"Semana 1: "Introducción"

TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

I. IMPORTANCIA DE LA TECNOLOGÍA DEL CONCRETO:

Proporciona los conocimientos teóricos básicos y la aplicación practica que permiten la más eficiente utilización del concreto.

II. CONCRETO:

• Concreto (Del inglés Concrete, a su vez del latín concretus) es un material compuesto empleado en construcción, formado esencialmente por un aglomerante al que se añade partículas o fragmentos de un agregado o agregados, agua y aditivos específicos.
• El concreto es una mezcla de cemento portland, agregado fino. Agregado grueso, aire y agua en proporciones adecuadas para obtener ciertas propiedades prefijadas, especialmente la resistencia.

II.I. CARACTERÍSTICAS Y NATURALEZA DEL CONCRETO:

Entre los factores que hacen del concreto un material de construcción universal tenemos:

• La facilidad con que puede colocarse de los encofrados de casi cualquier forma mientras aún tiene una consistencia plástica.
• Su elevada resistencia a la compresión lo que le hace adecuado para elementos sometidos fundamentalmente a compresión, como columnas y arcos.
• Su elevada resistencia al fuego y  a la penetración del agua.

II.II. DESVENTAJAS DEL CONCRETO:

• Con frecuencia el concreto se prepara en el sitio en condiciones en donde no hay un responsable absoluto de su producción, es decir el control de calidad no es tan bueno.
• El concreto es un material de escasa resistencia a la tracción. Esto hace difícil su uso en elementos estructurales que están sometidas a tracción, por completo (como tirantes) o en parte de sus secciones transversales (como vigas u otros elementos sometidos a flexión).

II.III. MATERIALES COMPONENTES DEL CONCRETO:

II.III.I. LIGANTES:

• Cemento
• Agua

II.III.II. AGREGADOS:

• AGREGADO FINO: Arena.
• AGREGADO GRUESO: Grava, piedra chancada, confitillo, escoria de hornos.

II.IV. ETAPAS PRINCIPALES PARA LA PRODUCCIÓN DE UN BUEN CONCRETO:

1. Dosificación
2. Mezclado.
3. Transporte.
4. Colocación.
5. Consolidación.
6. Curado.

II.V. HISTORIA DEL CONCRETO Y SU LLEGADA EN EL PERU.

La historia del concreto está muy ligada con la historia del cemento, para ser más específicos con el material cementante, que desde tiempos remotos ha servido para dar mayor resistencia, ante los agentes de intemperismo, a la construcción de viviendas, templos, palacios, etc. y por ende a una mayor comodidad social. Por ejemplo en la cultura Egipcia se utilizaba un mortero, mezcla de arena con materia cementosa, para unir bloques y losas de piedra al elegir sus construcciones; los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada. Un material volcánico muy apropiado para estar aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli nombre con el que actualmente se conoce a las puzolanas.

Pero en el Perú a diferencia de estas culturas y a pesar de los grandes conocimientos incaicos sobre astronomía, trazado y construcción de canales de irrigación, edificaciones de piedra y adobe, etc.

“no existen evidencias del empleo de ningún material cementantes este periodo que se caracterizó por un desarrollo notable del empleo de la piedra sin elementos ligantes de unión entre piezas”

Los materiales aglomerantes o cementantes en el Perú datan del siglo XVI, en la Colonia, en la que los españoles implantan los conocimientos técnicos europeos a Lima. Y a medida que el auge y la riqueza del virreinato del Perú crecen también lo hacen en gran medida las edificaciones y el ornato de las ciudades, motivando el empleo de materiales y técnicas más elaboradas, como lo indica el siguiente párrafo:

“…en las construcciones coloniales, generalmente de dos pisos, los cimientos eran de piedra grande de rio amarradas y con mezcla de cal y arena lo que se denominaba el calicanto”

Como se observa el concreto rudimentario de aquella época empleaba el calicanto como aglomerante con inclusión de piedras de diversos tamaños en la que sería una especie de concreto ciclópeo actual. Su uso se limitaba por lo general a cimentaciones. En un afán por mejorar la calidad del concreto, en cuestiones de resistencia, se comenzaron a experimentar con distintas especies orgánicas y hasta de consumo humano, como cuenta el siguiente párrafo.

