediata
del proceso de hidratación del cemento.
II.IV. MODULO DE ELASTICIDAD DEL
CONCRETO:
Los modelos de sistemas
compuestos simples se han aplicado al concreto.
II.V. RELACIÓN DE POISSON DEL CONCRETO:
La relación entre la deformación
lateral que acompaña una deformación axial aplicada y la deformación final se
utiliza en el diseño y análisis de muchos tipos de estructuras. La relación de
Poisson del concreto varia en un rango de 0.11 a 0.21 (generalmente de 0.15 a
0.20) cuando se determina por medición de la deformación, tanto para el
concreto normal como para el concreto ligero.
Para este último método se
requiere la medición de la velocidad de pulso,V, y también la de la frecuencia
fundamental de resonancia de la vibración longitudinal de una viga de longitud
l. La relación de Poisson, μ, se puede calcular por medio de la expresión.
Generalmente se indica que la
relación de Poisson es menor en el concreto de alta resistencia.
III. DETERMINACION DE LA RESISTENCIA
DEL CONCRETO A LA TRACCIÓN:
III.I. MÉTODO DE COMPRESIÓN DIAMETRAL:
Esta Norma Técnica Peruana
establece el procedimiento para la determinación de la resistencia a la
tracción por compresión diametral de especímenes cilíndricos de hormigón
(concreto), tales como cilindros moldeados y testigos diamantinos.
III.I.I RESUMEN DEL MÉTODO:
Este método de ensayo consiste en
aplicar una fuerza de compresión diametral a toda la longitud de un espécimen
cilíndrico de concreto, a una velocidad prescrita, hasta que ocurra la falla.
III.I.II. VELOCIDAD DE CARGA:
La carga se aplicará en forma
continua y evitando impactos, a una velocidad constante dentro del rango de 689
kPa/min a 1380 kPa/min hasta que falle el cilindro por el esfuerzo de tracción
por comprensión diametral.
III.I.III. EXPRESIÓN DE RESULTADOS:
La resistencia a la tracción por
comprensión diametral de la probeta se calcula con la siguiente fórmula:
T = 2P / π.l.d
Donde:
T = Resistencia a la tracción por
comprensión diametral, kPa.
P = Máxima carga aplicada
indicada por la máquina de ensayo, kN.
l = longitud, m.
d = Diámetro, m.
III.II. RESISTENCIA A LA FLEXIÓN:
La resistencia a la flexión del
concreto es una medida de la resistencia a la tracción del concreto (hormigón).
Es una medida de la resistencia a la falla por momento de una viga o losa de
concreto no reforzada. Se mide mediante la aplicación de cargas a vigas de
concreto de 6 x 6 pulgadas (150 x 150 mm) de sección transversal y con luz de
como mínimo tres veces el espesor.
La resistencia a la Flexión se
expresa como el Módulo de Rotura (MR) en libras por pulgada cuadrada (MPa) y es
determinada mediante los métodos de ensayo ASTM C78 (cargada en los puntos
tercios) o ASTM C293 (cargada en el punto medio).
III.III. ENSAYOS PARA DETERMINAR LA
RESISTENCIA A LA FLEXIÓN NTP 339.078:
Método de ensayo para determinar
la resistencia a la flexión del hormigón en vigas simplemente apoyadas con
carga a los tercios del tramo.
Objeto:
La Norma Técnica Peruana
establece el procedimiento para determinar la resistencia a la flexión de
probetas en forma de vigas simplemente apoyadas, moldeadas con concreto o de
probetas cortadas extraídas de concreto endurecido y ensayadas con cargas a los
tercios.
Resumen del método:
Este método de ensayo consiste en
aplicar una carga a los tercios de la una probeta de ensayo en forma de
vigueta, hasta que la falla ocurra. El módulo de rotura, se calculará, según
que la grieta se localice dentro del tercio medio o a una distancia de éste, no
mayor del 5% de la luz libre.
IV. RELACION RESISTENCIA A LA FLEXION - RESISTENCIA DE COMPRESIÓN:
La resistencia a flexión o el
módulo de ruptura se usa en el diseño de pavimentos u otras losas (pisos,
placas) sobre el terreno. La resistencia a compresión, la cual es más fácil de
ser medida que la resistencia a flexión, se puede usar como un índice de
resistencia a flexión, una vez que la relación empírica entre ambas ha sido
establecida para los materiales y los tamaños de los elementos involucrados.
La resistencia a flexión de
concretos de peso normal es normalmente de 0.7 a 0.8 veces la raíz cuadrada de
la resistencia a compresión en megapascales o de 1.99 a 2.65 veces la raíz
cuadrada de la resistencia a compresión en kilogramos por centímetros cuadrados
(7.5 a 10 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión en libras por
pulgadas cuadradas).
El Módulo de Rotura es cerca del
10% al 20% de la resistencia a compresión, en dependencia del tipo, dimensiones
y volumen del agregado grueso utilizado, sin embargo, la mejor correlación para
los materiales específicos es obtenida mediante ensayos de laboratorio para los
materiales dados y el diseño de la mezcla.
