1) Explique los factores favorables y desfavorables de la Porosidad en el concreto. Ademas explique las consecuencias desfavorables en las estructuras de concreto armado y plantee las recomendaciones técnicas para superarlas.

Porosidad de los agregados

Los tamaños de los poros en el agregado varían en un amplio rango, pero hasta los más pequeños son mayores que los poros del gel en la pasta de cemento (Neville, 1999). Algunos poros del agregado están totalmente inmersos dentro de la partícula, pero otros se abren a la superficie, de modo que el agua, y otros agentes agresores, pueden penetrar en ellos. El grado de porosidad de las rocas comunes varía de 0 a 50% (Neville, 1999). Teniendo en cuenta que el agregado representa aproximadamente tres cuartas partes del volumen del concreto, es claro que la calidad de la roca utilizada como agregado es un factor que podría contribuir a la porosidad total del concreto. Sin embargo, la porosidad capilar es la que generalmente influye en la durabilidad del concreto.

Porosidad de la pasta de cemento

La porosidad de la pasta de cemento es la suma del volumen de los huecos capilares y de los huecos del gel, y representa el espacio no llenado por los componentes sólidos de la pasta de cemento hidratado (Neville y Brooks, 1998); depende principalmente de la relación agua/cemento (a/c) y del grado de hidratación alcanzado por el cemento. Por ejemplo, para una pasta de relación a/c de 0,6, el volumen total de poros se encuentra generalmente entre 46% y 60% dependiendo del grado de hidratación del cemento, que correspondería a niveles de hidratación comprendidos entre 100% y 27%, respectivamente. En general, la porosidad de la pasta suele ser mayor a la porosidad del agregado.

Porosidad del concreto

La porosidad del concreto (P) o total de huecos en el material compuesto, se ha modelado (Neville y Brooks, 1998) como una función de: la relación agua/cemento, el grado de hidratación del cemento (h), el volumen de aire atrapado A), las cantidades de agregados fino (arena, Af) y grueso (grava, Ag), y del cemento (c); y las gravedades específicas de los agregados (ρf y ρg). La Ecuación 1 muestra el modelo matemático.

La durabilidad y la permeabilidad del concreto

La durabilidad del concreto a través de la vida de una estructura es una de sus propiedades más importantes, dado que es esencial que la construcción sea capaz de resistir por el tiempo necesario, a las condiciones para las cuales fue diseñada.

Los agentes del medio ambiente, que generalmente ocasionan la falta de durabilidad del concreto, requieren que el material sea permeable para poder penetrar a través de la masa del material; estos agentes, además, son auxiliados para su transporte interno por difusión, debida a los gradientes internos de humedad y temperatura, o por ósmosis.

Para el concreto hecho con agregado común de peso normal, la permeabilidad es controlada principalmente por la porosidad de la pasta de cemento. Sin embargo la permeabilidad no es una función simple de la porosidad ya que es necesario que los poros se encuentren interconectados; es decir, que para los mismos niveles de porosidad, el concreto puede tener diferentes valores de permeabilidad si sus poros se interconectan en forma ininterrumpida o no.

Relación entre resistencia y porosidad

Existe una relación muy importante entre la porosidad (la parte de huecos en el volumen) y la resistencia. Por consecuencia, en materiales de múltiples fases como el concreto, la porosidad de la estructura de cada uno de los componentes que unificándolos produce la porosidad del concreto son un límite a la resistencia.

Los agregados naturales son generalmente densos y resistentes; por lo tanto, la porosidad de la matriz de la pasta de cemento así como la de la zona de transición entre la matriz y el agregado grueso, son las que generalmente determinan las características de resistencia del concreto de peso normal.

En general, existe una relación inversa fundamentalmente entre la porosidad y la resistencia de los sólidos que para los materiales homogéneos simples puede expresarse de la siguiente forma:

En donde “S” es la resistencia del material que tiene una porosidad dada “p”; “S0” es la resistencia intrínseca a porosidad cero; y “k” es una constante. Para muchos materiales, la relación “S/S0” graficada contra la porosidad, sigue la misma curva descrita a continuación:

Relación porosidad-resistencia en cementos curados de varias formas

Mientras que en la pasta endurecida de cemento o mortero, la porosidad puede relacionarse con la resistencia, en el concreto la situación no es tan simple. La presencia de microgrietas en la zona de transición entre el agregado grueso y la matriz de la pasta de cemento hace al concreto un material demasiado complejo para predecir su resistencia por medio de relaciones precisas resistencia-porosidad. La validez en general de la relación resistenciaporosidad, sin embargo, debe respetarse porque las porosidades de las fases componentes del concreto, incluyendo la zona de transición, se convierten sin duda en una limitación a la resistencia.

Con un concreto que contenía agregados convencionales de baja porosidad o alta resistencia, la resistencia del material será regida tanto por la resistencia de la matriz de la pasta de cemento como por la resistencia de la zona de transición. Generalmente a edades tempranas, la zona de transición es más débil que la matriz, pero a edades posteriores, lo opuesto parece ser el caso dado.

Efectos de la porosidad en el modo de falla del concreto

Con un material como el concreto, que contiene espacios vacíos de varios tamaños y formas en la matriz, y microgrietas en la zona de transición entre la matriz y los agregados gruesos, los modos de falla bajo esfuerzos son muy complejos y varían con el tipo de esfuerzo. Sin embargo, una breve revisión de los modos de falla será útil para entender y controlar los factores que influyen en la resistencia del concreto.

Bajo tensión uniaxial, se necesita relativamente menos energía para el inicio y crecimiento de grietas en la matriz. Una propagación rápida y la interconexión del sistema de grietas,

que consisten en las grietas preexistentes en la zona de transición y las grietas nuevas formadas en la matriz, son las responsables de la falla frágil. En compresión, el modo de la falla es menos frágil porque se necesita energía considerablemente mayor para formar y para expandir las grietas en la matriz. Se acepta en general que en una prueba de compresión uniaxial en el concreto de resistencia mediana o baja, no se inician grietas en la matriz hasta alcanzar aproximadamente 50% de la falla; en esta fase, un sistema estable de grietas, llamado grietas de cortante-adherencia, ya existe en la vecindad del agregado grueso. A niveles más altos de esfuerzos, las grietas que se inician dentro de la matriz; aumentan su número y tamaño progresivamente al incrementarse los niveles de esfuerzo. Las grietas en la matriz y en la zona de transición (grietas cortante-adherencia) finalmente se unen, y por lo general se desarrolla una falla en la superficie aproximadamente 20 a 30º de la dirección de la carga, como se muestra en la siguiente figura.

Influencia del sistema de poros en la durabilidad

El aspecto de la estructura de la pasta de cemento endurecido que tiene importancia respecto a la permeabilidad es la naturaleza del sistema de poros dentro del volumen de la pasta de cemento endurecido y también en la zona cerca de la interface entre la pasta de cemento endurecido y el agregado. La zona de interface ocupa desde un tercio hasta un medio del volumen total de la pasta de cemento endurecida en el concreto y se sabe que tiene microestructura diferente del volumen de la pasta de cemento endurecido. La interface es también el lugar de microagrietamiento temprano. Por estas razones, se espera que la zona de interface, contribuya significativamente a la permeabilidad del concreto. Sin embargo, Larbi12 halló que, a pesar de la mayor porosidad en la zona de interface, la permeabilidad del concreto se controla mediante el volumen de la pasta de cemento endurecido, la cual es la única fase continua del concreto. El soporte de la opinión de Larbi lo da el hecho de que la permeabilidad de la pasta de cemento endurecido no es inferior que la del concreto hecho con una pasta de cemento similar.

Sin embargo, también es importante para el concreto el hecho de que cualquier movimiento de fluidos ha de seguir una trayectoria más larga y más tortuosa por la presencia del agregado, el que también reduce el área efectiva para el flujo. Así, permanece incierta la importancia de la zona de interface con respecto a la permeabilidad. Aún más generalmente se ha de admitir que la relación entre la permeabilidad y la estructura de poros de la pasta de cemento endurecido es, en el mejor de los casos, cualitativa. Los poros importantes para la permeabilidad son aquellos con un diámetro de al menos 120 ó 160 nm. Estos poros han de ser continuos. Los poros que no son efectivos

con respecto a flujo, esto es, respecto a permeabilidad, incluyen, además de los poros discontinuos, aquellos que contienen agua absorbida y aquellos que tienen una entrada angosta, aun si los poros mismos son grandes. El agregado también puede contener poros, pero éstos suelen ser discontinuos. Además, las partículas de agregado son envueltas por la pasta de cemento de tal manera que los poros del agregado no contribuyen a la permeabilidad del concreto. Lo mismo se aplica a vacíos de aire discretos, tales como burbujas de aire arrastradas. Además, el concreto contiene vacíos a causa de la compactación incompleta o del agua de sangrado atrapada. Estos vacíos pueden ocupar entre una fracción del 1% y 10% del volumen del concreto; la última cifra representa un concreto altamente segregado de resistencia muy baja.

Relación entre porosidad y permeabilidad

Por causa de la existencia de poros de diferentes clases, de los cuales algunos contribuyen a la permeabilidad y otros no, es importante distinguir entre porosidad y permeabilidad. La porosidad es una medida de la proporción del volumen total del concreto ocupado por poros, y se acostumbra expresar en porcentaje. Si la porosidad es alta y los poros están interconectados, éstos contribuyen al transporte de los fluidos a través del concreto, de manera que su permeabilidad es también alta. Por otro lado, si los poros son discontinuos o inefectivos de otra manera con respecto al transporte, entonces la permeabilidad del concreto es baja, aun si su porosidad es alta. Una indicación de la porosidad se puede obtener por la medición de la absorción del concreto. La absorción es el resultado del movimiento capilar en los poros del concreto que están abiertos al medio ambiente.

2) Explique el comportamiento del aire como material en el concreto , además explique como es la intervención del aire atrapado y/o aire incluido , en que circunstancias es necesaria su presencia y su exclusión en el concreto especialmente en los elementos estructurales del concreto armado

El concreto con aire incluido se produce con el uso de un cemento con inclusor (incorporador) de aire o con la adición de aditivo inclusor de aire durante el mezclado. El aditivo inclusor de aire estabiliza las burbujas formadas durante el proceso del mezclado, realiza la incorporación de burbujas de varios tamaños con la disminución de la tensión superficial del agua de mezcla, impide la coalescencia de las burbujas y ancla las burbujas en el cemento y en las partículas de agregados.

Las burbujas de aire incluido no son como los vacíos de aire atrapado (aire ocluido), que ocurren en todos los concretos como resultado del mezclado, manejo y colocación (colado) y que dependen en gran parte de las características de los agregados. Las burbujas de aire intencionalmente incorporado son extremamente pequeñas, con diámetro entre 10 y 1000 μm, mientras que los vacíos atrapados en el concreto convencional son normalmente mayores que 1000 μm (1 mm). La mayoría de los vacíos de aire incluido tienen de 10 a 100 μm de diámetro.

El concreto sin aire incluido con un tamaño máximo de agregado de 25 mm (1 pulg.) tiene un contenido de aire de aproximadamente 11⁄2 %. La misma mezcla con aire incluido necesita un contenido de aire de 6% (incluyendo vacíos “atrapados” mayores y vacíos “incorporados” menores) para resistir a las condiciones de exposición a congelación severa.

El empleo de los incorporadores de aire esta orientado básicamente a aumentar la resistencia del hormigón frente a los ciclos alternados de temperaturas bajo y sobre cero (Hielo y deshielo), que puedan conducir al congelamiento del agua contenida en el hormigón.

Sin embargo, hacen también efecto sobre otras propiedades del hormigón, entre las cuales pueden citarse las siguientes:Reducción de la permeabilidad del agua y líquidos en general. Aumento de la consistencia del hormigón, en una forma similar al obtenido por la adición de granos finos.Aumento de la fluidez del hormigón. Disminución de la exudación del agua de amasado del hormigón. Disminución de la resistencia.

Este ultimo efecto debe ser especialmente considerado, pues la disminución de la resistencia provocada por la incorporación de burbujas no alcanza a ser compensada por la disminución de la cantidad de agua de amasado posible de producir por efecto de la mayor fluidez.

EfectosLa incorporación de aire en el hormigón produce diversos efectos sobre éste, tanto mientras se mantiene en estado plástico como cuando ya ha endurecido.

Debe señalarse que el efecto principal buscado con el uso de los incorporadores de aire es el aumento de la resistencia del hormigón frente a los ciclos alternados de hielo-deshielo, que pueden producirse en los períodos en que las temperaturas ambiente descienden bajo 0ºC, caso en el cual su empleo debe considerarse imprescindible.

Sin embargo, la incorporación de aire tiene también otros efectos secundarios de importancia, algunos de características favorables para el uso del hormigón, los cuales se analizan en los párrafos que siguen:

- Efecto frente a los ciclos alternados de hielo - deshielo

Cuando existen bajas temperaturas ambiente que conducen a procesos de hielo y dehielo alternativos, las burbujas de aire incorporado en el hormigón actúan como cámaras de expansión frente al aumento de volumen que experimenta el agua al transformarse en hielo. Ello permite reducir las presiones hidráulicas y, con ello, las tensiones internas que se originan por este motivo, impidiendo así el deterioro progresivo que se producirá en un hormigón que no contenga aire incorporado

Efecto sobre la trabajabilidad del hormigón

Las burbujas de aire formadas en el hormigón fresco actúan al mismo tiempo como un fluido, aumentando su docilidad, y como un inerte, ya que, por su tamaño, equivalen a partículas de tamaño inferior a 2 mm, con la ventaja de tener un mejor coeficiente de forma, de ser elásticas y deformables, lo que les permite deslizarse sin rozamiento.

Se debe considerar que la incorporación de aire produce disminuciones en las resistencias mecánicas del orden de 3 a 5% por cada 1% de aire incorporado. Esta perdida de resistencia se compensa en parte al bajar la razón agua-cemento por el efecto plastificador antes mencionado.

- Efecto sobre la impermeabilidad

En el hormigón endurecido, las microburbujas producidas por el aditivo Incorporador de aire se interponen en la red de canalículos interna que existe en todo hormigón, lo cual permite limitar la ascensión de agua por capilaridad. El hormigón resultante es, en consecuencia, más impermeable e, indirectamente, por ello más resistente a la acción de agentes agresivos.

3) Explique en que consiste la segregación del concreto, cuales son las consecuencias que originan en las estructuras de concreto armado. Explique

como se obtiene el recubrimiento en los elementos del concreto armado si la norma E-060 del reglamento nacional indica para el recubrimiento de vigas es 2,5”, para columnas 2”, para zapatas 4.00” , losas 1.5” identifique y grafique los recubrimientos de los elementos estructurales mencionados

SEGREGACION DEL CONCRETO

Es la separación de los diferentes componentes de una mezcla fresca compuesta de elementos de tamaños y pesos heterogéneos, las partículas mayores que también suelen ser las más pesadas tienden a sentarse en el fondo de su lugar de transporte o colocación y las finas y livianas ascienden a la superficie. Esto se produce cuando la cohesión interna entre los constituyentes del hormigón no es la adecuada, es peligroso entonces llenar un encofrado o un molde con un material en estas condiciones. La segregación hace que el concreto sea: más débil, menos durable, y dejará un pobre acabado de superficie. La segregación produce que disminuya la resistencia y la durabilidad del concreto. Puede producir fisuras y agujeros, afectando la resistencia y el acabado de un elemento estructural.