“…según la tradición limeña cuenta que el puente de piedra sobre el rió Rímac Iniciado en el año 1608 y concluido en el año 1610, y que aún existe, se edificó agregando al mortero de cal y arena huevos frescos en gran cantidad para mejorar sus propiedades resistentes, en lo que constituiría unos de los intentos más precoces y pintorescos en el empleo de aditivos en país”

Gracias a la invención de la maquina a vapor; “…en 1824 Joseph Apsdin patenta un proceso de calcinación de caliza arcillosa que producía un cemento que al hidratarse adquiría según él las mismas propiedades que la piedra la isla Portland”.

Pero no es hasta el año 1915 cuando llega al Perú la compañía constructora norteamericana Fundación Co. Para ejecutar entre muchos proyectos el terminal marítimo del Callao y la pavimentación de Lima. Es esta compañía la que trae los primeros hornos para la fabricación del cemento con lo que se inicia la tecnología del concreto local. En el año 1916 la compañía peruana de cemento portland compra los hornos a la Fundación e instala en el Rímac la primera fábrica de cemento comercial del Perú(compañía peruana de cemento portland) empleando materia prima de Atocongo. Entre1955 y 1975 se crean las fábricas de cemento Chilca, Lima, Andino, Chiclayo, Pacasmayo, Sur y Yura, que van desarrollando diferentes tipos de cemento.

En los años 50´ se consolidan las grandes empresas constructoras nacionales y se establece en Lima la primera empresa de concreto pre mezclado.

En la década de los 70´ crece la informalidad generalizada en construcciones sedimentando en mucha gente en el campo de la construcción la idea de que “cualquier persona puede hacer un buen concreto” que “el concreto es un material noble que puede absorber nuestros errores” y que “ya todo está investigado en lo que al concreto se refiere”. Es por ello que en la década de los 80’ se empiezan a ejecutar tesis de investigación en la tecnología del concreto en universidades como la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI).

II.VI. TIPOS DE CONCRETO:

II.VI.I. CONCRETO SIMPLE = Cemento + Agregado fino + Agregado grueso + Agua.

II.VI.II. CONCRETO ARMADO = Concreto Simple + Armaduras (Acero).

II.VI.III. CONCRETO CICLOPEO = Concreto Simple + Piedra Chancada.

II.VI.IV. CONCRETO ESTRUCTURAL = Cuando este es dosificado, mezclado, transportado y colocado, de acuerdo a especificaciones precisas, garanticen una resistencia minima pre-establecida en el diseño y una durabilidad adecuada.

II.VI.V. CONCRETO PRE MEZCLADO: Es el concreto que se dosifica en planta, que puede ser mezclado en la misma o en camiones mezcladores y que es transportado a obra.

II.VI.VI CONCRETO PREFABRICADO: Son elementos de concreto simple o armado fabricados en una ubicación diferente a su posición en la estructura.

II.VI.VII. CONCRETO BOMBEADO: Concreto que es impulsado por bombeo, a través de tuberías hacia ubicación final.

II.VII. TIPOS DE CONCRETO SEGÚN SU PESO:

II.VII.I. CONCRETO LIVIANO: Son preparados con agregados livianos y su peso unitario varia desde 400 a 1700kg/m3.

II.VII.II. CONCRETO NORMAL: Son preparados con agregados corrientes y su peso unitario varia de 2300 a 2500kg/m3.

II.VII.III. CONCRETO PESADO: Son preparados utilizando agregados pesados, alcanzando el peso unitario, valores entre 2800 a 6000 kg/m3.

III. CEMENTO:

Es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcillas calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua.

III. CEMENTO PORTLAND: 

Es un producto comercial de fácil adquisición el cual cuando se mezcla con agua, ya sea solo o en combinación con arena, piedra u otros similares, tiene la propiedad de reaccionar lentamente con el agua hasta formar una masa endurecida. Esencialmente es un clinker finalmente molido, producido por la cocción a elevadas temperaturas, de mezclas que contienen cal, alúmina. fierro y sílice en proporciones determinadas.

III.I. MATERIA PRIMA DEL CEMENTO PORTLAND:

Los materiales principales con que se fabrica el cemento Portland son:

• La piedra caliza.
• Arcilla.

III.II. PROCESOS DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO:

El proceso de fabricación comprende cuatro etapas principales: 

1. Extracción y Molienda de la materia prima.
2. Homogeneizacion de la materia prima.
3. Producción del clinker.
4. Molienda del cemento.

Las materias primas, finamente molidas e íntimamente mezcladas, se calientan hasta principio de la fusión (1400-1450 C°), usualmente en grandes hornos giratorios, que pueden llegar a medir más de 200 mts de longitud y 5.50 mts de diámetro.

