Concreto

El concreto es básicamente un producto resultante de una mezcla de dos componentes: agregado y pasta. La pasta, compuesta de Cemento Portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para que al fraguar forme una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el Cemento y el agua.

Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.

Para cualquier conjunto especifico de materiales y de condiciones de curado, la cantidad de concreto endurecido está determinada por la cantidad de agua utilizada en la relación con la cantidad de Cemento. A continuación se presenta algunas ventajas que se obtienen al reducir el contenido de agua:

- Se incrementa la resistencia a la compresión y a la flexión.

- Se tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad y menor absorción.

- Se incrementa la resistencia al intemperismo.

- Se logra una mejor unión entre capas sucesivas y entre el concreto y el esfuerzo.

- Se reducen las tendencias de agregamientos por contracción.

Entre menos agua se utilice, se tendrá una mejor calidad de concreto - a condición que se pueda consolidar adecuadamente. Menores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas más rígidas; pero con vibración, a un las mezclas más rígidas pueden ser empleadas. Para una calidad dada de concreto, las mezclas más rígidas son las más económicas. Por lo tanto, la consolidación del concreto por vibración permite una mejora en la calidad del concreto y en la economía.

Concreto Armado

El concreto simple, sin refuerzo, es resistente a la compresión, pero débil en tensión, lo que limita su aplicabilidad como material estructural.

Para resistir tensiones, se emplea refuerzo de acero, generalmente en forma de barras, colocado en las zonas donde se prevé que se desarrollarán tensiones bajo las acciones de servicio. El acero restringe el desarrollo de las grietas originadas por la poca resistencia a la tensión del concreto.

El uso del refuerzo no está limitado a la finalidad anterior, también se emplea en zonas de compresión para aumentar la resistencia del elemento reforzado, para reducir las deformaciones debidas a cargas de larga duración y para proporcionar confinamiento lateral al concreto, lo que indirectamente aumenta su resistencia a la compresión.

La combinación de concreto simple con refuerzo constituye lo que se llama concreto armado o reforzado.

Ensayo a la compresión de concreto

Las mezclas de concreto se pueden diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad que cumplan con los requerimientos de diseñar de la estructura.

La resistencia o ensayo a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras.

Hormigón fresco

Entre los muchos métodos de ensayo propuestos para evaluar la capacidad de autocompactación del hormigón, se destacan el escurrimiento de cono, la caja L, el tipo U y el embudo V, los cuales de describen más adelante. Además de los mencionados, están el reometro, el anillo J y algunos aparatos especiales para medir la capacidad de llenado simulando secciones con alta densidad de armaduras. El objetivo de los ensayos es determinar la fluidez necesaria y la cohesión suficiente para que no se produzca segregación en la mezcla.

a) Flujo o escurrimiento de cono Se utiliza el cono de Abrams tradicional, pero en lugar de medir asentamiento se mide el diámetro alcanzado por el flujo de hormigón. También de mide el tiempo que demora el hormigón para alcanzar 50 cm de diámetro, lo cual indica la viscosidad del hormigón. El Hormigón Autocompactante puede tener un valor de escurrimiento de cono entre 55 y 75 cm según el tipo de elemento y las condiciones de colocación, usualmente se requiere entre 65 y 75 cm. También se verifica visualmente que no haya segregación ni exudación en el hormigón.

b) Caja L se han diseñado varios aparatos similares. El equipo de la figura 3 consta de una columna desde la cual escurre el hormigón a través de armaduras espaciadas a una distancia determinada. Se mide la diferencia de altura del hormigón después del escurrimiento entre los extremos de la parte horizontal. La diferencia no debe ser mayor a 20% de la altura en el extremo inicial.

Flujo o escurrimiento de cono

Caja L

c) Ensayo tipo U (U-type test)En este ensayo, el grado de autocompactación puede ser indicado por la altura que el hormigón alcanza después de fluir a través de un obstáculo. El hormigón que alcanza una altura de 300 mm puede ser considerado como autocompactante. Este ensayo se utiliza para determinar la viscosidad de la mezcla. Se han desarrollado tamaños para mortero y hormigón. Se mide el tiempo que demora la mezcla en escurrir del embudo.