TIPOS DE SEGREGACIÓN

La segregación se puede presentar de dos maneras:

Primero,

Cuando las partículas gruesas tienden a separarse por desplazamiento sobre los taludes de la mezcla amontonada o porque se asientan más que las partículas finas por acción de la gravedad, esta generalmente ocurre en mezclas secas y poco cohesivas.

Segundo,

cuando se separa la pasta (cemento y agua) de la mezcla lo cual acurre en mezclas húmedas y con pasta muy diluida

La Dosificación del hormigón y su influencia en la segregación

Si se tiene un hormigón con muchos finos y con una dosificación pobre en agua, y por tanto, un

hormigón muy seco, los áridos más gruesos tienden a separarse depositándose en el fondo con

más facilidad que las partículas finas. Si a este hormigón se le va aumentando la cantidad de

agua se mejorará su cohesión a la vez que se irá eliminando la segregación.

Si la cantidad de agua es excesiva existe el riesgo de que se separe el mortero de la mezcla y se

vuelvan a segregar los áridos. Por tanto, existen dos tipos de segregación diferentes, para una

misma mezcla, en función del agua de amasado.

Las mezclas propensas a la segregación son las poco dóciles o ásperas, las extremadamente

fluidas o secas, o aquellas que tienen gran cantidad de arena. Se pueden producir también

segregación en un hormigón que, a pesar de ser muy dócil, haya sido maltratado o sometido a

operaciones inadecuadas.

La exudación del hormigón es una forma de segregación en la que el agua tiende a elevarse

hacia la superficie del hormigón como consecuencia de la incapacidad de los áridos de

arrastrarla con ellos al irse compactando.

¿Cómo evitar la segregación del hormigón?

La segregación de los áridos del hormigón puede evitarse y, por tanto, mejorar la

homogeneidad de la mezcla, si realizamos un exhaustivo estudio de la granulometría de los

áridos y cuidando el manejo del hormigón.

Con un transporte de pequeña distancia y un vertido directo a pequeña altura el

peligro de segregación será escaso aunque las mezclas no sean totalmente cohesivas.

Sin embargo, con transporte a gran distancia y con grandes choques y caídas del

hormigón durante su colocación en los moldes, se requerirán mezclas cohesivas,

incluso incorporando un aditivo aireante que frenará la segregación. El empleo

de cenizas volantes tiende a reducir notablemente este fenómeno.

En la puesta en obra hay que evitar los vibrados muy prolongadospor el peligro que

tienen de provocar la segregación del hormigón e incluso la formación de capas de

pasta en la superficie superior, con el inconveniente consiguiente de fisuración por

retracción plástica de la misma.

El empleo de áridos gruesos y finos de distinta densidad, como ocurre en

los hormigones pesados, favorece la segregación al igual que ocurre con las mezclas de

áridos gruesos ligeros y arenas normales que puedan provocar una separación inversa

a la anterior, dando lugar a que los áridos menos densos tiendan a elevarse y los más

finos a bajar, es decir, provocando una segregación negativa.

4) En el grafico se representa la Resistencia a la compresión del concreto Vs la relacion agua/cemento , ocurriendo que cuando el peso del agua es la mitad el peso del cemento, la relación agua cemento es 0.50. analice que ocurre cuando se aumenta el peso de agua y se mantiene la misma cantidad de agua, analice también que ocurre cuando se disminuye la cantidad de agua. En estas condiciones expuestas analice como es la consistencia y trabajabilidad en el concreto y a su criterio como ejecutaría la compactación del concreto en elementos estructurales y que beneficios obtendría

La relación es Peso de agua/ peso cemento = 0.5 = ½

a) Al aumentar el peso del agua por ejemplo:1.2/ 2 = 0.61.4/2= 0.71.6/2= 0.8Notamos que la resitencia del concreto disminuye , el cemento tiene mucha fluidezEl agua influye mucho en la porosidad

b) Al disminuir la cantidad de agua notamos que:0.8/2= 0.4 0.6/2 = 0.30.4/2 = 0.2Notamos que la resistencia del concreto aumenta pero le quita trabajabilidad, tiene menor fluidez