Al material parcialmente fundido que sale del horno se le denomina “CLINKER” (pequeñas esferas de color gris negruzco, duras y de diferentes tamaños).

El Clinker enfriado y molido a polvo muy fino, es lo que constituye el cemento portland comercial. Durante la molienda se agrega una pequeña cantidad de yeso (3 o 4 %), para regular la fragua del cemento.

III.II.I. TIPOS DE CEMENTO:

• TIPO I: Es el cemento destinado a obras de concreto en general, cuando en las mismas no se especifica la utilización de los otros 4 tipos de cemento.

• TIPO II: Es el cemento destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la acción moderado de sulfatos o donde se requiere moderado calor de hidratacion.

• TIPO III: Es el cemento de alta resistencia inicial. El concreto hecho con el cemento tipo III desarrolla una resistencia en tres dias igual a la desarrollada en 28 dias por concretos hechos con cemento tipo I o tipo II.

• TIPO IV: Es el cemento del cual se requiere bajo calor de hidratacion.

• TIPO V: Es el cemento del cual se requiere alta resistencia a la accion de los sulfatos. Las aplicaciones tipicas comprenden las estructuras hidraulicas expuestas a aguas con alto contenido de alcalisis y estructuras expuestas al agua de mar.

III.III. INCIDENCIAS DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO:

Como el cemento es una mezcla de muchos compuestos, resulta impráctica su representación con una formula química. No obstante hay Cuatro compuestos que constituyen más del 90 % del peso del cemento, y son: 

Cada uno de los cuatro compuestos principales del cemento portland contribuye en el comportamiento del cemento, cuando pasa del estado plástico al endurecido después de la hidratación. Por Ejemplo:

• SILICATO TRICALCICO (C₃S) : Es el que produce la alta resistencia inicial del cemento Portland hidratado. La reacción del C₃S con agua desprende gran cantidad de calor (calor de hidratación). La rapidez de endurecimiento de la pasta de cemento proporcional con el calor de hidratación.
• SILICATO DICALCICO (C₂S): Es el causante principal de la resistencia posterior de la pasta de cemento.
• ALUMINATO TRICALCICO (C₃A): El yeso agregado al cemento portland durante la trituración o molienda en el proceso de fabricación se combina con el C₃A para controlar el tiempo de fraguado.
• ALUMINOFERRITA TRICALCICA (C₄AF): Es semejante al C₃A, porque se hidrata con rapidez y solo desarrollo baja resistencia.

III.IV. RESISTENCIA DEL CEMENTO:

Es una propiedad del concreto que casi siempre es motivo de preocupación. Por lo general se determina por la resistencia final de una probeta en compresión. Como el concreto suele aumentar su resistencia es un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida mas común de esta propiedad.

III.V. DURABILIDAD DEL CEMENTO:

El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes a los cuales estará sometido en el servicio.

IV. PROPIEDADES FÍSICAS DEL CEMENTO:

Durante la fabricación se monitorean continuamente la química y las siguientes propiedades del cemento.

1. Finura del Cemento.
2. Sanidad del cemento.
3. Consistencia del cemento.
4. Tiempo de fraguado.
5. Falso fraguado y fraguado rápido.
6. Resistencia de compresión del concreto.
7. Calor de Hidratacion del Concreto.
8. Peso especifico.
9. Densidad aparente del concreto.

IV.I. EL CEMENTO EN EL PERU:

IV.I.I. INTRODUCCIÓN:

La introducción del cemento en el Perú se inicia en la década de 1860. En efecto, en 1864 se introdujo en el Arancel de Aduanas, la partida correspondiente al denominado "Cemento Romano", nombre inapropiado que designaba un producto con calidades hidráulicas desarrollado a inicios del siglo.

En 1869 se efectuaron las obras de canalización de Lima, utilizando este tipo de cemento. En 1902 la importación de cemento fue de 4,500 T.M. Posteriormente, en 1904 el Ingeniero Michel Fort publicó sus estudios sobre los yacimientos calizos de Atocongo, ponderando las proyecciones de su utilización industrial para la fabricación de cemento. En 1916 se constituyó Cía. Nac. de Cemento Portland para la explotación de las mencionadas canteras.

