EL CONCRETO REFORZADO
INTRODUCCION
El concreto armado, tambin conocido como hormign, es el alma de
las construcciones actuales y ha permitido a las construcciones
desarrollarse de forma muy compleja. Es actualmente el material ms
utilizado en las construcciones.
El concreto es un compuesto por aglomerantes (cemento en la
mayora de los casos), agregados, agua y aditivos especiales. Los
aditivos permiten controlar el fraguado (proceso de prdida de la
elasticidad) y mantenerlo manejable, esto permite que se
desarrollen estructuras moldeadoras (encofrado) para lograr,
virtualmente, alcanzar todo tipo de estructura deseable.
DEFINICION El concreto simple, sin refuerzo, es resistente a la
compresin, pero dbil en tensin, lo que limita su aplicabilidad como
material estructural.Para resistir tensiones, se emplea refuerzo de
acero, generalmente en forma de barras, colocado en zonas donde se
prev que se desarrollaran tensiones bajo las acciones de servicio.
El acero restringe la aparicin de grietas originadas por la poca
resistencia a la tensin del concreto.El uso del refuerzo no est
limitado a la finalidad anterior, tambin se emplea en zonas de
compresin para aumentar la resistencia del elemento reforzado, para
reducir las deformaciones debidas a cargas de larga duracin y para
proporcionar confinamiento lateral al concreto, lo que
indirectamente aumenta su resistencia a la compresin. La combinacin
de concreto simple con refuerzo constituye lo que se llama CONCRETO
REFORZADO.
PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO FRESCO:
A)TRABAJABILIDAD
Est definida por la mayor o menor dificultad para el mezclado,
transporte, colocacin y compactacin del concreto.Su evaluacin es
relativa, por cuanto depende realmente de las facilidades manuales
o mecnicas de que se disponga durante las etapas del proceso, ya
que un concreto que puede ser trabajable bajo ciertas condiciones
de colocacin y compactacin, no necesariamente resulta tal si dichas
condiciones cambian.
Est influenciada principalmente por la pasta, el contenido de
agua y el equilibrio adecuado entre gruesos y finos, que produce en
el caso ptimo una suerte de continuidad en el desplazamiento
natural y/o inducido de la masa.
Por lo general un concreto es trabajable en la mayora de
circunstancias, cuando durante su desplazamiento mantiene siempre
una pelcula de mortero de al menos sobre el agregado grueso.
El mtodo tradicional de medir la trabajabilidad ha sido desde
hace muchos aos el Slump o asentamiento con el cono de Abrams, ya
que permite una aproximacin numrica a esta propiedad del concreto,
sin embargo debe tenerse clara la idea que es ms una prueba de
uniformidad que de trabajabilidad, pues es fcilmente demostrable
que se pueden obtener concretos con igual slump pero
trabajabilidades notablemente diferentes para las mismas
condiciones de trabajo.
Una prctica recomendada por el U.S.Bureau of Reclamation (Ref.
7.1), consiste en que una vez concluida la determinacin del slump
se procede a golpear con la varilla la plancha metlica de base,
provocando el desmoronamiento del concreto lo que permite una
estimacin visual de la capacidad de acomodo al compactarlo.
Cuando en obra se controla la dosificacin de las mezclas en peso
por lo que hay seguridad que se estn midiendo los ingredientes de
acuerdo al diseo y corrigiendo por absorcin y humedad, un slump
mayor del que se vena registrando, es indicativo de que la
granulometra total se ha vuelto ms gruesa, en consecuencia el Mdulo
de fineza se increment y disminuy la superficie especfica pero todo
esto sin cambiar la relacin Agua/Cemento.
En consecuencia el slump aument no porque se ha aadido ms agua
al diseo sino porque la mezcla requiere menos agua debido a cambios
en la gradacin de los agregados que la ha vuelo ms gruesa.
Ahora bien, si el slump que tiene actualmente la mezcla es tan
alto que ocasiona problemas de segregacin exudacin, es necesario
reajustar la granulometra total recalculando las proporciones de
arena y piedra (subiendo el contenido de arena y bajando el de la
piedra) para mantener constante el mdulo de fineza total del diseo
y regresar al slump original, pero nunca se debe empezar a bajar
agua aleatoriamente pues esa es la mejor manera de perder el
control del diseo ya que no estamos atacando el problema de fondo
que es la gradacin.
1)Estabilidad
Es el desplazamiento o flujo que se produce en el concreto sin
mediar la aplicacin de fuerzas externas.