Hormigón endurecido

La resistencia a la compresión se mide fracturando probetas cilíndricas de concreto con una máquina de ensayos de compresión. Los resultados en probetas moldeadas así como los de testigos extraídos de diferentes zonas de estructuras endurecidas, demuestran que las propiedades del Hormigón Autocompactante en estado endurecido son similares o superiores a las del hormigón tradicional que ha sido vibrado.

Ensayo tipo U

Probetas cilíndricas de concreto con una máquina de ensayos de compresión

El efecto de un curado deficiente en la resistencia del hormigón también ha sido analizado, demostrándose que a edades de hasta 90 días la resistencia del Hormigón Autocompactante es menos afectada que la del hormigón tradicional, cuando el curado es inapropiado. Esto se atribuye a una mejor capacidad de retención de agua del Hormigón Autocompactante. La relación de la resistencia a tracción y adherencia a las armaduras respecto a la resistencia a compresión son similares para ambos hormigones y la adherencia al acero del Hormigón Autocompactante llega a ser superior.

Asentamiento 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. El Contratista proporcionará la mano de obra y los materiales necesarios y ayudará al Interventor, si es requerido, para tomar los cilindros de ensayo. El valor de los ensayos de laboratorio ordenados por el Interventor será por cuenta del Contratista. Para efectos de confrontación se llevará un registro indicador de los sitios de la obra donde se usaron los concretos probados, la fecha de vaciado y el asentamiento. Se hará una prueba de rotura por cada diez metros cúbicos de mezcla a colocar para cada tipo de concreto.

Cuando el volumen de concreto a vaciar en un (1) día para cada tipo de concreto sea menor de diez metros cúbicos, se sacará una prueba de rotura por cada tipo de concreto o elemento estructural, o como lo indique el Interventor; para atraques de tuberías de concreto se tomarán dos cilindros cada 6 metros cúbicos de avance.

Las pruebas serán tomadas separadamente de cada máquina mezcladora o tipo de concreto y sus resultados se considerarán también separadamente, o sea que en ningún caso se deberán promediar juntos los resultados de cilindros provenientes de diferentes máquinas mezcladoras o tipo de concreto. La resistencia promedio de todos los cilindros será igual o mayor a las resistencias especificadas, y por lo menos el 90% de todos los ensayos indicarán una resistencia igual o mayor a esa resistencia.

En los casos en que la resistencia de los cilindros de ensayo para cualquier parte de la obra esté por debajo de los requerimientos anotados en las especificaciones, el Interventor, de acuerdo con dichos ensayos y dada la ubicación o urgencia de la obra, podrá ordenar o no que tal concreto sea removido, o reemplazado con otro adecuado, dicha operación será por cuenta del Contratista en caso de ser imputable a él la responsabilidad. Cuando los ensayos efectuados a los siete (7) días estén por debajo de las tolerancias admitidas, se prolongará el curado de las estructuras hasta que se cumplan tres (3) semanas después de vaciados los concretos.

Temperatura

Se refiere a la temperatura del concreto Pórtland recién mezclado. Recipiente: debe estar hecho de material resistente y absorbente y debe de tener proporciones tales que al menos 3” de concreto cubra en todas direcciones al censor del aparato medidor de la temperatura. La cantidad de concreto que debe cubrirlo además tiene que ser un mínimo de 3 veces mayor que el tamaño máximo del agregado grueso.

Norma COVENIN

El concreto debe mantenerse a una temperatura de más de 10 ºC y en una condición húmeda, por lo menos durante los primeros siete días después de vaciado, a menos que se realice el curado de acuerdo con la Sección 5.8.2 o el concreto sea de alta resistencia a edad temprana. En este caso, el concreto debe mantenerse a una temperatura de más de 10 ºC y en una condición húmeda por lo menos los primeros tres días, excepto cuando se realice el curado de acuerdo con la Sección 5.8.2.

Resistencia del concreto

Generalmente el diseñador de estructuras, especifica en la memoria de cálculos y en los planos una resistencia a la compresión del concreto (F’c), la cual utilizo como base para calcular el dimensionamiento y el esfuerzo de los diferentes elementos de una obra.

Cuando en la obra se obtenga una resistencia menos que la especificada (F’c), se disminuirá el factor de seguridad de la estructura. Para evitar esta posible disminución de seguridad y debido a que en toda obra se obtienen diferentes valores de resistencia para una misma mezcla, debido a variaciones en la dosificación, mezcla, transporte, colocación, compactación y curado del concreto; la mezcla deberá dosificarse para obtener una resistencia a la compresión promedia (F’cr) mayor que F’c.

En la que resulta antieconómico indicar una resistencia mínima, igual a la resistencia de diseño; puesto que de acuerdo al análisis estadístico, siempre existe la posibilidad de obtener algunos valores más bajos.

Vibrado de concreto

El vibrado consiste en someter al concreto a una serie de sacudidas con frecuencia elevadas que permitan una buena eliminación de aire atrapado y un mínimo de cavidades en la superficie que son de vital importancia para el concreto arquitectónico.

Vibrado del concreto

Clases de vibración

Existen dos métodos básicos de vibración para el concreto, vibración interna y vibración externa que ayudan a lograr una buena consolidación del concreto eliminando el aire atrapado por toda la masa.

El vibrado externo, el regleado nivela y compacta losas delgadas de concreto y las capas superiores de las losas más gruesas. Una regla enrasadora no compactara el concreto muy bien. Se requiere de vibración mecánica o manual para proporcionar así una compactación adecuada.

El Vibrado interno se hace con un vibrador mecánico o un vibrador de flecha flexible (o de chicote), el cual se pone dentro del concreto y lo vibra desde el interior.

Vibrado externo con regleado

Vibrado interno con vibrados mecánico

Pasos para el vibrado de concreto

El trabajo de vibrado consiste en introducir el vibrador de manera vertical en la capa de concreto sin tocar el fondo, se debe consumir un tiempo entre 5 y 15 segundos en todo el proceso, moviéndose a otro lugar lo suficientemente cercano para que las áreas de influencia del vibrado se traslapen.

El vibrador no se debe usar para empujar o tratar de acomodar el concreto. La eficiencia de los vibradores de inmersión depende de:  sus dimensiones, el número de revoluciones por minuto (rpm) o frecuencia de vibración y la amplitud de vibración. De tal manera que se debe seleccionar aquel equipo que realice el mejor trabajo según el tipo de concreto a compactar.

En general entre más alta es la frecuencia de vibrado, el tiempo necesario para consolidar el concreto es menor (en el proceso de consolidación o compactación se busca expulsar el exceso de aire y sin excederse en el vibrado se pretende lograr una masa de concreto homogénea y  sin segregación). Las frecuencias de vibrado comunes pueden variar entre 3,000 y 6,000 rpm.

Los vibradores de eje flexible consisten en un motor conectado a una estructura flexible con un núcleo de alambre de acero y con una cabeza en la otra extremidad del eje. Esta clase de unidades tienen aplicaciones específicas, tales como pequeñas obras que requieren una cantidad mínima de vibración, como losas delgadas, paredes estrechas, bases y pequeñas zapatas. 

Los vibradores de alta frecuencia son llamados así debido a los requisitos eléctricos de 180 Hz, lo que permite el uso de un motor de inducción que ofrece mayor potencia en un pequeño volumen. Con este equipo de pequeño tamaño el rotor excéntrico puede ser acoplado directamente al motor que está dentro de una cabeza blindada, eliminando la necesidad de un eje flexible. Por ello, esta herramienta es usada en concretos con slumps de 1 pulg a 3 pulg, especialmente para situaciones de producción.

El vibrado es de vital importancia para el concreto arquitectónico. En la actualidad casi todo el concreto se consolida mediante vibrado.