Las construcciones de concreto con cemento Portland se inician en la segunda década del siglo con elementos estructurales de acero, como el caso de las bóvedas y losas reforzadas de la Estación de Desamparados y la antigua casa Oechsle. También, en algunos edificios del Jr. de la Unión y en el actual teatro Municipal. A partir de 1920 se generaliza la construcción de edificaciones de concreto armado, entre ellos las aún vigentes: Hotel Bolivar, Sociedad de Ingenieros, Club Nacional, el Banco de la Reserva, la Casa Wiesse y otros. Asimismo, se efectúan obras hidráulicas, la primera de ellas la Bocatoma del Imperial, construida en 1921, empleando 5,000 m 3 de concreto.

IV.I.II. LA PRODUCCIÓN DE CEMENTO POR CEMENTO

Las empresas cementeras en Perú, producen los siguientes tipos de cemento:

CEMENTO ANDINO S.A.

• Cemento Portland Tipo I
• Cemento Portland Tipo II
• Cemento Portland Tipo V
• Cemento Portland Puzolánico Tipo I (PM)

CEMENTOS LIMA S.A.

• Cemento Portland Tipo I; Marca "Sol"
• Cemento Portland Tipo IP - Marca "Super Cemento Atlas"

CEMENTOS PACASMAYO S.A.A.

• Cemento Portland Tipo I
• Cemento Portland Tipo II
• Cemento Portland Tipo V
• Cemento Portland Puzolánico Tipo IP
• Cemento Portland MS-ASTM C-1157
• Cemento Portland Compuesto Tipo 1Co

CEMENTOS SELVA S.A.

• Cemento Portland Tipo I
• Cemento Portland Tipo II
• Cemento Portland Tipo V
• Cemento Portland Puzolánico Tipo IP
• Cemento Portland Compuesto Tipo 1Co

CEMENTO SUR S.A.

• Cemento Portland Tipo I - Marca "Rumi"
• Cemento Portland Puzolánico Tipo IPM - Marca "Inti"
• Cemento Portland Tipo II*
• Cemento Portland Tipo V*

YURA S.A.

• Cemento Portland Tipo I
• Cemento Portland Tipo IP
• Cemento Portland Tipo IPM

IV.II. TIPOS DE CEMENTO EN EL MERCADO NACIONAL:

La industria de cemento en el Perú produce los tipos y clases de cemento que son requeridos en el mercado nacional, según las características de los diferentes procesos que comprende la construcción  de la infraestructura necesaria para el desarrollo, la edificación y las obras de urbanización que llevan a una mejor calidad de vida.

Los diferentes tipos de cemento que se encuentran en el mercado cumplen estrictamente con las normas nacionales e internacionales.

1. CEMENTO PORTLAND: Un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del clinker, compuesto esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o más de las formas de sulfato de calcio, como una adición durante la molienda.
2. CEMENTO PORTLAND TIPO 1: Es el cemento portland destinado a obras de concreto en general, cuando en las mismas no se especifique la utilización de otro tipo.(Edificios, estructuras  industriales, conjuntos habitacionales).
3. CEMENTO PORTLAND TIPO 2: De moderada resistencia a los sulfatos es el cemento portland destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la acción moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratación, cuando así sea especificado. (Puentes, tuberías de concreto).
4. CEMENTO PORTLAND TIPO 5: Resistente a los sulfatos es el cemento Portland del cual se requiere alta resistencia a la acción de los sulfatos. (canales, alcantarillas, obras portuarias).
5. CEMENTO PÓRTLAND PUZOLÁNICO: El cemento que contiene puzolana se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de clinker portland y puzolana con la adición eventual de sulfato de calcio. El contenido de puzolana debe estar comprendido entre 15% y 40% en peso del total. La puzolana será un material silicoso o silico-aluminoso, que por si misma puede tener poca o ninguna actividad hidráulica pero que, finamente dividida y en presencia de humedad, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades hidráulicas.
6. CEMENTO PORTLAND PUZOLÁNICO TIPO IP: Para usos en construcciones generales de concreto. El porcentaje adicionado de puzolana se encuentra entre 15% y 40%.
7. CEMENTO PORTLAND PUZOLÁNICO MODIFICADO TIPO IPM: Cemento Portland Puzolánico modificado para uso en construcciones generales de concreto. El porcentaje adicionado de puzolana es menor de 15%.
8. CEMENTO PORTLAND DE ESCORIA DE ALTO HORNO: El cemento que contiene escoria de alto horno se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de clinker Portland y escoria granulada de alto horno, con la adición eventual de sulfato de calcio. El contenido de escoria granulada de alto horno debe estar comprendido entre 25% y 65% en peso del total. El cemento Portland de escoria modificado tiene un contenido de escoria granulada menor que el 25%. La escoria granulada de alto horno, es el subproducto del tratamiento de minerales de hierro en el alto horno, que para ser usada en la fabricación de cementos, debe ser obtenida en forma granular por enfriamiento rápido y además debe tener una composición química conveniente.
9. CEMENTO TIPO MS: Que corresponde a la norma de performance de cementos Portland adicionados, en el tipo de moderada resistencia a los sulfatos.
10. CEMENTO PORTLAND COMPUESTO TIPO 1CO: Es un cemento adicionado obtenido por la pulverización conjunta de clinker portland, materias calizas como travertino y/o hasta un máximo de 30% de peso.
11. CEMENTO DE ALBAÑILERÍA: El cemento de albañilería es el material obtenido por la pulverización conjunta de clinker Portland y materiales que aún careciendo de propiedades hidráulicas o puzolánicas, mejoran la plasticidad y la retención de agua, haciéndolos aptos para trabajos generales de albañilería.