Se cuantifica por medio de la exudacin y la segregacin, evaluada
con mtodos standard que permiten comparar dichas caractersticas
entre varios diseos, siendo obvio que se debe buscar obtener los
valores mnimos.
Es interesante notar que ambos fenmenos no dependen
expresantemente del exceso de agua en la mezcla sino del contenido
de finos y de las propiedades adherentes de la pasta.
2)Compactibilidad
Es la medida de la facilidad con que puede compactarse el
concreto fresco.Existen varios mtodos que establecen el denominado
Factor de compactacin, que evala la cantidad de trabajo que se
necesita para la compactacin total, y que consiste en el cociente
entre la densidad suelta del concreto en la prueba, dividido entre
la densidad del concreto compactado.
En nuestro medio no es usual disponer del equipo para la prueba
standard que es Britnica (Ref. 7.3), no obstante no es muy difcil
ni caro implementarlo ya que es muy til en cuanto a la informacin
que suministra.
La prueba consiste en llenar el cono superior con concreto
depositndolo sin dejarlo caer, par que no haya compactacin
adicional.
A continuacin se abre la compuerta inferior para que caiga por
su peso propio y llene el segundo cono con lo que se estandariza la
condicin de compactacin inicial.
Finalmente luego de enrasar el cono se abre la segunda compuerta
y el concreto cae por su peso propio para llenar un molde cilndrico
estndar.
Se obtiene el peso unitario del concreto en el molde y el valor
se divide entre el peso unitario obtenido con la prueba estndar en
tres capas con 25 golpes cada una.
Esta operacin debe hacerla una sola persona manteniendo
constantes el equipo para el manipuleo y el procedimiento, ya que
los resultados estn influenciados significativamente por estos
aspectos.Hay que tener claro que los valores obtenidos nos sirven
para comparar diseos similares para elegir el ptimo, pero no nos da
un valor absoluto para comparar diseos con materiales
diferentes.
En la medida que el factor de compactacin se acerque ms a la
unidad obtendremos el diseo ms eficiente en cuanto a la
compactabilidad.
En la Tabla 7.1 se pueden observar valores de revenimiento o
slump comparados con mediciones de factor de compactacin para
diferentes condiciones de trabajabilidad.
De nuestra experiencia personal en el uso del mtodo estndar
hemos concluido en que es sumamente til para discriminar entre
mezclas con grados de compactabilidad bastante diferentes, sin
embargo no es muy sensible a pequeos cambios en granulometra.En
base a esto estamos desarrollando una alternativa en la cual
cambiamos el molde cilndrico por un molde prismtico de 0.20 x 0.20
x 0.30 m que representa ms fielmente las dificultades reales en
cuanto a compactabilidad en las esquinas de los encofrados. En la
Fig. 7.2 se dan las caractersticas geomtricas del aparato para
quien le interesara fabricarlo y usarlo.
TRABAJABILIDAD, REVENIMIENTO Y FACTOR DE COMPACTACIN DE
CONCRETOS CON TAMAO MXIMO DE AGREGADO, DE 19 A 38 MM (3/4 1
pulg.)
GRADO DE
TRABAJABILIDAD
REVENIMIENTO
mm.pulg.
FACT. COMPACTACIN
USO ADECUADO DEL CONCRETO
APARATO
PEQUEO
APARATO GRANDE
Muy pequeo
Pequeo
Medio
Alto
0 25
25 50
50 100
100 - 175
0 1
1 2
2 4
4 - 7
0.78
0.85
0.82
0.85
0.80
0.87
0.835
0.88
Pavimentos vibrados con mquinas operadas mecnicamente.
En el extremo ms trabajable de este grupo, el concreto podr
compactarse en ciertos casos con mquinas operadas a mano.
Pavimentos vibrados con mquinas operadoras a mano.En el extremo
ms trabajable de este grupo, el concreto podr compactarse
mensualmente en pavimentos que empleen agregado de forma redonda o
irregular.Cimentaciones de concreto en masa sin vibrado o secciones
con poco refuerzo y vibradas.
En el extremo manos trabajable de este grupo, losas planas
compactadas manualmente usando agregados triturados.
Para secciones congestionadas de refuerzo.Normalmente no
adecuado para vibrarse.
Concreto reforzado manualmente compactado y secciones con mucho
refuerzo compactado con vibracin.
3)Movilidad
Es la facilidad del concreto a ser desplazado mediante la
aplicacin de trabajo externo.Se evalan en funcin de la viscosidad,
cohesin y resistencia interna al corte.
La viscosidad viene dada por la friccin entre las capas de la
pasta de cemento, la cohesin es la fuerza de adherencia entre la
pasta de cemento y los agregados, y la resistencia interna al corte
la provee la habilidad de las partculas de agregados a rotar y
desplazarse dentro de la pasta.
Las pruebas desarrolladas en la actualidad para medir estos
parmetros slo son aplicables a nivel sofisticado en laboratorio
(Ref. 7.4 y 7.5) por lo que an est a nivel de investigacin una
prueba prctica para emplearse en obra, sin embargo, es importante
al momento de disear y comparar mezcla, realizar una evaluacin al
menos cualitativa de estos parmetros, con objeto de acercarnos al
ptimo.
b)Segregacin
Las diferencia de densidades entre los componentes del concreto
provocan una tendencia natural a que las partculas ms pesadas
desciendan, pero en general, la densidad de la pasta con los
agregados finos es slo un 20% menor que la de los gruesos (para
agregados normales) lo cual sumado a su viscosidad produce que el
agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz.
Cuando la viscosidad del mortero se reduce por insuficiente
concentracin la pasta, mala distribucin de las partculas o
granulometra deficiente, las partculas gruesas se separan del
mortero y se produce lo que se conoce como segregacin.En los
concretos con contenidos de piedra>del 55% en peso con respecto
al peso total de agregados, es frecuente confundir la segregacin
con la apariencia normal de estos concretos, lo cual es muy simple
de verificar obteniendo dos muestras de concreto fresco de sitios
diferentes y comparar el contenido de gruesos por lavado, que no
deben diferir en ms de 6%.
c)Exudacin
Propiedad por la cual una parte del agua de mezcla se separa de
la masa y sube hacia la superficie del concreto.
Es un caso tpico de sedimentacin en que los slidos se asientan
dentro de la masa plstica.El fenmeno est gobernado por las leyes
fsicas del flujo de un lquido en un sistema capilar, antes que el
efecto de la viscosidad y la diferencia de densidades.
Est influenciada por la cantidad de finos en los agregados y la
finura del cemento, por lo que cuanto ms fina es la molienda de
este y mayor es el porcentaje de material menor que la malla N 100,
la exudacin ser menor pues se retiene el agua de mezcla.
La exudacin se produce inevitablemente en el concreto, pues es
una propiedad inherente a su estructura, luego lo importante es
evaluarla y controlarla en cuanto a los efectos negativos que
pudiera tener.
No debe caerse en el error de considerar que la exudacin es una
condicin anormal del concreto, ni en la prctica usual de secar el
concreto espolvoreando cemento en la superficie ya que si esto se
ejecuta mientras an hay exudacin, se crea una capa superficial muy
delgada de pasta que en la parte inferior tiene una interfase de
agua que la asla de la masa original.En estas condiciones, al
producirse la contraccin por secado o cambios volumtricos por
temperatura esta pelcula delgada de pasta se agrieta, producindose
el patrn de fisuracin tipo panal de abeja, que los norteamericanos
denominan crazing.
Si se espolvorea cemento cuando la exudacin ha terminado,
integrado la pasta con la mezcla original se logra reducir la
relacin Agua/Cemento en la superficie con resultados positivos en
cuanto a durabilidad al desgaste.
La prueba estndar para medir la exudacin est definida por la
norma ASTM C 232 (Ref. 7.6) necesitndose slo una pipeta como equipo
adicional a las balanzas, moldes y probetas graduadas que
constituyen lo normal en laboratorio.
d)Contraccin
Es una de las propiedades mas importantes en funcin de los
problemas de fisuracin que acarrea con frecuencia.
Ya hemos visto que la pasta de cemento necesariamente se contrae
debido a la reduccin del volumen original de agua por combinacin
qumica, y a esto se le llama contraccin intrnseca que es un proceso
irreversible.
Pero adems existe otro tipo de contraccin inherente tambin a la
pasta de cemento y es la llamada contraccin por secado, que es la
responsable de la mauro parte de los problemas de fisuracin, dado
que ocurre tanto en el estado plstico como en el endurecido si se
permite la prdida de agua en la mezcla.
Este proceso no es irreversible, ya que si se repone el agua
perdida por secado, se recupera gran parte de la contraccin
acaecida.
Esta propiedad se tratar con mucha amplitud al tocar el tema de
los cambios volumtricos en el concreto, siendo lo fundamental en
este Captulo, el tener claro que el concreto de todas maneras se
contrae y si no tomamos las medidas adecuadas indefectiblemente se
fisura, y en muchos casos esta fisuracin es inevitable por lo que
slo resta prevenirla y orientarla.
PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO ENDURECIDO
a)Elasticidad
En general, es la capacidad del concreto de deformarse bajo
carga, sin tener deformacin permanente.
El concreto no es un material elstico estrictamente hablando, ya
que no tiene un comportamiento lineal en ningn tramo de su diagrama
cara vs deformacin en compresin, sin embargo, convencionalmente se
acostumbra definir un Mdulo de elasticidad esttico del concreto
mediante una recta tangente a la parte inicial del diagrama, o una
recta secante que une el origen del diagrama con un punto
establecido que normalmente es un % de la tensin ltima (Ref.
7.7).
En la Fig. 7.3 (Ref. 7.8) se esquematiza la curva Carga vs
Deformacin Tpica del concreto y en la Fig. 7.4 (Ref. 7.9) se
muestran curvas Carga vs Deformacin para concretos con diferentes
relaciones Agua/Cemento.
Los mdulos de Elasticidad normales oscilan entre 250,000 a
350,000 kg/cm2y estn en relacin inversa con la relacin
Agua/Cemento.
Conceptualmente, las mezclas ms ricas tienen mdulos de
Elasticidad mayores y mayor capacidad de deformacin que las mezclas
pobres.La norma que establece como determinar el Mdulo de
elasticidad esttico del concreto es la ASTM C- 469 (Ref. 7.7).
b)Resistencia
Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor
comportamiento en compresin en comparacin con la traccin, debido a
las propiedades adherentes de la pasta de cemento.
Depende principalmente de la concentracin de la pasta de
cemento, que se acostumbra expresar en trminos de la relacin
Agua/Cemento en peso.
La afectan adems los mismos factores que influyen en las
caractersticas resistentes de la pasta, como son la temperatura y
el tiempo, aunados a otros elementos adicionales constituidos por
el tipo y caractersticas resistentes del cemento en particular que
se use y de la calidad de los agregados, que complementan la
estructura del concreto.
Un factor indirecto pero no por eso menos importante en la
resistencia, lo constituye el curado ya que es el complemento del
proceso de hidratacin sin el cual no se llegan a desarrollar
completamente las caractersticas resistentes del concreto.
Los concretos normales usualmente tienen resistencias en
compresin del orden de 100 a 400 kg/cm2, habindose logrado
optimizaciones de diseos sin aditivos que han permitido obtener
resistencia sobre 700 kg/cm2.
Tecnologas con empleo de los llamados polmeros, constituidos por
aglomerantes sintticos que se aaden a la mezcla, permiten obtener
resistencias en compresin que bordean los 1,500 kg/cm2, y todo
parece indicar que el desarrollo de estas tcnicas permitir en el
futuro superar incluso estos niveles de resistencia.
c)Extensibilidad
Es la propiedad del concreto de deformarse sin agrietarse.Se
define en funcin de la deformacin unitaria mxima que puede asumir
el concreto sin que ocurran fisuraciones.
Depende de la elasticidad y del denominado flujo plstico,
constituido por la deformacin que tiene el concreto bajo carga
constante en el tiempo.
El flujo plstico tiene la particularidad de se parcialmente
recuperable, estando relacionado tambin con la contraccin, pese a
ser dos fenmenos nominalmente independientes.
La microfisuracin aparece normalmente alrededor del 60% del
esfuerzo ltimo, y a una deformacin unitaria de 0.0012, y en
condiciones normales la fisuracin visible aparece para 0.003 de
deformacin unitaria.
CEMENTO
ES un material que proviene de la pulverizacin del producto
obtenido por fusin incipiente de materiales arcillosos y calizos
que contengan oxido de calcio, silicio, aluminio y hierro en
cantidades convenientemente calculadas y sin mas adicin posterior
que yeso sin calcinar y agua, as como otros materiales que no
excedan el 1% en peso total y que no sean nocivos para el
comportamiento posterior del cemento.La composicin qumica del
cemento portland es muy compleja; pero puede definirse
esencialmente como un compuesto de cal, almina y slice. Los
componentes fundamentales son: El aluminio tricalcico, el silicato
tricalcico, el silicatodicalcico y el ferro aluminio
tricalcico.
CLASES DE CEMENTO PORTLAND
Existen o se fabrican varios tipos de cemento portlandCEMENTO
PORTLAND TIPO IDestinado a usos generales: Estructuras, pavimentos,
bloques, tubos y mampostera.CEMENTO PORTLAND TIPO IIModificado,
adecuado en general para obras hidrulicas por su calor de
hidratacin moderado u su regular resistencia a los sulfatos.CEMENTO
PORTLAND TIPO IIIRpida resistencia alta, recomendado para sustituir
el tipo I en obras de emergencia o cuando se desee retirar pronto
las cimbras para usarlas un nmero mayor de veces; adquiere una
determinada resistencia, en igualdad de condiciones, en la tercera
parte del tiempo que necesita para ello el cemento tipo I.CEMENTO
PORTLAND TIPO IVDe bajo calor, adecuado para construccin de grandes
espesores porque su calor de hidratacin es muy reducido a tenor de
su resistencia que se adquiere lentamente.CEMENTO PORTLAND TIPO VDe
alta resistencia a los sulfatos, recomendado en cimentaciones
expuestas a la accin de aguas sulfatadas y agresivas.Se produce
tambin el cemento portland blanco, de caractersticas similares al
tipo I, usado especialmente en construcciones urbanas, cuando lo
demandan razones arquitectnicas.
ACERO
Son aquellos productos ferrosos cuyo tanto porciento de carbono
esta comprendido entre 0.05% y 1.7%; el acero endurece por el
temple y una vez templado, tiene la propiedad de que si se calienta
de nuevo y se enfra lentamente, disminuye su dureza. El acero funde
entre los 1400 y 1500C, y se puede moldear con mas facilidad que el
hierro.
Aceros se pueden clasificar segn se obtengan en estado slido:
ensoldados, batidos o forjados; o, en estado liquido, en hieroos o
aceros de fusin y homogneos. Tambin se clasifican segn su
composicin qumica, en aceros originarios, al carbono y
especiales.
La proporcin de carbono influye sobre las caractersticas del
metal. Se distinguen dos grandes familias de acero: los aceros
aleados y los no aleados. Existe una aleacin cuando los elementos
qumicos distintos al carbono se adicionan al hierro segn una
dosificacin mnima variable para cada uno de ellos.
Por ejemplo el 0.5% para el silicio, el 0.08% para el molibdeno,
el 10.5% para el cromo. De esta manera una aleacin del 17% de cromo
mas 8% nquel constituye un acero inoxidable. Y por eso no hay un
acero sino mltiples aceros.
PROPIEDADES DE LOS ACEROS ESTRUCTURALES
Punto de fluencia:
El punto de fluencia mide la fuerza mnima que crea una
deformacin permanente en el acero estructural. Como esta medida es
bastante fcil de determinar, el punto de fluencia es un parmetro
comn observado en las especificaciones del acero estructural. El
punto de fluencia se prueba determinando la forma de la recta de
fluencia. Cuando ocurre la deformacin permanente, esto significa
que laestructuraatmica y cristalina del acero ha cambiado. La
medida se puede arrojar sobre un diagrama de deformacin-carga que
muestre la interseccin de la curva correspondiente con la lnea de
fluencia. Un valor normal para el acero estructural es del
0,2%.
Resistencia a la traccin:
La resistencia a la traccin mide cunto estiramiento o traccin
longitudinal puede soportar una pieza de acero estructural antes de
romperse o deformarse permanentemente. Esta deformacin permanente
se conoce como punto de fractura. El valor se determina dividiendo
el rea o seccin transversal del acero estructural por la cantidad
de carga aplicada al material. La unidad de medida se expresa en
libras por pulgada cuadrada o kilogramos por centmetro cuadrado. El
acero estructural tiene una alta resistencia a la traccin cuando se
lo compara con otros materiales como el hormign, de modo que
resulta en un excelente material para construccin. La resistencia a
la traccin del acero estructural tambin es una de las propiedades
medidas con mayor frecuencia.
Lmite elstico:
El lmite elstico mide la mxima deformacin del material
estructural antes de ser destruido o incapacitado de usar de forma
prctica, sin recobrar su posicin funcional. Este lmite se mide en
el punto de deformacin. Para que un material estructural pase la
prueba elstica, cualquier deformacin permantente que resulte de la
aplicacin de una carga, debe hacer que el material sea an funcional
para el uso al que est destinado. Si una pieza de acero estructural
es daada ms all de su lmite elstico, incluso si no muestra signos
de destruccin, puede an tener un dao permanente oculto que
comprometa la integridad del material. La unidad de medida de esta
propiedad mecnica se conoce como mdulo de elasticidad de Young, en
honor a Thomas Young, un cientfico britnico del siglo XIX, y se
expresa en libras por pulgada cuadrada o kilogramos por centmetro
cuadrado.