IV.III. ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO:

El cemento no debe de estar guardado, sin usarse mucho tiempo, pues conforme avanza el tiempo va perdiendo resistencia, esto es válido para todos los tipos de cemento.

Para el caso de cemento en sacos, bien guardados en almacenes cerrados y sobre tablillas de madera, la perdida de resistencia probable es en 3 meses 15% y en 6 meses 25% y as aumenta sucesivamente.

IV.IV. CONTROL DE CALIDAD DEL CEMENTO:

La importancia que ha alcanzado en el mundo la fabricación del cemento portland, que en 2005 llegó a 2.300 millones de toneladas aproximadamente, ha impulsado a los organismos de control de calidad a fijar normas de recepción de los cementos portland puros y mixtos.

En la República Argentina, el primer pliego de condiciones para la provisión y recepción de Cemento Portland destinado a las obras públicas de la Nación, fue establecido por el decreto del 26 de febrero de 1914, a cargo de Obras Sanitarias de la Nación.

El 15 de Julio de 1927 se crea una comisión para su revisión, considerando el "desarrollo y los adelantos alcanzados por la industria nacional y extranjera".

El 10 de abril de 1931, la Comisión Técnica de Obras Sanitarias de la Nación, se expide presentando al Poder Ejecutivo un nuevo proyecto de pliego de condiciones en el que se incluyen las especificaciones de las máquinas y aparatos adoptados en las diversas operaciones y ensayos, siguiendo el ejemplo de los pliegos de otras naciones, a fin de que los fabricantes puedan verificar y comparar los resultados de los ensayos.

El proyecto de Pliego de Condiciones fue aprobado por el Decreto del Gobierno Nacional de fecha 27 de abril de 1931. Posteriores modificaciones parciales, fueron transformando el pliego en el que rige actualmente, a través de la Resolución S.O.P. N* 10/88 del 11 de marzo de 1988.

Las aprobaciones que originalmente otorgaba el Laboratorio de Obras Sanitarias de la Nación para los cementos exclusivamente destinados a las obras públicas de la Nación, fueron extendidas a todos los cementos de uso corriente en el país.

El Poder Ejecutivo, a través de la Subsecretaría de Obras y Servicios Públicos, y en base a una serie de requisitos de control y ensayos realizados por el Centro de Construcciones, del sistema del Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), otorga una aprobación de calidad a la marca, la que se conserva mientras el cemento producido responda a las especificaciones de las Normas IRAM correspondientes, comprobado en los llamados ensayos de vigilancia realizados permanentemente por dicho Centro.

Los ensayos de control y las especificaciones, están normalizados por el Instituto Argentino de Normalización y Certificación - IRAM -.

Las Normas IRAM de especificaciones correspondientes a los cementos son:

• N* 50 000: 2000 y sus modificaciones. Cemento. Cemento para Uso General. Composición, Característica, Evaluación de la Conformidad y Condición de Recepción.

• N* 50 001: 2000. Cemento. Cementos con Propiedades Especiales.

• N* 50 002: 2009. Cemento. Cemento para Hormigón de Uso Vial, aplicable con tecnología de alto rendimiento (TAR).

• N* 1685: Cemento de Albañilería.

IV.V. NORMAS Y ENSAYOS DEL CEMENTO: