Concreto

Dr. Luis Elias Chávez Valencia

Departamento de Ingeniería Civil Construcción III 188

CAPITULO 3

CONCRETOS



Desde sus inicios el hombre empezó a construir con piedras naturales, pero en el momento que se necesitaron edificios de mayores dimensiones y que la calidad de las piedras no fue suficiente, se necesito el desarrollo de piedras artificiales, tal como lo es el concreto. El concreto es una mezcla de arena y grava con un cementante que reacciona con el agua formando una lechada que envuelve y aglutina al agregado pétreo. La mezcla de grava, arena, cemento y arena esta regida por teorías establecidas desde el inicio del siglo 20 con los estudios del Dr. Duff Abrahams hasta nuestros tiempos con el método de diseño de concreto o proporcionamiento del American Concrete Institute (ACI). Los métodos para dosificar concreto en orden cronológico son: Fuller y Thompson, Abrahams, Edwards y Young, siendo más popular el método de Abrahams por su simplicidad y acercamiento a los valores de resistencia pronosticados. Después de estos investigadores y con la creación de ACI, el instituto propuso un método mas completo para la dosificación de concreto, el cual pronostica valores de concreto mucho mas acertados que el método de Abrams, con relaciones agua/cemento mayores para una misma resistencia de diseño, lo cual implica menor consumo de cemento, por lo cual es el de mayor uso a nivel mundial. Las propiedades que un concreto fresco debe tener son trabajabilidad y consistencia. La trabajabilidad de un concreto es su propiedad de ser colado, compactado y acabado sin presentar segregación alguna. La trabajabilidad es afectada por la granulometría, la forma de la partícula, proporción del agregado, cantidad de cemento, aire incluido, aditivos y consistencia. La consistencia se relaciona con el estado de fluidez de la mezcla y esta en función del contenido de humedad del concreto fresco y se determina con la prueba de revenimiento. La cantidad de agua necesaria es mayor para los agregados angulosos y de textura áspera y es menor para agregados de mayor tamaño, con inclusión de aire y aditivos. Las propiedades deseables de un concreto fraguado son: resistencia, durabilidad, densidad y economía. La resistencia es la propiedad que tiene un concreto endurecido de soportar esfuerzos y esta dado por la relación agua/cemento que es la cantidad neta de agua por cantidad unitaria de cemento. La resistencia de un concreto puede verse afectada por la graduación, tamaño máximo, textura, forma, resistencia y dureza del agregado pétreo, tipo de cemento, inclusión de aire y aditivos y por el proceso de elaboración, colado y curado del concreto. La durabilidad es la propiedad del concreto de resistir ciclos de congelamiento-deshielo, humedad-secado, calentamiento-enfriamiento, productos químicos, esta propiedades pueden incrementarse con el uso de cementos especiales para cada caso, bajo de relación agua/cemento e inclusión de aire. La densidad de un concreto es muy importante en ciertas aplicaciones especiales, esta puede variar desde 1200 kg/m3 (concreto ligero), hasta 5600 kg/m3 (concreto pesado). La forma principal de incrementar la densidad de un concreto esta relacionado con los agregados pétreos. Después de cuidar los aspectos anteriores es importante la economía, la cual recae principalmente en el precio de la materia primas (agregado pétreo, cemento y agua), proceso de elaboración (en obra o premezclado) relación agua cemento y el precio del concreto en el mercado



3.1. AGREGADOS PÉTREOS (ÁRIDOS) Los áridos están constituidos por el conjunto de los materiales pétreos que entran en la composición de un hormigón. Este conjunto de materiales comprende los finos o rellenos, las arenas, las gravillas y la grava o piedra. La calidad de estas materias inertes, así como las proporciones de cada una de ellas desempeñan un papel preponderante en las resistencias finales del hormigón. Los áridos deben ser de buena calidad petrográfica. Los materiales arcillosos, yesosos o esquistosos que retardan el fraguado de los cementos, favoreciendo la oxidación de las armaduras o creando planos de exfoliación, deben ser eliminados. Hay que rechazar también las materias terrosas o margosas. Los materiales blandos, quebradizos o heladizos son inadecuados para constituir los componentes de un hormigón. Todas las materias empleadas deben ser sólidas, duras y bien lavadas, limpias, exentas de polvo o de materias nocivas para el cemento o para las armaduras. Se llaman áridos naturales los extraídos del suelo en su forma definitiva, por oposición de los áridos triturados procedentes de machaqueo de ciertas rocas. Los primeros pueden ser extraídos del lecho de los ríos; son redondeados y muy limpios naturalmente; o pueden proceder de canteras y, en tal caso, son terrosos y requieren en general un lavado antes de su empleo. Las arenas y gravas de machacadora son de granos angulosos; necesitan un lavado que elimine el polvillo de piedra procedente de la trituración.

Trituradora de mandíbulas de efecto simple. Un dispositivo permite regular la abertura, es decir la granulometría, a la salida de la trituradora de mandíbulas. La producción de una trituradora de mandíbulas es aproximadamente de 1 a 2 m3/h y por tonelada de peso de la maquina. El desgaste es aproximadamente de 40 a 80 g por m3 de piedra triturada.



Grava Triturada. Con frecuencia hay que agregarle arena de canto rodado a fin de hacer la mezcla más dócil, sin

tener que aumentar el agua de amasado. Hay que tener cuidado a que no se formen bolsas de grava.

La extracción de arenas y gravas de canto rodado se hacen mediante dragado.

Cribado de áridos por medio de un trommel. Un trommel es una especie de cilindro cuyas paredes están formadas por cribas (planchas perforadas o enrejados metálicos). Por rotación del cilindro, se obtiene el cribado según los

calibres determinados por las perforaciones de las paredes. Se eliminan primero los finos y sucesivamente los áridos de tamaños mayores. La adición de agua durante el cribado permite el lavado de los granos. La longitud del cilindro

y el número de tamices varían en cada caso particular.



Cribas superpuestas. La separación de los áridos puede lograrse por tamizados o cribados sucesivos. Esta solución

puede llevase acabo igualmente por trommeles coaxiales cuyas cribas cilíndricas varían progresivamente. La pendiente de las cribas es de un 25 % aproximadamente para los finos y de un 35 % poco más o menos para los

áridos de gran calibre.

Los áridos naturales y los áridos triturados ofrecen todos ellos cualidades y campos de aplicación particulares. Las arenas y gravas naturales dan mezclas dóciles, manejables, fáciles de poner en obra y no exigen gran trabajo para adquirir compacidad. Los hormigones constituidos por estos áridos ofrecen económicamente buenas resistencias. En efecto, para una consistencia determinada, la forma de los granos exige escasa cantidad de partículas finas y menos agua de amasado, con lo que se consigue una economía de aglomerante. Las arenas y gravas trituradas hallan gran campo de aplicación en la industria de los productos de cemento moldeado. La cohesión interna debida a la forma angulosa de los granos permite, en efecto, un desmoldeo rápido de las piezas sin deformación plástica. Esta propiedad adquiere gran valor en la fabricación de los tubos de cemento, entre otras aplicaciones. Estos áridos se emplean igualmente para la realización de enlucidos y de capas de desgaste fuertemente solicitadas (revestimiento de carreteras con hormigón). En cambio, las arenas y gravillas trituradas presentan el peligro de formar bolsadas de árido. Para la realización de obras de hormigón armado, el empleo de grava triturada requiere la adición y mezcla de una proporción conveniente de arena natural. Esta última, en efecto, permite hacer la mezcla más manejable y de una consistencia que facilita la puesta en obra sin necesitar un exceso de agua de amasado. Con esta agregación de arena de canto rodado se aumenta la densidad por disminución de los huecos que quedan entre los elementos gruesos. Se llaman áridos en bruto, los que llegan sin escoger, tal como se extraen de los yacimientos. Contienen, pues, elementos de todos los calibres 3.1.1. Arenas. Se denominan arenas los materiales de pequeñas dimensiones procedentes de la desintegración de las rocas. En Suiza, las arenas comprenden el conjunto de granos que pasan a través de un tamiz de orificios redondos de 8 mm, o de orificios cuadrados de 6 rnm de lado. Los "calibres" de 0 a 2 mm toman el nombre de "Iodos"; la arena propiamente dicha tiene un diámetro comprendido entre 2 y 8 mm. En Francia las arenas están constituidas por el conjunto de granos de 0 a 5 mm de diámetro. Una arena de calidad, "cruje" y no ensucia la palma de la mano al frotarla. Los cascotes de arcilla cocida triturados (ladrillos, tejas, etc.) dan una arena excelente. La densidad de la arena varía en función de su dosis de humedad. Puede absorber hasta un 20 % en peso de agua y se hincha tanto más cuanto más fina es, bajo una ligera dosis de humedad. Un decímetro cúbico de arena seca de canto rodado pesa alrededor de 1,700 kg; con un 3 % de



humedad su peso es solo de 1,450 kg, mientras que con un 10 % de humedad su peso es de 1,600 kg. (La arena de machacadora, estando seca, pesa 1,500 kg; con un 3 % de humedad, unos 1,200 kg, y con un 10 % de humedad 1,250 kg.) Una arena buena contiene granos de todos los calibres pero debe tener mayor proporción de granos gruesos que de granos pequeños. Para constituir un hormigón de buena calidad, la arena no ha de contener más del 20 % de granos de un diámetro inferior a 1/2 milímetro. Una importante proporción de partículas finas, en efecto, hace que el hormigón sea permeable, esponjoso y heladizo; aparte de que disminuye notablemente la densidad y de que reduce la resistencia mecánica. La arena fina, por otra parte, obliga a un fuerte consumo de cemento. El empleo de la arena fina en el hormigón aumenta notablemente la importancia de la retracción. 3.1.2. Gravas. Las gravas tienen un origen parecido al de las arenas. Provienen de la desintegración de las rocas. La dimensión máxima de los áridos está condicionada, por una parte, por el espesor de las obras a realizar, y por otra, por la distancia mínima entre las diferentes armaduras de la obra. En Suiza, el diámetro máximo quedó fijado en 30 mm para las obras de hormigón armado. Este diámetro, de todos modos, no debe rebasar el 1/3 de la menor de las dimensiones de la obra en cuestión. En Francia, en los casos corrientes, el diámetro de los granos debe ser como máximo igual a los 5/6 de la distancia entre armaduras. El diámetro máximo del árido se estableció en el 1/3 del espesor de un lienzo hormigonado entre dos encofrados, o bien un valor inferior para las piezas muy armadas. Para los forjados en que sólo va encofrada la cara inferior, este máximo es igual a la mitad del espesor. El calibre máximo del árido queda, sin embargo, limitado a 25 mm para las obras de hormigón armado. Las normas tienen como finalidad la obtención de un revestimiento correcto de las armaduras. El calibre de las gravas y gravillas está, pues, comprendido entre los 8 y 30 mm en Suiza, y entre los 5 y los 25 mm en Francia. Las gravas están, por consiguiente, exentas de arena. Para las obras de grandes dimensiones, para los hormigones gruesos, los áridos máximos son de diámetros que varían entre 80 y 180 mm. Con todo, los calibres de 120 a 180 mm no han de constituir más que el 20 % de esas piedras. Una grava para hormigón contiene normalmente granos de todos los diámetros. Sin embargo debe comprender granos gruesos mejor que los de pequeño diámetro 3.1.3. Escorias. Con una densidad menos elevada que el árido normal, las escorias permiten la realización de hormigones de cimentaciones o para rellenos. Sin embargo hay que cerciorarse, antes de su empleo, de que no contiene indicios de sulfuros susceptibles de atacar la armadura.



Tamices vibratorios. Por medio de tamices vibratorios se eliminan sucesivamente la arena, la gravilla y la grava de tamaños cada vez mayores. El calibre y el número de cribas dependen del destino de los áridos. Las gravas de los

distintos calibres son conducidas a continuación y por separado a los silos.

Diámetro máximo de los áridos. a) En Francia y en Suiza, el diámetro máximo del árido es de 1/3 de la distancia

mínima entre los encofrados. En Francia, el diámetro máximo del árido es de 25 mm, pero está limitado a los 5/6 de la distancia entre armaduras. En Suiza, el diámetro máximo está fijado en 30 mm, pero no debe exceder de la

distancia entre las armaduras. b) En Francia, el diámetro máximo admisible para el hormigonado de los forjados es la mitad del espesor mínimo que hay que hormigonar. (No debe, sin embargo, exceder de 25 mm)

3.1.4. Granulometría. El estudio de la granulometría de los áridos esta orientado a la obtención de una densidad máxima de la masa compuesta de granos distintos diámetros. El espacio que entre cada grano debe llenarlo la grava de un calibre lo mayor posible. La masa así realizada no tiene que admitir más que un mínimo de huecos. El polvo (en muy escasa proporción) y el cemento se encargan de llenar los huecos más diminutos. El empleo de áridos finos lleva consigo un mayor consumo de cemento: en efecto para construir un árido de mayor diámetro es preciso adherir entre si algunos de esos granos. El empleo de áridos finos hace aumentar también el valor de la retracción. La resistencia a la compresión (y a la tracción) es proporcional a la densidad del hormigón; por lo tanto la composición granulométrica de un árido de buena resistencia debe ofrecer un porcentaje de huecos muy bajo. Conviene, pues, averiguar el volumen óptimo del árido. Por otra parte, el enlace entre los granos del árido queda asegurado por el cemento que los une entre sí. Al objeto de economizar aglomerante se hace preciso averiguar la superficie mínima de los granos del árido. Esas investigaciones consisten en mezclar los componentes del árido de tal manera que los calibres inferiores rellenen los huecos dejados por el "diámetro" precedente. Los análisis granulométricos tienen por objeto determinar el tamaño y el porcentaje de los áridos que dejan entre sus granos los huecos mínimos. Para llegar a ese resultado, se procede por cribados sucesivos con tamices cuyos orificios tienen diámetros variables.



El resultado de dichos análisis se traslada a gráficos que permiten la reposición de los componentes de compacidad óptima. Los trabajos de Bolomey (Suiza), de Fuller (EE.UU.) y del Laboratorio Federal de Ensayos de Materiales (LFEM) de la Escuela Politécnica de Zurich (suiza), se han logrado trazar las curvas con las que es posible la realización de hormigones de resistencia máxima, sin dejar de respetar las condiciones normales de la puesta en obra.

Separación de los diferentes calibras de áridos por tamizado

Densidad máxima.

Para determinar la densidad máxima, se mezcla cierta cantidad de cada uno de los componentes, con el fin de obtener una mezcla que comprenda un mínimo de huecos. Por vibración, apisonado se procura lograr la compacidad máxima de la mezcla. Por tanteos sucesivos se hacen variar, x, y y z, se anotan las cantidades de las distintas mezclas.

Grafica de los diversos porcentajes x, y y z, la curva correspondiente al peso máximo indicara la composición de los

áridos necesarios para la preparación del concreto.



Grafica granulométrica

La curva dada por el citado Laboratorio (EMPA o LFEM) es muy apropiada para hormigones de dosificación elevada (250, 300 Y 350 kg de cemento Pórtland por metro cúbico). Para dosificaciones más bajas, las mezclas relativamente ricas en arena dan mejores resultados. Para realizar hormigones de buena calidad sin recurrir al empleo de las curvas granulométricas pueden emplearse las relaciones volumétricas siguientes:

23:

ArenaGravaCompactado Concreto =

57:

ArenaGravabradoConcretoVi =

Los valores anteriores fijan los valores de cada componente que hay que admitir en una mezcla, en función del peso necesario para la realización de un metro cúbico. Los granos de diámetro muy pequeño o harina, llamados también finos, no deben constituir más que una proporción insignificante de los componentes, porque en principio es el aglomerante el que desempeña la misión de elemento fino de la mezcla. También es posible obtener hormigones de buena compacidad excluyendo voluntariamente de la curva determinados calibres. A fin de obtener mezclas de compacidad óptima, es preferible siempre componer el hormigón por medio de áridos de categorías bien definidas. Por eso, a pie de obra se almacenarán los componentes, arenas y gravas, por separado. Podemos obtener la mezcla combinando 3 ó 4 calibres diferentes, por ejemplo: Arena de 0 a 8 + gravilla de 8 a 30 mm; Arena de 0 a 8 + gravilla de 8 a 15 mm + grava de 15 a 30 mm; todo ello en las proporciones más convenientes.



OBSERVACIONES 1. La humedad de los áridos se estima en esta tabla al 3 %. 2. Es preciso reducir la cantidad de agua cuando el árido utilizado está saturado de agua, cuando lo entregan chorreando, o en tiempo de lluvia o niebla. 3. Los hormigones realizados con el árido en bruto (tal como viene de cantera) rara yez pueden emplearse en obras fuertemente solicitadas o que deban presentar características de impermeabilidad. Antes de su empleo, en estos últimos casos se impone un análisis granulométrico y petrográfico.

Curvas de composición granulométrica de los agregados pétreos en un concreto.

Durante la descarga es posible que la acción del viento provoque la separación de los elementos finos y de los

pesados.

El vertido directo desde un canal provoca la segregación.



La utilización de un deflector en el extremo del canal provoca disgregación.

El vertido desde un canal debe efectuarse por medio de un embudo.

3.2. AGLOMERANTES.

Se denominan aglomerantes los productos empleados en la construcción para fijar o aglomerar ciertos materiales entre si. Los aglomerantes naturales son los que proceden de la calcinación de una roca natural sin adición alguna. Ejemplo: La cal que proviene de una caliza, el yeso que procede de la piedra de yeso, los cementos naturales procedentes de una marga (mezcla natural de arcilla y caliza). Los aglomerantes artificiales, por el contrario, se obtienen por calcinación de mezclas de piedras, de composición conocida, cuidadosamente dosificadas. Ejemplo: Los cementos artificiales procedentes de una mezcla de caliza, de arcilla y de piedra de yeso; los cementos electro-fundidos compuestos de una caliza y un mineral aluminoso. Otros aglomerantes proceden asimismo de la mezcla de cal o cementos (naturales o artificiales) con productos apropiados. Hay que citar todavía: Los aglomerantes aéreos o no hidráulicos que no fraguan y no se endurecen más que al aire y contienen poca o ninguna arcilla (no son convenientes para trabajos realizados en el agua). Ejemplos: la cal, el yeso. Los aglomerantes hidráulicos, en cambio, fraguan lo mismo al aire que en el agua y contienen arcilla en proporción relativamente importante. Ejemplo: Los cementos naturales y artificiales, electrofundidos. Se denomina fraguado al período de solidificación. El principio del fraguado es el instante en que la pasta del aglomerado pierde su plasticidad. El fin del fraguado es el momento en que la pasta ya no se deforma bajo la presión del dedo, habiendo perdido toda su elasticidad, el endurecimiento es el período que sigue a la fase del fraguado y durante el cual la resistencia del aglomerante aumenta (durante años para los cementos). Los aglomerantes deben conservarse en sitio seco para que puedan ofrecer las garantías exigidas; sobre todo los aglomerantes destinados a la preparación de hormigón armado. 3.2.1. Aglomerantes aéreos. 3.2.1.1. La piedra de yeso, el yeso o escayola. Los yesos se obtienen cociendo la piedra de yeso que no es más que una cal sulfatada. Según las temperaturas y la duración de la cocción se obtienen distintas calidades de yeso: Yeso para la construcción y modelaje de escu1tor entre 120 y 200 ºC. Yeso de yeseros entre 200 y800 ºC. Yeso hidráulico entre 800 y 1400 ºC.



Se dice que un yeso está amasado espeso cuando se amasa con poca cantidad de agua; amasado claro en caso contrario. El yeso amasado claro es poroso y poco resistente. La rapidez de fraguado del yeso está influida por la finura de molido y por la temperatura ambiente. Es tanto mayor cuanta menos agua se emplea. La duración del fraguado de los yesos empleados en la construcción es la siguiente: • Yeso de escultor: Principio del fraguado de 2 a 12 minutos; Fin del fraguado de 15 a 30

minutos. • Yeso de yesero: Principio del fraguado de 10 a 20 minutos; Fin de fraguado de 2 a 3 horas. Para retardar el fraguado y aumentar la resistencia, se puede añadir un retardador al agua de amasado. Este retardador puede ser el bórax o el fosfato de sosa a razón de 0,5 a 1 % del peso de yeso. Los yeseros emplean cola con el mismo propósito. El yeso se emplea en los enlucidos interiores (aplicados a las paredes) y en la confección de cielos rasos. Los anclajes o empotramientos pueden realizarse con este material. Sin embargo, el yeso, debido a su naturaleza porosa, oxida el hierro, tanto más cuanto más claro se haya amasado. Por otra parte, lo destruye la humedad, pero es un material incombustible que constituye una excelente protección contra el fuego. 3.2.1.2. Cal viva. La cal viva se obtiene por cocción, a una temperatura de unos 1 100., de caliza que contenga menos de un 10 % de arcilla. La cal viva se vende en el comercio en bidones metálicos y se presenta bajo la forma de terrones o de polvo. 3.2.1.3. Cal aérea, cal hidratada o cal apagada. Esas tres denominaciones designan el mismo producto, que resulta de la extinción (hidratación) de la cal viva, en presencia de agua o de vapor. Se lleva a cabo rociando la cal viva. Esa extinción produce un fuerte desprendimiento de calor (de 120. a 130. de temperatura) y un importante aumento de volumen (aproximadamente el doble). Según la cantidad de agua empleada se obtiene la cal en polvo, la cal en pasta o la lechada de cal. El primero de estos productos se entrega en sacos, el segundo en barriles y el último se emplea para enjalbegar o para pintar a base de cal. Se llama cal grasa a la que proviene de una caliza muy pura que contiene sólo de 0 a 5 % de arcilla. La cal magra o árida, cuyo fraguado es más lento que el de la precedente, proviene de una caliza que contiene materias extrañas y, entre otras, del 5 al 10 % de arcilla. El fraguado de la cal aérea o apagada es lento y durante el endurecimiento se produce una importante retracción. A fin de estabilizar su volumen, se mezcla la cal apagada con una materia inerte, por ejemplo arena. Dividiendo así la masa, los granos de arena disminuyen sensiblemente la retracción. La cal y la arena mezcladas constituyen lo que se llama el mortero. 3.2.2. Aglomerantes hidráulicos. Los aglomerantes hidráulicos son aquellos que pueden emplearse indistintamente en trabajos situados al aire o bajo el agua. Son las propiedades de la arcilla las que, unidas a las de las calizas, proporcionan las ventajas hidráulicas de los aglomerantes. Todos los aglomerantes hidráulicos traen su origen de la combinación de la caliza con la arcilla, o en ciertos casos con un material más rico en alúmina que la arcilla: la bauxita. Se entra entonces en la categoría de los cementos. La calidad de estos últimos y sus particularidades dependen de dos factores fundamentales: de las proporciones de sus dos componentes, por una parte, y de la temperatura de cocción de la mezcla, por otra.



3.2.2.1. Cal hidráulica. La cal hidráulica se obtiene por cocción, a unos 850°, de margas (calizas que contienen de un 10 a un 20 % de arcilla) o de calizas sílico-arcillosas. (Es posible constituir artificialmente la mezcla de una marga: caliza + arcilla.) Después del apagado, se almacena y tritura el residuo de esta cocción. La cal hidráulica es un cemento, hablando propiamente. Este aglomerante de fraguado lento ofrece características de resistencia mecánica poco elevada. Se emplea en obras que no requieren más que una escasa resistencia, como ciertas paredes de hormigón encofrado de gran espesor; o para enlucidos y para la colocación de losetas de pavimentación o revestimiento. 3.2.2.2. Cementos naturales y los rápidos. Los cementos naturales proceden de la molturación, después de la cocción en el horno a unos 1 000., de rocas calizas que contienen de un 30 a 40 % de arcilla. Con esas mismas clases de piedra forzando algo más la cocción se obtienen los cementos semilentos, siendo los primeramente mencionados, de fraguado rápido. La piedra caliza que permite esa fabricación se halla en la región de Grenoble y en el Yonne, en Vassy. La resistencia de estos cementos depende en gran parte de la regularidad y de la estabilidad de las proporciones de caliza y arcilla. Para ciertas fabricaciones, se rectifica artificialmente la composición de las rocas a fin de obtener una calidad uniforme. Los cementos rápidos o de fraguado rápido, llamados a veces cementos romanos, pueden ser asimismo aglomerantes artificiales. Se entregan en sacos de papel con inscripciones en rojo. En Suiza, los cementos rápidos son cementos artificiales constituidos por una mezcla de caliza y de arcilla (en las proporciones citadas más arriba). Cocción a unos 1 000. Y molienda del residuo. Los cementos de la marca "Poisson" (Wildegg), servidos en sacos azules, son cementos rápidos. Mezclados con agua los cementos rápidos dan una pasta aglomerante que fragua en pocos minutos: Principio del fraguado 3 a 5 minutos; Fin del fraguado10 a 20 minutos. Se emplea el cemento rápido en todos aquellos trabajos que exigen un fraguado de corta duración y en los cuales la resistencia no desempeña más que un papel secundario: obturación de infiltraciones, ciertos moldeas, anclajes, etc. La retracción de los cementos rápidos, empleados en forma de pasta pura, es importante. 3.2.2.3. Cementos Pórtland. Los cementos Pórtland, cementos de fraguado lento, son los aglomerantes más empleados en la construcción y sirven particularmente para la realización de las obras de hormigón armado. En general, son aglomerantes artificiales. En materia de fabricación de cementos, se llama clinker a una mezcla íntima de caliza que contiene poco más o menos un 13 % de arcilla muy silicosa cocida alrededor de los 1,450 grados centígrados. La combinación originada por esa mezcla contiene cal, sílice y alúmina. El agua no tiene acción sobre este clinker, que es una especie de escoria grisácea. Para convertirlo en cemento Pórtland, se tritura dicho clinker y se le añade de un 3 a un 5 % de piedra de yeso antes de la última molturación. La adición de piedra de yeso al c1inker tiene por efecto retardar el fraguado en 2 6 3 horas. Sin esa aportaci6n, el fraguado sería casi instantáneo. El peso por litro de polvo de cemento varía, según el grao de asentamiento entre 0 y 900 kg/dm3 y 1,250 kg/dm3. Este aumento de peso es muy visible en los cementos almacenados. El peso específico del cemento es de 3,1 kg/ dm3. El principio del fraguado de los cementos Pórtland no debe manifestarse antes de las 2 horas y media y el fin del mismo tiene un límite de 15 horas, a la temperatura de 18° C.



Clasificación general de los aglomerantes.

3.3. CEMENTO PORTLAND Se entiende por cemento Pórtland una clase de cementos hidráulicos cuyos principales componentes son dos silicatos de calcio: 3CaO.SiO2 y 2CaO.Si02. La alúmina y el hierro de las materias primas forman principalmente 3CaO.Al2O3 y una solución sólida de composición parecida a 4CaO.Al2O3.Fe2O3, o un líquido súperenfriado (vidrio) de composición similar. Siempre hay otras impurezas en pequeñas cantidades. El cemento portland se fabrica calentando una mezcla de piedra caliza (u otro material calcáreo) y arcilla (u otro material arcilloso) hasta su fusión parcial. Para obtener las propiedades deseadas algunas veces se añaden otras sustancias a la mezcla cruda, como mineral de hierro y sílice. La clinca que resulta se pulveriza muy bien con adición de yeso (o alguna otra forma de sulfato de calcio) para que el cemento contenga



aproximadamente 2% de SO3. En ocasiones se agregan pequeñas porciones de otras sustancias durante la pulverización para dar al producto determinadas propiedades. En los Estados U nidos se reconocen cinco clases de cemento portland en las especificaciones de la American Society for Testing Materials y del Federal Specification Board. El tipo 1 es para construcciones generales de hormigón en que no se requieren las propiedades especiales que poseen los otros tipos. El tipo II o de endurecimiento con calor moderado es para construcciones generales de hormigón expuestas a moderada acción de sulfatos o cuando se requiere calor moderado de hidratación. El tipo III o cemento de gran resistencia inmediata es para aquellos casos en que se requiere gran fortaleza en breve tiempo. El tipo IV o cemento de poco calor se usa cuando se desea poco calor de hidratación. El tipo V o cemento resistente contra el sulfato es para los casos especiales que designa su definición. Las principales limitaciones químicas de estos cinco tipos de cemento para 1947 se exponen en la tabla siguiente. La especificación federal de 1946 solo permite la adición de un agente arrastrador de aire cuando lo especifica el comprador, a cada uno de los cinco tipos, que entonces reciben la designación de IA, HA, etc. Están aprobadas la resina Vinsol o Darex AEA en proporción de menos de 1 %. La resina Vinsol, fabricada por Hercules Powder Company, consta principalmente de la fracción insoluble en hidrocarburos de petróleo de un extracto resinoso de madera de pino en hidrocarburos de alquitrán de hulla. El Darex AEA es fabricado por la Dewey and Almy Chemical Company, y consta principalmente de una sal trietanolamínica de un hidrocarburo sulfonado. Se fijan otras limitaciones acerca de finura (entre 1,600 y 1,800 cm2 por gramo según el turbidímetro de Wagner) y diversas propiedades físicas de las pastas de cemento hechas con agua, tales como solidez, tiempo de fraguado y resistencias a la tracción y a la compresión de morteros de diversas edades. Se hacen otros ensayos en casos especiales, como la determinación del calor de hidratación y la resistencia contra la acción de sulfatos.

Limitaciones químicas del cemento Pórtland

3.3.1. Materias primas. Las principales materias calcáreas que se emplean en la fabricación del cemento portland son la caliza, la roca para cemento (una caliza arcillosa blanda), creta, marga o conchas marinas y carbonato cálcico de desecho de operaciones industriales. No se puede aprovechar la caliza que contenga gran proporción de magnesia, a menos que se disminuya ésta por algún medio, como la flotación o la dilución con piedra de poco contenido de óxido magnésico, a efecto de que el



producto no contenga más de 5% de MgO. De igual manera, la creta que contiene sílice tiene que ser limpiada de esta impureza, y las vetas de yeso u otros materiales como la pirita acaso requieran alguna operación de selección antes de ser usadas. Los materiales arcillosos más importantes de que se dispone son la arcilla, el esquisto, la pizarra, la escoria de altos hornos (que puede ser considerada como material calcáreo), cenizas y roca para cemento. Los más usuales son la arcilla y el esquisto. En los lugares en que se halla la roca para cemento se usa algunas veces sin ninguna adición, pues contiene a la vez caliza y arcilla. Sin embargo, las necesidades modernas han hecho necesaria la regulación más exacta de la composición, y hoy rara vez se emplean estos procedimientos tan sencillos. La escoria de altos hornos producida con menas de alto grado y que no contienen demasiado óxido magnésico es utilizada por algunos fabricantes como materia prima de alúmina y sílice. Las cenizas se emplean poco. Las demandas de la industria moderna del cemento son estrictas en lo relativo a la composición de la clinca. Pequeñas variaciones de las relaciones fijadas entre los principales componentes de la mezcla de piedra molida pueden alterar notablemente los caracteres de calcinación de la mezcla o las propiedades del cemento. Si es demasiado bajo el contenido de óxido de calcio, la proporción de silicato tricálcico es insuficiente para producir buena fortaleza temprana; si es demasiado alto, queda óxido de calcio en la clinca, que puede producir un cemento sin firmeza, por excesiva expansión de la pasta de cemento con el agua o el aire húmedo. La alúmina y el óxido férrico son necesarios en la fabricación, porque son los principales componentes formadores de fundente. Si no se formara algo de líquido durante la calcinación, las reacciones serían mucho más lentas, requerirían temperaturas mucho más elevadas y probablemente serían incompletas. El aluminato tricálcico es inconveniente cuando sobrepasa determinada proporción en los cementos especiales. Por tanto, es necesario buscar una proporción o equilibrio óptimo en que la cantidad de fundente sea suficiente para las reacciones rápidas de formación de clinca, pero lo bastante baja para evitar efectos inconvenientes en la pasta. "La introducción de óxido de hierro modifica notablemente la formación de aluminato tricálcico. Para ajustarse a estas y otras restricciones de la composición se suelen fijar rígidas limitaciones a ciertas razones de óxido en la mezcla cruda. 3.3.2. Fabricación. La primera operación en la fabricación de cemento Pórtland, después de extraer la piedra de la cantera, es la obtención de una mezcla cruda bien pulverizada e íntimamente diseminada, de composición uniforme. Esto es necesario en virtud de que gran parte de las reacciones se han de efectuar por difusión en materiales sólidos. Si hubiese porciones de composición diferente en la mezcla cruda, las reacciones progresarían de manera diferente de un punto a otro. Por ejemplo: el exceso de granos de piedra caliza en un sitio dejaría óxido cálcico libre en la clinca; en cambio, en otras porciones habría deficiencia de cal. La preparación de la mezcla cruda se efectúa por dos procedimientos. El método seco que consiste en moler y mezclar materiales secos. Algunas veces la piedra o el esquisto machacados se pasan por secadores a efecto de que se pueda hacer la pulverización sin formación de torta. En el método húmedo algunas de estas operaciones se efectúan en forma de papilla acuosa. Antes de 1928 la pulverización por ambos métodos se hacía en circuito abierto; esto es: la mezcla cruda finamente machacada se molía de continuo hasta lograr la finura media deseada. Así se obtenía un producto que contenía gran proporción de "harina" muy fina y cantidad considerable de material relativamente grueso. La experiencia enseñó que no era necesario pulverizar en exceso



la caliza o el esquisto para que fuera eficaz la calcinación, y en cambio, el remanente de partículas gruesas hacía que la clinca no fuera homogénea. Ambas cosas mejoraron cuando se puso en práctica la molienda en circuito cerrado, consistente en dejar pasar el material fino y devolver el grueso para que siga siendo triturado. En la figura siguiente se puede ver un diagrama típico de operación de una fábrica para método en circuito cerrado.

Circuito cerrado de elaboración del cemento

En la figura siguiente se ven los molinos primario y secundario y los clasificadores de rastrillo y cuenco. Los clasificadores son separadores en que se aprovechan las diferentes velocidades de sedimentación en agua de los granos según su tamaño y peso específico, modificadas por la velocidad y la gravedad de la pulpa. Estos separadores difieren principalmente en los medios mecánicos que se emplean para separar las partículas finas de las gruesas. La mezcla seca se introduce directamente en los hornos, pero el lodo (que contiene entre 32 y 50% de agua) puede ser tratado para extraerle algo de agua antes de la calcinación. Algunas veces se usan filtros para filtrar el lodo, que son cilindros giratorios cubiertos con tela dentro de los cuales se mantiene presión negativa. Al girar lentamente los cilindros, con la mitad inferior sumergida en el lodo, éste forma una torta que es quitada al final del ciclo. De esta manera se reduce de 20 a 30% la proporción de agua. Recientemente se han ideado hidroseparadores o espesadores de lodo, en los cuales se aprovecha la sedimentación por gravedad de la mezcla de piedra en agua.



Molinos primario y secundario y los clasificadores de rastrillo y cuenco.

La rigidez creciente de las especificaciones relativas al cemento Pórtland ha hecho que cada vez sea más difícil la fabricación de ciertos tipos con los materiales de que disponen los fabricantes. Esta dificultad se ha subsanado en algunas operaciones mediante el beneficio de la piedra por flotación Cuando se emplea este método, no es necesario tratar el lodo. Se obtiene una fracción gruesa en el hidroseparador, la cual se pasa por las celdas de flotación, en las que se agita con el lodo ácido oleico o un jabón y un agente espumante, como algún alcohol sintético. Los granos de calcita se adhieren a las burbujas de la espuma, ascienden a la superficie y salen por rebosamiento. Los granos de cuarzo, mica, feldespato y de otros materiales se humedecen por acción selectiva, no flotan y son descargados continuamente. Los agentes de flotación se escogen y se emplean en la cantidad conveniente para efectuar la separación deseada en cualquiera mezcla cruda. El concentrado espumoso de caliza pasa al espesador con la fracción fina procedente del hidroseparador, que no pasó por la flotación. El lodo que sale del espesador es el material de alimentación del horno. Se puede hacer otra separación con los desechos de las celdas. De esa manera se puede separar por flotación la mica en una celda catiónica cuyo componente de actividad superficial es un ion con carga positiva. Para tal fin se ha empleado con buen éxito un clorhidrato técnico de laurilamina. A continuación damos una serie típica de análisis de lodo crudo, con los productos de flotación en la forma incompleta en que generalmente se registran, nótese que la proporción de carbonato cálcico aumenta de 67.5 a 81.5% en el concentrado de caliza y que disminuye la de todos los demás componentes. La mezcla cruda, en forma de polvo seco o de lodo, se introduce con velocidad uniforme por la extremidad superior de un horno giratorio. La longitud de estos hornos es de 100 a 500 pies y tienen de 8 a 15 pies de diámetro (figura siguiente). Están dispuestos con inclinación de unos décimos de pulgada por pie y giran a razón de una vuelta en uno o dos minutos. Al girar, el material introducido por el extremo superior desciende lentamente hacia el



inferior, donde los gases calientes de la combustión de hulla en polvo o de petróleo elevan la temperatura hasta la fusión incipiente, entre 1400 y 1500 ºC. El casco de acero está revestido de ladrillo refractario que contiene gran proporción de alúmina y óxido de magnesio, diseñado para las temperaturas y reacciones del horno

Horno giratorio para la elaboración de cemento

En la extremidad superior del horno se elimina el agua, se quema la materia orgánica y los carbonatos desprenden dióxido de carbono. Los sulfatos, cloruros y sales alcalinas se volatilizan parcialmente. En este proceso se pierde aproximadamente la tercera parte del peso en seco original. La figura siguiente indica la variación del contenido de óxido cálcico libre y del material volátil al pasar la carga por el horno (de derecha a izquierda en el diagrama). La proporción de óxido cálcico libre continúa aumentando con la disociación de la caliza hasta que el material llega a la zona caliente del horno, donde comienza la reacción entre los ingredientes, se forma líquido y se producen los compuestos del cemento. Cuando se descarga la clinca, por lo general contiene menos de 1 % de óxido cálcico libre. En la región más caliente (entre 1,450 y 1,500 ºC.), 20-30% de la masa se convierte en líquido, en el cual y en los granos sólidos contiguos se efectúan las principales reacciones. El valor del producto como cemento depende principalmente de la naturaleza y del grado de las reacciones que se producen en la mezcla. Durante el subsecuente enfriamiento de la clinca, los compuestos del cemento cristalizan, pero queda siempre algo de líquido que se solidifica en forma de vidrio. El enfriamiento se efectúa por varios medios; el más común es un refrigerador giratorio, que consta simplemente de un casco de acero provisto de placas de desviación que levantan y dejan caer la clinca a través de una corriente de aire. Se han construido refrigeradores de enfriamiento rápido que utilizan el calor para el calentamiento previo del aire que se ha de usar con la corriente del combustible. .



Variación del contenido de óxido cálcico libre y del material volátil al pasar la carga por el horno

La rapidez de enfriamiento de la clinca modifica notablemente las propiedades del cemento, y en años recientes se ha prestado mucha atención a esta parte de la fabricación. Si se enfría la clinca con tanta lentitud que no quede vidrio, es muy probable que se produzca el fenómeno de la pulverización, que es la conversión espontánea del silicato cálcico en polvo, a causa de la dilatación que se efectúa cuando la forma beta de dicho compuesto se convierte en la forma gamma. Esta última es indeseable, porque se hidrata tan lentamente que no tiene ningún valor como aglutinante. Otra de las razones de la conveniencia de que quede algo de vidrio en la clinca es el efecto que aquél produce en las fases cristalinas. El líquido de la clinca contiene la alúmina y el hierro junto con una parte de los demás componentes. Si todo el líquido se solidifica y convierte en vidrio se produce poca o ninguna cantidad de aluminatos en forma cristalina. Esto, por lo común, sería una ventaja, pues el 3CaO. Al203 cristalino tiene algunas propiedades desfavorables y el 4CaO.Al2O3 Fe2O3 no posee propiedades hidráulicas, pero en algunas composiciones la cristalización del líquido produce cantidades crecientes de 3CaO.SiO2, compuesto al que se debe principalmente la gran fortaleza temprana. Por consiguiente, en la práctica, y según sean la composición de la mezcla y el uso que se haya de dar al cemento, puede ser conveniente regular el proceso de enfriamiento para obtener determinado grado de cristalización del líquido. Merece especial mención cierta relación que hay entre el contenido de vidrio y las propiedades del cemento. Se ha observado que el óxido de magnesio en forma de periclasa cristalina se hidrata lentamente en el hormigón expuesto al agua, y al cabo de algunos años ocasiona gran expansión. Pero el óxido de magnesio se disuelve en el líquido de la clinca, y si éste se solidifica y se convierte en vidrio, el óxido de magnesio no cristaliza en periclasa. En estado de solución el óxido de magnesio no origina excesiva expansión en el hormigón. Por lo tanto, mediante el rápido enfriamiento de las clincas que contienen gran proporción de óxido de magnesio, se obtiene un producto en que dicho óxido (hasta el límite de especificación de 5%) no ocasiona expansión. También en este caso es conveniente una clinca que contenga gran proporción de vidrio.



Los métodos de control que se emplean en la fabricación son muy variados en las diversas plantas. Se toman muestras de las materias primas y de la mezcla para determinar su contenido de óxido de calcio y de algunos otros componentes en diferentes períodos de las operaciones de mezcladura. Se hacen las necesarias correcciones en el material final para alimentación del horno, para lo cual se combinan mezclas con arreglo a los análisis. Un operario experto puede calcular con bastante exactitud el progreso satisfactorio de la calcinación con sólo observar la carga al pasar por la zona de aglutinación y el aspecto de la clinca enfriada. El análisis de los gases de salida del horno y la medición de las temperaturas en el extremo posterior (extremo de alimentación), sirven para determinar el ingreso de combustible y aire. El peso de un litro de clinca enfriada indica el grado de la combinación. La instalación de pirómetros para medir la temperatura de la zona caliente en el horno sirve para obtener más uniformidad en la operación; pero es necesario hacer la prueba final para cerciorarse, por medio de exámenes más detallados, de que es satisfactoria la clinca. Algunas veces se hace el examen microscópico de una sección pulida o pulverizada de la clinca, pero es más común hacer la determinación del óxido cálcico libre por el método del acetato de glicerol o alguna modificación de él; antes de aprobar el cemento para su despacho al comercio, se hacen ensayos con arreglo a las especificaciones relativas a propiedades físicas y químicas. El tiempo final de la fabricación de cemento es la molienda de la clinca junto con cierta cantidad exacta de algún retardador, que es necesario para evitar el endurecimiento demasiado rápido de la pasta de cemento cuando se convierte en mortero u hormigón. Para tal fin se suele usar el yeso natural (CaS04.2 H2O) o el yeso vivo (CaS04.1/2 H20), en proporción limitada por las especificaciones. La molienda o trituración se efectúa para obtener un producto cuya superficie sea de 1600 a 1800 cm2 por gramo, medida con el turbidímetro de Wagner. Durante la trituración, algunas veces se incorporan cantidades pequeñas de otras materias para determinados fines. Para facilitar la trituración se pueden introducir colofonia, polvo de hulla, vapor de agua o materias especialmente preparadas. Se pueden añadir a la pasta agentes arrastradores de aire como la resina Vinsol o la resina Darex, para darle la propiedad de incorporar aire. Este arrastre de aire mejora la durabilidad de las construcciones de hormigón, sobre todo cuando sufren alternativas repetidas de congelación y descongelación. También se pueden agregar agentes dispersivos y agentes impermeabilizadores. 3.3. 3. Constitución de la clinca Se conocen varios métodos para estudiar e identificar los compuestos o fases de que consta la clinca de cemento. Los primeros métodos químicos eran enteramente inadecuados y fueron la causa de que se cometieran algunos errores graves. Uno de estos errores fue la idea de que el óxido cálcico libre es el principal componente del cemento, y otro el de creer que es necesario el manganeso para obtener un producto de alta calidad. El examen microscópico de la clinca suministro un medio nuevo y muy importante para estudiar la constitución. Algunos investigadores competentes, como Le Chatelier y Tornebohm, identificaron muchos de los principales componentes. La más importante solución del problema de la composición de la clinca es la aplicación de las leyes del equilibrio heterogéneo, expresadas en la regla de las fases de Willard Gibbs, con ayuda



de la cual se han estudiado los principales sistemas de dos y tres componentes de clinca de cemento. El mérito de haber comprendido la importancia de este método para el estudio de los problemas relacionados con la química de los silicatos corresponde a los investigadores del Geophysical Laboratory de Washington. El sistema CaO-Si02 (figura siguiente) es típico de los sistemas de dos componentes y es de suma importancia para el entendimiento de la composición de la clinca.

Sistema CaO-SiO2

De los sistemas de tres componentes el precursor clásico es el sistema CaO-Al2O3-SiO2 (figura siguiente). Estudiando estos diagramas que representan los datos de millares de calcinaciones (muestras tratadas con calor) y

exámenes microscópicos, se pueden notar las fases que son estables en condiciones determinadas de composición y tratamiento térmico y las relaciones de estabilidad entre diversas fases; y también se puede seguir el curso de la

fusión o cristalización y computar la composición de las fases líquida y sólida a cualquiera temperatura.

Sistema CaO-Al2O3-SiO2



Se han continuado los estudios sobre sistemas más complejos, particularmente en los laboratorios de la Portland Cement Association Fellowship, en el National Bureau of Standards y en la Building Research Station, en Inglaterra. Uno de los estudios más recientes efectuados por Swayzc comprende parte del sistema de cinco componentes: CaO-MgO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 Las fórmulas que se emplean en algunas de las figuras están abreviadas como sigue:

Los principales componentes de la clinca de cemento portland son: silicato tricálcico, 3CaO. SiO2; silicato dicálcico, 2CaO. SiO2; aluminato tricálcico 3CaO.A12O3; una solución sólida que se asemeja a la "aluminoferrita" tetracálcica 4CaO . Al2O3 . Fe2O3; óxido magnésico, MgO, y pequeñas cantidades de otros materiales. Cuando la incineración es incompleta o cuando hay exceso de cal en la mezcla cruda, existe óxido cálcico libre, CaO. Parte del líquido que se forma en el horno se convierte en vidrio al enfriarse. Probablemente ninguno de los antedichos compuestos existe en forma pura, sino que contiene pequeñas cantidades de materiales disueltos que en mayor o menor grado modifican sus propiedades. En Europa los principales componentes de la clinca, observados con el microscopio, tienen nombres especiales. La alita ha sido identificada con el 3CaO.SiO2; la belita con 2CaO.SiO2; la celita con 4CaO.Al2O3.Fe2O3. Los cementos modernos generalmente contienen mayor proporción de silicato tricálcico, este se halla en la clinca en forma de gránulos equidimensionales incoloros, con índices de refracción α= 1.718, γ = 1.724 y birrefringencia muy débil. Los granos son uniaxiales o biaxiales con ángulo axial muy pequeño y carácter óptico negativo. No es estable con líquido de su propia composición, sino que se disocia a 1,900 ºC en CaO y 2CaO.SiO2. Al enfriarse a menos de 1,250 ºC se vuelve a descomponer lentamente; pero si la refrigeración no es excesivamente prolongada, baja hasta las temperaturas ordinarias en estado casi inalterado y permanece relativamente estable. El silicato dicálcico existe por lo menos en tres formas. La alfa se funde a 2,130 ºC. y no se ha obtenido pura a bajas temperaturas. Se convierte a 1,456 ºC en β-2CaO. Si02, este se transforma en γ-2CaO. Si02 a 675 ºC. El silicato dicálcico beta es la forma que se halla principalmente en el cemento portland. Forma granos redondeados, generalmente en maclas polisintéticas con índices de refracción α = 1. 717, γ = 1. 735 y birrefringencia mediana. El ángulo óptico axial es grande, y el carácter óptico es positivo. El γ-2CaO. SiO2 es la forma "pulverizada" que antes se mencionó. Los cristales son de forma prismática; índices de refracción α = 1.642, β = 1.645, γ= 1.654; birrefringencia mediana; ángulo óptico 2ε aproximadamente 52º; carácter óptico negativo. El aluminato tricálcico forma cristales isométricos cuyo índice de refracción es de 1.710. Este compuesto se disocia a temperatura menor que el punto de fusión y forma óxido cálcico y líquido a 1,535 ºC. La fase férrica es una solución de 6CaO.2Al2O3.Fe2O3, y 2CaO.Fe2O3. Por su composición se asemeja a 4CaO.Al2O3.Fe2O3, que se funde a 1,415 ºC. Este compuesto es biaxial negativo, tiene ángulo axial óptico mediano y sus índices de refracción son: α = 1.96, β = 2.01, γ = 2.04.



Según antes se dijo, la periclasa magnésica se puede presentar en clincas enfriadas lentamente, y acaso haya óxido cálcico libre en pequeña cantidad. La periclasa se halla en los componentes intersticiales, por ser uno de los últimos minerales que cristaliza. Es isométrica y su índice de refracción es 1.737. El óxido cálcico libre se presenta en granos redondeados, separados o en grupos, y a menudo enclavados en cristales de 3CaO. SiO2 Ó 3CaO. Al2O3. Es isótropo con alto índice de refracción: 1.83. Por lo general, los álcalis no se reconocen como fases especiales en la clinca, pero alguna vez se ha observado el sulfato potásico, y Taylor notó que el compuesto K2O.23CaO.12SiO2 es estable en sistemas de cemento Pórtland. Bredig cree que este compuesto es una solución sólida de K2O.CaO.SiO2 en 2CaO.SiO2. Las primeras nuevas fases sólidas que se forman en la clinca son los silicatos de calcio. La mayor parte del remanente pasa al estado líquido a altas temperaturas. Al cristalizar el líquido por enfriamiento se separan las fases de hierro y alúmina como material intersticial. Algunas veces aparece 3CaO.Al2O3 en grandes cristales rectangulares, que a menudo encierran cristales de CaO y de 3CaO. SiO2. En presencia de pequeña cantidad de elementos alcalinos, el aluminato tricálcico toma a menudo forma prismática, que puede ser debida a una pequeña cantidad de solución sólida. El líquido que solidifica antes que se efectúe la cristalización se halla en forma de fase intersticial amorfa. La identificación de las fases de la clinca se efectúa con el microscopio petrográfico o metalúrgico. Se hacen preparaciones de polvo y se examinan en aceite de inmersión de determinado índice de refracción para identificar las fases por sus propiedades ópticas, o bien se hacen cortes delgados para observar la agrupación natural de los granos. Un método mejor consiste en preparar una sección bien pulida de la clinca, grabada por acción selectiva con reactivos especiales y examinada con luz reflejada; de esta manera se aprovechan las ventajas de ambos métodos en un solo corte.

Micrografía de una sección pulida y corroída de clinca típica de cemento Pórtland, en que se ven formas claras

cristalinas de 3CaO.SiO2., cristales redondeados y maclados de ,β-2CaO.SiO2., materia intersticial oscura que es 3CaO.Al2O3 y vidrio, y materia interstícial clara que es 4CaO.Al2O3..Fe2O3. (x 500)



En la figura siguiente se ve un corte pulido y grabado de una clinca típica. El silicato tricálcico aparece en forma de granos con linderos cristalinos nítidos. En algunos de los cristales se ve un efecto de zonificación que es característico de este material. El silicato dicálcico se ve en los granos redondeados con la macla característica de la forma beta. Se nota que el material intersticial consta de áreas claras y oscuras. Las primeras son de la fase férrica, cuya composición se asemeja a la de 4CaO. AI2O3. Fe2O3. Las áreas oscuras son de aluminato tricálcico o de vidrio.

Microfotografía electrónica de un cemento de hidratación, en que se ven cristales hexagonales de hidrato de

aluminato tricálcico y agujas largas de 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O. (x 25000) Las fases que se observan en una delgada sección pulida se pueden determinar cuantitativamente por medio de un procedimiento micrométrico. En esta operación se mueve el campo hasta que sobrepase un hilo transversal por medio de una serie de tornillos micrométricos. Al llegar el lindero de cada fase al hilo transversal, se emplea el tornillo asignado a esa fase. Después de varios recorridos del corte se lee en los respectivos tornillos micrométricos la distancia lineal total medida de cada fase y se calcula el volumen proporcional ocupado por cada una. Valiéndose de los conocidos pesos específicos de las fases se convierten los porcentajes de volumen en porcentajes de peso. El examen de imágenes de difracción de rayos X es otro método muy valioso. Una vez medidas con exactitud las líneas características de cualquier compuesto conocido que hay en la clinca, el hallazgo de esas mismas líneas en la configuración de una muestra sirve generalmente para identificar el compuesto contenido en ella. El método no es bueno para la determinación cuantitativa. Una desviación leve en la posición de las líneas indica la existencia de una solución sólida. El microscopio electrónico se ha aplicado poco al estudio de cementos Pórtland. La ventaja que ofrece este microscopio es la gran ampliación que con él se puede obtener. Algunas microfotografías electrónicas indican que el instrumento puede ser muy útil para el estudio de los procesos de hidratación. La figura anterior es una microfotografía electrónica de un cemento Pórtland en proceso de hidratación; se ven grandes cristales hexagonales de aluminato tricálcico hidratado y largos cristales aciculares de "sulfoaluminato" de calcio.



3.3.4. Hidratación del cemento Pórtland. Las reacciones en cuya virtud el cemento Pórtland se convierte en aglutinante en el hormigón se efectúan en una pasta de cemento y agua. Al añadir agua, los silicatos y aluminatos reaccionan entre sí para dar productos de hidratación, que en determinado tiempo forman una masa dura. Cuando se agita con agua el silicato tricálcico, al cabo de pocas horas se notan en las paredes del matraz cristales de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, en forma de placas hexagonales cuyos índices de refracción son ω=1.574, ε=1.545. Esto índica que el 3CaO.SiO2 se está desintegrando por hidrólisis en un silicato cálcico de menor basicidad con separación de hidróxido cálcico. En exceso de agua puede progresar la hidrólisis hasta que quede un residuo que tenga la composición de 3CaO.2SiO2 (aq.). Mas cuando es poca la cantidad de agua, como en el hormigón, la hidrólisis sólo llega hasta el punto en que se forma un residuo cuya composición es 2CaO.SiO2(aq.). Si se agita silicato dicálcico con exceso de agua puede también ser hidrolizado en 3CaO.2SiO2 (aq.); pero en las concentraciones típicas del hormigón no se forma casi nada de hidróxido de calcio en la hidrólisis. El cemento Pórtland contiene siempre una mezcla de los dos silicatos antedichos, de suerte que una pasta de cemento como la que existe en una mezcla cruda de hormigón siempre se hidroliza hasta cierto punto y se forma hidróxido de calcio. La concentración del hidróxido cálcico en la solución es probable que sobrepase a la de una solución saturada, por razón de que la hidrólisis progrese más rápidamente que la cristalización del hidróxido. Sin embargo, el residuo absorbe una parte del agua por combinación directa, a lo que se da el nombre de hidratación. La cantidad de agua combinada en esta forma ha sido calculada diferentemente por varios investigadores, pero es probable que a la temperatura normal sea aproximadamente de 4 moles; esto es: la composición del hidrato de silicato se puede expresar con esta fórmula: 2CaO.SiO2.4H20. La mayoría de los investigadores ha creído que este producto es amorfo, pero hay pruebas que indican la posibilidad de estructura cristalina. A temperaturas más altas, especialmente en vapor de agua con diferentes presiones, se han producido otros silicatos cálcicos hidratados, que por lo general son cristalinos. Se cree que la formación de tales silicatos cristalinos es la razón de ciertas propiedades modificadas de la pasta endurecida. También el aluminato tricálcico experimenta hidrólisis e hidratación en agua; pero en agua de cal saturada (que es la que se halla en las pastas de cemento) es casi o del todo insignificante la liberación de hidróxido cálcico. Si se mantiene la temperatura del agua a 21 ºC., se forman cristales isótropos que tienen la composición 3CaO.Al2O3.6H20 y el índice de refracción 1.604. Más si se efectúa la reacción en agua fría se forman cristales hexagonales. En estos cristales se han notado proporciones variables de agua de hidratación. Su composición se expresaba antes como 3CaO.Al2O3.nH20; pero investigaciones recientes parecen indicar que los cristales son en realidad una mezcla de hidratos de aluminatos dicálcico y tetracálcico, y que la razón molar de CaO a Al2O3 aumenta al paso que crece la concentración de CaO en la solución. El contenido de agua de 2CaO.Al2O3 (aq.) varía entre 5 y 9, y el de 4CaO.Al2O3(aq.) entre 12 y 14. Se halló que el 4CaO.Al2O3.12H2O es biaxial negativo y que sus índices de refracción son: α = 1.522, β = 1.538, γ = 1.542.



Se ha observado que el compuesto 4CaO.Al2O3.Fe2O3 se hidrata en agua y se convierte en 3CaO.Al2O3.6H2O y una fase amorfa que es probablemente CaO.Fe2O3 (aq.). En vapor de agua el CaO.Fe2O3(aq.) se descompone en Ca(OH)2 y Fe2O3. En vapor de agua a fuerte presión el hexahidrato isótropo de aluminato tricálcico se convierte en fases birrefringentes. La notable mejoría de la resistencia de pastas de cemento contra los sulfatos cuando son tratadas con vapor de agua acaso se deba a esta variación de la naturaleza de los aluminatos de calcio. 3.3.5. Fraguado y endurecido de pastas de cemento. Cuando se mezcla agua con cemento Pórtland, la pasta se espesa gradualmente desde la consistencia de lodo que se deforma por gravedad hasta la de una masa seca que no es tan deformable. Los estados de fraguado inicial y fraguado final representan grados arbitrarios de endurecimiento, indicados por la resistencia contra la mella por varillas de masa y diámetro determinados, según se describe en las especificaciones ordinarias. El fraguado tiene relación íntima con las variaciones de temperatura que se efectúan en la pasta: el fraguado inicial corresponde al tiempo en que se efectúan rápidos aumentos de temperatura, y el fraguado final al tiempo en que la temperatura alcanza su máximo grado. También hay disminución notable de la conductividad eléctrica en el momento del fraguado final. Estas observaciones indican que el fraguado se relaciona con la cristalización en la solución de los silicatos cálcicos hidratados. Si es crecida la proporción de aluminato tricálcico (y no hay ningún retardador), entra muy rápidamente en solución y se separa muy rápidamente el hidrato. Esta rápida separación puede bastar para que se efectúe el fraguado en breve tiempo, y entonces se dice que la pasta tiene fraguado relámpago. Se genera bastante calor y el producto es relativamente poco resistente. En este caso el hidrato de aluminato determina la estructura; más si es poca la proporción de 3CaO.Al2O3 (o si hay algún retardador), la concentración de aluminato no llega a ser bastante grande para que se efectúe el fraguado. Tal es lo que acontece ordinariamente y lo que se desea que suceda. En este caso se da tiempo al silicato tricálcico para que entre en solución y al cabo de una hora, poco más o menos, se precipite en forma de hidrato de silicato cálcico. Entonces el silicato determina el fraguado y no se alcanzan altas temperaturas. Sin embargo, es sólo el 3CaO.Al2O3 cristalino el que entra rápidamente en solución; si se examinan dos cementos de composición idéntica, pero con diferencias en el enfriamiento de la clinca, es probable que el cemento cuya clinca se enfrió rápidamente fragüe de manera normal, y en cambio, si la clinca se enfrió con lentitud, el cemento experimenta fraguado relámpago (si no hay retardador). En el primero, al solidificarse el líquido se convirtió en vidrio y el 3CaO.Al2O3 cristalizó parcialmente o no cristalizó; de ahí que no se observe el efecto específico del 3CaO.Al2O3 cristalino. También la concentración de los iones de calcio en la solución influye en la solubilidad de los silicatos y de los aluminatos en grado considerable; en cambio, la basicidad de la solución sólo afecta la solubilidad de los aluminatos. Mediante la regulación metódica de estos factores, se puede regular el fraguado y otras propiedades que dependen de la naturaleza de éste. Algunas veces se observa fraguado anormal cuando se endurece rápidamente la pasta sin generación de mucho calor, y se puede volver líquida volviéndola a mezclar. Tal es lo que se conoce con el nombre de fraguado falso. Una de las causas que se atribuyen a este fenómeno es la deshidratación del yeso durante la molienda por temperatura excesiva en el molino. El cemento que resulta contiene entonces anhidrita, CaSO4, que fragua rápidamente al hidratarse y



convertirse en yeso, CaSO4.2H2O. Otra de las causas del fraguado falso puede ser la presencia de carbonatos alcalinos en el cemento. Esta carbonatación puede efectuarse durante el almacenamiento de cementos que contienen álcali. Entonces el carbonato alcalino reacciona con el hidróxido cálcico producido por la hidrólisis rápida del silicato tricálcico y produce carbonato de calcio. La formación de este último puede bastar para producir la rigidez del fraguado. Durante el proceso de fraguado y endurecimiento se genera bastante calor en virtud de las reacciones de hidratación y cristalización. En operaciones ordinarias esto es de poca consecuencia y el calor se disipa rápidamente; pero en algunos casos adquiere gran importancia en grandes construcciones de hormigón, como las grandes presas, el calor así generado puede alcanzar temperaturas tan altas que al enfriarse el hormigón experimente contracción térmica perjudicial. En clima frío, el calor de la hidratación puede ser útil para evitar la congelación de la pasta de agua y cemento antes de endurecerse. Se ha observado que el hormigón genera calor durante seis meses, o más; pero la cuantía de este fenómeno depende principalmente de la composición del cemento. Por ejemplo: se ha visto que el calor que generan cementos de diferente composición varía, en tres días, desde 41 hasta 91 calorías por gramo; en seis meses, entre 73 y 116. Se ha determinado la parte que corresponde a cada compuesto en la generación total de calor. El 3CaO.Al2O3 produce la cantidad mayor de calor, y sigue luego el 3CaO. SiO2. Por ejemplo: en 48 horas el calor que genera cada compuesto por gramo de cemento se ha calculado que es: 3CaO. Al2O3, 1.50 cal.; 3CaO.SiO2, 1.00 cal.; 4CaO.Al2O3.Fe2O3, 0.40 cal. Estos cálculos se aprovechan al proyectar composiciones de cemento para la construcción de grandes presas, donde es de mucha importancia el mantener tan baja como sea posible la generación de calor. Reduciendo el contenido de 3CaO.Al2O3, se reduce la generación de calor en todos los períodos consecutivos sin menoscabar de manera notable la resistencia en ninguno de ellos. Para reducir aún más la generación de calor, se puede disminuir el contenido de 3CaO.SiO2, con lo cual se reduce la resistencia temprana; pero si el contenido de 2CaO.SiO2 aumenta en proporción a la disminución de 3CaO. SiO3, no padece menoscabo la resistencia tardía. El aumento de temperatura en hórmigón curado adiabáticamente, preparado con diferentes tipos de cemento, se representa gráficamente en la figura siguiente.

Aumento de temperatura en concreto 1:2:4 curado adiabáticamente, preparado con diversas clases de cemento.

Temperatura de la mezcla 16 ºC. A/C = 0.60 en peso.



Ya antes se dijo que en la preparación del cemento Pórtland se muele sulfato de calcio, generalmente en forma de yeso, con la clinca. El objeto final es retardar el fraguado de manera que la pasta de hormigón conserve su estado líquido durante el período de colocación. Hace unos cuantos años se ha descubierto el mecanismo de las reacciones que ocasionan este fenómeno. En el cemento normalmente retardado hay aún breve período inicial de disolución rápida del aluminato cálcico y un aumento correspondiente de temperatura. Pero la cal y el yeso también entran rápidamente en solución y en pocos minutos alcanzan tal concentración que las primeras reacciones se retardan a causa de una disminución notable de la solubilidad de la alúmina en tales soluciones. Después que la solución se satura con cal, los aluminatos continúan disolviéndose lentamente y reaccionando con el yeso para formar sulfoaluminato de calcio, 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O. Los silicatos también se disuelven y forman silicatos de calcio hidratados. Estas reacciones progresan lentamente hasta el punto de fraguado inicial, y entonces ocurre la retardación. Ésta se debe a la desaparición de los granos menores y al depósito de productos de hidratación alrededor del material que queda sin hidratar. A la larga se consume el yeso y se reduce la concentración de trióxido de azufre hasta el punto que permite la poca solubilidad del sulfoaluminato de calcio. En este punto la solubilidad de los aluminatos, si aún los hay en cantidad suficiente, crece para producir una reacción rápida, o bien el fraguado final es tan sólo la consecuencia de la hidratación de los silicatos de calcio. De este análisis del proceso de fraguado normal parece deducirse que la velocidad del fraguado es determinada por la composición, y que la cantidad de yeso que se requiere para retardar el fraguado depende de dicha composición. En consecuencia, para la retardación de cada cemento se requiere una cantidad óptima de yeso. Los ensayos de la resistencia, la expansión en agua y la contracción en aire indican que se obtienen mejores resultados cuando se añade esta cantidad óptima de yeso. De igual manera que la naturaleza del fraguado depende principalmente de la composición, de ésta depende la resistencia de las muestras endurecidas. En la figura siguiente se pueden ver las resistencias a la compresión obtenidas en piezas preparadas con varios compuestos puros. Se ve que el silicato tricálcico se endurece rápidamente y adquiere gran resistencia temprana, que aumenta lentamente después del primer mes. El silicato dicálcico beta tiene muy poca resistencia hasta los siete días; pero después de un mes aumenta rápidamente. Al año hay poca diferencia entre la resistencia de los dos silicatos. Los compuestos de hierro y alúmina tienen poca resistencia al principio. La introducción de yeso produce poco efecto en la resistencia de los silicatos, pero mejora notablemente la de los aluminatos.



Comparación de la resistencia a la compresión de compuestos del cemento

En la figura siguiente se ve el efecto que produce el aumento del contenido de 3CaO. SiO2 en la resistencia de morteros a diversas edades. El mortero contiene unas tres partes de arena por una de cemento. El desarrollo de resistencia o fortaleza se ha relacionado cuantitativamente con el grado de hidratación de los compuestos de cemento. Este concepto fue expresado por Freyssinet, quien consideró que la resistencia es proporcional al volumen del cemento hidratado dividido por la suma de los volúmenes del cemento hidratado y del agua sin combinar. Freyssinet introdujo también el concepto de que la resistencia es proporcional al área de la superficie intersticial por volumen unidad de pasta. Powers y Brownyard relacionan la resistencia a la compresión con la razón entre gel y espacio

Curvas que en diversos períodos indican la influencia predominante de 3CaO.SiO2 en la resistencia del mortero y su

efecto decreciente según la edad



3.4. CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS PÓRTLAND 3.4.1. Cemento Portland Ordinario CPO NMX-C-414-ONNCCE Máximo desempeño de alta resistencia, fraguado rápido y durabilidad en la construcción de losas de concreto, columnas, castillos, dalas, zapatas, alcantarillados, obras sanitarias y prefabricados de todo tipo (pretensados, tabicones, adoquines, adocretos, bloques, postes de luz, lavaderos, balaustradas, piletas, etc.) Este cemento es compatible con todos los materiales convencionales, tales como: arenas, gravas, piedras, cantera, mármol, etc., así como con los pigmentos (preferentemente los que resisten la acción solar) y aditivos, siempre que se usen con los cuidados y dosificaciones que recomienden sus fabricantes. 3.4.2. Cemento Portland Compuesto CPC NMX-C-414-ONNCCE Excelente desempeño, alta resistencia, fraguado rápido y durabilidad en la construcción de losas de concreto, columnas, castillos, dalas, zapatas, alcantarillados, obras sanitarias y prefabricados de todo tipo. Este cemento es compatible con todos los materiales de construcción convencionales como: arenas, gravas, piedras, cantera, mármol, etc., así como con los pigmentos (preferentemente los que resisten la acción solar) y aditivos, siempre que se usen con los cuidados y dosificaciones que recomienden sus fabricantes. 3.4.3. Cemento Portland Puzolánico CPP NMX-C-414-ONNCCE Excelente desempeño, alta resistencia, fraguado rápido y durabilidad en la construcción de losas de concreto, columnas, castillos, dalas, zapatas, alcantarillados, obras sanitarias y prefabricados de todo tipo. Ideal en la construcción de zapatas, pisos, columnas, castillos, dalas, muros, losas, pavimentos, guarniciones, banquetas, muebles municipales (bancas, mesas, fuentes, escaleras), etc. Especialmente diseñado para maximizar la durabilidad de la construcción sobre suelos salinos. El mejor para obras expuestas a ambientes químicamente agresivos. Alta durabilidad en prefabricados para alcantarillados como: brocales para pozos de visita, coladeras pluviales, registro y tubería para drenaje. 3.4.4. Cemento Portland Compuesto Blanco CPC (B) NMX-C-414-ONNCCE Excelente para obras ornamentales o arquitectónicas como: fachadas, monumentos, lápidas, barandales, escaleras, etc. Gran rendimiento en la producción de mosaicos, terrazos, balaustradas, lavaderos, W.C. rurales, tiroles, adhesivos cerámicos, etc. En fachadas y recubrimiento de muros, ahorra gastos de repintado. Este producto puede pigmentarse con facilidad; para obtener el color deseado se puede mezclar con los materiales de construcción convencionales, siempre y cuando estén libres de impurezas. Por su alta resistencia a la compresión tiene los mismos usos estructurales que los otros tipos de cemento. 3.4.5. Cemento Portland Compuesto Resistente a los Sulfatos CPC (RS) NMX-C-414-ONNCCE El Cemento Portland Compuesto Resistente a los Sulfatos proporciona mayor resistencia química para concretos en contacto con aguas o suelos agresivos (aguas marinas, suelos con alto contenido de sulfatos o sales), recomendable para la construcción de presas, drenajes municipales y todo tipo de obras subterráneas.



3.4.6. Mortero (Cemento para albañilería) NMX-C-021-1981 Diseñado especialmente para trabajos de albañilería: junteo o pegado de bloques, tabiques, ladrillos, piedra y mampostería; aplanado, entortado, enjarres, repellado y resanes; firmes, plantillas y banquetas. No debe utilizarse en la construcción de elementos estructurales.

3.5. PROPORCIONAMIENTO POR EL MÉTODO ACI En esta prueba se recomienda el diseño o proporcionamiento de mezclas de concreto estándar ACI, llamado también de volúmenes absolutos. A continuación se dan algunas tablas que suministran rápidamente información para obtener el proporcionamiento de concreto, con la ayuda de pruebas de laboratorio sobre las propiedades físicas de los agregados gruesos y finos, además se incluyen la secuela del diseño de mezclas con o sin aire incluido. Así como la corrección al proporcionamiento debido al contenido de la humedad en los agregados. Los datos consignados en las tablas son resultados de las pruebas realizadas por los investigadores del ACI, se recomienda realizar las pruebas y ajustar las tablas. Las propiedades del cemento deben seleccionarse para lograr el uso más económico de los materiales disponibles para la producción de concreto con la maleabilidad, durabilidad y resistencia requeridas. Esta prueba establece las relaciones fundamentales que son guías para aproximarse a las combinaciones óptimas, pero las proporciones finales deben establecerse por medio de pruebas directas y ajustes en la obra.

El concreto se compone esencialmente de agua, cemento y agregados pétreos. En algunos casos se añade un aditivo. Tanto las propiedades de los agregados pétreos, como los del cemento tienen efecto importante sobre la resistencia y durabilidad del concreto y sobre la cantidad del agua requerida para su colocación. Cuando permanecen constantes las fuentes de origen de los ingredientes, el tipo de cemento y la cantidad de aditivo, es posible variar dentro de un intervalo amplio la cantidad de cemento, la granulometría y el tamaño máximo de los agregados pétreos y la consistencia del concreto, sin afectar materialmente la resistencia, siempre que la calidad de la pasta de cemento determinada por la relación agua/cemento se mantenga constante. Cuando varían las fuentes de origen de los ingredientes, como en el caso de agregados pétreos diferente plantas o cementos de diferentes molinos, la resistencia del concreto pueden diferir apreciablemente aunque se mantenga constante la relación agua/cemento. Por lo tanto, cuando la elaboración de concreto es de importancia, es conveniente efectuar por anticipado pruebas de laboratorio para establecer las propiedades requeridas. Esto es cierto particularmente cuando la resistencia a la flexión depende en gran parte de las características de adherencia del agregado grueso. Para los casos en que solo se involucra la resistencia a la compresión y cuando no es factible realizar pruebas de laboratorio del concreto puede llegarse a una combinación de los ingredientes razonablemente buena a partir de los conocimientos de los agregados y la aplicación de relaciones empíricas establecidas en esta prueba. Sin embargo, independientemente del procedimiento seguido para seleccionar las proporciones iniciales, usualmente se requerirán ajustes en la obra para satisfacer los requisitos de colocación.



Para la dosificación del concreto son necesarios algunos datos de laboratorio. Debe determinarse la gravedad del cemento, la granulometría, densidad y absorción del agregado fino y grueso y el peso volumétrico seco y varillado del agregado grueso. Debe saberse si el concreto se va a elaborar con o sin inclusor de aire. También debe conocerse la densidad del cemento, aunque generalmente será suficientemente aproximado asignarle un valor de 3.15, además es necesario conocer el contenido actual de humedad en cada de los agregados pétreos para corregir el proporcionamiento. El aire intencionalmente incluido mediante el uso de un cemento con inclusor de aire o de un aditivo mejora bastante la trabajabilidad del concreto y su resistencia al intemperismo. La resistencia a la compresión se reduce a veces, pero cuando se mantiene el mismo contenido de cemento que en un concreto correspondiente sin aire incluido y se aprovecha el hecho de que se requiere menor cantidad de agua, la disminución no es grave y sólo se manifiesta en mezclas muy ricas que contienen más de 350 kg de cemento por metro cúbico de concreto. Para mezclas pobres que contienen menos de 250 kg de cemento por metro cúbico de concreto, las resistencias generalmente se incrementan por la inclusión de aire en cantidades adecuadas. Debido a que aumenta notablemente su resistencia contra el deterioro, el concreto con aire incluido debe usarse donde el concreto esta expuesto a congelación y deshielo, a la acción de sales que se usen para el deshielo, o a otros agentes del medio ambiente. El porcentaje de aire en el concreto puede ser medido directamente con un medidor de aire o puede calcularse de los pesos unitarios teóricos y reales, de acuerdo con los métodos de prueba ASTM. Para un conjunto dado de condiciones y materiales, la cantidad de aire incluido es, aproximadamente, proporcional a la cantidad de agente usado. Incrementando el contenido o la finura del cemento, disminuyendo el revenimiento o elevando la temperatura la temperatura del concreto generalmente disminuye la cantidad de aire incluido para una cantidad dada de agente. La graduación y la forma de las partículas del agregado también afectan a la cantidad de aire incluido. En la obra, las mezclas no se deben ajustar por fluctuaciones menores en la relación agua/cemento o en el contenido de aire. Se consideran normales variaciones en la relación agua/cemento de ± 0.02, que resulten de mantener constante el revenimiento. También se considera normal una variación de ± 1 por ciento en el contenido de aire. PROCEDIMIENTO El cemento debe colocarse con la cantidad mínima de agua de mezclado compatible con su manejo adecuado, ya que ello tenderá a mejorar ampliamente su resistencia, durabilidad y otras propiedades deseables. El proporcionamiento debe seleccionarse para producir un concreto: • De la resistencia más seca (menor revenimiento) que pueda colocarse efectivamente hasta

obtener una mezcla homogénea. • Con el tamaño máximo de agregado disponible económicamente y compatible con su

colocación satisfactoria. • De durabilidad adecuada para resistir satisfactoriamente el intemperismo y otros agentes

destructores a que puedan estar expuestos. • De la resistencia requerida para soportar sin peligro de falla por cargas que le serán

impuestas.



1.1. Revenimiento y tamaño máximo del agregado. Las tablas 1.1.1 y 1.1.2 presentan recomendaciones para el revenimiento y el tamaño máximo del agregado, respectivamente. Cuando el revenimiento no sea especificado en obre, se recomienda usar mezclas con la consistencia más seca que pueda colocarse efectivamente, evitando las mezclas aguadas que son difíciles de colocar sin segregación y casi siempre producen concreto débil y sin durabilidad. Tabla 1.1.1. Revenimientos recomendados para varios tipos de construcción.

Tipo de construcción

Revenimiento en centímetros

Máximo

Mínimo Muros y zapatas de cimentación reforzados. 12.5 5.0 Zapatas, cajones y muros de subestructura sin refuerzo. 10.0 2.5 Losas, vigas y muros reforzados. 15.0 7.5 Columnas de edificios. 15.0 7.5 Pavimentos. 7.5 5.0 Concreto masivo 7.5 2.5

Tabla 1.1.2. Tamaños máximos de agregados recomendados para varios tipos de construcción.

Dimensión mínima de la sección, cm

Tamaño máximo del agregado, mm Muros reforzados, vigas y columnas.

Muro sin refuerzo.

Losas muy reforzadas

Losa con poco o nulo refuerzo.

6.5 - 12.5 12.7 - 19.0 19.0 19.0 - 25.4 19.0 - 38.0 15.0 - 28.0 19.0 - 38.0 38.0 38.0 38.0 - 76.0 30.0 - 74.0 38.0 - 76.0 76.0 38.0 - 76.0 76.0 76.0 - más 38.0 - 76.0 152.0 38.0 - 76.0 76.0 - 152.0

Dentro de los límites de la economía, debe usarse el máximo tamaño de agregado permisible, ya que el uso del mayor tamaño de agregado permite una reducción en las cantidades de agua y de cemento. Sin embargo, el tamaño máximo no debe ser mayor que la quinta parte de la dimensión más estrecha entre los lados de las cimbras, ni mayor que las tres cuartas partes del espaciamiento mínimo entre las barras de esfuerzo. Pueden usarse tamaños menores por razones económicas o cuando no se disponga de otros mayores. 1.2. Selección de la relación agua/cemento. Los requisitos de calidad del concreto pueden establecerse en términos de durabilidad y resistencia mínima o de un mínimo de consumo de cemento. Puesto que la durabilidad del concreto depende de muchas variables que incluyen el mezclado, colocación, curado y calidad de los ingredientes, debe seleccionarse el proporcionamiento que permita obtener una pasta de cemento de calidad adecuada para resistir las condiciones de exposición previstas. Entonces, el control adecuado de los factores mencionados asegura un concreto durable. La inclusión de aire es de gran ayuda para lograr un concreto durable y debe usarse siempre que se esperen condiciones severas de exposición al medio ambiente. Cuando el concreto vaya a quedar expuesto a la acción de sulfatos, se debe usar un cemento resistente a los sulfatos. La tabla 1.2.1 sirve como guía para seleccionar las relaciones agua/cemento máximas permisibles para



diferentes condiciones de exposición, cuando se hace uso adecuado del aire incluido para condiciones severas y se seleccionan cuidadosamente los materiales. Tabla 1.2.1. Relaciones de agua/cemento máximas permisibles (relación por peso) para diferentes tipos de estructuras y grados de exposición.

Tipos de estructura

Condiciones de exposición *

Intervalo amplio de cambios de temperatura, o ciclos frecuentes

de congelamiento y deshielo (solo para concreto con aire

incluido).

Temperatura media rara vez por debajo de 0º , o lluvioso, o árido.

En aire

En la superficie del agua o dentro del intervalo de

fluctuaciones del nivel de agua o en zonas bañadas por agua

En aire

En la superficie del agua o dentro del intervalo de

fluctuaciones del nivel de agua o en zonas bañadas por agua

En agua fresca

En agua de mar o con sulfato**

En agua fresca

En agua de mar o con sulfato**

Secciones delgadas, tales como barandales, guarniciones, largueros, escalones, concretos ornamentales o arquitectónicos, pilotes reforzados, tubos y cualquier elemento con un recubrimiento menor del 2.5

0.49

0.44

0.40***

0.53

0.49

0.40***

Secciones moderadas tales como muros de retención, contrafuertes, pilotes, trabes y vigas

0.53

0.49

0.44***

****

0.53

0.44***

Porciones exteriores de secciones pesadas de concreto en masa.

0.58

0.49

0.44

****

0.53

0.44***

Concreto depositado bajo el agua por procedimiento Tremie.

-

0.44

0.44

-

0.44

0.44***

Losas de concreto en contacto con el suelo

0.53

-

-

****

-

-

Concreto protegido del intemperismo, interiores de edificios y concreto bajo el suelo.

****

-

-

****

-

-

Concreto que se protege posteriormente dentro de alguna construcción o relleno, peor que puede estar expuesto a congelación y deshielo durante varios años antes de colocar la protección

0.53

-

-

****

-

-

* En todos los casos de exposición severa debe usarse concreto con aire incluido, y puede usarse bajo condiciones medias de exposición para mejorar la trabajabilidad de la mezcla. ** Suelo o agua subterránea con concentraciones de sulfato de 0.2 % *** Cuando se use cementos resistentes al sulfato, la relación máxima agua/cemento puede incrementarse en un 0.04. **** La relación agua/ cemento debe seleccionarse basándose en los requisitos de resistencia y trabajabilidad. La relación agua/cemento máxima o el contenido de cemento mínimo para producir la resistencia requerida puede determinarse mejor por pruebas de laboratorio hechas con los mismos



materiales, inclusive el cemento, que se usarán en la obra. Sin embargo, si no se pueden realizar estas pruebas, la tabla 1.2.2 proporciona una base para la estimación del agua y del cemento. La tabla 1.2.2 presenta la resistencia a la compresión mínima que debe esperarse con diferentes relaciones agua/cemento para concretos con o sin aire incluido. No se presenta una tabla correspondiente a valores obtenida para un proporcionamiento dado, con diferentes materiales. Tabla 1.2.2. Resistencia a la compresión del concreto para varias relaciones agua/cemento.

Relación agua/cemento en peso Resistencia probable a los 28 días Concreto sin aire incluido Concreto con aire incluido

0.36 420 340 0.45 350 280 0.53 280 225 0.62 225 180 0.71 175 140 0.80 140 110

Para una relación dada de agua/cemento (tabla 1.2.2), las resistencias de concreto con aire incluido resultan 20 % menores que las del concreto sin aire incluido. Esto es suficiente aproximación para fines estimativos en vista de que las diferencias entre el contenido de aire recomendado para concreto con aire incluido y la cantidad de aire recomendado para concreto sin agentes inclusores de aire son aproximadamente las mismas para diferentes tamaños de agregados. Debe recordarse que esta reducción sólo se aplica cuando la relación agua/cemento es la misma en cada caso. Cuando se mantienen constantes el contenido de cemento y la consistencia, esta reducción aparente en la resistencia es parcial o totalmente compensada por la disminución en la cantidad necesaria de agua de mezclado resulta de la inclusión de aire. El consumo requerido de cemento puede calcularse, usando la relación agua/cemento máxima permisible obtenida de la tabla 1.2.1 o de la tabla 1.2.2 y la cantidad de agua obtenida en la tabla 1.3.1, dividiendo los litros de agua de mezclado requeridos por metro cúbico de concreto entre la relación agua/cemento. Si se ha especificado un consumo mínimo de cemento pueden calcularse la relación agua/cemento y la resistencia correspondiente, dividiendo los litros de agua por metro cúbico de concreto entre dicho consumo. La selección de proporcionamiento de cemento debe basarse en aquella de las limitaciones especificadas - durabilidad, resistencia, o consumo de cemento - que requieran la menor relación agua/cemento. 1.3. Estimación de la cantidad total de agua. La cantidad de agua requerida por unidad de volumen de concreto para producir una mezcla de la consistencia deseada dependiendo del tamaño máximo, la forma de partícula y la granulometría de los agregados, y de la cantidad de aire incluido, es relativamente independiente de la cantidad de cemento. Pueden encontrarse indicaciones sobre las granulometrías aceptables en las recomendaciones de organizaciones tales como American Society for Testing and Materials (ASTM), American Association of State Highway and Transport Officials, Federal Specifications Board, y en los requisitos de organismos tales como la Secretaria de Comunicaciones y Transportes y Secretarias de Obra Publica Estatal y Municipal de México.



Las cantidades de agua presentadas en la tabla 1.3.1 se aplican con suficiente aproximación para estimaciones preliminares de proporcionamientos y corresponden a las cantidades máximas que pueden esperarse para los agregados en forma aproximada, aunque angulares, y cuya graduación está dentro de los límites aceptados generalmente por las especificaciones. Si los agregados, convenientes por otros conceptos, tienen características que conducen a mayores requerimientos de agua que los indicados en la tabla 1.3.1, ello indica que tienen forma y granulometría menos favorables de lo esperado normalmente. El contenido de cemento debe incrementarse para mantener la relación agua/cemento deseada, a menos que las pruebas de laboratorio indiquen otra cosa. Tabla 1.3.1. Cantidad aproximada de agua de mezclado para diferentes revenimientos y tamaños máximos de agregados. Concreto sin aire incluido.

Revenimiento, cm.

Litros de agua por metro cúbico de concreto para los tamaños máximos de agregados, mm.

9.5

12.7

19.0

25.4

38.0

50.8

76.0

152.0

2.5 a 5.0 206 196 182 178 162 152 142 123 7.5 a 10.0 226 217 202 192 177 168 158 138

15.0 a 17.5 241 226 212 202 187 177 168 148 Cantidad aproximada de aire atrapado en

concreto sin inclusor de aire, (%) 3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.3

0.2

Concreto con aire incluido.

Revenimiento, cm.

Litros de agua por metro cúbico de concreto para los tamaños máximos de agregados, mm.

9.5

12.7

19.0

25.4

38.0

50.8

76.0

152.0

2.5 a 5.0 182 177 162 152 142 133 123 108 7.5 a 10.0 202 192 177 168 158 148 138 118

15.0 a 17.5 212 202 187 177 168 158 148 128 Cantidad aproximada de aire atrapado en

concreto sin inclusor de aire, (%)

8.0

7.0

6.0

5.0

4.5

4.0 3.5

3.0

Algunos materiales pueden requerir menos agua que la indicada en la tabla 1.3.1, a menos de contar con el apoyo de pruebas de resistencia en el laboratorio, no se recomienda hacer ajustes en el contenido de cemento para obtener provecho de esta situación, ya que pueden estar involucrados otros factores compensatorios. Por ejemplo, una grava normalmente angular y una grava redondeada, ambas bien graduadas y de buena calidad, por lo común producen concretos de la misma resistencia a la compresión, para el mismo consumo de cemento, independientemente de las diferencias en la relación agua/cemento. También, con los mismos proporcionamientos, diferentes cementos pueden producir concretos con resistencias que difieran apreciablemente. 1.4. Estimación de la cantidad de agregado grueso. La cantidad mínima de agua de mezclado y la resistencia máxima para unos agregados dados se obtiene cuando se usa la mayor cantidad de agregado grueso compatible, con una adecuada maleabilidad y trabajabilidad. Esta cantidad puede determinarse más efectivamente por



investigaciones de los materiales en el laboratorio con ajustes posteriores en la obra. Sin embargo, si no se cuentan con datos de laboratorio, se puede hacer una buena estimación del mejor proporcionamiento por medio de las relaciones empíricas presentadas en la tabla 1.4.1, para agregados graduados dentro de los límites convencionales. Los valores presentados corresponden a volúmenes de agregado grueso compactados en seco con varilla, por unidad de volumen de concreto, cuando se usa un volumen dado de agregado grueso, varillado en seco, por unidad de volumen de concreto, pueden esperarse concretos de trabajabilidad comparable si son de tamaño, forma y granulometría comparables. En el caso de diferentes tipos de agregados, particularmente con diferente forma de partículas, el uso de un volumen fijo de agregado grueso hace necesario emplear diferentes cantidades de mortero debido a las diferencias en el contenido de vacíos del agregado grueso. Por ejemplo, los agregados angulosos tienen mayor contenido de vacíos; por lo tanto, requieren más mortero que los agregados redondeados. El procedimiento no causa las variaciones de la granulometría del agregado grueso dentro de diferentes límites de tamaño máximo, excepto por los cambios que producen en el porcentaje de vacíos. Sin embargo, para agregado grueso comprendido dentro de los límites convencionales de granulometría, esta omisión probablemente es de poca importancia práctica. Debe notarse que el volumen óptimo de agregado grueso por unidad de volumen de concreto, depende de su tamaño máximo y del módulo de finura de la arena como se indica en la tabla 1.4.1. Tabla 1.4.1. Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto

Tamaño máximo del agregado,

mm

Volumen de agregado grueso seco compactado con varilla por volumen unitario de concreto, para diferentes módulos de finura de arena.

2.40 2.60 2.80 3.00 3.40 3.60 3.80 4.00 4.20 4.40

9.5 0.46 0.44 0.42 0.40 0.36 0.34 0.32 0.30 0.28 0.26 12.7 0.55 0.53 0.51 0.49 0.45 0.43 0.41 0.39 0.37 0.35 19.0 0.65 0.63 0.61 0.59 0.55 0.53 0.51 0.49 0.47 0.45 25.4 0.70 0.68 0.66 0.64 0.60 0.58 0.56 0.54 0.52 0.50 38.0 0.76 0.74 0.72 0.70 0.64 0.62 0.60 0.58 0.56 0.54 50.8 0.79 0.77 0.75 0.73 0.69 0.67 0.65 0.63 0.61 0.59 76.0 0.84 0.82 0.80 0.78 0.74 0.72 0.70 0.68 0.66 0.64

152.0 0.90 0.88 0.86 0.84 0.80 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70 Para MF>3.0 no conviene utilizar esa arena. 1.5. Supuestos y conocidos del proporcionamiento. El cálculo del proporcionamiento se explicará con los criterios de diseño supuestos a continuación: 1. Se usará cemento tipo CPC sin inclusor de aire, conociendo la gravedad específica del

cemento (GC), por medio de la prueba de Gravedad especifica del cemento. La resistencia del cemento es 30 N/mm2. Su clasificación es CPC 30 R. Se debe tener precaución en usar cementos con otra resistencia, por ejemplo 40 N/mm2, el cual produciría un concreto de mayor resistencia.



2. El agregado grueso y el agregado fino son de una calidad satisfactoria en todos los casos y están graduados dentro de los límites de especificaciones aceptadas generalmente.

3. El agregado fino tiene densidad (ρaf), absorción (Aaf), contenido de humedad (Haf) y modulo de finura (MF), conocidos por medio de la pruebas de densidad y absorción de la arena, humedad actual en arena y granulometría en arena, respectivamente.

4. El agregado grueso tiene densidad (ρag), absorción (Aag), contenido de humedad (Hag), Tamaño máximo (Tm) y un peso volumétrico seco varillado (PVSV), conocidos por medio de la pruebas densidad y absorción de la grava, humedad actual en grava, granulometría en arena y peso volumétrico seco varillado en arena, respectivamente.

1.6. Secuela de proporcionamiento. 1.6.1. Con base a la información de las tablas 1.1.1 y 1.1.2, se puede determinar el revenimiento que se debe de usar, conforme a las condiciones de colocación, si es que no se especifica en el proyecto. 1.6.2. Sí el concreto estará expuesto a intemperismo severo o ataque de sulfato, se requiere conocer la localización del concreto en forma de estructura y de la tabla 1.2.1 se obtiene la relación agua-cemento máxima. 1.6.3. Sí la estructura no estuviera expuesta a intemperismo severo se puede usar concreto sin aire incluido, la relación agua/cemento (A/C) se establece únicamente con base en la resistencia requerida. 1.6.4. De la tabla 1.2.2 se determina la relación agua/cemento (A/C) necesaria para producir una resistencia necesaria en kg/cm2 en un concreto sin aire incluido. 1.6.5. La cantidad de agua de mezclado (A) para producir el revenimiento seleccionado con el criterio anterior en un concreto sin aire incluido con un tamaño máximo de agregado (Tm) se encuentra en la tabla 1.3.1. 1.6.6. Con la relación A/C y la cantidad de agua (A) se determina el contenido requerido de cemento (C) en kg/m3, que es el cociente de cantidad de agua requerida y la relación agua/cemento.

A/CA C = ………………………………………(1.1)

Donde: C = Cantidad de cemento en kg/m3. A = Agua amasado en litros/m3. A/C = Relación agua cemento sin dimensiones. 1.6.7. De la tabla 1.4.1 se puede estimar el volumen de agregado grueso (Vag) en función del módulo de finura de la arena (MF) y del tamaño máximo de grava (Tm).



1.6.8. El peso del agregado grueso seco (Pag) se determina con el peso volumétrico seco varillado y el volumen del agregado grueso

(PVSV) Vag Pag = ……………………………………...(1.2) Donde: Pag = Peso agregado grueso en kg por metro cúbico de concreto. Vag = Volumen de agregado grueso sin unidades. (PVSV) = Peso volumétrico seco varillado en kg/m3 1.6.9. Con las cantidades establecidas de cemento (C), agua (A) y peso del agregado grueso (Pag), el contenido aproximado de aire atrapado en forma casual (no incluido intencionalmente) tomado de la tabla 1.3.1, puede calcularse el volumen de agregado fino seco requerido (Vaf) en litros como sigue:

Volumen de cemento (litros) VC = C/GC………….………...............(1.3) Volumen de agua (litros) A Volumen del agregado grueso (litros) Vag = Pag/ρag ………………………..(1.4) Volumen de aire atrapado (litros) Va =(n%)(1000)……………………….(1.5) Volumen total sin arena (litros) Vt = VC+A+Vag+Va………………….(1.6) Volumen de la arena (litros) Vaf = 1000-Vt…………………………(1.7)

Donde: C = Cantidad de cemento necesario para un metro cúbico de concreto en Kg. GC = Gravedad especifica del cemento en kg/litro. A = Agua de amasado en litros. Pag = Peso del agregado grueso en kg. ρag = Densidad del agregado grueso en kg/litro. n = Cantidad de aire que se supone se incluirá por el manejo dado a la mezcla en %. Vt = Volumen total en litros. Vaf = Volumen de agregado fino en litros. Nota: ton/m3 = kg/litro = g/cm3 1.6.10. Las cantidades estimadas para una revoltura de un metro cúbico de concreto son: Cemento = C en kg del capitulo 1.6.6. Agua = A en litros del capitulo 1.6.5. Grava = (Pag) en kg del capitulo 1.6.8. Arena = (Paf) en kg

af)( VafPaf ρ= ………………………………………….. (1.8) Donde: Vaf = Volumen del agregado fino en litros. ρaf = densidad del agregado fino en kg/litro. Paf = peso del agregado fino en kg.



La relación general es:

CCcemento = ………………………………………….. (1.9)

CA Agua = ……………………………………….... (1.10)

CPaf Arena = ……..………………………………….. (1.11)

CPag Grava = ……………..………………………….. (1.12)

1.6.11. Ajustes por humedad actual en los agregados La dosificación del capitulo 1.6.10 requiere ajustes en la obra por la humedad actual de los agregados pétreos. También es conveniente algún ajuste en las proporciones, basándose en la experiencia que se haya obtenido en las obras. Por conveniencia, al efectuar los cálculos de mezclas de prueba se ha supuesto que los agregados se encuentran en estado seco. En las condiciones de obra generalmente, se hallan húmedos, por lo que deben ajustarse a las cantidades de los materiales. Con los pesos de revoltura determinados, supóngase que las pruebas de humedad han indicado contenidos de humedad de agregado fino (Haf) y de humedad del agregado grueso (Hag) determinado en la prueba de humedad actual de los agregados. 1.6.11.1. Puesto que la cantidad requerida de arena seca fue de (Paf) en kg, la cantidad de arena húmeda que debe pesarse es:

100(Haf) Paf Pafh = ……..…………………………..(1.13)

Donde: Pafh = Peso del agregado fino en estado húmedo en Kg. Haf = Contenido de humedad del agregado fino en porcentaje. Paf = Cantidad de agregado fino en kg. 1.6.11.2. De la misma manera se determina el peso de agregado grueso húmedo (Pagh) conociendo la cantidad de agregado grueso (Pag) en kg

100(Hag) PagPagh = ………………………………….(1.14)

Donde: Pagh = Peso agregado grueso en estado húmedo en Kg. Hag = Contenido de humedad del agregado grueso en porcentaje. Ag = Cantidad de agregado grueso en kg.



1.6.11.3. El agua libre en exceso de la absorción de los agregados debe considerarse como parte del agua de mezclado. El contenido de agua libre es:

Aaf -Haf Calaf = ……………………………….(1.15) Donde: Calaf = Contenido agua libre debido a los agregados finos en porcentaje. Haf = Contenido de humedad del agregado fino en porcentaje. Aaf = Porcentaje de humedad de absorción del agregado fino en porcentaje. 1.6.11.4. De la misma manera se determina la cantidad de agua libre debido a los agregados gruesos:

Aag -Hag Calag = …………………………………..(1.16) Donde: Calag = Contenido agua libre debido a los agregados gruesos en porcentaje. Hag = Contenido de humedad del agregado grueso en porcentaje. Aag = Porcentaje de humedad de absorción del agregado grueso en porcentaje. 1.6.11.5. Por lo tanto la aportación de la arena al agua de mezclado es:

100(Paf) Calaf Aaf = …………………………………(1.17)

Donde: Aaf = Aportación de la arena al agua de mezclado en litros. Calaf = Cantidad de agua libre en decimales. Paf = Cantidad de agregado fino en kg. 1.6.11.6. De la misma manera se determina la aportación de los agregados gruesos:

100(Pag) Calag Aag = …………………………………….(18)

Donde: Aag = Aportación del agregado grueso al agua de mezclado en litros. Calag = Cantidad de agua libre en decimales. Pag = Cantidad de agregado grueso en kg. 1.6.11.7. Entonces, la cantidad de agua de mezclado que debe añadirse es

Ama = A – (Aaf+Aag)……………………………… (1.19) Donde: Ama = Cantidad de agua de amasado añadida en litros.



A = Cantidad de agua de amasado en litros. Aaf = Aportación de la arena al agua de mezclado en litros. Aag = Aportación del agregado grueso al agua de amasado en litros. 1.6.12. Ajuste de la mezcla de prueba. A continuación se comparan las cantidades calculadas y las que se usan en la obra por metro cúbico de concreto.

Calculados En obra Agua A en litros. Ama en litros Cemento VC en litros. VCc en litros. Agregado fino (Vaf) en litros. Vafh en litros. Agregado grueso (Vag) en litros. Vagh en litros.

En algunos casos se necesita mayor cantidad de agua que la indicada en la tabla 1.3.1 para lo cual, el consumo de cemento se aumenta para conservar la misma relación agua/cemento, a menos que las pruebas de laboratorio indiquen otra cosa. 1.6.12.1. Si Ama es mayor que A, se tendrá que realizar un ajuste de la mezcla, que como consecuencia, el consumo de cemento aumentará en:

A/CAma VCc = …………………………………………. (1.20)

Donde: VCc = Volumen de cemento corregido en litros. Ama = Cantidad de agua de amasado añadida. A/C = Relación agua cemento sin dimensiones.

afPafh Vafh ρ

= ……………………………………………(1.21)

Donde: Vafh =Volumen del agregado fino húmedo en litros. Pafh = Peso del agregado fino en estado húmedo en Kg. ρaf = Densidad del agregado fino en kg/litro.

agPagh Vagh ρ

= ……………………………………………(1.22)

Donde: Vagh =Volumen del agregado grueso húmedo en litros. Pagh = peso del agregado grueso en estado húmedo en Kg. ρaf = Densidad del agregado grueso en kg/litro. Y las cantidades de la revoltura serán recalculadas de acuerdo con el volumen corregido de cemento (VCc), Agua de amasada añadida (Ama) y el Volumen de agregado grueso húmedo (Vagh), incluyendo el aire (Va)



Volumen de cemento (litros) VCc Volumen de agua (litros) Ama Volumen del agregado grueso (litros) Vag Volumen de aire atrapado (litros) Va =(n%)(1000)…………………….(1.23) Volumen total sin arena (litros) Vt = VC+A+Vagh+Va………..….....(1.24) Volumen de la arena (litros) Vafh = 1000-Vt………………….…(1.25)

Donde: VCc = Volumen de cemento corregido para un metro cúbico de concreto en litros. Ama = Agua de amasado añadida en litros. Vag = Volumen del agregado grueso en litros. ρag = Densidad del agregado grueso en kg/litro. n = Cantidad de aire que se supone se incluirá por el manejo dado a la mezcla en %. Vt = Volumen total en litros. Vafh = Volumen de agregado fino húmedo en litros. 1.6.12.2. Las cantidades estimadas para una revoltura de un metro cúbico de concreto son:

GCVCc C = …………………………………………………….(1.26)

Donde: C = Cemento en kg. VCc = Volumen de cemento corregido en litros. GC = Gravedad del cemento en kg/litro.

af)( VafPaf ρ= ………………………………………….. (1.27) Donde: Paf = Peso del agregado fino en kg. Vaf = Volumen del agregado fino en litros. ρaf = Densidad del agregado fino en kg/litro.

ag)( VagPag ρ= ………………………………………….. (1.28) Donde: Pag = Peso del agregado grueso en kg. Vag = Volumen del agregado grueso en litros. ρag = Densidad del agregado grueso en kg/litro. La relación general es:

CCcemento = ……..………………………………….. (1.29)



CA Agua = ……………………………………….... (1.30)

CPaf Arena = ……..………………………………….. (1.31)

CPag Grava = ……………..………………………….. (1.32)

1.6.12.3. En ocasiones puede necesitarse menor cantidad de agua que la que indica la tabla 1.3.1, esto sucede cuando el material pétreo esta saturado, pero se ha recomendado que no se realice ningún ajuste al consumo de cemento, excepto el indicado por las pruebas de laboratorio, en la practica es muy difícil encontrar el agregado pétreo en estas condiciones, en casos de que ocurra se deja secar para poder elaborar el concreto. Sin embargo si urge elaborar concreto con ese agregado pétreo, entonces será necesario efectuar algunos ajustes a las cantidades de los ingredientes de la revoltura, para compensar la perdida de volumen debido al agua reducida. Esto se hace incrementando el volumen de la arena en una cantidad igual al volumen de reducción del agua. Supóngase que Ama es menor que Am, entonces se sustituye Ama por Am en el cálculo del volumen total, exceptuando la arena, el volumen de agregado fino (Vaf) se incrementará a un volumen de agregado fino añadido (Vafa) y por consecuencia el peso de agregado fino (Paf) a agregado fino añadido (Pafa) y se debe repetir el procedimiento de calculo. 1.7. Cantidad de materiales por bachada Después de haber calculado la proporción de los ingredientes del concreto para un metro cúbico de concreto se debe de calcular la proporción de los mismos por la cantidad de concreto que se requiera, por ejemplo para un molde de cilindro o de viga en el caso de pruebas de laboratorio o para el volumen de una obra mayor. Para el caso de un cilindro de diámetro de 15 cm y de alto de 30 cm con volumen 0.0053 m3, o una viga de 15 cm x 15 cm y 60 de largo de volumen 0.0135 m3, se deben dividir los valores obtenidos en 1.6.11.7 en la ecuación 19 y 1.6.12.2 en la ecuación 26, ecuación 27 y ecuación 28 entre el volumen de la viga o el cilindro. Además es importante considerar un desperdicio que puede ser desde 10 % para elaboración de concreto en el laboratorio con la pala, hasta 25 % con el uso de la revolvedora mecánica.



Concepto Resultado Observaciones

Tipo de cemento Resistencia de proyecto Kg/cm2

Res

ulta

dos d

e la

s pru

ebas

Gravedad específica del cemento g/cm3 Densidad del agregado fino g/cm3 Absorción del agregado fino % Contenido de humedad en agregado fino % Modulo de Finura (MF) S/u Contenido de humedad en agregado grueso % Absorción del agregado grueso % Densidad del agregado grueso g/cm3 Tamaño Máximo (TM) del agregado grueso mm PVSV del agregado grueso kg/m3

Dat

os d

e ta

blas

Revenimiento (tabla 1.1.1) cm

Relación: Agua/Cemento (tabla 1.2.2) Aire incluido SI

NO Agua de mezclado(Tm = 3/4" = 19.1mm) (Tabla 1.3.1) litros Cemento E1.1 kg/m3 Volumen de agregado grueso seco varillado (Tabla 1.4.1) S/U Agregado grueso E1.2 kg

Vol

umen

de

aren

a Volumen necesario de arena Volumen de cemento E1.3 litros Volumen de agua litros Volumen de agregado grueso E1.4 litros Volumen de aire atrapado (n %) E1.5 litros Volumen total sin considerar arena E1.6 litros Volumen de arena E1.7 litros

Prop

orci

ón e

n Pe

so

Cantidades necesarias por un metro cúbico: Cemento kg Agua litros Grava kg Arena E1.8 kg

Cemento Agua Arena Grava E1.9 E1.10 E1.11 E1.12

Cor

recc

ión

por

hum

edad

Corrección por la humedad actual del agregado pétreo: Arena E1.13 Kg Grava E1.14 Kg Contenido de agua libre debido a los agregado fino E1.15 % Contenido de agua libre debido a los agregado grueso E1.16 % Aportación del agregado fino E1.17 litros Aportación del agregado grueso E1.18 litros Agua empleada E1.19 litros

Com

para

ción

Comparación entre proporcionamiento Calculado Campo Agua (litros)

Cemento (litros) E1.20 Arena (litros) E1.21 Grava (litros) E1.22

Aire (n %, litros) Suma =



Vol

umen

de

aren

a Corrección de la dosificación por incremento del agua: Volumen de cemento litros Volumen de agua litros Volumen de agregado grueso litros Volumen de aire atrapado E1.23 litros Volumen total sin considerar arena E1.24 litros Volumen de arena E1.25 litros

Prop

orci

ón e

n Pe

so

Cantidades necesarias por un metro cúbico: Cantidad de cemento E1.26 Kg Agua Litros Arena E1.27 Kg Grava E1.28 Kg

Cemento Agua Arena Grava E1.29 E1.30 E1.31 E1.32

CILINDROS

Prop

orci

ón e

n Pe

so

Cantidad por un cilindro Cilindro (diámetro 15 y alto 30) en cm Volumen (m3) 0.0053

Cemento (kg) Arena (kg) Grava (kg)

Agua (litros) Total (kg)

Bac

hada

Cantidad por cilindro con n % de desperdicio Cilindro (diámetro 15 y alto 30) en cm Volumen (m3) 0.0053



VIGAS

Prop

orci

ón e

n Pe

so

Cantidad por una viga Viga (15 x 15 x 60) en cm Volumen (m3) 0.0135



Bac

hada

Cantidad por viga n % de desperdicio Viga (diámetro 15 y alto 30) en cm Volumen (m3) 0.0135



E = Ecuación



3.6. ELABORACIÓN DE CONCRETO. El amasado de los componentes del hormigón sirve para distribuir regularmente el polvo del aglomerante sobre toda la superficie de cada grano de árido. También sirve para repartir y mezclar los granos de los diferentes calibres que componen el árido. Esta operación influye además en la limpieza de los granos, eliminando el polvo que los recubre y permitiendo por lo tanto la adherencia de unos granos con otros por medio del aglomerante. 3.6.1. MEZCLA A MANO Este método primitivo de fabricación no es aplicable más que a obras de escasa importancia. Puesto que la calidad de los hormigones así realizados es muy irregular, no resulta conveniente su empleo para la ejecución de obra de hormigón armado. La mezcla y amasado de los componentes debe ejecutarse sobre una superficie (plataforma) de madera o plancha metálica colocada en el suelo. No debe hacerse nunca el amasado directamente sobre el suelo a fin de evitar la introducción de tierra en el hormigón. La mezcla debe amasarse por medio de palas y batideras, 3 veces en seco y 3 veces con adición de agua. La cantidad de ésta depende de la consistencia deseada y se añade a medida que se va amasando. La duración de la operación justifica la tentación de los operarios a trabajar insuficientemente la mezcla que, en tal caso, no ofrecerá carácter homogéneo. A fin de disminuir tales riesgos, es recomendable no amasar grandes cantidades a un tiempo. Los mejores resultados se obtienen con un equipo de cuatro hombres: 2 paleadores, 1 para la batidera y otro para el rociado con agua. La arena y la grava que deben incorporarse a la mezcla se miden generalmente en volumen (por medio de carretillas o de cajas de capacidad conocida). El cemento se mide en peso, por sacos de 50 kg. 3.6.2. AMASADO MECÁNICO El amasado mecánico por medio de hormigoneras se realiza en toda clase de obras de pequeña, mediana y gran importancia. El amasado mecánico mejora la regularidad de la mezcla y su calidad. Se distinguen dos clases de hormigoneras: de producción continua y de cubeta. Las primeras ofrecen la ventaja de un flujo continuo, consecuencia de una alimentación permanente de arena, grava, cemento y agua. Esas hormigoneras, de dosificación ponderal, no están aún muy difundidas. Las hormigoneras de cubeta son las más empleadas. Los materiales constituyentes se dosifican convenientemente por volumen (cajas, carretillas, vagonetas) o por peso, en un balde o cubeta, para cada amasada. La cubeta o cuchara vierte su contenido en el cuerpo de la hormigonera por intermedio de una tolva.



Revolvedora de producción continúa. Principio de funcionamiento de una revolvedora de

producción continua

Las hormigoneras de cubeta son de dos tipos: Las turbo-amasadoras o amasadoras de acción las amasadoras de caída libre. Las turbo-amasadoras están compuestas de una cuba, generalmente circular, en el interior de la cual giran brazos o agitadores de distintas formas, una especie de rejas de arado que efectúan el amasado rápido y eficaz de los componentes. La duración del amasado en esas hormigoneras de acción debe ser de 30 segundos como mínimo. Los tiempos de vaciado y de introducción de los materiales, relativamente cortos, permiten realizar casi 50 amasadas por hora. Ciertas turbo-amasadoras producen hasta 1 m3 de hormigón acabado por cada amasada. En la hormigonera de caída libre, que constituye la máquina más difundida porque es robusta, sencilla y de fácil limpieza, el amasado se realiza por rotación del tambor que eleva los materiales por medio de paletas o álabes y los deja caer en seguida sobre sí mismos en caída libre. La velocidad de rotación perimétrica del tambor es aproximadamente de 1 metro por segundo. La duración del amasado debe ser de unos 60 segundos, pero nunca inferior a 45. Teniendo en cuenta los tiempos muertos de llenado y vaciado, un ciclo completo dura unos 2 minutos; lo cual significa que sólo se puedan realizar de 20 a 30 amasadas por hora. Para procurar una humedad constante a la mezcla, toda hormigonera debe estar provista de un depósito dosificador de agua. Este depósito permite obtener una medida precisa y regular. Para el amasado mecánico, la adición de agua al tambor puede hacerse antes de la introducción de los materiales secos, o bien durante el amasado. La admisión del agua antes de la introducción de la mezcla seca permite limitar las adherencias y conservar limpio el tambor.



Aspecto esquemático de una hormigonera Máxima

Aspecto en alzado y planta de una turbo amasadora Waimer

Principio de funcionamiento de la turbo amasadoras

Revolvedoras de eje vertical



Tambor de una revolvedora Revolvedoras de tambor basculante

El llenado de una hormigonera debe hacerse de acuerdo con las indicaciones del constructor de la máquina. Todo exceso o defecto de carga engendra enojosas desigualdades y alteraciones en la composición de la mezcla final. Se encuentran en el comercio pequeñas hormigoneras de 50, 75 Y 100 litros de cabida. Las hormigoneras normales contienen 150, 200 Y 300 litros. Las grandes amasadoras contienen 500, 1 000, 2 000 litros y más. Pueden estar concebidas para puestos fijos de fabricación o para puestos móviles: hormigoneras permanentes de fábricas y hormigoneras movibles para pie de obra. La alimentación de un conjunto de hormigoneras puede llevarse a cabo sencillamente por paleadores o bien, en el caso de instalaciones más importantes, por el empleo de una draga o rastra, estando los materiales en bruto amontonados en las inmediaciones del lugar de su empleo. El almacenado del cemento en silos permite un apreciable beneficio de conservación, evitando el desperdicio y las pérdidas del aglomerante. La dosificación ponderal o volumétrica de los componentes implica ciertas disposiciones en la instalación de fabricación. Las figuras siguientes muestran dos centrales de fabricación.



Mezcladora central Kabag Centromat

Mezcladora central Kabag



3.7. TRANSPORTE Y PUESTA EN OBRA DEL CONCRETO. Los hormigones, como los morteros, deben ser puestos en obra inmediatamente después del amasado. En ningún caso se pondrán en obra luego de iniciado el fraguado. El transporte debe efectuarse entre el final del amasado y antes de iniciarse el proceso de fraguado. Este lapso de tiempo es, pues, variable. Depende, en gran parte de las condiciones atmosféricas y de la temperatura. Cuando hace calor y el tiempo es seco, favoreciendo por tanto un fraguado rápido, un hormigón no debe dejarse descansar más de una hora antes de su puesta en obra en los encofrados. En tiempo húmedo y frío este plazo puede ser de dos horas. Más allá de esas demoras se manifiesta una alteración sensible de las resistencias mecánicas de los hormigones. Todos los morteros y hormigones amasados deben ponerse en obra antes de cualquier eventual interrupción del trabajo. El transporte se efectuará, por lo tanto, inmediatamente después del amasado. Durante el transporte, de duración relativamente larga, el hormigón reciente debe estar protegido del sol y del viento a fin de evitar su desecación; así como de la lluvia para impedir su deslavado. Con los hormigones de "machacadora" sucede a veces que se produce, durante el transporte, un desmezclado del agua y el árido; éste queda como lavado. Para remediar ese inconveniente basta añadir a ese hormigón una pequeña cantidad de partículas finas. En la elección de los medios de transporte del hormigón se tendrán en cuenta aquellos en que se evite todo desmezclado o segregación de la masa plástica. Se evitarán particularmente las vibraciones y sacudidas producidas por el propio vehículo de transporte o las provocadas por una pista mal pavimentada o defectuosa. En efecto, las sacudidas producen una enojosa separación de los elementos pesados (gravas) que descienden al fondo, en tanto que los morteros y las partículas ligeras permanecen en la superficie. Es conveniente que los diferentes medios de transporte se escojan en relación con la importancia de los trabajos: Las carretillas, las carretillas japonesas, utilizables en las obras de pequeña y media importancia, deben ir montadas, siempre que sea posible, sobre neumáticos. Es preciso además preparar un camino o pista llana que evite las sacudidas, y no deben emplearse más que carretillas metálicas para los hormigones plásticos con el fin de evitar el escurrimiento de la lechada o de la pasta de cemento. El transporte mediante vagonetas Decauville o de otro tipo se emplea en obras de gran longitud. Los pequeños volquetes prestan apreciables servicios en los talleres de pie de obra y de gran superficie. Los canalones, utilizados para el transporte por gravedad, pueden estar constituidos por un conducto o canalizo de madera inclinado a 20 ó 30 según la plasticidad y docilidad del hormigón. Cuando se necesite una inclinación mayor, es necesario realizar los canalones por medio de tubos cilíndricos. En principio, toda caída libre que excede de 2 m ofrece el peligro de provocar una segregación, que el empleo de canalones en forma de tubo reduce en importante medida. Las cintas transportadoras no son utilizables más que para hormigones de escasa plasticidad. A fin de evitar el desmezclado, en su extremo libre, durante la caída, ésta no ha de exceder de 1,50 m. Más allá de este valor es preciso poner en la extremidad un canalón cilíndrico para guiar la caída. El aire comprimido y las bombas permiten transportar el hormigón, por un juego de



conductos y tubos, desde el lugar donde se prepara hasta el punto donde se utiliza. Las instalaciones que funcionan con aire comprimido están basadas en general en un sistema de válvulas que permiten un transporte por amasadas sucesivas o bien por caudal continuo.

Una tolva debe vaciarse verticalmente y en el centro a fin de evitar la segregación de los áridos.

Para el vaciado de una revolvedora en una carretilla se recomienda el uso de un canalón

Para colar cimbras estrechas se recomienda usar mangas.



Transporte de concreto por aire comprimido

La distancia del transporte depende de la importancia de la instalación y puede ser de 500 m en sentido horizontal y de 100 m en sentido vertical. El caudal de tales instalaciones puede alcanzar los 50 m3 de hormigón por hora. Esta forma de transporte disminuye prácticamente todos los riesgos de segregación. Los camiones. Cuando la distancia de los transportes es importante, la utilización de tales vehículos se hace necesaria. Para los hormigones poco plásticos y cuando la distancia no excede de 15 km en circulación normal, puede considerarse conveniente un sencillo transporte en camión-cubeta (previo recubrimiento con encerados o toldos según las circunstancias atmosféricas). Para distancias superiores y para hormigones plásticos es necesario servirse de vehículos de transporte provistos de tambores mezc1adores que agitan el hormigón durante el trayecto hasta el punto de su utilización. 3.7.1. Puesta en obra de los hormigones Cuando se trate de la puesta en obra de hormigones en las cimbras, las precauciones a observar se aplican a combatir, entre otras cosas, la sedimentación de los elementos de tamaños diversos. Los efectos de la segregación de los componentes, aparte del aspecto antiestético, son generalmente los siguientes: a) una reducción de las resistencias mecánicas por disminución de la compacidad de los elementos (aumento de los huecos); b) la creación de zonas de fuerte porosidad que hace heladizo el hormigón en las acumulaciones de partículas finas; c) las acumulaciones de grava que crean "bolsadas" que reducen la resistencia y provocan por su permeabilidad al aire y al agua el deterioro de la armadura. Para que las obras presenten las cualidades exigidas, las precauciones que hay que tomar pueden resumirse de la manera siguiente: 1. Evitar los movimientos rápidos con fuerte aceleración, por ejemplo al repartir hormigón paleándolo. 2. Verter las cubetas, baldes y carretillas, de tal modo que la caída libre del hormigón no pase de 1 m de altura, y quede ya la masa en el sitio debido.



3. Hormigonar por medio de tubos y tolvas o embudos las paredes encofradas, altas y estrechas. 4. Adoptar un tiempo de vibración o de compactación que esté en razón inversa de la fluidez del hormigón.

Bombas de concreto

Silos para el concreto.



3.8. CLASIFICACIÓN DE LOS CONCRETOS RESUMEN DE CLASIFICACIÓN DE CONCRETOS

Clasificación Tipo Información Técnica • Concreto de alto

comportamiento con beneficio al proceso constructivo

• Rápido desarrollo de resistencia • Ligero celular • Baja contracción

• Lanzado • Con fibra • Concreto autocompactado

• Concreto de alto comportamiento Propiedades mecánicas mejoradas

• Muy alta resistencia a la compresión

• Muy alta resistencia a la flexión

• Alto módulo elástico • Concreto pesado

• Concreto de alto comportamiento y durabilidad

• Muy baja permeabilidad • Resistente a la abrasión • Resistente a los cloruros

• Resistente a los sulfatos • Con aire incluido

• Concreto Antibacteriano • Compatibilidad con concretos y morteros

•

• Arquitectónicos • Con color • Estampado

• Ferrocemento • Lanzado

• Morteros • Lechada • Mortero

• Mortero Estabilizado

• Por su peso volumétrico • Ligero Celular • Relleno fluido

• Pesado • Normal

• Por su resistencia • Baja resistencia • Resistencia moderada • Normal

• Muy alta resistencia • Alta resistencia temprana

• Por su consistencia • Fluido • Normal o convencional

• Masivo • Sin revenimiento

• Por su estructura • En cualquier tipo de edificación • • Pavimentos de concreto • Suelo Cemento

• Convencional • CCR

• Whitetopping • Estampado

CLASIFICACIÓN DEL CONCRETO ANTIBACTERIAL

Tipo Usos Beneficios Información Técnica Antibacterial • Hospitales

• Laboratorios • Instalaciones de

crianza, manejo y sacrificio de animales

• Industria alimenticia • Vivienda en general • Instituciones

educativas

• Inhibición al crecimientos bacterial

• Sistema integral de protección a la salud

• Reduce riesgos por contaminación y enfermedad

• Garantiza su efectividad durante la vida útil del concreto

• Pruebas microbiológicas • Resultados de zona de

inhibición (mm) en muestras

• Concreto Testigo: Gram Negativo (1) Gram positivo (0) • Concreto antibacteriano: Gram Negativo (91) Gram positivo (7)



CLASIFICACIÓN DE MORTEROS Tipo Usos Beneficios Información Técnica

Lechada • Aditivo para facilitar las operaciones de bombeo

• Tratamiento de inyección en terrenos permeables

• Evitar taponamientos de tubería

• Elevada penetrabilidad

• Elevada fluidez • Mezcla estable • Resistencia a la

compresión igual o menor a los concretos normales

Mortero • Zarpeo y afine • Mampostería • Pegar tabiques • Para relleno de cepas y

oquedades

• Calidad uniforme • Incremento de la

productividad • Disminución de

desperdicios • Ahorro en mano de obra • Menores necesidades de

equipo y mantenimiento

• Elevada trabajabilidad • Excelente adhesión • Mejor apariencia y

acabado Resistencia adecuada para su uso

Mortero Estabilizado

• Zarpeo y afine • Mampostería • Pegar tabiques • Para relleno de cepas y

oquedades

• Mantiene su estado plástico por tiempo prolongado

• Excelente adhesión a superficies verticales

• Calidad uniforme • Incremento de la

productividad • Disminución de

desperdicios • Ahorro en mano de obra • Menores necesidades de

equipo y mantenimiento • Planeación más flexible

para actividades de obra

• Tiempo de fraguado controlado, muy por encima del mortero preparado en obra

• Elevada trabajabilidad • Excelente adhesión • Mejor apariencia y

acabado • Resistencia adecuada para

su uso

CLASIFICACIÓN DE CONCRETOS POR SU ESTRUCTURA

Tipo Usos Beneficios Información Técnica Concreto Estructural

• En cualquier tipo de edificación

• Estructuras más seguras • Utilizable en zonas sísmicas • Acabado definido y uniforme

• Cumple con todo requisito de trabajabilidad, resistencia y acabado

• Disponible en distintos revenimientos

• Resistencia a la compresión de hasta 499 kg/cm2

• Bombeable a grandes alturas



CLASIFICACIÓN DE CONCRETOS POR SU RESISTENCIA

Tipo Usos Beneficios Información Técnica • Baja

Resistencia • Losas aligeradas • Elementos de concreto

sin requisitos estructurales

• Bajo costo • Propiedades en estado fresco similares a las obtenidas en concretos convencionales

• Resistencia a la compresión < 150kg/cm2.

• Resistencia moderada

• Edificaciones de tipo habitacional de pequeña altura

• Bajo costo • Propiedades en estado fresco similares a las obtenidas en concretos convencionales

• Resistencia a la compresión entre 150 y 250 kg/cm2.

• Normal • Todo tipo de estructuras de concreto

• Funcionalidad • Disponibilidad

• Propiedades en estado fresco similares a las obtenidas en concretos convencionales

• Resistencia a la compresión entre 250 y 420 kg/cm2.

• Muy alta resistencia

• Columnas de edificios muy altos

• Secciones de puentes con claros muy largos

• Elementos presforzados • Disminución en los

espesores de los elementos

• Mayor área aprovechable en plantas bajas de edificios altos

• Elementos presforzados más ligeros

• Elementos más esbeltos

• Alta cohesividad en estado fresco • Tiempos de fraguado similares

a los de los concretos normales • Altos revenimientos • Resistencia a la compresión entre 400

y 800 kg/cm2. • Baja permeabilidad • Mayor protección al acero de

refuerzo • Alta

resistencia temprana (Costo)

• Pisos • Pavimentos • Elementos presforzados • Elementos

prefabricados • Construcción en clima

frío • Minimizar tiempo de

construcción

• Elevada resistencia temprana

• Mayor avance de obra • Optimización del uso

de cimbra • Disminución de

costos

• Se garantiza lograr el 80% de la resistencia solicitada a 1 o 3 días

• Para resistencias superiores a los 300 kg/cm2 se requiere analizar el diseño del elemento



CLASIFICACIÓN DE CONCRETOS DE ALTO COMPORTAMIENTO (CAC)

Tipo Usos Beneficios Información Técnica Rápido Desarrollo de Resistencia (Costo)

• Pisos Pavimentos Elementos presforzados Elementos prefabricados Construcción en clima frío

• Aprovechamiento máximo de cimbra

• Minimizar tiempo de construcción

• Elevada resistencia temprana

• Mayor avance de obra • Optimización del uso

de cimbra • Disminución de costos

• Se garantiza lograr el 80% de la resistencia solicitada a 1 o 3 días.

• Para resistencias superiores a los 300 kg/cm2 se requiere analizar el diseño del elemento

Ligero Celular (Alta trabajabilidad) (Costo)

• Mejora el aislamiento termo-acústico

• Capas de Nivelación en pisos y losas

• Para construcción de vivienda tipo monolítica

• Mayor resistencia al fuego

• Alta trabajabilidad • Disminución de carga

muerta • Proporciona mayor

confort al usuario • Facil de aserrar y clavar

• P.V. de 1,500 a 1,920 kg/cm3.

• Resistencia a la compresión de hasta 175 kg/cm2 a los 28 días

• Conductividad térmica de 0.5 a 0.8 kcal/m2h°C

Relleno fluido (Alta trabajabilidad, Sustitución de suelos)

• Bases y sub-bases en calles y carreteras

• Relleno de zanjas, calles, carreteras etc.

• Relleno de cavidades de difícil acceso

• Rellenos provisionales • Estabilización de Terraplenes

• Alta trabajabilidad • Material autonivelante • No tiene asentamientos • Garantiza un relleno

uniforme • Ahorro en operaciones

de colocación y compactación

• Reduce la excavación en relación al relleno tradicional

• Revenimiento de 20 cm • P.V. de 1,650 a 1,800

kg/cm3. • Resistencia a la

compresión de 10 y 70 kg/cm2

• Como sub-base de 7 a 14 kg/cm2 y VRS de 50% a 80%

• Como base de 15 a 25 kg/cm2 y VRS de 80%

Baja contracción (Estabilidad volumétrica, Deformaciones predecibles, Adherencia al concreto endurecido)

• Cuando los materiales locales tienen tendencia a la contracción

• Estructuras resistentes a sismos

• Elementos presforzados • Cumplir especificaciones

estrcitas de control de agrietamiento

• Eleva el nivel de confianza en el cálculo de estructuras

• Minimiza los riesgos por cambios volumétricos

• Baja permeabilidad

• Consistencia más elevada que los concretos normales

• El contenido más alto posible de agregado grueso con una plasticidad adecuada

• Contracción por secado más baja posible para un agregado y plasticidad dadas

• Deformación total controlada predecible

Lanzado (Alta cohesividad en estado fresco)

• Estabilización de Taludes • Protección de excavaciones • Obras de reparación • Reparaciones superficiales • Formas curvas de concreto

• No requiere de cimbra • Optimiza los tiempos

de construcción • Fácil aplicación

• El concreto lanzado puede especificarse con los pesos volumétricos y resistencia a compresión similares a los concretos comunes

• Se pueden usar tamaños de agregados hasta 3/8"



CLASIFICACIÓN DE CONCRETOS ARQUITECTONICOS Tipo Usos Beneficios Información Técnica

Con color • Fachadas de edificios • Monumentos • Elementos decorativos

• Ofrece alternativas para los diseñadores

• Bajo costo de mantenimiento

• Puede satisfacer las propiedades en estado fresco y endurecido de los concretos con solicitudes estructurales

• Cuando se utilicen agregados de color deberán de quedar expuestos

Estampado • Pisos • Pavimentos • Fachadas

• Ofrece alternativas para los diseñadores

• Bajo costo de mantenimiento

• Puede satisfacer las propiedades en estado fresco y endurecido de los concretos con solicitudes convencionales

Lanzado (Alta cohesividad en estado fresco)

• Estabilización de taludes • Protección de

excavaciones • Obras de reparación • Reparaciones

superficiales • Formas curvas de

concreto • Ambientación

• No requiere de cimbra • Optimiza los tiempos de

construcción • Fácil aplicación

• El concreto lanzado puede alcanzar los pesos volumétricos y resistencia a la compresión similares a los concretos de resistencia normal

• Se puede usar tamaños de agregados hasta 3/8"

Ferrocemento • Estructuras • Adaptable a cualquier tipo de superficie y forma

• Mortero • Cemento • Arena

CLASIFICACIÓN DE CONCRETOS POR SU PESO VOLUMÉTRICO Tipo Usos Beneficios Información Técnica

Ligero Celular (Alta trabajabilidad. Costo

• Capas de nivelación en pisos y losas Para construcción de vivienda tipo monolítica

• Mejora al aislamiento termo- acústico Alta trabajabilidad Disminución de carga muerta Proporciona mayor confort al usuario Fácil de aserrar y clavar Mayor resistencia al fuego

• P.V. de 1,500 a 1,920 kg/m3

• Resistencia a la compresión de hasta 175 kg/cm2 a los 28 días

• Conductividad térmica de 0.5 a 0.8 kcal/m2hoC

Pesado (Mejor relación resistencia peso)

• Estructura de protección contra radiaciones • Elementos que sirvan como lastre

• Elevado peso volumétrico • Mejor relación resistencia/peso • Disminución de espesor en los elementos

• P.V. entre 2,400 y 3,800 kg/m3

• Resistencia a la compresión igual a la obtenida en los concretos normales

Normal • Todo tipo de estructuras en general • Elementos prefabricados • Estructuras voluminosas

• Mantiene una densidad en atención al funcionamiento de la estructura

• Propiedades en estado fresco y endurecido similares a las obtenidas en los concretos convencionales

• P.V. entre 2,200 a 2,400 kg/m3

• Resistencia a la compresión entre 100 Y 350 kg/cm2



CLASIFICACIÓN DE CONCRETOS DE DIFERENTE CONSISTENCIA Tipo Usos Beneficios Información Técnica

Fluido • Rellenos • Estructuras con

abundante acero de refuerzo

• Bombeo a grandes alturas

• Facilita las operaciones de colocación, operaciones de bombeo y acabado.

• Propicia el ahorro en mano de obra

• Revenimiento superior a 19 cm, es decir tiene una consistencia fluida

• Resistencia a la compresión igual a las logradas por los concretos convencionales.

Normal o convencional

• Todo tipo de estructuras de concreto

• Tener una consistencia de mezcla adecuada para cada upo de estructura, en atención a su diseño

• Revenimiento entre 2.5 y 19 cm, lo cual considera las zonas de consistencia semi-fluida /12.5 a 19 cm, plástica / 7.5 a 12.5 cm, semi-plástica 2.5 a 7.5 cm

• Resitencia a la compresión igual a las logradas por los concretos convencionales

Masivo • Colados en elementos de gran dimensión

• Ahorro en materia prima y mano de obra

• Bajo desarrollo en el calor de hidratación

• Revenimiento entre 2.5 y 5 cm

• Resistencia a la compresión igual a las logradas por los concretos convencionales

Sin revenimiento

• Concretos que no se colocan bajo los métodos convencionales empleados en le industria de concreto premezclado

• Bajo consumo de cemento. • Facilita las operaciones de

colocación

• Revenimiento máximo de 2.5 cm

• Resistencia a la compresión máximas de 150 kg/cm2



CLASIFICACIÓN DE PAVIMENTOS DE CONCRETO Tipo Usos Beneficios Información Técnica

Suelo Cemento • Caminos rurales • Colonias

marginadas • Rutas de

evacuación

• Costo muy bajo • Sencilla aplicación • Uso de mano de obra local • Comunicación entre

comunidades rurales • Resistente a la erosión

pluvial

• Resistencia a la compresión de 30 a 63 kg/cm2

• Compactación de 85 a 97%

Convencional • Pavimentación de carreteras y vialidades urbanas

• Larga vida útil • Mínimo mantenimiento • Ahorro de energía en

luminarias • Ahorro de combustible • Mayor seguridad en el

frenado

• Se construye sobre sub-base o base

• Concreto de 42 a 48 kg/cm2 de módulo de ruptura

Whiletopping • Rehabilitación de carpetas asfálticas deterioradas

• Incremento en la vida útil de 10 a 15 años

• Costo menor que la rehabilitación con asfalto

• Ahorro de energía en luminarias

• Requiere de mínima preparación de la superficie

• Rapidez de construcción mayor a la rehabilitación con asfalto

• Construído sobre la carpeta asfáltica

• Concreto de 42 a 48 kg/cm2 de módulo de ruptura

• La adherencia entre asfalto y concreto es significativa

Estampado • Pavimentación de calles y vías públicas

• Solución estética para pisos de centros comerciales, residencias, estacionamientos, hoteles, etc.

• Larga vida útil • De fácil aplicación repecto a

otras alternativas • Gran variedad de texturas y

colores • Acabados antiderrapantes • Menor costo que el uso de

algunas losetas pisos

• Color-endurecededor de superficie de 8000 psi

• Se construye sobre sub-base o base

• Concreto de 42 a 48 kg/cm' de módulo de ruptura (pavimentos)



3.9. ADITIVOS 1. INFORMACIÓN GENERAL. 1.1. DEFINICIÓN DE ADITIVO (ASTM C-125). Un material diferente del agua, de los agregados y del cemento hidráulico que se emplea como componente del concreto o mortero y que se agrega a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado. 1.2 RAZONES PARA EL EMPLEO DE ADITIVOS Algunos de los fines más importantes para los que se utilizan los aditivos son: 1.2.1 Modificación del concreto fresco, del mortero y de la lechada 1.2.1.1 Para aumentar la trabajabilidad sin incrementar el contenido de agua, o para reducir el contenido de agua con la misma trabajabilidad. 1.2.1.2 Para retardar o acelerar el tiempo de fraguado inicial. 1.2.1.3 Para reducir o evitar el fraguado o para crear expansión ligera. 1.2.1.4. Para modificar la tasa o capacidad de sangrado, o ambas. 1.2.1.5 Para reducir la segregación. 1.2.7.6 Para mejorar la penetración y la bombeabilidad. 1.2.7.7 Para reducir la tasa de pérdida de revenimiento. 1.2.2 Modificación del concreto, del mortero y de la lechada endurecida. 1.2.2.1 Para retardar o reducir la evolución de calor durante el endurecimiento temprano. 1.2.2.2 Para acelerar la tasa de desarrollo de resistencia a edades tempranas. 1.2.2.3 Para incrementar la resistencia (a la comprensión, a la tensión o a la flexión). 1.2.2.4 Para incrementar la durabilidad o resistencia a condiciones severas de exposición) incluyendo la aplicación de sales descongelantes. 1.2.2.5 Para reducir el flujo capilar de agua. 1.2.2.6 Para reducir la permeabilidad a los líquidos. 1.2.2.7 Para controlar la expansión causada por la reacción de álcalis con ciertos constituyentes de los agregados. 1.2.2.8 Para producir concreto celular. 1.2.2.9 Para incrementar la adherencia del concreto con el refuerzo. 1.2.2.10 Para incrementar la adherencia entre concreto viejo y nuevo. 1.2.2.11 Para mejorar la resistencia al impacto y a la abrasión. 1.2.2.12 Para impedir la corrosión del metal ahogado. 1.2.2.13 Para producir concreto o mortero coloreado. 1.3 ASPECTOS ECONOMICOS EN EL EMPLEO DE ADITIVOS Para evaluar un aditivo debe observarse su efecto sobre el volumen de determinada mezcla. Si al añadir el aditivo cambia la fluencia, como frecuentemente sucede, el cambio en las propiedades del concreto no sólo se deberá a efectos directos del aditivo, sino también a cambios en las cantidades por volumen unitario (fluencia) de los componentes originales. Si el empleo del aditivo incrementa el volumen de la mezcla, debe considerarse que el aditivo está efectuando el desplazamiento, ya sea de parte de la mezcla original o de uno u otro de los componentes básicos: cemento, agregado o agua. Todos estos cambios en la composición del volumen unitario de con-



creto deben tomarse en cuenta al examinar el efecto directo del mismo aditivo y al estimar el costo del empleo de un aditivo. También debe tomarse en cuenta el costo cuando se utilice un componente adicional, así como cualquier efecto que pueda tener el empleo de un aditivo sobre el costo de transportación, colado y acabado del concreto. Frecuentemente, un aditivo permite la aplicación de métodos de construcción o de diseño menos costosos, para compensar cualquier incremento en el costo debido al uso de un aditivo. Por ejemplo, del empleo de aditivos retardantes han resultado diseños novedosos y económicos de unidades estructurales. Dichos aditivos permiten el colado de grandes volúmenes de concreto durante períodos mayores minimizando, de esta manera, la necesidad de cimbrar, colar y unir unidades separadas. Las propiedades físicas que se requieren en concretos ligeros se logran comúnmente con pesos unitarios menores, mediante el uso de aditivos inclusores de aire y de aditivos reductores de agua. 1.4. PRECAUCIONES EN EL EMPLEO DE ADITIVOS Los aditivos deben usarse de acuerdo con las especificaciones aplicables de la ASTM o con otras especificaciones. Debe prestarse especial atención a las instrucciones proporcionadas por el fabricante del aditivo. Un aditivo debe utilizarse sólo después de haber evaluado apropiadamente sus efectos; hay que probarlo de preferencia con los materiales particulares y en las condiciones de utilización. Esta evaluación es particularmente importante cuando: Se especifican tipos especiales de cemento. Se va a emplear más de un aditivo. El mezclado y el colado se llevan a cabo a temperaturas por arriba o por abajo de las temperaturas de colado generalmente recomendadas. Además debe señalarse que: Es conveniente un cambio en el tipo o fuente de cemento, de la cantidad de cemento empleado, o una modificación en la composición granulométrica del agregado o de las proporciones de la mezcla. Muchos aditivos afectan a más de una de las propiedades del concreto, alterando adversamente, algunas veces, propiedades deseables. Algunos factores, tales como el contenido de agua y el contenido de cemento de la mezcla, modifican de manera importante los efectos de algunos aditivos debido al tipo de composición granulométrica del agregado y por el tipo y duración del mezclado. Los aditivos que modifican las propiedades del concreto fresco pueden causar problemas por endurecimiento temprano o por la prolongación de tiempos de fraguado. La causa de un comportamiento de fraguado anormal debe determinarse mediante estudios acerca de cómo dichos aditivos afectan la hidratación del cemento. El endurecimiento temprano a veces es causado por cambios en la velocidad de la reacción entre las fases de aluminato tricálcico y la de sulfato. Una sobredosis de aditivo puede causar un efecto retardante indebido que afecte adversamente la hidratación del silicato tricálcico. La evaluación del costo de cualquier aditivo debe basarse en resultados obtenidos con el concreto de que se trate, en condiciones parecidas a las de la obra. Esto es recomendable puesto que las características del cemento y del agregado, así como sus proporciones relativas, su temperatura, su humedad y sus condiciones de curado influyen en gran medida los resultados obtenidos.



1.5. CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS En este trabajo los aditivos se han clasificado de acuerdo con el tipo de material que los constituye, o según los efectos característicos que éste produce (en el contenido se enumeran las diferentes clases). La información para caracterizar cada clase se presenta conjuntamente con breves exposiciones de propósitos generales y de efectos esperados por el empleo de los materiales de cada grupo. El amplio campo de aplicación de los aditivos, la introducción continua de materiales nuevos o modificados, así como las variaciones de efectos con diferentes materiales y condiciones de colado, impiden presentar una lista detallada de los aditivos comerciales y de sus efectos sobre el concreto. 2. DOSIFICACIÓN 2.1 INTRODUCCION El empleo exitoso de aditivos depende de la aplicación de un método apropiado de preparación y de dosificación. Un descuido en estas áreas puede afectar significativamente las propiedades y el comportamiento del concreto. 2.2 PREPARACION Y ALMACENAMIENTO La preparación de aditivos puede comprender la preparación de soluciones estándar o su dilución para facilitar su dosificación o suministro adecuados. La preparación puede variar no sólo de acuerdo con el tipo de aditivo, sino también según la procedencia. Como resultado de lo anterior, deben observarse las recomendaciones del fabricante si existe alguna duda respecto a los procedimientos que vayan a emplearse. Algunos aditivos químicos se presentan como sólidos solubles en agua que se deben mezclar en el sitio en que van a emplearse. Este mezclado en la obra puede requerir la preparación de soluciones de baja concentración, debido a la dificultad de mezclado. En algunos casos es conveniente preparar soluciones estándar de concentración uniforme para facilitar su empleo. Puesto que muchas soluciones de baja concentración contienen cantidades significativas de materiales insolubles finamente divididos que pueden ser fácilmente solubles o no serlo, es importante tomar precauciones para asegurarse de que estos materiales se conserven en estado uniforme de suspensión antes de la dosificación. Los aditivos que se suministran como líquidos "listos para usarse", pueden tener concentraciones mucho más elevadas que las soluciones hechas en la obra. Por esto, cualquier material insoluble finamente dividido, si lo hay, tiende a conservarse en suspensión, eliminando por lo general la necesidad de agitados continuamente. La congelación de los aditivos durante su almacenamiento puede crear problemas, por lo que debe evitarse siempre. 2.3 DOSIFICACION La adición de aditivos en una mezcla de concreto comprende no sólo la velocidad de descarga, sino también hacerla a tiempo durante la secuencia del mezclado. Alterar el tiempo en el que se agrega el aditivo durante el ciclo de mezclado puede, en algunas ocasiones, variar el grado de efectividad del mismo. Por ejemplo, se ha observado que el efecto retardante de los retardantes reductores de agua depende, en algunos casos, del momento en el que el retardante se agrega a la mezcla. También puede verse afectado significativamente el requisito de agua de la mezcla. En cualquier condición o proyecto determinados, debe establecerse y observarse estrechamente un



procedimiento para controlar el momento y la velocidad de adición del aditivo a la mezcla de concreto. Para asegurar una distribución uniforme del aditivo en toda la mezcla de concreto, durante el ciclo de carga, debe ajustarse la velocidad de descarga del aditivo. Es posible que dos o más aditivos no sean compatibles en la misma solución. Es importante, por lo tanto, evitar que se mezclen los aditivos antes de agregarlos a la mezcla, a menos que las pruebas indique lo contrario o lo permitan las instrucciones del fabricante. También puede ser necesario introducir dichos aditivos a la mezcladora, en momentos o sitios diferentes durante la carga o el mezclado. Es importante que el equipo de dosificación cumpla con ciertas normas de tolerancia para asegurar un control de calidad apropiado y, consecuentemente, un comportamiento adecuado del concreto. Las tolerancias del equipo de dosificación de aditivos deben seleccionarse de manera que minimicen las variaciones en las propiedades del concreto. Por lo general, la mayoría de las especificaciones recomiendan que las plantas tengan capacidad para dosificaciones volumétricas dentro de una precisión de + 3% del volumen requerido o de media onza fluida (15 mI), cualquiera que sea mayor. La precisión de las dosificadoras por peso debe estar dentro de ± 3 % de la masa requerida. Normalmente las especificaciones también estipulan que el 3% del peso requerido debe ser mayor que el 30% de la capacidad total de la escala de la dosificadora. Esto significa que la capacidad del surtidor debe seleccionarse con cuidado, en términos de los pesos de la mezcla. 2.4 EQUIPO DE DOSIFICACION 2.4.1 Generalidades En términos de sistemas de dosificación, los aditivos pueden agruparse en dos categorías: Aquellos materiales agregados a la mezcla en forma líquida que pueden ser dosificados por peso o por volumen. Aditivos en polvo que normalmente se dosifican por peso. En este último caso se pueden incluir materiales finamente divididos como las puzolanas naturales, las cenizas volantes, el polvo de sílice, así como aditivos que se ligan con materiales que actúan como extendedores para facilitar distribución y pesado precisos en el concreto. Existen sistemas de dosificación de aditivos manuales, semiautomáticos y para plantas automáticas. Las plantas automáticas tienen diversos dispositivos de seguridad que evitan su operación defectuosa. Los dispositivos de seguridad consisten principalmente en interruptores de límite, montados en válvulas de llenado y de descarga. Es común asegurar la válvula de descarga para que no se abra durante la operación de llenado, o cuando la válvula de llenado no está totalmente cerrada. De manera similar, la válvula de llenado por lo general está entrelazada con la válvula o reja de descarga, para que no se abra, a no ser que la válvula de descarga esté totalmente cerrada. También puede utilizarse un dispositivo de seguridad para evitar que la reja de descarga se cierre antes de que haya pasado todo el material. 2.4.2 Sistemas de dosificación líquida Se emplean diversos métodos para la dosificación de aditivos líquidos. Estos incluyen desplazamiento volumétrico positivo, recipientes volumétricos visuales, sistemas de control de



tiempo y dosificación por peso. Algunos se pueden aplicar fácilmente con sistemas manuales y semiautomáticos. Los dispositivos de desplazamiento volumétrico positivo son adecuados para utilizarse con dosificadores automáticos y semiautomáticos, porque se operan fácilmente a control remoto, con entrelazado apropiado en la secuencia de dosificación. Comprenden medidores de flujo y recipientes de medición equipados con flotadores y sondas. La mayoría de los medidores están calibrados para determinada viscosidad del líquido. Los errores causados por cambios en la viscosidad, debidos a variaciones en la temperatura, pueden evitarse mediante calibración. Estos dispositivos también pueden equiparse con emisor de pulsadores que operan un contador eléctrico prefijado. El principio del recipiente medidor es que el movimiento lineal de un flotador en un recipiente medidor de sección transversal conocida, representa un volumen de dosificación de solución. Los flotadores usualmente están engranados con interruptores de pulsación, potenciómetros o sincrotransmisorcs que operan contadores eléctricos prefijados o dispositivos cero. En todos los sistemas líquidos se requieren recipientes volumétricos visuales. En los sistemas manuales, el operario controla el llenado y la descarga del recipiente con válvulas de operación manual. Existen recipientes de diversos tamaños para diferentes aditivos y tamaños de planta. Los sistemas de alimentación por gravedad son los menos costosos y requieren un mínimo de mantenimiento. Existen, sin embargo, diversas opciones disponibles, como son válvulas de entrada y salida de energía, bombas para tanques, controles automáticos de flotadores y mecanismos de descarga que operan por presión de aire. Los sistemas controladores de tiempo comprenden la fijación del tiempo de flujo a través de un orificio. Existen diversas variables asociadas con este sistema que pueden introducir error considerable. Entre éstos se cuentan los cambios en el suministro de energía, restricción parcial del orificio de medición, así como cambios en la viscosidad de la solución debidos a la temperatura. Los sistemas controladores de tiempo se han utilizado con éxito con diluciones de aditivos de alto volumen, pero su empleo, en general, no es recomendable debido a los inconvenientes inherentes mencionados anteriormente. La dosificación por peso es otro método para medir la adición de aditivos. Pueden emplearse balanzas de brazo o de disco para dosificar con precisión. Es conveniente incorporar un indicador en el sistema de pesado para que el operario pueda estar seguro de que se ha descargado todo el aditivo pesado. Se han empleado con éxito, vidrios de nivel y mecanismos eléctricos para señalar cuando la tolva está vacía o cuando, no se ha descargada totalmente. Los dosificadores por peso, deben tener un indicador de retorno a cero. Se recomienda un entrelazador automático asegurando el retorno a cero antes de pesar la siguiente dosificación. Una desventaja de dosificar por peso aditivos líquidos es que la dosis tiene que convertirse de volumen a peso. En algunos casos es necesario diluir soluciones de aditivo para obtener suficiente cantidad para un pesado preciso.



2.4.3 SISTEMAS DE DOSIFICACIÓN SECA La dosificación de aditivos minerales puede hacerse fácilmente por peso. Cuando se emplean cantidades relativamente pequeñas de aditivos en polvo, es conveniente mezclados con material finamente dividido, como cemento Portland, puzolanas o piedra pulverizada. Este procedimiento facilita hacer un pesado preciso. Los aditivos minerales por lo general se introducen satisfactoriamente con el cemento o con otros componentes de la mezcla. Cuando se cargan en una mezcladora mojada, antes que los demás materiales, tienden a pegarse en los costados de la mezcladora. Si se cargan junto con el agua de mezcla se forman bolas que evitan una distribución uniforme del aditivo durante todo el ciclo de carga. 2.5 MANTENIMIENTO Y PROTECCION Los sistemas de dosificación requieren mantenimiento periódico rutinario para evitar imprecisiones debidas, por ejemplo, a válvulas pegadas, a acumulación de material extraño en los medidores, en tanques de mezclado y de almacenamiento, a bombas desgastadas, etc. Es importante que los componentes se protejan del polvo y de temperaturas extremas, y que sean accesibles para la observación visual y para el mantenimiento. La solución debe protegerse del frío para permitir la dosificación a temperaturas de congelación. La protección es necesaria no sólo en el sistema de suministro, para proteger tuberías y dispositivos de medición contra daño, sino también en los tanques de almacenamiento y de mezclado para asegurarse de que la solución no se separe y de que haya cambios en su concentración. Esto puede hacer necesario el empleo de calentadores de inmersión, aislamiento y cintas calentadoras. Todos los sistemas líquidos deben comprender una válvula de entrada de agua que permita el enjuagado del sistema. 3. ADITIVOS ACELERANTES 3.1 GENERALIDADES La resistencia temprana del concreto puede incrementarse materialmente y acortarse el tiempo de fraguado con el empleo de aditivos acelerantes. Los beneficios de la resistencia temprana acelerada pueden comprender: • Remoción más temprana de las cimbras. • Periodos más cortos de protección necesaria para evitar daños al concreto por congelación u

otros factores. • Terminación más temprana de una estructura o de una reparación. • Compensación parcial o completa por los efectos de bajas temperaturas sobre la velocidad del

desarrollo de resistencia. Los beneficios del tiempo más reducido de fraguado pueden comprender: • Iniciación más temprana del acabado de la superficie. • Reducción de presión en las cimbras o reducción del tiempo durante el cual las cimbras están

sujetas a presiones hidráulicas. • Taponamiento más efectivo de filtraciones por presión hidráulica. La decisión de utilizar un acelerante en el concreto a veces se basa en razones económicas. Frecuentemente puede obtenerse el mismo resultado con otros medios, tales como: • El empleo de cemento de fraguado rápido. • El empleo de cemento adicional. • El empleo de un método de curado diferente o más prolongado y de protección. • Calentamiento del agua y del agregado



• Una combinación de éstos. En muchos casos el empleo de un acelerante es el método más económico y conveniente de obtener los resultados deseados. Los aditivos que aceleran el endurecimiento de las mezclas de concreto pueden dividirse en tres grupos: Sales inorgánicas solubles. Compuestos orgánicos solubles. Diversos materiales sólidos. Un análisis de la literatura científica indica que el interés por los acelerantes continúa como en años anteriores. Los acelerantes que se compran para utilizarse en concreto deben cumplir con los requisitos tipo C o E de la ASTM C-494: especifications for Chemical Admixtures for Concrete. El cloruro de calcio debe cumplir también con los requisitos de la ASTM D-98: especificatíons for calcium Chloride. 3.1.1 EFECTOS SOBRE LA HIDRATACIÓN DEL CEMENTO Las investigaciones llevadas a cabo durante los últimos años por numerosos investigadores, han demostrado que los acelerantes inorgánicos actúan principalmente acelerando la hidratación del silicato tricálcico. Kantro dio a conocer amplios datos calóricos que ilustran esto, sin embargo, también puede verse afectada la hidratación del aluminato tricálcico. Informes recientes indican que en el caso de la trietanolamina se acelera la hidratación del aluminato tricálcico, pero que hay un efecto retardante sobre la hidratación del silicato tricálcico. Así pues, la trietanolamina puede actuar como retardante de la hidratación del cemento y también como acelerante. Otros acelerantes orgánicos pueden comportarse de manera similar. Los aditivos de fraguado rápido estimulan el fraguado instantáneo del aluminato tricálcico. 3.2 SALES INORGANICAS SOLUBLES Diversos estudios han demostrado que una amplia gama de sales inorgánicas solubles, como los c1oruros, bromuros, fluoruros, carbonatos, nitratos, tiosulfatos, silicatos, aluminatos e hidróxidos alcalinos, aceleran el fraguado y endurecimiento temprano del cemento Pórtland. El cloruro de calcio es el acelerante que más se utiliza, ya que es la sal más efectiva cuando se le compara con uno base de peso, siendo además relativamente económica. No obstante, cuando se le compara con una base equimolar, otras sales tienen propiedades acelerantes similares. Además, la concentración de un aditivo puede determinar su comportamiento. Por ejemplo, a tasas elevadas de adición (6% por peso) el nitrito de calcio comienza a mostrar propiedades retardantes. El cloruro férrico es un retardante en adiciones de 2 a 3% por peso, pero es acelerante al 5%. La temperatura también puede ser un parámetro importante puesto que se cree que tiene mayor efecto acelerante a temperaturas de 0 a 5 ºC que a 25 °C. 3.2.1 ADITIVOS ACELERANTE DE FRAGUADO Algunos de los aditivos en esta categoría se emplean para producir morteros o concretos de fraguado rápido, adecuados para operaciones de concreto lanzado, para el sellado de filtraciones o para otros fines especiales. Entre estos aditivos empleados o propuestos para producir "fraguado rápido" se encuentran las sales férricas, el fluoruro de sodio, el cloruro de aluminio, el aluminato de sodio y el carbonato de potasio. Sin embargo muchas fórmulas patentadas son mezclas de acelerantes. Estos compuestos patentados se encuentran disponibles en forma liquida o en polvo para mezclarse con cemento. Pueden obtenerse tiempos de fraguado tan cortos como



de 15 a 30 segundos. También existen mezclas "listas para usarse" de cemento, arena y acelerante que tienen fraguado inicial de 1 a 4 minutos y fraguado final de 3 a 10 minutos. Los morteros preparados de esta manera se utilizan para sellar filtraciones en estructuras a nivel inferior al del piso, para trabajos de remiendo y para reparaciones de emergencia la resistencia final de estos morteros será aún menor que si no se le hubiera agregado el acelerante. 3.2.2 CLORURO DE CALCIO El efecto del cloruro de calcio sobre las propiedades de pasta mortero y concreto endurecido se ha estudiado en gran medida. Se encuentran disponibles revisiones de trabajos pasados. El cloruro de calcio debe cumplir con la norma ASTM C-98, sólido o líquido. La forma de escamas debe contener un mínimo de 77 % de CaCl2. La forma concentrada de escama grano o granulado time un mínimo de 94 % de CaCl2. A una tasa de adición de 2% por peso, que es el nivel que más se utiliza y representa el tipo de 77%, se incrementa la resistencia diariamente en el rango de 100 a 200%, dependiendo del cemento utilizado. El incremento en la resistencia alcanzado a edades más tardías es menor y pueden esperarse resistencias inferiores a edades posteriores a los 28 días. El efecto de otros aditivos sobre el desarrollo de resistencia aún no puede sistematizarse, aunque diversas sales que aceleran el fraguado reducen las resistencias del concreto, incluso a la edad de un día. Los carbonatos, silicatos y aluminatos se encuentran en esta categoría. También se sabe que el cloruro de calcio incrementa la fluencia del concreto y la contracción por secado del mismo. El análisis de la literatura relacionada con la supuesta asociación del empleo del cloruro de calcio con el incremento de la contracción por secado, con una hipótesis alternativa, fue presentado por Mather y colaboradores. Trabajos más recientes han indicado que dichos cambios dependen de la duración del curado previo al inicio de las mediciones, y la duración de los períodos de secado y de carga. Mientras más tiempo se deje curar los concretos menores serán los efectos sobre la fluencia y la contracción. Esto se debe a los cambios reducidos en el grado de hidratación que puede ocurrir. Cuando el concreto está expuesto a cierto ambiente durante períodos largos, los efectos de un aditivo difieren, y la contracción y la fluencia finalmente dependen de la composición del cemento utilizado. Esto indica que los cambios en las tasas de deformación son mayores que los cambios en el grado total de deformación. Se ha indicado que la influencia del cloruro de calcio en la contracción por secado puede ser el resultado de cambios en la distribución de tamaños de los poros capilares. El empleo de cloruro de calcio en el concreto reduce la resistencia al ataque de sulfatos, e incrementa la acción entre el cemento altamente alcalino y los agregados reactivos. Una de las mayores desventajas del cloruro de calcio es su tendencia a propiciar la corrosión de metales en contacto con el concreto, debido a la presencia de iones de cloruro. El uso del cloruro de calcio no está permitido en concreto presforzado cuando se utilizan plataformas metálicas galvanizadas, o cuando se ahogan metales disímbolos. La decoloración en trabajos planos ha estado asociada con el empleo del cloruro de calcio. En el estado actual de conocimientos, el Comité ACI 201 sugiere los siguientes límites para iones de cloruro en el concreto, previos a exposición de servicio, expresados como porcentaje por peso de cemento:



Concreto presforzado. 0.06%. Concreto reforzado en ambiente húmedo y expuesto a cloruros. 0.10% Concreto reforzado en ambiente húmeda, pero no expuesto a c1oruros. 0.15% Construcción de edificaciones sobre el nivel del piso donde el concreto se conservará seco (no incluye sitios donde el concreto estará mojado ocasionalmente: cocinas, cocheras y estructuras localizadas en la ribera de un río).

No hay límite para la corrosión

El usuario debe tener buen juicio al aplicar estos límites, teniendo presente que siempre se necesitan otros factores (humedad y oxigeno) para la corrosión electroquímica. Se recomienda la medición rutinaria de c1oruros totales para la comparación directa con los límites sugeridas. Esta puede hacerse sobre los constituyentes del concreto, en las mezclas de prueba, o en el concreto producido poco después del mezclado. No obstante, como se mencionó anteriormente, si el contenido de cloruros totales excede del límite, puede seguirse estudiando el potencial de corrosión empleando la prueba de cloruros solubles. Si estos resultados son inferiores al límite, las probabilidades de corrosión, causada par la presencia de c1oruros en el concreto, serán muy pocas. No debe agregarse de manera intencional cloruro de calcio a las mezclas de concreto presforzado a de concreto reforzado tradicionalmente, que vaya a estar expuesta a humedad o a cloruros cuando se encuentre en servicio, aun cuando los cloruros que se presentan de manera natural en los materiales sean menores que los expresadas en los límites. Por ello, se han buscado aditivos que imiten las propiedades acelerantes del cloruro de calcio, sin tener su potencial corrosivo. Se han patentado algunas fórmulas a base de formiato de calcio con un inhibidor de corrosión. El empleo de cloruro estañoso, de cloruro férrico y de tiosulfato de sodio, de tiosulfato de calcio, de nitrito férrico y de nitrito de calcio inhibe la corrosión del acero al misma tiempo que acelera el fraguado y el endurecimiento. No deben utilizarse acelerantes como agentes anticongelantes para el concreto. En las cantidades utilizadas normalmente, el punto de congelación del concreto se reduce sólo en grado insignificante, menos de 2 °C. No se conoce ningún material que reduzca sustancialmente el punto de congelación del agua en el concreto y que no sea perjudicial para el concreto en otros aspectos. 3.3 COMPUESTOS ORGANICOS SOLUBLES Los acelerantes más comunes en esta clase son la trietanolamina y el formiato de calcio, que se usan comúnmente para compensar los efectos retardantes de los aditivos reductores de agua o para proporcionar acelerantes no corrosivos. Se han dado él conocer las propiedades acelerantes para el acetato de calcio, el propionato de calcio y el butirato de calcio, pero las sales de homólogos más elevados de ácido carbónico son retardantes. Cuando se emplean relaciones bajas de agua/cemento, se han encontrado varios compuestos orgánicos para acelerar el fraguado de cemento Pórtland. Los ejemplos más notables son los



azúcares que están reconocidos generalmente como fuertes retardantes, pero que exhiben propiedades de fraguado rápido con adiciones mayores de 0.25% por peso de cemento y relaciones agua/cemento de 0.22 a 0.24. No obstante, el efecto de fraguado rápido de la sacarosa no puede acelerar el desarrollo de resistencia. Se han mencionado como acelerantes otros compuestos orgánicos como la urea, el ácido oxalico, el ácido láctico, diversos compuestos de cadena cerrada y compuestos de condensación de aminas y de formaldehído. Las resistencias del concreto se pueden reducir o incrementar de diversas maneras, según el empleo de acelerantes orgánicos. Se encontró que tanto la trietanolamina como el formiato de calcio afectan la contracción por secado del concreto, de manera muy similar a como la afecta el cloruro de calcio. 3.4 DIVERSOS ADITIVOS SÓLIDOS El tiempo de fraguado del cemento Pórtland puede acortarse, en varios grados, mediante el empleo de cemento con aluminato de calcio. La resistencia a la compresión a un día o más de cemento puro, de mortero o de concreto preparado con mezclas de cementos Pórtland y cemento con aluminato de calcio, por lo general será sustancialmente menor que la obtenida con cualquiera de los dos cementos solos. La contracción por secado y el hinchamiento en agua son superiores en esas mezclas y su durabilidad puede verse afectada de manera adversa. El "sembrado" de concreto de cemento Pórtland con 2% por peso del cemento, con cemento totalmente hidratado y finamente molido, es equivalente, según se informa, al empleo de 2% de cloruro de calcio, con la ventaja adicional de incrementar la resistencia a la compresión a 90 días, del 20 al 25%, sin incrementar la contracción por secado. Se ha dicho que el sembrado es complementario al cloruro de calcio. Se ha encontrado que diversos silicatos minerales actúan como acelerantes. Los geles de si1ice y los silicatos solubles de amonio cuaternario, finamente divididos, aceleran el desarrollo de resistencia supuestamente a través de la aceleración de hidratación del silicato tricalcico. Se ha propuesto el empleo de carbonato de magnesio finamente dividido para acelerar los tiempos de fraguado de cementantes hidráulicos. El empleo de carbonato de calcio puede ser útil. 3.5 EMPLEO CON CEMENTOS ESPECIALES La efectividad del cloruro de calcio para producir resistencia acelerada de concretos que contienen puzolanas, es proporcional a la cantidad de cemento en la mezcla. Pueden producirse varios efectos cuando se usa cloruro de calcio como aditivo en concretos que contienen cemento compensador de contracción. Si bien es cierto que el empleo de 1 a 2% de cloruro de calcio por peso del cemento es una práctica común, también es cierto que su uso generalmente reducirá la expansión e incrementará la contracción por secado. Cuando se utiliza con cemento compensador de contracción, Tipo M, por lo general actuará como retardante debido a su efectividad en retardar la hidratación de aluminatos. Se sabe que con los tres tipos de cementos compensadores de contracción, acelera el desarrollo de resistencia temprana debido, probablemente, a la formación acelerada de etringita. Los datos disponibles, limitados y contrarios acerca del efecto de la aceleración sobre el comportamiento de concretos con cementos compensadores de contracción, o cementos autoesforzantes, sugieren que el concreto que se propone emplear se debe evaluar con el aditivo acelerante para determinar su efecto.



El cloruro de calcio no debe utilizarse con cementos que contienen aluminato de calcio, puesto que causa un efecto retardante en la hidratación de los aluminatos. Del mismo modo, el cloruro de calcio y el carbonato de potasio retardan el tiempo de fraguado de cementos de fraguado regulado, y reducen el desarrollo de resistencia temprana por la acción del componente de fluoroaluminato de calcio. No obstante, las resistencias después de un día se mejoran con estas adiciones. No existen datos suficientes sobre el empleo de acelerantes con cemento Pórtland con escoria de alto horno, o de otros cementos mezclados, que justifiquen conclusiones sobre el efecto de su combinación en el concreto. Un programa de pruebas exploratorias debe preceder al empleo de aditivos con estos cementos. 4. ADITIVOS INCLUSORES DE AIRE 4.1 EFECTOS DE LA INCLUSION DE AIRE Las numerosas pruebas de laboratorio y la experiencia de campo de mucho tiempo han demostrado, finalmente, que el concreto debe tener la inclusión de aire apropiada para resistir la acción de congelación y deshielo cuando está críticamente saturado. Siempre debe exigirse la inclusión de aire cuando el concreto críticamente saturado deba resistir muchos ciclos de congelación-deshielo, particularmente cuando se prevé el empleo de agentes químicos descongelantes, como los cloruros de calcio y de sodio. El pavimento de carreteras, el piso de cocheras y las aceras en climas fríos ciertamente estarán expuestos a estas condiciones. El examen del mecanismo de protección proporcionado por la inclusión de aire no aparece en este informe, pero es posible encontrarlo en otras fuentes. La resistencia del concreto a la congelación y al deshielo también se ve afectada por los procedimientos de colado, acabado y curado, debiendo seguirse una práctica aceptable en estos aspectos. La inclusión de aire altera las propiedades del concreto en estado no endurecido. Estos cambios deben tomarse en cuenta al hacer el proporcionamiento de la mezcla. El concreto con aire incluido es considerablemente más trabajable y cohesivo que el concreto sin aire incluido, con iguales contenidos de cemento o de relación agua/cemento; se reducen la segregación y el sangrado. La reducción de sangrado, a su vez, ayuda a evitar la formación de bolsas de agua debajo de partículas de agregado grueso y de piezas ahogadas tales como el acero de refuerzo y la acumulación de lechada o material débil en la superficie de un colado. Estos efectos se originan por la presencia de diminutas burbujas de aire, dispersas uniformemente en la mezcla de pasta de cemento. Debido a su tamaño y gran número (literalmente millones en cada metro cúbico de concreto) proporcionan tanto lubricación como cohesión a la mezcla. El tamaño de las cavidades debe ser pequeño, para que proporcione protección adecuada con un volumen total relativamente bajo de vacíos. La pasta de cemento en el concreto está protegida normalmente contra los efectos de congelación y deshielo, si el factor de espacio es de 0.20 mm o menos, como lo determina la ASTM C-457. En algunas condiciones se puede requerir un factor menor. Los requisitos adicionales son que el área superficial de las cavidades de aire sea mayor de 23.6 mm2 por mm3 de volumen de vacíos, y que el número de cavidades de aire por cada 25 mm transversales, sea significativamente mayor que el valor numérico del porcentaje de aire en el concreto. Muchos factores influyen en el contenido de aire y en la distribución de tamaños de las cavidades de aire producidas en el concreto con aire incluido siendo los más importantes:



• La naturaleza y cantidad del aditivo inclusor de aire. • La naturaleza y cantidad de los constituyentes de la mezcla de concreto. • Tipo y duración del mezclado empleado. • Consistencia. • Tipo y grado de compactación aplicada al colar el concreto. • La vibración aplicada al concreto con aire incluido elimina aire en tanto se continúa con la

vibración; no obstante, pruebas de laboratorio han demostrado que no se reduce la resistencia del concreto a la congelación y al deshielo mediante grados moderados de vibración.

La inclusión de aire por lo general reduce la resistencia, en particular en concretos con contenido de cemento de moderado a elevado, a pesar de la reducción en los requisitos de agua. Generalmente, la reducción es proporcional a la cantidad de aire incluido, pero aumenta con mayores cantidades. Por lo tanto, aunque debe proporcionarse protección adecuada, deben evitarse las cantidades excesivas de aire. 4.2 MATERIALES PARA LA INCLUSION DE AIRE Ya se ha estudiado el mecanismo de la inclusión de aire en el concreto, pero su análisis va más allá del alcance de este texto. Los materiales que se mencionan a continuación son aditivos que se han empleado, o que están disponibles comercialmente: sales de resinas de madera, detergentes sintéticos, sales de lignina sulfonada, sales de ácidos del petróleo, sales de materiales proteináceos, ácidos grasos y resinosos y sus sales, sales orgánicas de carbohidratos sulfonados. No todos los materiales que se adapten a esta descripción producirán un sistema deseable de cavidades de aire. Todo material que se proponga como aditivo inclusor de aire debe verificarse con las especificaciones de la ASTM C 260: "Specification for Air-Entraining Admixtures for Concrete". Estas especificaciones se elaboraron para asegurar que el aditivo funciona como aditivo inclusor de aire, que causa mejoría sustancial en la resistencia del concreto a la congelación y al deshielo y que ninguna de las propiedades del concreto se vea seriamente dañada. El concreto con aire incluido también puede hacerse empleando un cemento Portland inclusor de aire que cumpla con la ASTM C 150.



Figura 4.1 Efectos del aire incluido sobre la resistencia del concreto a la congelación y al deshielo en pruebas de laboratorio. Los concretos se prepararon con cementos de diferentes finuras y composición, y con diversos

contenidos de cemento y relaciones agua/cemento. 4.3 PREPARACION DE CONCRETO CON AIRE INCLUIDO Es preferible agregar el aditivo en la mezcladora, puesto que el contenido de aire se puede controlar dentro de límites estrechos, o se puede cambiar fácilmente según lo indiquen los requisitos de trabajo. El cemento inclusor de aire proporciona alguna seguridad de mayor resistencia a la congelación o al deshielo; sin embargo, no es posible ajustar la cantidad de aire. Independientemente del método de inclusión de aire utilizado en la preparación de concreto con aire incluido, las propiedades de los materiales que constituyen el concreto, el proporcionamiento de la mezcla de concreto, así como todos los aspectos del mezclado, del manejo y de los procedimientos de colado, deben mantenerse tan constantes como sea posible, para que el contenido de aire del concreto sea uniforme y esté dentro del campo especificado para el trabajo. Durante el curso del trabajo, el contenido de aire del concreto debe revisarse y controlarse de



acuerdo con los métodos estándar aplicables de la ASTM. A veces es difícil alcanzar las cantidades de aire recomendadas en concretos con alto contenido de cemento, de bajo revenimiento. Otros factores que incrementan el requisito del agente inclusor de aire son la elevada finura del cemento, los cementos de poca alcalinidad, los cementos Portland puzolánicos, la ceniza volante, los aditivos minerales finamente divididos, como las puzolanas naturales y los aditivos colorantes finamente divididos, tales como el negro carbón sin tratar, así como las elevadas temperaturas del concreto. Como se ha señalado en las secciones que se refieren a acelerantes y a aditivos reductores de agua y retardantes de fraguado, algunos aditivos inclusores de aire no son compatibles con otros aditivos cuando se les mezcla antes de añadirlos al concreto, por lo que deben agregarse separadamente a la mezcla; en estos casos deben observarse las recomendaciones del fabricante. Existe una cantidad limitada de información sobre la interacción de reductores de agua genéricos, específicos y los agentes inclusores de aire, así como sobre los efectos de las variaciones en la secuencia de adición. El contenido de aire, el factor de espaciamiento, así como otros parámetros del sistema de cavidades de aire en el concreto endurecido, pueden determinarse microscópicamente mediante diversos métodos. El método más comúnmente empleado es el lineal transversal y los procedimientos modificados de conteo de punto, descritos en la ASTM C-457 4.4 EMPLEO DE ADITIVOS INCLUSORES DE AIRE EN PRODUCTOS DE CONCRETO No existe un consenso general sobre los beneficios que pueden derivarse del empleo de un aditivo inclusor de aire en la fabricación de bloques de concreto. Algunos fabricantes consideran que con los métodos usuales de fabricación, el uso de un aditivo inclusor de aire permite mayor compactación y, por tanto, bloques más densos, así como menos desgaste de los moldes. El aspecto del bloque puede mejorarse: se reduce el desbastado de los bordes y el bloque se desmolda limpiamente con bordes y esquinas agudos. Es cuestionable si en realidad queda aire incluido en las mezclas muy secas empleadas en la fabricación de bloques. Algunos opinan que los beneficios no se deben al aire incluido, sino más bien a una tersura de la superficie resultante, por el empleo de un tipo particular de aditivo inclusor de aire. Otros han acreditado al empleo de cemento inclusor de aire los beneficios en la fabricación de bloques; en tanto otros, emplean un tipo de aditivo inclusor de aire que probablemente no tendrá otro efecto sobre la superficie, que el obtenido mediante la producción de aire incluido. El cambio en la textura de la superficie, resultado del empleo de un aditivo inclusor de aire, se puede considerar como ventaja o desventaja, dependiendo del efecto buscado. De manera similar se ha informado de resultados satisfactorios con el empleo de aditivos inclusores de aire en la fabricación de piezas de mampostería y de tubería de concreto. En los procesos donde se emplea concreto de consistencia plástica indudablemente hay aire incluido y beneficios tales como la reducción de sangrado, de segregación, de permeabilidad, mayor resistencia a los efectos de la congelación y el deshielo y una reproducción más exacta de los contornos del molde, que son iguales a los que podrían esperarse del empleo de concreto común. Cuando se utilizan mezclas no plásticas, los resultados probablemente sean similares a los obtenidos con los bloques de concreto.



En algunas instalaciones de unidades de concreto prefabricado, tales como encofrado y guarniciones, existe considerable exposición a la acción de la congelación y el deshielo. El empleo de concreto con aire incluido, adecuadamente preparado y curado, es la única manera de asegurar resistencia a la congelación y al deshielo. Las mezclas hechas con agregado ligero y sin aire incluido generalmente son ásperas, por lo que se recomienda la inclusión de aire en este concreto. Mediante la adición de aire incluido se obtienen resultados benéficos, tanto en mezclas ricas como en mezclas pobres, que contienen cualquier tipo o composición granulométrica de agregado, incluyendo el agregado ligero. Sin embargo se obtienen mejores resultados en mezclas ásperas deficientes en finos. Para obtener mejores resultados se debe agregar a la mezcladora aditivo inclusor de aire. Se necesitan diferentes cantidades para producir óptimos resultados en diversos productos y para diferentes métodos de producción, para el mismo producto. La cantidad óptima para cada caso en particular debe determinarse por experimentación. Debe tenerse cuidado de evitar contenidos de aire elevados que reduzcan significativamente la resistencia del producto. 5. ADITIVOS REDUCTORES DE AGUA Y REGULADORES DE FRAGUADO 5.1 GENERALIDADES Ciertos compuestos orgánicos o mezclas de compuestos orgánicos e inorgánicos se utilizan como aditivos, tanto para concreto con aire incluido como para concreto sin aire incluido, para reducir los requisitos de agua de la mezcla, o para modificar las propiedades de fraguado, o para ambos fines. La disminución de agua da como resultado una adecuada reducción en la relación agua/cemento para una consistencia (revenimiento) y un contenido de cemento dados, o un incremento en la consistencia con la misma relación agua/cemento y el mismo contenido de cemento. Generalmente el efecto del empleo de estos materiales en el concreto endurecido es un incremento en la resistencia a la compresión y alguna reducción en la permeabilidad, así como, en combinación con una adecuada inclusión de aire, una mejor resistencia a la congelación y al deshielo. Una reducción en la relación agua/cemento incrementa la resistencia del concreto, pero lo que se gana en resistencia a la compresión a veces es mayor que lo indicado por esa sola relación. Dichos aditivos también pueden modificar las propiedades de fraguado del concreto o de lechadas, y producir un efecto retardante. Las combinaciones de materiales reductores de agua y retardantes con acelerantes rueden producir aditivos que retengan las propiedades reductoras de agua, pero son menos retardantes, no retardantes (a veces llamados de fraguado neutro), o acelerantes; el grado de estas condiciones depende de su fórmula, es decir, de las cantidades relativas de cada componente utilizadas en la fórmula. Estas fórmulas pueden contener otros materiales para producir o modificar otros efectos tales como la adición de aditivos inclusores de aire para producir concreto con aire incluido, o un aditivo exclusor de aire para reducir o nulificar el aire incluido producido por ciertos componentes en la fórmula, cuando no se desea el aire incluido o cuando el aire producido es excesivo. Los aditivos reductores de agua y reguladores de fraguado deben cumplir con los requisitos aplicables de "Specifications for Chemical Admixtures for Concrete", ASTM C-494 que los clasifica en los siete tipos siguientes: Reductores de agua. Retardantes.



Acelerantes. Reductores de agua y retardantes. Reductores de agua y acelerantes. Reductores de agua de alto rango. Reductores de agua de alto rango y retardantes. Esta especificación de la ASTM proporciona requisitos detallados para estos tipos de aditivos respecto a requisitos de agua, tiempo de fraguado, resistencia (a la comprensión y a la f1exión), contracción y durabilidad. 5.2 COMPOSICION Los materiales que generalmente están disponibles para utilizarse como aditivos reductores de agua y aditivos reguladores de fraguado, se clasifican dentro de cinco clases generales: • Ácidos lignosulfónicos y sus sales. • Modificaciones y derivados de ácidos lignosulfónicos y sus sales. • Ácidos carboxí1icos hidroxilados y sus sales. • Modificaciones y derivados de ácidos carboxílicos hidroxilados y sus sales. • Otros materiales, entre los que se incluyen: materiales inorgánicos tales como sales de zinc,

boratos, fosfatos y c1oruros. Aminas y sus derivados. Carbohidratos, polisacáridos y ácidos del azúcar. Ciertos compuestos poliméricos, como éteres de celulosa, derivados de melamina, derivados de naftaleno; silicones y carbohidratos sulfonados.

Estos aditivos pueden usarse solos o en combinación con otras sustancias orgánicas o inorgánicas, activas o esencialmente inertes. 53 PRECAUCIONES Cuando no se disponga de información adecuada deben hacerse pruebas para evaluar el efecto del aditivo sobre las propiedades del concreto hecho con materiales de trabajo, en condiciones ambientales previstas y con los procedimientos de construcción que puedan encontrarse. Para asegurar resultados significativos en pruebas de aditivos reductores de agua y reguladores de fraguado, debe prestarse la misma atención al contenido de aire, al sangrado, a la composición granulométrica del agregado, al contenido de arena, a la fluencia, así como a todos los aspectos de la consistencia pertinente, al trabajo, como si no se empleará aditivo alguno. La proporción de aditivo es muy importante porque puede afectar, simultáneamente, propiedades tales como requisitos de agua, contenido de aire, velocidad de endurecimiento, sangrado y resistencia del concreto. Las pruebas de los aditivos reductores de agua y de los reguladores de fraguado deben indicar su efecto sobre las siguientes propiedades del concreto, en tanto que sean pertinentes al trabajo: • Requisitos de agua. • Contenido de aire. • Consistencia. • Sangrado y posible pérdida de aire en el concreto fresco. • Velocidad de endurecimiento. • Resistencias a la compresión y a la flexión. • Resistencia a la congelación y al deshielo. • Contracción por secado.



Véase la sección 3.2.2 para consultar cantidades permisibles de cloruro. Los aditivos de las cinco clases se presentan ya sea en polvo o en forma líquida. Puesto que se utilizan cantidades relativamente pequeñas, es importante usar equipo de suministro adecuado y de ajuste preciso. Consúltese el capítulo 2 donde se encuentra información acerca del suministro de aditivos. 5.4 APLICACIONES Los aditivos reductores de agua se utilizan para mejorar la calidad del concreto, obtener resistencias especificadas con menores contenidos de cemento, o para incrementar el revenimiento de determinada mezcla, sin aumentar el contenido de agua. También pueden mejorar las propiedades de concretos que contienen agregados ásperos o pobremente graduados, o ambos, o pueden emplearse en concretos que se deben colar en condiciones difíciles. Son útiles cuando se cuela concreto por medio de bombeo o cuando se emplea un tubo tremie. Los aditivos retardantes de fraguado se usan principalmente para compensar el efecto acelerante y perjudicial de temperaturas elevadas, para conservar trabajable el concreto durante todo el período de colado y, por lo tanto, para eliminar las grietas debidas a las deflexiones de las cimbras. Este método es muy útil en la prevención del agrietamiento de vigas de concreto, de losas de puentes o de construcciones compuestas. Los retardantes de fraguado se emplean también para mantener plástico el concreto, durante períodos suficientemente largos para que puedan hacerse colados subsecuentes, sin el desarrollo de juntas frías o fallas de continuidad en la unidad estructural. Sin embargo, sus efectos sobre la tasa de revenimiento varían según las diversas combinaciones de materiales. Investigaciones de laboratorio han demostrado que la acción retardante de los aditivos retardantes de fraguado depende del momento en que se agregan al concreto durante el ciclo de mezclado. La demora en la inclusión del aditivo, hasta 2 minutos después de iniciarse el mezclado, aumenta el efecto retardante, incrementa la capacidad de incluir aire y mejora las propiedades reductoras de agua. El añadir un aditivo retardante de fraguado y reductor de agua a concreto fresco que ha estado en reposo por algún tiempo, puede restaurar su plastiddad y trabajabilidad sin causar ningún efecto retardante en el fraguado. 5.5 EFECTO SOBRE PROPIEDADES DEL CONCRETO Los efectos específicos de los aditivos reductores de agua y reguladores de fraguado varían según los diferentes cementos, la relación agua/ cemento, la temperatura de mezclado, la temperatura ambiente y otras condiciones en la obra. Los efectos principales sobre las propiedades del concreto son: 5.5.1 Reducción de agua Los aditivos reductores de agua, Tipo A, reducen el agua requerida para la misma consistencia (revenimiento) del concreto, hasta en 10% o mas. Los concretos que contienen aditivos de lignosulfonato, generalmente requieren de 5 a 10% menos agua que concretos sin el aditivo. Las sales del ácido carboxílico hidroxilado reducen el contenido de agua de 5 a 8%, ya sea en concreto con o sin aire incluido. La disminución de agua reduce la relación agua/cemento para un contenido dado de cemento, o permite una reducción del contenido de cemento manteniendo la misma relación agua/cemento.



5.5.2 Resistencia La disminución en la relación agua/cemento causa incremento en la resistencia. Se observa un aumento adicional en la resistencia debido al aditivo reductor de agua, aparte del debido a la reducción en la relación agua/cemento, debida a la modificación de la reacción de hidratación. Los tipos de aditivos retardantes pueden disminuir la resistencia muy temprana (hasta de 3 días), en tanto que los aditivos de tipo acelerante y de fraguado neutro incrementan la resistencia muy temprana. Los tipos retardantes producen incremento en la resistencia a las 24 horas, a menos que se empleen a tasas muy elevadas. Las resistencias más tardías pueden incrementarse hasta 25%, o más, con el mismo contenido de cemento. De esta manera pueden reducirse los contenidos de cemento, sin disminuir la resistencia a los 28 días. Generalmente se logran incrementos en la resistencia a la flexión de concreto que contiene un aditivo reductor de agua, pero no son proporcionalmente tan grandes como los incrementos en la resistencia a la compresión. 5.5.3 Tiempo de fraguado Los lignosulfonatos y los ácidos carboxílicos hidroxilados retardan los tiempos de fraguado de 1 a 3 horas, cuando se utilizan a temperaturas entre 18 y 38°C. Los azúcares y sus ácidos, los carbohidratos, las sales de zinc, los boratos y fosfatos en forma no modificada retardan el fraguado en el cementó Portland en diversos grados. La mayoría de otros materiales dentro de la clase 5 de aditivos no muestran efecto retardante apreciable. Los acelerantes pueden incorporarse para producir aceleración, reducción o eliminación del efecto retardante. Cuando se usa un retardante, las dosis deben adaptarse de acuerdo con las condiciones de la obra. No se recomienda el uso de retardantes para controlar el fraguado falso. 5.54 Inclusión de aire Los lignosulfonatos son inclusores de aire en diversos grados, generalmente en proporciones de 2 a 5%, aunque se sabe del empleo de dosis más elevadas. Las propiedades inclusoras de aire pueden controlarse modificando las fórmulas. Los materiales en las clases 3, 4 Y 5 generalmente no son inclusores de aire, pero las cinco clases refuerzan la capacidad inclusora de aire, tanto de cementos como de aditivos ínclusores de aire. 5.5.5 Trabajabilidad Cuando se comparan concretos con y sin aditivos reductores de agua, con el mismo revenimiento y contenido de aire y en otros aspectos, es difícil descubrir diferencias de trabajabilidad, puesto que no existe prueba alguna para la trabajabilidad en sí. Al vibrarlos algunos trabajadores observan mayor fluidez del concreto que contiene el aditivo. 5.5.6 Sangrado Los aditivos de la clase 3 tienden a incrementar la capacidad de sangrado en diversos grados, aunque ciertos aditivos de la clase 4 no lo hacen. Los aditivos de las clases 1 y 2 reducen el sangrado y la segregación en concretos recién mezclados, en parte debido al aire incluido 5.5.7 Calor de hidratación y elevación de temperatura La elevación de temperatura adiabática y el calor de hidratación no se reducen con el mismo contenido de cemento. La aceleración o el efecto retardante pueden alterar la velocidad de generación de calor, estas características pueden cambiar la velocidad temprana de elevación de



temperatura en condiciones de trabajo. Si el empleo del aditivo permite una reducción en el contenido de cemento, la elevación de temperatura se reducirá proporcionalmente. 5.5.8 Pérdida de revenimiento La pérdida de revenimiento puede no reducirse y a veces se incrementa. 5.5.9 Contracción y fluencia La información existente acerca de los efectos de estos aditivos sobre la contracción y la fluencia es incompatible. La contracción y la fluencia pueden ser ya sea mayores o menores, dependiendo de diversos factores, como la fórmula del aditivo y la composición del cemento. Los cambios en las proporciones de la mezcla de concreto con aditivo de las de concreto de control, generalmente actúan reduciendo cualquier efecto perjudicial de los aditivos sobre la contracción y la fluencia. 5.5.10 Durabilidad El efecto de estos aditivos sobre la resistencia a la congelación y al deshielo, incluyendo la escamación por deshielo, es casi totalmente una función del sistema de cavidades de aire en el concreto endurecido. Se logra una mejora con la reducción de la relación agua/cemento y con incrementos en la resistencia. De la reducción de agua, de la permeabilidad y del aumento de resistencia resulta un pequeño incremento de resistencia en aguas y terrenos agresivos. 5.6 ADITIVOS REDUCTORES DE AGUA DE ALTO RANGO (SUPERFLUIDlFICANTES) Los aditivos reductores de agua, de alto rango, pueden utilizarse para reducir sustancialmente el contenido de agua de morteros y concretos, manteniendo al mismo tiempo una consistencia determinada, sin producir efectos indeseables sobre el tiempo de fraguado. También se pueden usar para incrementar en gran medida el revenimiento, sin necesidad de aumentar el contenido de agua de la mezcla original. En un tercer método se pueden emplear para lograr una combinación de estos dos objetivos: un incremento moderado en el revenimiento con reducción moderada del contenido de agua. Se pueden utilizar a tasas de adición hasta de 1.5% por peso (sólidos/cemento) con poca inclusión de aire y tener un efecto relativamente pequeño sobre el tiempo de fraguado; no obstante, existen fórmulas retardantes. La reducción de agua varía dependiendo de las tasas de dosificación y del tipo de mezcla, y pueden llegar hasta 25 o más de 30 % en morteros o cementos ricos. Se pueden producir efectos variables y a veces perjudiciales sobre el aire incluido cuando dicho aditivo se utiliza en combinación con un aditivo común inclusor de aire, dependiendo de la composición y del empleo del aditivo, de las características de los materiales componentes del concreto, así como del revenimiento del concreto. Con las bajas relaciones agua/cemento que se alcanzan con estos aditivos, el concreto puede mostrar una pérdida de revenimiento mayor de la tasa normal. Cuando se usan para incrementar la fluidez, el concreto usualmente pierde su revenimiento adicional dentro de los 30 a 60 minutos siguientes a la introducción del aditivo en la mezcla. Por esta razón, se agrega comúnmente al concreto premezclado en la obra. Algunos de estos aditivos se pueden agregar varías veces para dar al concreto las características deseadas y poder recuperar el revenimíento que se ha perdido. Al igual que en el caso de los aditivos comunes reductores de agua, estos aditivos se pueden comportar de manera diferente con distintos cementos. Con ciertas combinaciones pueden ocurrir efectos indeseables que varían



desde un efecto retardante excesivo hasta un endurecimiento prematuro, dependiendo de las dosis y del tipo químico del aditivo y de la composición química á el mismo cemento. 6. ADITIVOS MINERALES FINAMENTE MOLIDOS 6.1 GENERALIDADES Los aditivos minerales finamente divididos se pueden clasificar en cuatro tipos. Los cementantes. Los puzolánicos. Los que tienen propiedades tanto cementantes corno puzolánicas. Otros. Muchos materiales utilizados para este fin son polvos más finos que el cemento Portland. Por lo tanto influyen en las propiedades físicas de la pasta fresca de manera similar a como lo hace el cemento. A veces se emplean para aumentar el cemento en mezclas deficientes en partículas muy finas. Muchas mezclas de concreto, para poder tener la trabajabilidad, plasticidad y bombeabilidad necesarias, deben contener una cantidad de cemento Portland mayor que la requerida, para desarrollar resistencia adecuada. Con frecuencia, una porción de todo este cemento adicional se deja fuera cuando la mezcla se proporciona con un aditivo mineral ade-cuado. En estas aplicaciones, las características químicas del aditivo pueden ser de importancia secundaria. Los aditivos minerales finamente divididos, que son cementantes, puzolánicos, o ambas cosas, contribuyen al desarrollo de resistencia del concreto, y las mezclas en las que se utilizan por lo general requieren considerablemente menos cemento para producir determinada resistencia. Aparte de los cambios en el concreto fresco, que pueden resultar de la modificación de las propiedades físicas de la pasta recién mezclada a través del empleo de aditivos finamente divididos, estos materiales también modifican las propiedades físicas y químicas del producto final endurecido. Los materiales finamente divididos que se analizan en esta sección, no son ni agregados ni cemento Portland; por definición, son aditivos cuando se agregan a la mezcla de concreto como componentes separados, ya sea antes o durante el mezclado. Dichos materiales son, por defini-ción, adiciones cuando se muelen o se mezclan con cemento Portland para producir cementos hidráulicos mezclados, de acuerdo con la ASTM C-595. Como se indicó anteriormente, una mezcla de concreto con un aditivo mineral finamente dividido, si se ha proporcionado apropiada y económicamente, por lo general incluirá una proporción menor de cemento Portland de la que se requeriría en otras circunstancias. Ya que muchos aditivos minerales finamente divididos son poco costosos de producir, o son productos secundarios, a veces se les emplea para reducir el costo unitario del concreto. Algunas mezclas de concreto tienen características deficientes en algún aspecto, y pueden mejorar con la adición de un aditivo mineral finamente dividido, como componente adicional, sin alterar las proporciones relativas de los demás componentes. Cuando no se dispone de agregados finos de composición granulométrica adecuada y cuando son apreciablemente más elevados los contenidos de cemento requeridos para proporcionar un colado satisfactorio, así como las características apropiadas de trabajabilidad y acabado, que los requeridos para el desarrollo de resistencias específicas, el empleo de un aditivo mineral



relativamente inerte puede ser útil. En estas circunstancias, cuando el aditivo es similar a los cementos en área superficial, el empleo de dicho aditivo no debe incrementar los requisitos de agua, en relación con los de una mezcla similar con cemento adicional en vez de aditivo. 6.2 TIPOS DE MATERIALES FINAMENTE DIVIDIDOS 6.2.1 Materiales cementantes Entre los materiales cementantes se incluyen los cementos naturales, las cales hidráulicas, los cementos de escoria (mezclas de escoria de alto horno y cal) y escoria granulada de alto horno. 6.2.2 Puzolanas En el ACI SP-1912 la puzolana se define "como un material siliceo o silicoaluminoso que en sí posee poco o ningún valor cementante, pero que, en forma finamente dividida y en presencia de humedad reacciona químicamente con hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias, para formar compuestos con propiedades cementantes". Ciertas cenizas volantes, vidrios volcánicos, tierras diatomáceas y algunos esquistos o arcillas, ya sea que estén tratados con calor, o crudos, son ejemplos de materiales puzolánicos. 6.2.3 Materiales puzolánicos y cementantes Ciertas cenizas volantes (normalmente producidas por la combustión de carbón subbituminoso o lignita) tienen características cementantes limitadas, pero también se combinan con la cal al igual que las puzolanas. 6.2.4 Otros aditivos minerales finamente divididos Los aditivos minerales que no son ni cementantes ni puzolánicos, se han considerado hace poco como relativamente inertes cuando se les agrega a mezclas de agua/cemento. Entre estos aditivos se incluyen las arenas de cuarzo y las silíceas finamente divididas, piedras de cal y calizas calcíticas y dolomíticas, granito y otros polvos de roca, desperdicios de crisotilo (asbesto), cal dolomítica hidratada o con elevado contenido de calcio, así como otros materiales. Algunos materiales que se presentan de manera natural requieren calcinación para desarrollar actividad puzolánica útil. Estos materiales frecuentemente se utilizan como aditivos en estado crudo, en aplicaciones en las que no se logra o no se espera actividad puzolánica. Ha habido controversias respecto al empleo de algunos de estos materiales en el concreto, y en muchos de ellos el grado de actividad química es incierto. Durante muchos años, el polvo fino de piedra caliza ha sido un componente de cementos de mampostería a base de cemento Portland, dando trabajabilidad a los morteros de mampostería en los que los requisitos de resistencia no son muy elevados, y los morteros elaborados con estos cementos por lo general han demostrado resistencia satisfactoria al ambiente. Sin embargo, muchas rocas de carbonato no son químicamente inertes. Algunas, al ser finamente divididas pueden reaccionar de manera rápida con compuestos de aluminato en el cemento. Portland. Davis, Spohn y Lieber y colaboradores han demostrado que algunos aditivos de piedra caliza finamente divididos, utilizados para reemplazar hasta 20% de cemento Portland en morteros plásticos, proporcionan resistencias a la compresión y a la tensión de larga duración, iguales a las de morteros sin aditivos. Morteros similares (polvo fino de sílice) con aditivo de cuarzo, tuvieron resistencias a la compresión sustancialmente inferiores. Algunas otras rocas de carbonato son reactivas cuando se utilizan como agregado. Aunque se ha sostenido la efectividad



de la calcita, del mármol y de otros aditivos minerales de carbonato finamente divididos, pueden resultar diferencias considerables en el comportamiento por el empleo de materiales de diversas localidades. Cuando se les considere sólo por razones económicas, deben hacerse pruebas exhaustivas antes de utilizarlos. Menzel, Mironov y colaboradores han estudiado la influencia de aditivos de piedra caliza, mármol, granito, cuarzo, feldespato, así como de diversas puzolanas en las resistencias a la compresión de pastas de cemento-aditivo sujetas a curado húmedo normal y a curado en auto-clave. Se ha demostrado que el empleo de hasta 25% de piedra caliza finamente dividida tiene poco efecto adverso sobre el desarrollo de resistencia a largo plazo, de pastas con relaciones agua/cemento de 0.4 o menos por peso. El polvo recolectado por precipitación de los hornos de plantas de cemento Portland es un material de desperdicio de gran interés. A veces se vende como aditivo para usarlo en unidades de mampostería de concreto y otros productos de concreto. Este material de desperdicio puede ser poco cementante, poco puzolánico, muy alcalino y tener un elevado contenido de cal y sulfato libres. Su composición varía considerablemente de una a otra planta, dependiendo de la composición de las materias primas que entran en el horno y del método de quemado. Opoczky y Nagai han estudiado posibles usos para este polvo de los hornos, particularmente en morteros de mampostería y repellado de cemento (estuco). Este último estudio propone mezclas cementantes que consisten en escoria granulada de alto horno, ceniza volante con adición de polvo de horno para proporcionar activación de álcalis que aceleren la hidratación de materiales de escoria. Al considerar cualquier empleo para el polvo de los hornos en el concreto, deben tomarse en cuenta las variaciones en composición y finura. 6.3 ESPECIFICACIONES Entre las especificaciones de aditivos minerales finamente divididos, se incluyen las siguientes: Cal hidráulica. ASTM C 141. Cemento de escoria. ASTM C 595. Ceniza volante y puzolanas naturales, crudas o calcinadas. ASTM C 618. 6.4 USOS El cemento natural, la cal hidráulica, la escoria triturada y los materiales relativamente inertes finamente divididos se utilizan poco como aditivos en concretos de cemento hidráulico para fines de construcción general. Higginson ha analizado experimentos que comprenden el empleo de aditivos de estos tipos. Jacquin y Orth han presentado informes sobre el uso de escoria molida de alto horno como aditivo en concreto masivo, en tanto que en Francia, Warris dio a conocer el empleo de escoria granulada de alto horno para cementos compuestos. La ceniza volante se utiliza en gran medida como aditivo, cuando lo hay disponible y en la calidad adecuada; y como constituyente de concreto masivo, concreto estructural, pavimentos y productos de concreto. Durante los últimos años se han empleado puzolanas de origen natural en concretos masivos, en varios proyectos importantes en Estados Unidos, y se dispone de ellas localmente para el empleo general en construcciones de concreto y productos de concreto. Este uso de puzolanas de origen natural está más difundido en Europa que en Estados Unidos. En la Special Technical Publication de la ASTM Z-6 se presentan numerosos datos sobre pruebas y experimentos sobre el uso de puzolanas. Mather dio a conocer una revisión del empleo de las



puzolanas en la construcción de presas, y en la Publication SP-611 del ACI aparecen valiosos informes sobre su empleo en concretos masivos, particularmente en trabajos presentados por Davis, Price y Higginson, Waugh, Kokubu y Tuthil y colaboradores. Elfert presenta un estudio sobre la experiencia del Bureau of Reclamation con ceniza volante y otras puzolanas, durante el período de 1942-1973, haciendo referencia también al empleo de aditivos minerales inertes, finamente divididos, en concreto masivo, durante el período 1915-1916. En el Special Report de la Highway Research Board, se presenta un resumen de la información sobre el empleo de puzolanas en concreto de carreteras. Existe abundante literatura sobre especificaciones, pruebas y empleo de ceniza volante como aditivo en el concreto. En el Informe de 1963 y en la Guía de 1971, hay información pasada sobre este tema. Más amplios son los volúmenes de Proceedings de tres Simposios Internacionales sobre la Utilización de Cenizas. Kokubu presentó un análisis completo, así como datos originales sobre el empleo de ceniza volante como aditivo del concreto y como componente de un cemento compuesto Portland-puzolana, que abarca la importancia de las propiedades físicas y químicas de la ceniza volante y sus efectos sobre concretos fresco y endurecido. 6.5 EFECTOS SOBRE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO RECIEN MEZCLADO Cuando los agregados disponibles para concreto son deficientes en los tamaños de partícula más finos, especialmente en material que pasa la malla de No. 200, el empleo de un aditivo mineral finamente dividido puede reducir el sangrado y la segregación e incrementar la resistencia del concreto, proporcionando los finos ausentes en el agregado. Cuando se usa una cantidad apropiada de aditivo mineral para corregir dichas deficiencias en la composición granulométrica no se requiere incrementar el contenido total de agua del concreto, y no se afectan de manera significativa la contracción por secado ni la absorción del concreto endurecido. No obstante, una forma favorable de partícula y una finura satisfactoria del aditivo mineral, son cualidades necesarias para lograr un bajo contenido de agua. Por ejemplo, una puzolana gruesa con forma de partícula desfavorable, como los vidrios volcánicos triturados, puede requerir un incremento en el contenido de agua del concreto para un revenimiento determinado y puede, por lo tanto, contribuir a la segregación y al sangrado excesivo del concreto fresco. El empleo de aditivos minerales finamente divididos, con propiedades cementantes o puzolánicas, o ambas, puede producir mayor beneficio económico en cuanto a que el empleo de estos materiales permite una reducción en la cantidad de cemento Portland en la mezcla. Por ejemplo Waughll informa que el U.S. Army Corps of Engineers ha recibido beneficios económicos importantes con el empleo de puzolanas, aunque, aparte de la reducción en los requisitos de agua, no han sido importantes otros beneficios técnicos. Entre los diversos factores que determinan las características de sangrado y el grado de plasticidad del concreto fresco, el más importante es la cantidad de área superficial de los sólidos, por volumen unitario de agua. En una mezcla de concreto donde es baja la relación entre el área superficial de los sólidos y el volumen de agua, la pasta es delgada y acuosa. Por consiguiente las partículas del agregado sólo están separadas ligeramente por capas de pasta, y la mezcla carece de plasticidad y tiende a segregarse. Una relación baja entre el área superficial y el volumen de agua denota también interferencia excesiva de partículas, según el criterio expresado por Weymouth.



Cuando es baja la relación entre el área superficial de los sólidos y el volumen de agua, la tasa de sangrado es relativamente elevada. Además, la mayor parte del sangrado no aparece en la superficie; es decir, las partículas de agregado se asientan durante un período corto, hasta que establecen un contacto, punto con punto, que evita un asentamiento adicional. La pasta acuosa continúa sangrando dentro de las bolsas, definidas por partículas de agregado, dejando capas de agua debajo de los lados inferiores de las partículas. Así pues, con mezclas que tienen las características que acabamos de describir, el sangrado tiende a reducir la homogeneidad del concreto. En casos extremos, la falta de homogeneidad se manifiesta por fisuras abiertas debajo de las partículas de agregado, lo suficientemente grandes como para ser visibles en una sección transversal del concreto. Esta falta de adherencia entre la pasta y el agregado reduce la resistencia potencial del concreto. Estos efectos indeseables pueden reducirse aumentando la relación entre el área superficial de los sólidos y el volumen de agua en la pasta. Esto generalmente incrementa la rigidez de la pasta y a determinado revenimiento, produce mayor separación de las partículas de agregado en el concreto. La relación entre el área superficial de los sólidos y el volumen de agua puede incrementarse aumentando la cantidad de cemento (reduciendo la relación agua/cemento de la pasta) o mediante la inclusión de un aditivo mineral adecuado. Aunque en ciertas circunstancias la adición de polvos minerales reduce la cantidad de agua y las cavidades de aire en el concreto, estos aditivos no deben considerarse como relleno de cavidades, al menos no en el sentido de suministrar partículas pequeñas para llenar las cavidades entre las partículas de mayor tamaño. La mezcla de cemento y agua (o de cemento, aditivo mineral y agua) forma una pasta suave, fluida, que envuelve las partículas de agregado y que, en el curso del proceso de mezclado, las separa. Así pues, en cierto sentido, una de las funciones del aditivo mineral es incrementar el contenido de pasta de la mezcla y, por lo tanto, su capacidad de deformación plástica. Es conveniente seleccionar un aditivo que tenga características físicas favorables. El aditivo debe ser de tales características que haga que la pasta contenga una proporción máxima de materiales sólidos y una proporción mínima de agua. Esto requiere que las partículas minerales no tengan formas desfavorables y que el área superficial no sea demasiado elevada. Por ejemplo, la bentonita y la cal hidratada tienen áreas superficiales considerablemente mayores que las del cemento. La desfavorable economía que resulta de una demanda de agua más elevada limita el empleo de estos materiales a porcentajes pequeños para proporcionar características imposibles de lograr con proporcionamientos de mezclas de concreto tradicionales. El que la pasta de determinada mezcla de concreto se beneficie o no con la inclusión de un aditivo mineral, depende de varios factores. Un criterio es saber si por ello puede incrementarse el contenido de sólidos de la mezcla o, en otras palabras, si la suma de los contenidos de agua y aire puede reducirse. Para verificar si este criterio puede cumplirse mediante el empleo de determinado aditivo mineral, es necesario conocer la relación entre el contenido de agua más aire, la relación agua/cemento y el contenido de pasta para el cemento y agregado específicos que van a utilizarse.



6.6 PROPORCIONAMIENTO Los aditivos minerales finamente divididos se han empleado en una amplia gama de proporciones de aditivo-cemento Portland. En algunos casos, ya sea el peso o el volumen de sólidos del aditivo utilizado en la mezcla vuelta a proporcionar será igual al del cemento Portland que reemplaza. Usualmente, sin embargo, el volumen del aditivo empleado será mayor si el concreto que contiene el aditivo está proporcionado para propiedades óptimas y máxima economía. Estos materiales, por lo tanto, deben considerarse de manera apropiada, como otra clase de componentes del concreto y no como sustitutos del cemento. Las técnicas del proporcionamiento que comprenden el empleo de un aditivo mineral finamente dividido, básicamente no difieren de las que se usan para proporcionar concretos que no incluyen aditivos. El Comité ACI 211 en sus informes presenta los métodos para seleccionar las proporciones de mezclas de concreto. Lovewell y Washa, Cannon, Lovewell y Hyland llevaron a cabo procedimientos específicos para proporcionar mezclas que contienen ceniza volante. Algunos aditivos minerales finamente divididos se emplean en cantidades tan pequeñas que su volumen puede no tomarse en cuenta sin riesgo alguno. No obstante, cuando se emplean aditivos minerales finamente divididos, en proporciones importantes, como es costumbre con puzolanas y materiales cementantes, su volumen sólido debe tomarse en cuenta al hacer los cálculos de las proporciones. Puesto que los aditivos minerales tienen aproximadamente la misma finura que el cemento Portland, se deben considerar por lo general como parte del aglomerante de la pasta de cemento, al determinar los porcentajes de agregados finos y gruesos. También se debe conocer el efecto del aditivo propuesto en los requisitos de agua de mezclado. Algunos aditivos minerales finamente divididos causan un incremento importante en el requisito de agua, otros aditivos de este tipo tienen poco o ningún efecto sobre el requisito de agua, en tanto que ciertos aditivos minerales finamente divididos reducen el requisito de agua de los concretos en que se utilizan. Por lo general, los aditivos minerales finamente divididos, químicamente inertes, no tienen efecto directo sobre la cantidad requerida de cemento Portland en la mezcla de concreto, aparte del hecho de que pueden incrementar o reducir el requisito total de agua del concreto, haciendo necesario, por lo tanto, un ajuste en el contenido de cemento. Los aditivos minerales cementantes puzolánicos, o cementantes y puzolánicos, no sólo afectan el requisito de agua del concreto y, por lo tanto, del contenido de cemento, sino que, por sus propiedades, a veces se les considera parte del material cementante. Usualmente se les emplea entre el 15 y el 35% por peso del total del medio cementante del concreto, dependiendo del fin para el que se va a emplear el concreto y de las especificaciones de trabajo. 6.7 EFECTO SOBRE LA RESISTENCIA El efecto de un aditivo mineral sobre la resistencia del concreto varía marcadamente según las propiedades del aditivo en particular, y según las características de la mezcla de concreto en la cual se utiliza. Generalmente se incrementa la resistencia de las mezclas pobres y se reduce la resistencia de las mezclas ricas. Por ejemplo, los materiales que son relativamente inertes químicamente, por lo general incrementan la resistencia de mezclas pobres y reducen la resistencia de mezclas ricas. Por otra parte, el material cementante y las puzolanas contribuyen a la resistencia no sólo debido a sus características físicas sino también en razón de su composición química. Cuando se usan materiales cementantes, puzolánicos o cementantes y puzolánicos para reemplazar cemento sobre la base de peso equivalente, se pueden reducir las resistencias tempranas. Estas resistencias tempranas pueden incrementarse sustituyendo por cemento los



materiales cementantes, puzolánicos, o cementantes y puzolánicos, en proporciones mayores de uno a uno por el cemento reemplazado. 6.8 EFECTO SOBRE LA RESISTENCIA A LOS SULFATOS El empleo de aditivos puzolánicos con cemento Portland en el concreto, generalmente incrementa la resistencia a los ataques agresivos de agua de mar, soluciones de terrenos portadores de sulfatos y aguas ácidas naturales. La mejora relativa es mayor en concretos con bajo contenido de cemento. El empleo de puzolanas con cementos Portland resistentes a los sulfatos puede no incrementar la resistencia a los sulfatos y, cuando hay compuestos de aluminio químicamente activos presentes en la puzolana, puede dar como resultado una reducción en la resistencia del concreto a los sulfatos. Dikeouso informó haber observado incremento en la resistencia a los sulfatos en concretos que contenían ceniza volante (con la ceniza volante que él estudió), independientemente del tipo de cemento empleado. Al aumentar la severidad de la exposición a los sulfatos se incrementa la efectividad de la ceniza volante para mejorar la resistencia del concreto a los sulfatos. 6.9 EFECTO SOBRE LA ELEVACION DE TEMPERATURA Con determinado contenido de cemento, el empleo de materiales químicamente inertes tiene poco o ningún efecto sobre la elevación de temperatura de concreto ya colado. Se han utilizado aditivos puzolánicos y cementantes en concretos masivos de bajo contenido de cemento para reducir la elevación de temperatura de este concreto, en confrontación con una mezcla comparable de concreto que contiene cemento Portland como único material cementante. 6.10 EFECTO SOBRE LA EXPANSION CAUSADA POR LA REACCION ALCALI-SILlCE Se sabe que casi cualquier puzolana, cuando se emplea en cantidad suficiente, es capaz de evitar la expansión excesiva que resulta de la reacción álcali-sílice. No obstante, el uso de una proporción demasiado pequeña de puzolana puede, de hecho, incrementar los efectos perjudi-ciales de la reacción álcali-sílice. La reacción álcali-sílice comprende la interacción de álcalis en el cemento Portland con ciertos constituyentes silíceos de los agregados en el concreto. Los productos de esta reacción pueden causar expansión excesiva, agrietamiento y deterioro general del concreto. El término álcalis se refiere al sodio y al potasio presentes en proporciones relativamente pequeñas, expresadas como óxido de sodio (suma del porcentaje de Na2O y 0.658 veces el porcentaje de K2O). Cuando Stanton, en 1940, describió por primera vez este tipo particular de deterioro del concreto, los únicos remedios aparentes eran el empleo de cemento Portland de bajo contenido de álcali (0.60% o menos, calculado como Na2O), o el evitar agregados reactivos. La evaluación del comportamiento a largo plazo de pavimentos de prueba indica que las puzolanas pueden servir para reducir o eliminar el agrietamiento en forma de mapa y la expansión resultante de esta reacción. 6.11 EFECTO SOBRE LA RESISTENCIA A LA CONGELACION y AL DESHIELO De los aditivos minerales finamente divididos, la ceniza volante y otras puzolanas han recibido mayor atención respecto a su efecto sobre la resistencia del concreto a la congelación y al deshielo. El efecto de la ceniza volante y de otras puzolanas sobre la resistencia del concreto a la congelación y al deshielo, así como a la acción de productos químicos descongelantes durante la congelación, depende de las proporciones del concreto, de la resistencia del concreto, de las condiciones de humedad del concreto, así como de lo adecuado del sistema de cavidades de aire



al momento de la exposición. El concreto con ceniza volante muestra las mismas características de durabilidad que el concreto que no contiene ceniza volante siempre que: • Ambas mezclas tengan el mismo aire incluido. • Ambas mezclas tengan igual resistencia a la compresión. Generalmente el empleo de un aditivo mineral finamente dividido requiere una proporción más elevada de aditivo inclusor de aire para producir determinado contenido de aire, que el requerido por un concreto comparable que no contiene aditivo mineral finamente dividido. La proporción requerida de aditivo inclusor de aire puede variar de manera considerable entre diferentes fuentes y tipos de aditivos minerales finamente divididos. 6.12 EFECTO SOBRE LA PERMEABILIDAD La mayor parte de los trabajos sobre permeabilidad del concreto con aditivos minerales finamente divididos, se ha llevado a cabo con puzolanas. Ciertas puzolanas son más efectivas que otras para reducir la permeabilidad del concreto a edades tempranas. Sin embargo, en muchas condiciones de servicio la permeabilidad de concretos que contienen cualquier puzolana es marcadamente reducida a edades posteriores. Davis concluyó que en concreto masivo el uso de proporciones, de moderadas a elevadas, de una puzolana adecuada da como resultado una impermeabilidad que no se obtiene por otros medios. Otros investigadores han informado que el empleo apropiado de ceniza volante como aditivo puede reducir la permeabilidad aproximadamente a una séptima parte de la de concreto equivalente, sin ceniza volante. Parte de la acción de las puzolanas al reducir la permeabilidad del concreto puede atribuirse a la reducción de segregación y de sangrado, así como a la reducción del requisito de agua. 6.13 CONTAMINACION Debido a la necesidad de controlar las emisiones de chimeneas, ciertas plantas de energía, que normalmente producen ceniza volante de calidad aceptable, pueden inyectar materiales tales como compuestos de sodio y de amonio, o de azufre, dentro de la corriente de ceniza volante. En tanto algunos de estos compuestos pueden no tener efecto dañino sobre la ceniza volante o sobre el concreto en el que se emplea, otros productos químicos, como el carbonato de sodio, pueden causar eflorescencia extrema y posibles cambios nocivos de volumen. Por lo tanto, el comprador debe tener la seguridad de que el productor o vendedor de la ceniza volante está consciente de la acción que ejercen los aditivos en la chimenea sobre la ceniza volante y sobre el concreto en el que se emplea, y que tiene un programa adecuado de control de calidad para protegerse contra dichos contaminantes. 7. ADITIVOS VARIOS 7.1 ADITIVOS GENERADORES DE GAS 7.1.1 Introducción El contenido de cavidades de gas del concreto puede incrementarse mediante el empleo de aditivos que generen o liberen burbujas de gas en la mezcla fresca, durante e inmediatamente después del colado y antes del fraguado de la matriz de la pasta de cemento. Estos materiales se añaden a la mezcla de concreto para contrarrestar el fraguado y el sangrado, provocando así que el concreto conserve más estrechamente el volumen en que fue colado, y no sólo para producir resistencia a la congelación y al deshielo.



7.1.2 Materiales Los aditivos que producen estos efectos son el peróxido de hidrógeno que libera oxígeno, el aluminio metálico que libera hidrógeno y ciertas formas de carbón activado del que se libera el aire absorbido. Sólo el polvo de aluminio se utiliza en gran medida para este fin. Se prefiere emplear el polvo no pulido, aunque éste puede usarse cuando se desea una reacción más lenta. La velocidad y duración de la evolución de gas depende de muchas condiciones, incluyendo la composición del cemento (particularmente del contenido de álcalis) y su temperatura, la relación agua/cemento, la finura, así como la forma de la partícula del polvo de aluminio. La duración de las operaciones de mezclado, manejo y colado, en relación con la velocidad de la generación de gas, controla la efectividad del tratamiento. La tasa de adición puede variar de 0.005 a 0.02 % por peso de cemento, en condiciones normales, aunque se pueden utilizar cantidades mayores para producir concreto celular de baja resistencia. Se necesita aproximadamente dos veces más de aluminio a 4°C que a 21°C para producir el mismo grado de expansión. Debido a que generalmente se emplean cantidades muy pequeñas de polvo de aluminio (unos cuantos gramos para 45 kilos de cemento) ya que tiene tendencia a flotar en el agua de la mezcla, por lo general se le mezcla antes con arena fina, cemento o puzolana, o se le incorpora a aditivos disponibles comercialmente, que tengan efectos reductores de agua y retardantes del fraguado.En temperaturas frías puede ser necesario acelerar la velocidad de ge-neración de gas mediante la adición de materiales alcalinos como el hidróxido de sodio, la cal hidratada o el fosfato trisódico. Esto se puede hacer para asegurar la generación de suficiente gas antes de que la mezcla fragüe. 7.13 Efecto La liberación de gas, cuando está apropiadamente controlada, causa ligera expansión del concreto recién mezclado. Cuando se restringe esta expansión, se observa un incremento en la adherencia al acero de refuerzo horizontal, sin reducción excesiva de la resistencia. Demasiado material productor de gas puede producir grandes cavidades que debiliten seriamente a la matriz. El efecto sobre la resistencia depende en grado considerable de la intensidad de la restricción de la tendencia de la mezcla a expandirse. Por lo tanto, es importante que las cimbras limitantes estén ajustadas y adecuadamente cerradas. Los agentes generadores de gas no superan la contracción después del endurecimiento, causado por secado o por carbonatación. 7.2 ADITIVOS PARA RELLENOS 7.2.1 Introducción Se ha sugerido utilizar como aditivos para rellenos muchos aditivos que se usan para fines específicos en el concreto, así como materiales para dar propiedades especiales a la lechada. Dichas lechadas se aplican principalmente para cementar pozos petroleros, en los que se pueden encontrar temperaturas y presiones elevadas, y en los que las distancias de bombeo son considerables. 7.2.2 Materiales Los retardantes que se describen en el capítulo 5 son útiles para demorar el fraguado. Se ha sugerido el empleo de materiales tales como geles, arcillas, almidón pregelatinizado y metilcelulosa para evitar la rápida pérdida de agua en la lechada. Las arcillas de bentonita pueden usarse para reducir la densidad de la lechada, así como materiales como barita y limaduras de



hierro para incrementar su densidad. Pueden agregarse espesadores, como las gomas naturales, para evitar el asentamiento de los constituyentes pesados de la lechada. En aplicaciones especiales pueden ser adecuados otros aditivos como los materiales acelerantes y generadores de gas, que se describen en otras secciones. Puesto que algunos cementos especiales, particularmente los que se utilizan para cementar pozos de petróleo, pueden contener un agente o agentes del tipo descrito, deben efectuarse pruebas para determinar la compatibilidad de cualquier aditivo con el cemento que va a usarse. 7.2.3 Efecto Pueden emplearse retardantes para conservar fluida la lechada a temperaturas hasta de 200 ºC, presiones tan elevadas como de 1 265 kg/cm2 (124 MPa) durante una o más horas. Puesto que este es un campo altamente especializado que requiere propiedades que no se encuentran en las operaciones ordinarias de colado, deben efectuarse pruebas para determinar las tasas de adición de los aditivos requeridos para desarrollar las propiedades deseadas. 7.3 ADITIVOS PRODUCTORES DE EXPANSION 7.3.1 Introducción Los aditivos que durante el período de hidratación del concreto se expanden o reaccionan con otros constituyentes del concreto para causar expansión, se usan para minimizar los efectos de la contracción por secado. Se les utiliza tanto en el colado restringido como en el no restringido del concreto. 7.3.2 Materiales El aditivo más común para este fin es el hierro granulado o finamente dividido y los productos químicos que promuevan la oxidación del hierro. El empleo de aditivos para este fin está limitado, por lo general, a proyectos relativamente pequeños en los que se desea alcanzar diversos grados de expansión. Los cementos expansivos se emplean en proyectos grandes en los que se requiere un grado uniforme y predeterminado de expansión. 7.3.3 Efecto La expansión controlada producida por estos aditivos puede ser, aproximadamente, de la misma magnitud que la contracción por secado esperada a edades posteriores, o también puede ser mayor. Para determinada aplicación, el grado de expansión y el lapso durante el que tiene lugar son muy importantes, y deben estar bajo control para obtener resultados más satisfactorios. En el colado no restringido de concreto, la expansión no debe ocurrir antes de que el concreto obtenga suficiente resistencia para ser esforzado en tensión, pues de lo contrario las fuerzas de expansión lo destrozarán. En aplicaciones restringidas, el concreto debe tener la resistencia suficiente para resistir los esfuerzos de compresión desarrollados. Se ha informado que la restricción se requiere sólo en una dirección para alcanzar algún grado de compresión en las otras dos direcciones ortogonales. 7.4 ADITIVOS ADHERENTES 7.4.1 Introducción Los aditivos formulados específicamente para utilizarse en mezclas de cemento Portland para resaltar las propiedades adherentes, generalmente consisten en una emulsión de polímero orgánico. En términos generales incrementan el contenido de aire de la mezcla en la que se emplean.



7.4.2 Materiales Puesto que los productos de la hidratación del cemento Portland son de naturaleza alcalina y contienen iones de calcio, la emulsión adherente se debe formular de manera que sea estable en condiciones ambientales. Algunos sistemas de emulsión son inestables en ambientes ácidos, algunos en ambientes alcalinos y otros en presencia de iones de calcio. Una emulsión inestable se coagula en la mezcla, haciendo inadecuado su empleo. Por lo general, las emulsiones de materiales sintéticos son más estables, en términos globales, que las compuestas de hules naturales. 7.4.3 Función Cuando se usan como aditivos en las cantidades normalmente recomendadas por el fabricante, del 5 al 20% por peso de cemento, los materiales adherentes hacen que el concreto fresco sea pegajoso. Esto se debe en parte a la inclusión de aire y en parte a la naturaleza inherente del aditivo. El agua es necesaria para hidratar el cemento Portland del sistema cemento-polímero, pero el componente polímero se vuelve efectivo sólo cuando la emulsión se rompe a través del proceso de secado. La emulsión del polímero lleva consigo una cantidad considerable de agua dentro de la mezcla, liberándose el agua del cemento durante el proceso de hidratación. Al mismo tiempo, esta liberación de agua fija la emulsión. Por lo tanto el curado húmedo no se necesita, más bien no es recomendable, ya que la emulsión no tendrá oportunidad de secar y de desarrollar la resistencia deseada. La resistencia a la compresión de lechadas, morteros y concretos hechos con estos materiales puede ser mayor o menor que la de mezclas sin aditivo con el mismo contenido de cemento y de curado húmedo, dependiendo del material utilizado. Sin embargo, el incremento en la resistencia a la flexión y en la adherencia compensa con creces la posible desventaja de la reducción de resistencia a la compresión. 7.4.4 Limitaciones Algunos tipos de polímeros se ablandan en presencia de agua. Por lo tanto, estos tipos no se deben utilizar en áreas que vayan a estar en contacto con agua. El resultado final que se obtiene con un aditivo adherente, sólo es tan bueno como la superficie a la que se aplica la mezcla. La superficie debe estar limpia, firme y libre de materias extrañas como pintura, grasa y polvo. Es ideal el empleo de materiales adherentes en operaciones de parchado, cuando se necesitan remiendos delgados. Una aplicación delgada de lechada o mortero, con aditivo adherente, desarrolla mayor adherencia que una aplicación gruesa. Cuando se aplica y cura apropiadamente, esta adherencia a veces es más resistente que los materiales que están siendo unidos. 7.5 AUXILIARES PARA EL BOMBEO 7.5.1 Introducción Los auxiliares para el bombeo de concreto son aditivos cuya única función es mejorar la bombeabilidad del concreto; normalmente no se les emplea en concreto que no va a bombearse o en concreto fácilmente bombeable. El fin principal al emplear aditivos para mejorar la bombeabilidad del concreto es superar las dificultades, inevitables a un costo razonable, de obtener volúmenes satisfactorios de espacios intersticiales del agregado y de tamaños de espacios



individuales, cuando se emplean los materiales disponibles. Al igual que con el uso de muchos componentes en el concreto, el objetivo es económico. Los aditivos para el bombeo pueden hacer bombeables algunos concretos, pero no todos, o pueden mejorar la bombeabilidad de concretos marginal mente bombeables. El principio en que se basan todos los aditivos que se venden para mejorar la bombeabilidad del concreto, es el de espesar o aumentar la viscosidad del agua. Puesto que su objetivo es inhibir el sangrado forzado de agua de la pasta de cemento, o el infiltrado de la pasta a través de los vacíos intersticiales del agregado, la permeabilidad de la estructura de vacíos se reduce efectivamente al incrementar la viscosidad del líquido infiltrante. Por lo tanto, el objetivo es evitar la desecación de la pasta bajo la presión del bombeo. La desecación tiene dos efectos adversos acumulativos: reduce la movilidad del concreto y agota el líquido lubricante. Por lo tanto, la función del aditivo para bombeo es impartir retención de agua a la pasta de cemento, bajo fuerzas que tienden a separar el agua. En morteros de mampostería, los agentes espesadores proporcionan retención de agua y retención de la plasticidad contra las fuerzas de succión de tabiques o bloques de concreto porosos. En pinturas de polímero-látex y en otras pinturas sirven como agentes suspensores para pigmentos y rellenos inorgánicos; evitan los escurrimientos en superficies verticales, y minimizan la absorción rápida del vehículo en el sustrato; al mismo tiempo, estos aditivos no disminuyen la facilidad de aplicar con brocha dichas pinturas, y proporcionan integridad al recubrimiento. Los requisitos del concreto bombeable son análogos; la inhibición deseada de segregación no debe lograrse a costa de la movilidad. En condiciones óptimas, estos agentes imparten cierto grado de tixotropía a suspensiones de sólidos minerales en el agua: estabilidad de la suspensión en reposo y efectividad al trabajarla. 7.5.2 Materiales La Standard Association of Australia ha clasificado a los aditivos espesadores para concreto y mortero, de la siguiente manera: A).- Polímeros orgánicos, naturales y sintéticos, solubles en agua, los cuales incrementan la viscosidad del agua: Derivados de celulosa (metil, etil, hidroxietil y otras gomas de celulosa). Óxidos de polietileno. Polímeros acrílicos. Poliacrilamidas. Polímeros de carboxivinilo. Gomas naturales solubles en agua. Almidones. Alcohol polivinilico. B).- Floculantes orgánicos: Copolímeros de estireno con carboxilo. Otros polielectrólitos sintéticos. Gomas naturales solubles en agua. C).- Emulsiones de diversos materiales orgánicos: parafina, alquitrán, asfalto, poi ímeros acrílicos y otros polímeros. D).- Materiales inorgánicos de gran área superficial: Bentonitas y bentonitas orgánicas modificadas. Sílices pirogénicos.



Asbesto molido y asbesto molido recubierto de sílice. Fibras cortas de asbesto y otros materiales fibrosos. E).- Materiales inorgánicos finamente divididos que complementan el cemento en la pasta de cemento: Ceniza volante; diversos materiales puzolánicos, crudos o calcínados. Cal hidratada. Carbonato de calcio; naturales o precipitados; diversos polvos de rocas. Esta lista no incluye todos los materiales enumerados en McCutcheon 's Functional Materials. La clasificación puede prestarse a confusiones ya que el comportamiento de determinado aditivo puede cambiar drásticamente cuando cambian las proporciones de la dosificación, la composición del cemento, la temperatura de mezclado, el tiempo, así como otros factores. Los óxidos de polietileno nos proporcionan un buen ejemplo. Cuando se les emplea en cantidades pequeñas de 0.01 a 0.05% del peso del cemento, mejoran la bombeabilidad. Las cantidades más pequeñas hacen al agua más resbalosa, y las cantidades mayores producen espesamiento que puede desaparecer o no con un mezclado prolongado. Otros ejemplos los proporcionan los polielectrólitos sintéticos, que actúan como floculantes o espesadores, dependiendo de los niveles de dosificación. Parecería inconveniente inducir floculación o incrementar el sangrado en el concreto bombeado. No obstante, se sostiene que estos aditivos son efectivos en el concreto bombeado, porque reducen la capacidad de sangrado o el sangrado total, a pesar de que causan incrementos en las tasas iniciales de sangrado. Otros problemas con la lista presentada ocurren con las gomas naturales (alginas, tragacanto, arábiga). Pueden funcionar como espesadores o floculantes dependiendo de los niveles de dosificación, así como de otros factores. Estos agentes y algunos materiales sintéticos también pueden tener efectos dispersantes o reductores de agua. La goma arábiga es un poderoso reductor de agua en fluidificantes semihidratados de yeso, pero en pastas de cemento Portland puede producir una viscosidad como de goma. Los factores que se deben considerar en el empleo de emulsiones (parafinas, polímeros) es si funcionan de la manera deseada en la pasta de cemento, permaneciendo estables o rompiendo la emulsión. Ambos tipos de emulsión de parafina se consideran útiles en la tecnología australiana del concreto. La lista presentada anteriormente no incluye agentes inclusores de aire o agentes de superficie activa, utilizados en gran medida en el concreto, como los derivados del ácido carboxílico hidroxilado, lignosulfonatos y sus derivados, sulfonatos de naftaleno condensado con formaldehído, polímeros de melamina y otros aditivos retardantes de fraguado o reductores de agua. La omisión, en este caso, es deliberada, porque una proporción sustancial del concreto que ha de bombearse en Estados Unidos, se especificará como concreto con aire incluido y probablemente contendrá también un aditivo reductor de agua o retardante de fraguado. Por lo tanto, dichos aditivos se pueden considerar como constituyentes normales del concreto. La evaluación de estos aditivos y la experiencia que se ha tenido con ellos son bien conocidas. Estos tipos de agentes no se mencionan específicamente como auxiliares de bombeo en este capítulo; en muchos casos estarán presentes en combinación con otros agentes introducidos con el fin específico de mejorar la bombeabilidad. En estos casos se requiere la evaluación de efectos de



estas combinaciones en la bombeabilidad y otras propiedades del concreto para poder determinar si ocurren, o no, reacciones adversas entre los aditivos. 7.5.3 Efecto Un efecto secundario de los aditivos para bombeabilidad es cualquiera que se presente sobre concreto fresco, aparte del de la bombeabilidad, o cualquier efecto que cambie las características del concreto endurecido. Puesto que el efecto principal de un espesador de agua es incrementar su viscosidad, un espesamiento sustancial puede incrementar los requisitos de agua, con la consecuente reducción de resistencia. Cuando se emplea un dispersante adecuado en combinación con un agente espesador, puede no necesitarse incrementar el agua. A ciertos niveles de dosificación algunos espesadores actúan como dispersantes de partículas sólidas. Muchos de los agentes espesadores causan inclusión de aire; para controlar el contenido de aire se puede necesitar el uso de un desespumante (por ejemplo, fosfato tributílico), especialmente con concentraciones elevadas de aditivo de bombeabilidad, en morteros y concretos. Muchos de los agentes espesadores orgánicos, sintéticos y naturales, retardan el fraguado de cemento Portland en pasta. Con dosis de 0.1 % o más de hidroxietil celulosa, por peso de cemento Portland, el efecto retardante puede ser sustancial. En cualquier caso, el sistema particular de concreto en el que se incorpora un aditivo de bombeabilidad se debe evaluar en términos de efectos secundarios sobre concreto fresco y endurecido, además de evaluar la efectividad del aditivo para desempeñar la función que se pretende. 7.6 ADITIVOS COLORANTES 7.6.1Introducción Los pigmentos preparados específicamente para utilizarse en concretos y morteros, se suministran como materiales tanto naturales como sintéticos. Están formulados para producir el color adecuado sin afectar materialmente las propiedades físicas convenientes de la mezcla. 7.6.2 Materiales Los pigmentos enumerados a continuación se pueden usar para obtener diversidad de colores.

Tonos de color Pigmento Grises hasta llegar al negro Oxido negro de hierro

Negro mineral Negro carbón

Azul Azul ultramarino Azul ftalocianino

Rojo brillante a rojo oscuro Oxido rojo de hierro Café Oxido café de hierro Sombra cruda o quemada Marfil, crema o ante Oxido amarillo de hierro Verde Oxido de cromo Verde ftalocianino Blanco Bióxido de titanio

7.6.3 Efecto La cantidad añadida de cualquier pigmento por lo general no debe exceder del 10% del peso de cemento. Los pigmentos naturales en general no están tan finamente molidos, ni son tan puros



como los materiales sintéticos y, por lo regular, no producen un color tan intenso por unidad de adición. Las cantidades adicionadas inferiores a 6 % casi siempre tienen poco o ningún efecto sobre las propiedades físicas del concreto fresco o endurecido. Cantidades mayores pueden incrementar el requisito de agua de la mezcla, en grado tal, que la resistencia y otras propiedades, como la resistencia a la abrasión, pueden verse afectadas de manera adversa. La adición de negro carbón no modificado aumenta considerablemente la cantidad de aditivo inclusor de aire necesario para proporcionar al concreto resistencia contra la congelación y el deshielo. La mayoría de los negros carbón disponibles para colorear concreto contienen, sin embargo, materiales inclusores de aire en cantidad suficiente para compensar el efecto inhibidor del negro carbón. 7.6.4 Requisitos generales Los aditivos colorantes adecuados deben tener los siguientes requisitos: Firmeza de color a la luz del sol. Estabilidad química en presencia de alcalinidad producida por la reacción del cemento. Estabilidad del color cuando se le expone a la autoclave. Ausencia de efectos adversos en el tiempo de fraguado o el desarrollo de resistencia del concreto. Consultando a Payne puede encontrarse información referente a las propiedades de los pigmentos relacionados con los tres primeros puntos. Algunos pigmentos que se recomiendan para colorear concreto son menos efectivos que otros. Es difícil lograr colores intensos azules o verdes. A veces la eflorescencia causa condiciones que se toman como desvanecimiento del color. En la actualidad la ASTM está preparando especificaciones para pigmentos para colorear concreto. 7.7 ADITIVOS FLOCULANTES La adición de ciertos aditivos químicos a la pasta de cemento, mortero o concreto, es capaz de alterar algunas de las propiedades del material recién mezclado. Se han utilizado polielectrólitos sintéticos como aditivos floculantes. Los informes publicados indican que estos materiales incrementan la tasa de sangrado, reducen la capacidad de sangrado y el flujo, incrementan la cohesión e incrementan la resistencia "temprana". 7.8 ADITIVOS INSECTICIDAS, GERMICIDAS Y FUNGICIDAS 7.8.1 Introducción Se ha sugerido el empleo de ciertos materiales como aditivos para concreto o mortero, para impartir propiedades insecticidas, germicidas o fungicidas. El propósito principal de estos materiales es inhibir y controlar el desarrollo de bacterias y hongos en pisos y muros de concreto. No siempre son totalmente efectivos. 7.8.2 Materiales Se ha encontrado que los materiales más efectivos son: fenoles polihalogenados, emulsiones de dieldrin, eompuestos de cobre. 7.8.3 Efecto Las tasas de adición varían de 0.1 a 10% por peso del cemento, dependiendo de la concentración y composición del producto químico. Tasas de adición más elevadas, superiores al 3%, pueden tener efecto adverso sobre la resistencia del concreto. La efectividad de estos materiales,



particularmente de los compuestos de cobre es, según se informa, de naturaleza temporal. Esto probablemente varía según el tipo de desgaste y de los métodos de limpieza empleados. 7.9 ADITIVOS IMPERMEABILIZANTES. 7 .9.1 Introducción Algunas presas, muros de contención, tanques y otras estructuras de concreto muestran evidencia de filtraciones. Por lo general estas filtraciones son resultados de producción defectuosa y colado inapropiado del concreto, o se deben a grietas en la estructura. Cuando se usan mezclas de concreto apropiadamente dosificadas, coladas por mano de obra de primera y bajo supervisión calificada, el concreto de la estructura debe ser impermeable, aunque siempre pueden ocurrir filtraciones a través de grietas. El término impermeabilizante implica evitar la penetración de agua dentro de concreto seco, o detención de la transmisión de agua a través del concreto no saturado. Sin embargo, no se ha encontrado que los aditivos produzcan este efecto; el término ha venido a significar reducción en la tasa de penetración de agua dentro de concreto seco, o en la tasa de transmisión de agua a través de concreto no saturado, del lado mojado al lado seco. Un aditivo descrito como impermeabilizante puede tener algún efecto benéfico sobre las propiedades del concreto fresco, no indicado directamente por su nombre. Por ejemplo, puede propiciar la inclusión de aire y, por ello, puede considerarse de manera adecuada como un aditivo inclusor de aire. Esta sección trata los aspectos directamente implicados en el término impermeabilizante. Esto implica que tiene efecto sobre las propiedades del concreto, aparte de cualquier efecto que el aditivo pueda tener sobre concreto recién mezclado. Este análisis, por lo tanto, trata de posibles efectos de dichos agentes sobre las propiedades del concreto endurecido. 7.9.2 Materiales Entre los aditivos impermeabilizantes se incluyen jabones, estearato de butilio y ciertos productos del petróleo. Los jabones comprenden sales de ácidos grasos, usualmente estearato u oleato de calcio o de amonio. El contenido de jabón por lo general es de 20% o menos, y el resto es cloruro de calcio o cal. El total de jabón agregado no debe exceder de 0.2 % por peso de cemento. Los jabones causan inclusión de aire durante el mezclado. Se informa que el estearato de butilo se comporta mejor que el jabón como repelente al agua. No provoca inclusión de aire y tiene efectos sin importancia sobre la resistencia. Se añade como emulsión, constituyendo el estearato 1% del peso del cemento. Entre los productos de petróleo tenemos los aceites minerales, las emulsiones de asfalto y ciertos asfaltos rebajados. El aceite mineral pesado es efectivo para hacer al concreto repelente al agua y para reducir su permeabilidad. Debe ser un producto fluido del petróleo y tener una viscosidad de SAE 60, sin aceites grasas ni vegetales. El aceite añadido a tasas de 5% por peso de cemento sólo es ligeramente perjudicial para la resistencia del concreto y ha demostrado ser efectivo bajo presión. Existe un grupo de materiales diversos, disponibles a veces en el. mercado. Todos estos usualmente son perjudiciales para la resistencia del concreto y ninguno es verdaderamente impermeabilizante. Entre estos se encuentran:



• Sulfato de bario y silicatos de calcio y de magnesia. • Sl1ice y naftaleno finamente divididos. • Sílice coloidal y un fluosilicato. • Cal y jalea de petróleo. • Materiales celulósicos y cera. • Sílice y aluminio. • Alquitrán rebajado con benzeno. • Silicato de sodio. 7.9.3 Efecto Los aditivos impermeabilizantes al reducir la penetración en los poros visibles, pueden retardar la penetración de lluvia dentro de bloques de concreto hechos de mezclas no plásticas. Los datos de pruebas muestran que también reducen la tasa de penetracion de humedad dentro de los microporos del concreto seco, pero no hay indicación de que existan efectos comparables sobre la transmisión de humedad a través del concreto no saturado, excepto cuando el concreto contiene pasta de porosidad relativamente elevada. Una pasta de porosidad elevada es resultado de un bajo contenido de cemento y una correspondiente elevada relación agua/cemento, falta de curado o de ambos factores. Si el concreto tiene una porosidad suficientemente baja, como la que se obtiene al producir una pasta bien curada con una relación agua/cemento no superior a 0.6 por peso, los agentes impermeabilizantes no producen efecto apreciable alguno. La Building Research Advisory Board informó que en opinión de la mayoria de 61 observadores, los aditivos impermeabilizantes no son efectivos o aceptables para controlar la penetración de humedad a través de losas de concreto sobre el suelo. También se informa que un comité asesor especial de la Building Research Advisory Board llegó a la siguiente conclusión, con base en datos obtenidos de pruebas sobre transmisión de humedad a través de losas de concreto no saturado: "El Comité no encuentra datos adecuados para demostrar la efectividad de cualquier aditivo para reducir la transmisión de humedad a través de losas de concreto sobre el suelo, de manera suficiente para reemplazar ya sea una barrera de vapor o una base granular, o ambas cosas, en condiciones en las que dicha protección es necesaria." 7.10 ADITIVOS REDUCTORES DE PERMEABILIDAD El término permeabilidad se refiere a la velocidad en la que el agua se transmite a través de una muestra de concreto saturado bajo un gradiente hidráulico mantenido externamente. Los aditivos del tipo analizado en la sección 7.9 no reducen la permeabilidad del concreto saturado. No obstante, los polvos minerales apropiadamente dosificados de cemento reducen la permeabilidad de las mezclas en las que el contenido de cemento de la pasta es relativamente bajo. En condiciones en las que se obtiene este efecto, usualmente existe una reducción en la cantidad de agua por metro cúbico y, por lo tanto, una pequeña reducción en la permeabilidad. La disminución del contenido total de agua mediante un aditivo reductor de agua, debe reducir ligeramente la porosidad total, pero no hay datos adecuados para demostrar que la permeabilidad se reduce materialmente por ello. Los aditivos acelerantes, como el cloruro de calcio, incrementan la velocidad de hidratación y, por lo tanto, reducen el tiempo requerido para que una mezcla de concreto alcance una fracción determinada de su grado final de impermeabilidad. Sin embargo, cualquier ventaja que se



obtenga de esta manera, probablemente será temporal, ya que, si las condiciones son tales que el agua esté siendo transmitida a través del concreto, también son conductivas a la hidratación continuada del cemento. 7.11 ADITIVOS QUIMICOS PARA REDUCIR LA EXPANSION ALCALI-AGREGADO 7.11.1 Introducción En 1950 comenzaron a aparecer informes sobre aditivos para reducir la expansión causada por la reacción álcali-agregado. Desde entonces ha habido poca información adicional, en forma de investigaciones o prácticas de campo importantes. 7.11.2 Materiales Se ha informado que las sales solubles de bario y de litio, así como ciertos aditivos inclusores de aire y algunos reductores de agua y retardantes de fraguado, producen reducción de expansión en muestras de laboratorio de morteros. Se han logrado reducciones considerables en dichas muestras empleando adiciones de 1 % de sales de litio y de 2 a 7% por peso de cemento, de ciertas sales de bario. Las sales de materiales proteináceos, así como materiales reductores de agua y retardantes de fraguado, han mostrado reducciones moderadas de la expansión. Los datos sobre los aditivos de proteína inclusores de aire, están basados en el empleo de 0.2% por peso de cemento. Las sales de litio son muy costosas. Algunos laboratorios han informado del empleo de cloruro de calcio con sales de bario, para contrarrestar la pérdida de resistencia. El aire incluido, sin tomar en cuenta el aditivo usado, ha demostrado que reduce ligeramente la expansión. Se ha informado y estudiado en gran medida el empleo de puzolana para reducir la expansión causada por la reacción álcali-agregado. 7.11.3 Efecto Los escasos datos de laboratorio sobre el uso de aditivos químicos para reducir la expansión resultante de la reacción álcali-sílice se pueden conseguir fácilmente, por lo que no se presentan prácticas recomendables. Cualquier usuario de estos materiales debe probarlos a conciencia antes de emplearlos en la obra. 7.12 ADITIVOS INHIBIDORES DE CORROSION 7.12.1 Introducción Muchos investigadores han estudiado la corrosión del hierro y del acero, de manera especial los recubrimientos protectores. Se ha encontrado que el concreto proporciona gran protección al acero ahogado en él, aunque se ha dado a conocer un número limitado de casos en los que el agua infiltrada o percolada encuentra un camino dentro del concreto, eliminando o carbonatando el hidróxido de calcio. Lo que más contribuye a la corrosión del refuerzo es la presencia de cloruros en el concreto. Estos pueden provenir de circunstancias tales corno la exposición del concreto a aguas salinas o salobres, exposición a suelos salinos, de los cuales los c1oruros pueden llegar al acero por difusión a través del concreto, o por medio de soluciones descongelantes a través de grietas o poros del concreto, o mediante el empleo de cloruro de calcio como constituyente de un aditivo (véase el capítulo 3). Probablemente debido a que se reconocía que el concreto por sí mismo era una buena cubierta protectora, y a que el trabajo con pinturas indicaba que los inhibidores, como el cromato, no proporcionaban protección en condiciones en las que los cloruros podían penetrar



en el concreto, existe poca información técnica relacionada con el uso de aditivos inhibidores de corrosión en el concreto. 7.12.2 Materiales Para pintar el refuerzo es muy efectivo tanto el uso de benzoato de sodio en relación de 2% en el agua de mezclado como el de una lechada de benzoato-cemento al 10%. Por medio de análisis se demostró que el benzoato de sodio permanece en el concreto después de 5 años de exposición. También acelera el desarrollo de resistencias a la compresión. El lignosulfonato de calcio reduce el tiempo de corrosión del acero en concreto con cloruro de calcio. Moskvin y Alekseyev investigaron la acción del nitrito de sodio como inhibidor de la corrosión del acero, en productos pasados por autoclave. Estos autores sugieren que la elevada alcalinidad, que normalmente se encuentra presente en el concreto y que sirve para mantener químicamente inactivo el acero, se puede reducir de manera considerable mediante tratamiento en autoclave, especialmente cuando se encuentran presentes aditivos silíceos. Se encontró que dos o tres por ciento de nitrito de sodio por peso de cemento era un inhibidor eficiente en estas condiciones. Sarapin encontró, mediante pruebas de almacenamiento, que 2% de nitrito de sodio era efectivo para evitar la corrosión del acero en concreto con cloruro de sodio, en ciertas condiciones de almacenamiento. Según informes limitados, son beneficiosas las sales de baja solubilidad como ciertos fosfatos o fluosilicatos y fluoaluminatos. La dosis debe limitarse a 1% por peso de cemento. En la fabricación de ciertos productos de concreto que contienen acero, puede ser conveniente acelerar la velocidad de desarrollo de resistencia mediante el empleo tanto de un acelerante químico como de calor, aplicando usualmente este último en forma de vapor a presión atmosférica. Según pruebas de laboratorio, cuando se utiliza cloruro de calcio como acelerante en este tipo de curado, el tiempo para la corrosión del acero se acelera. Arber y Vivian encontraron que ciertos compuestos que contienen un ion oxidable, como el cloruro estanoso, el cloruro férrico y el tiosulfato de sodio, actúan como acelerantes, como lo hace el cloruro de calcio. 7.12.3 Efecto Se ha advertido a los usuarios contra el empleo de inhibidores. Por ejemplo, el South African National Building Research Institute declaró lo siguiente: "Aditivos Integrales: Aunque ciertos materiales, inertes y reactivos, han demostrado ser prometedores, su empleo no se puede recomendar en esta etapa, ya que todavía no se comprueba su efectividad ni los posibles efectos de la adición de inhibidores si el acero está limpio y hay ausencia de cloruros; pero en esas condiciones es poco probable que se presenten problemas serios aun sin la adición de un inhibidor."



3.10. CONCRETO LIGERO Probablemente uno de los mayores adelantos en el ramo de la construcción de edificios, ha sido el desarrollo de la "construcción ligera". Sus ventajas de economía y seguridad son tan notables que, en los países adelantados, este tipo de construcción ha merecido gran interés y publicidad durante los últimos años. En el caso de la Ciudad de México, estas ventajas aparecen aun más atractivas por razón de los problemas y el costo de las cimentaciones, ocasionadas por las condiciones tan desfavorables del suelo y de los sismos que ocurren con relativa frecuencia. En vista de las aplicaciones tan extensas que tiene el concreto en la construcción de edificios y de que es un material casi insustituible, se ha buscado la manera de aminorar su único inconveniente: su elevado peso volumétrico. La reducción del peso en los concretos se ha logrado de dos maneras principales: a). Incluyendo aire en la pasta de cemento antes de su fraguado, ya sea por medios físicos o por reacciones químicas entre sus ingredientes. b). Mediante el uso de agregados ligeros. Estos pueden ser naturales o artificiales. El empleo de los concretos con inclusión de aire, llamados espumosos o gaseosos, está limitado a la fabricación de piezas precoladas, ya que su elaboración requiere condiciones especiales que son difíciles de obtener en el campo de la construcción. Los concretos hechos con agregados ligeros sí pueden emplearse en la construcción de losas, trabes, cimentaciones y en ciertos casos de columnas, empleando los mismos métodos usados en el concreto ordinario. Por contar en las cercanías de la Ciudad de México con agregados ligeros naturales de buena calidad y por ser de mayor interés en nuestro medio el concreto colado en obra, nos referiremos únicamente al concreto ligero elaborado con agregados naturales. Los agregados ligeros (esquistos, arcillas, pizarra o escoria) se han usado durante mucho tiempo, sin embargo su uso se ha reducido, por el costo del combustible usado para la producción de estos agregados. El concreto ligero tiene un sobreprecio, pero como es más ligero que el concreto normal (15 a 30 %), la diferencia puede ofrecer ahorros importantes en el costo de las cimentaciones de estructuras muy elevadas. Los concretos estructurales de 1440 a 1680 kg/m3 requieren de agregados ligeros y agregados gruesos. Cuando se usa arena natural con agregados gruesos ligeros, pueden obtenerse resistencias de 350 a 490 kg/cm2, pero con pesos de 1840 a 2000 kg/m3. Es muy común que en el diseño de mezclas de concreto ligeros, se presenten problemas que se deben estudiar con anterioridad. Si se va a bombear concreto ligero, puede necesitarse una mezcla especial. Frecuentemente el agregado se debe mojar antes de hacer la mezcla. 3.10.1. Experiencia en construcciones de concreto ligero. El uso de los agregados ligeros no es nuevo; los romanos emplearon la piedra pómez en la construcción de varios edificios públicos hace más de dos mil años. En Alemania se ha usado desde fines del siglo pasado. En la Ciudad de México se usaron bloques cortados de los yacimientos de pómez, en los que está cementado con arcilla, en muchas construcciones desde el tiempo de la Colonia. La duración de estas construcciones demuestra su estabilidad física y química.



Hacia 1930 se emplearon en la Ciudad de México, en un edificio situado en la calle de Venustiano Carranza, tabiques hechos con cemento y arena de pómez, los cuales se han vuelto de empleo común. Desde la década pasada se generalizó en Europa y en Estados Unidos el empleo de agregados ligeros para el concreto de edificios de varios pisos. En las regiones favorecidas con buenos yacimientos naturales, como Italia, Alemania y el Oeste de Estados Unidos, ya se cuenta con experiencia en construcciones de gran importancia. Daremos por ejemplo el edificio General Petroleum (13 pisos) con cifras tomadas del Architectural forum que ilustra las grandes economías obtenidas mediante el empleo de concreto ligero, de

Este ahorro de peso permitió una economía en acero estructural superior a 1,000 toneladas, lo que redujo el costo en 180,000 dólares. La diferencia del costo del concreto ligero sobre el de concreto ordinario fue solamente 60,000 dólares. Tomando en cuenta también la economía en acero de refuerzo y en la cimentación, se tuvo un ahorro del 12 % del costo total en ambos casos. En la Ciudad de México ha despertado mucho interés la aplicación de este tipo de concreto ligero y su empleo se está generalizando. Se cuenta a la fecha con experiencia en la construcción de trabes y losas hasta de 10 m. de claro y algunos productos precolados ligeros, que han estado en servicio por varios años sin que se hayan producido fallas, habiéndose hecho asimismo estudios de laboratorio para determinar las constantes que in-tervienen en el cálculo del concreto. Actualmente se están construyendo edificios que emplean el concreto ligero desde la cimentación, de manera que la economía resulta máxima. Desde hace más de cinco años se han venido haciendo experiencias para conseguir, no únicamente un concreto de poco peso, que cualquier constructor pueda fabricar con facilidad, sino a la vez una revoltura cuya resistencia pudiera garantizarse a voluntad del constructor. 3.10.2. Propiedades físicas y su influencia en el diseño de estructuras. El concreto hecho con pómez difiere del concreto ordinario principalmente en las siguientes propiedades físicas: peso volumétrico, elasticidad, conductibilidad térmica y absorción:



Gracias a que tanto el agregado grueso como el agregado fino son de igual densidad, no hay segregación en la colocación de este concreto, como sucede con algún otro tipo de agregados artificiales, obteniéndose un concreto completamente homogéneo. Las diferencias de estas propiedades físicas pueden aprovecharse para obtener economías consi-derables en general; pero es conveniente estudiar cada caso particular. Peso volumétrico. El menor peso volumétrico, que es su ventaja principal, reduce las cargas muertas en una proporción considerable. Por tanto, está indicado el empleo de este material en aquellos casos en los que la carga viva sea baja en comparación con la carga muerta. Este caso ocurre en edificios de varios pisos, ya que al calcular un edificio se permite una reducción en el conjunto de las cargas vivas por no ocurrir todas al mismo tiempo. En edificios de pocos pisos, la ventaja es la obtención de mejores condiciones de estabilidad. Modulo elástico. El menor módulo de elasticidad modifica los coeficientes que intervienen en las fórmulas para el diseño estructural. En piezas sujetas a f1exión, la parte de la sección que trabaja en compresión aumenta y, por tanto, el peralte total disminuye. En el caso de elementos no peraltados, esta diferencia resulta despreciable, obteniéndose una reducción en el acero de refuerzo. La combinación de menor densidad, con bajo módulo de elasticidad, aumenta la resistencia a los impactos y vibraciones. Las piezas pre-coladas pueden manejarse sin mayores precauciones. También influye el bajo módulo de elasticidad en aumentar la absorción y aislamiento del sonido. 3.10.3. Recubrimiento de estructuras metálicas y protección contra incendio. Pueden aprovecharse las características de menor peso y mejor aislamiento en el recubrimiento de estructuras, con gran ventaja sobre el concreto ordinario. En una estructura de acero para edificios de 12 pisos, aproximadamente el 15 % del acero está destinado a sostener el peso del recubrimiento de concreto ordinario. Si a esto se agrega el ahorro que puede tenerse en la cimentación, se comprenderá la importancia de reducir el peso de este recubrimiento. La conductibilidad térmica del concreto de pómez, es aproximadamente la sexta parte que la del concreto ordinario. Como margen de seguridad, la Oficina Americana de Normas (National Bureau of Standards) le asigna al concreto de pómez una protección del doble que el concreto ordinario. En los datos del edificio mencionado y cuyo ahorro se analizó, se observa que se obtuvo una economía notable en el peso del recubrimiento. Los costos de acero estructural y de las cimentaciones en la Ciudad de México, representan una mayor proporción del costo total en un



edificio que en los Estados Unidos, por lo que esta economía de peso debe traducirse en mayores ventajas. En una base aérea militar de Estados Unidos, las pistas se pavimentaron con concreto de pómez para resistir las elevadas temperaturas que producen los escapes de los aviones con propulsión a chorro. La elaboración de concreto ligero, requiere un control mucho más estricto en cada una de sus fases; la selección de la materia prima debe hacerse muestreando y probando los yacimientos disponibles. Al no hacer esto se tendrían variaciones muy grandes en el peso y requerimiento de cemento, lo que haría imposible una dosificación correcta. Por último, la humedad y la proporción de aire incluido, son factores que deben vigilarse cuidadosamente para lograr resultados constantes y seguros. Estas precauciones especiales hacen que sea poco recomendable la elaboración del concreto ligero por contratistas pequeños, sino que debe encomendarse a empresas que cuenten con el equipo, experiencia y demás elementos necesarios para garantizar resultados uniformes y seguros.

Las ventajas del concreto ligero son en resumen:

• La reducción de las cargas muertas; ahorra acero estructural y acero de refuerzo; baja la fatiga sobre el terreno y el costo de las formas. El efecto de los temblores disminuye.

• Permite un mayor número de pisos. • El bajo peso de los productos precolados amplía el mercado a lugares más lejanos y

facilita su manejo y colocación. • El mayor aislamiento y resistencia al fuego, lo hacen ideal para recubrir estructuras. • Mejores propiedades acústicas; absorbe y aísla mejor los sonidos.



El concreto ligero CEMEX, es el resultado de prolongados estudios y pruebas efectuados en el laboratorio de esta compañía hace algunos años. En el inicio de los estudios se elaboraron concretos con el material pumítico llamado "tepetate", del que se cuenta en las cercanías del Distrito Federal, pero más que concretos se puede decir que eran morteros por la carencia de tamaños grandes en el agregado; los consumos de cemento por metro cúbico de concreto eran muy altos e incosteables y ni así se obtenían resistencias mayores de 150 a 160 kg/cm2. Se vio la necesidad de emplear un material más resistente, que tuviera tamaños de por lo menos 40 mm de diámetro, por lo que se optó por emplear una toba volcánica llamada "tezontle", que es un material ligero por su estructura celular, y con mayor resistencia estructural que la del material pumítico. Con el tepetate empleado como agregado fino y el Tezonite como agregado grueso, se elaboraron concretos que alcanzaron resistencias hasta de 250 kg/cm2 a los 28 días de edad, con consumos de cemento muy altos, que no eran comerciales. Los concretos se elaboraron con el tezontle clasificado en dos tamaños para producir concretos con tamaños máximos de 20 mm y de 40 mm, pero por la aspereza del tezontle se obtenían concretos ásperos que dificultaban su colocación, por lo que se continuaron los estudios. Después de varias pruebas, se encontró que dando un tratamiento especial a los agregados, se obtenía un concreto muy manejable, más aún que el concreto comúnmente conocido. El tratamiento especial dado a los agregados es patente de CEMEX. Los concretos así obtenidos tienen un peso volumétrico seco de 1600 kg/m3 para concreto de 200 kg/cm2 y de 1400 kg/m3 para concretos de 150 kg/cm2. Estos concretos, por la estructura celular de los agregados, tienen la ventaja de ser también más aislantes a la temperatura que el concreto común, hecho con agregados pesados. A poco tiempo de haberse propagado el empleo del concreto ligero "tezonite", empezó a sentirse la presión de los proyectistas para tener datos relativos a este concreto ligero, que les permitiera con suficiente grado de confianza llevar a cabo los diseños de detalles, aprovechando la ventaja inherente a un concreto tan ligero. Para satisfacer ese requerimiento de los clientes, se decidió emprender un plan de investigación que les permitiera tener a la mano esos datos. Para ello se formuló un programa combinado de trabajo en el que se incluyeron tanto pruebas de laboratorio, como pruebas en piezas de geometría y condiciones de trabajo especialmente dedicadas a la medición y observación de cada efecto, que fueran de tamaño suficientemente comparable con los que suelen usarse en las estructuras y que en forma etimológica se designaron como "paradigmas", basándose en la definición de un texto autorizado. Todos ellos quedarían siempre expuestos a la in-temperie. Estas pruebas de paradigmas serían llevadas a cabo, previa maduración, sin ningún curado, hasta el máximo posible de envejecimiento y nunca con menos de seis meses de edad, por lo que respecta a la aplicación de cargas, aunque no fueran destructivas, en lo que desde un principio se denominó "Jardín de Ensayos CEMEX". El programa inicial es el que se muestra en seguida:



Pruebas de laboratorio: • Módulo de Elasticidad Estático. • Relación de Poisson. • Módulo de Rigidez. • Contracción en Ambiente Interior. • Flujo Plástico. • Adherencia. • Intemperismo Acelerado.

Pruebas a la intemperie: • Cortante Concentrado. • Tensión. • Módulo de Elasticidad Dinámico.

• Flexión en Losas. • Columnas. • Conexiones y Flexo-compresión. • Flexo-torsión. • Flexión-Crítica en Cortante. • Flexión Crítica en Momento. • Flexión Crítica en Adherencia. • Torsión Simple. • Contracción sin esfuerzos. • Flexión de Voladizos. • Piezas Curvas.

Este programa empezó a realizarse a sabiendas de que todavía en el concreto normal, había varios puntos que no estaban satisfactoriamente definidos por los distintos autores en todo el mundo. Con la advertencia de este hecho, la empresa aceptó echarse a cuestas todo lo que implica un programa de investigación, no solamente comparativa entre el concreto "tezonite" y el concreto normal, sino todo lo que se veía incompleto o poco satisfactorio para cualquier otro tipo de concreto. Cabe advertir que lo que se lleva realizado ya, constituye un verdadero logro muy difícil de igualar en cualquier parte, pues no solamente se llevó a cabo un alcance de progresos de orden mundial, que puede decirse que son los más serios conocidos hasta la fecha, sino que todo lo realizado ha sido controvertido y solamente imitado por algunas instituciones.

3.11. CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA El concreto de alta resistencia es el concreto que tiene por lo menos 422 kg/cm2 de resistencia a la compresión. Si se cuenta con buenos agregados y buenos cementos el concreto se puede producir por métodos convencionales. El concreto de alta resistencia se puede emplear en miembros a compresión, como muros interiores o muros de cortante o edificios elevados. Existen otras aplicaciones, pero primero es recomendable revisarse la relación costo/beneficio que



justifique su uso. Es necesario contar con un laboratorio competente para diseñar la mezcla de concreto y para probar el concreto de la obra. Puede emplearse la norma ACI 211.1-77 como base para el diseño. También se puede requerir el uso de aditivos. Los concretos de alta resistencia son los que presentan resistencias a la compresión superiores a 352 kg/cm2, hace algunos años esta resistencia se consideraba como un límite, tanto físico como funcional, sin embargo ese límite se ha superado al seleccionar cuidadosamente los materiales y los procedimientos de construcción. El límite físico se debe incrementar progresivamente, de acuerdo a la introducción de nuevos materiales, aditivos y procedimientos, aunque el costo adicional impedirá el uso de estos concretos. La mayoría de los especialistas del concreto considera que el rango de alta resistencia se encuentra entre 352 y 1054 kg/cm2. Estas resistencias se pueden lograr con materiales y técnicas disponibles en un ambiente bien controlado. El rango indicado no debe tomarse como permanente, porque los avances tecnológicos permitirán mayores grados de resistencia, limitados únicamente por el costo y los equipos disponibles. Principios básicos, que han recibido atención en la producción de concretos, cuya resistencia varía de 352 a 703 kg/cm2. 1. Uso de un alto contenido de cemento, hasta 550 kg/m3. Por cada 45 kg de cemento se obtiene

una resistencia de 70 kg/cm2 con revenimiento de 5.1 a 7.6 cm. Estas condiciones no serán útiles si el contenido de cemento es mayor a 550 kg/m3.

2. Mayor requerimiento de cemento. Deberá especificarse una alta resistencia mínima a la compresión para el concreto.

3. Uso de una baja relación agua/cemento, 0.30 aproximadamente. 4. Uso de aditivos reductores de agua, y poco o ningún aditivo inclusor de aire; el reductor de

agua es casi obligatorio, mientras que el inclusor de aire reduce la resistencia. 5. Uso de una puzolana, que generalmente es ceniza volanta, se obtiene una resistencia tardía

del concreto y produce una menor elevación de calor. 6. Requerimiento de una resistencia tardía. No existe nada escrito acerca de la resistencia

alcanzada a los 28 días de edad. 7. Selección cuidadosa del agregado grueso; es preciso utilizar agregado triturado de buena

calidad, limpio y sin polvo. 8. Uso de arena gruesa y utilizar una relación arena/agregado grueso más baja. 9. Establecer programas de laboratorio, para preparar las mezclas de la consistencia requerida y

verificar la compatibilidad de los materiales. 10. Mejorar la inspección y coordinar las actividades, para controlar la calidad del concreto y

facilitar el colado rápido. Eliminar los tiempos muertos y colar cuando haya buen tiempo. Para obtener concretos cuya resistencia esta comprendidas entre 703 y 1054 kg/cm2, se pueden lograr con la tecnología actual e invirtiendo dinero y tiempo extra, y empleando las siguientes técnicas: 1. Mezclar previamente el cemento con el agua en una revolvedora de alta velocidad, con esta

acción se puede incrementar en un 10% la resistencia.



2. Concreto sin revenimiento. Es un concreto muy seco cuya relación agua/cemento varía de 0.25 a 0.30, algunas veces se compacta con cilindros vibratorios

3. Nuevos aditivos. Con estos productos es posible una reducción del agua hasta del 20% o más, y aumentos en la resistencia del 40%. Al hacer uso de estos productos, se mantiene la trabajabilidad y se disminuye la relación agua/cemento

4. Uso de agregados cementantes. Se tiene información que cuando se utiliza clinker de cemento como agregado, se incrementa la resistencia a la compresión (información no confirmada).

5. Especificaciones para cemento más rigurosas, porque aun se desconoce mucho acerca del cemento.

6. Periodo más largo de curado. Si es posible debe curarse con agua, porque la humedad puede incrementar la resistencia en 70 kg/cm2 con una relación agua/cemento de 0.30.

7. Compactación por presión. Puede ser práctico que en las plantas de prefabricación o de presfuerzo se aplique una presión al concreto hasta de 7 kg/cm2; de esta manera, se puede lograr un incremento de 5% en la resistencia por cada 1% de huecos eliminados.

8. Control más cuidadoso y colado más rápido. Al usar mezclas más secas y procedimientos de construcción especiales, es necesario un mayor control y colado más rápido.

9. Desarrollo de una resistencia multiaxial. Un concreto que está restringido en dos direcciones, desarrollará en el tercer eje una resistencia a la compresión igual a cuatro veces la resistencia sin restricción.

10. Uso de materiales polímeros. (a) Concreto impregnado con polímeros (PIC), es un concreto con cemento Portland hidratado impregnado con monómero y posteriormente polimerizado en la obra: (b) Concreto polímero (PC), es un material compuesto formado por la polimeración de un monómero y la mezcla de agregados: (c) Concreto con cemento Portland polímero, se produce al agregar un monómero o un polímero a una mezcla fresca de concreto que después se cura y se polimeriza en al obra.

Para fomentar el uso práctico del concreto de alta resistencia, es preciso seguir con las investigaciones en áreas como: propiedades de contracción, fluencia, adherencia y deformación; pruebas para determinar el mecanismo de falla; grado de sensibilidad; mejorar los procedimientos de vibrado y de compactación; consideraciones sobre temperatura; uso de agregados artificiales; mejoras en la resistencia a la tensión y a la flexión; refuerzos discontinuos, consumos de energía y consideraciones de diseño.

3.12. CONCRETO COLOREADO

Durante la aplicación del color se requieren cuidados especiales para lograr buenos resultados con el concreto coloreado. El color puede aplicarse al concreto directamente en la mezcla o en la superficie. El primer método es más costoso pero se tienen mejores resultados, porque no depende de la habilidad del obrero ni del clima. En ambos casos, el pigmento eleva el costo del concreto. La cantidad que debe agregarse depende del pigmento y del color deseado, pero no debe exceder del 10 % del peso del cemento. Normalmente, la dosis es de 3 kg por saco de cemento de 40 kg. Para cada lote es recomendable utilizar una revolvedora bien lavada antes de comenzar el trabajo. El pigmento puede agregarse a la revolvedora y esperar hasta que el pigmento quede bien mezclado, espere al menos un minuto por metro cúbico.



El concreto integralmente coloreado es concreto normal con un agente colorante agregado. Para trabajar con estos concretos no se requieren de herramientas o habilidades especiales, sólo buenas técnicas de colado y cumplen con los mismos requisitos que los no coloreados, como resistencia a congelación y deshielo, tiempo de fraguado controlado y trabajabilidad. Existen básicamente dos métodos para producir concreto integralmente coloreado: (1) uso de cementos coloreados y (2) adición de un agente colorante durante el mezclado. Los cementos coloreados no siempre disponibles y limitados los colores, han sido virtualmente eliminados del mercado debido al costo. El uso de agentes colorantes es más rentable y viable para producir una gran variedad de colores con tonos en el concreto y que van desde los grises y cafés hasta los beige y rojos cálidos.

Los aditivos condicionantes de color, son aditivos reductores de agua y controladores del fraguado. El componente del aditivo se muele finamente con los agentes colorantes para asegurar la dispersión pareja del color en todo el proceso de mezclado del concreto. Debido a las propiedades del producto, los aditivos condicionantes de color incrementan la resistencia del concreto a todas las edades y mejoran las características de trabajabilidad, colocación y acabado; también reducen el sangrado, la lechada y la eflorescencia, mejorando la calidad del concreto y suministrando estabilidad de color y resistencia a la decoloración. Los aditivos se formulan específicamente para uso en el concreto.

Los pigmentos sintéticos de óxidos minerales, se usan frecuentemente en la industria de la construcción para crear concreto integralmente coloreado, como por ejemplo para bloques de concreto, adoquines entrelazados y tejas para techos. Los pigmentos no se formulan específicamente para usarse en el concreto.

Como los pigmentos no se mojan uniformemente, es difícil obtener una dispersión apropiada durante el mezclado. La adición de pigmentos en bruto también eleva la demanda de agua para el mezclado del concreto, con ello se reduce la resistencia a la compresión y crea una mayor posibilidad de agrietamientos por contracción. Para evitar esta situación, es conveniente agregar aditivos reductores de agua y controladores de fraguado.

Pigmentos usados para colorear concreto

Matices de color Pigmentos Gris a Negro Oxido negro de hierro

Negro mineral Negro carbón

Azul Azul ultramarino Azul ftalociánico

Rojo brillante a rojo oscuro Oxido rojo de hierro Café Oxido café de hierro

Tierra de sombra Marfil, crema o ante Oxido amarillo de

hierro



Verde Oxido de cromo Verde ftalociánico

Blanco Bióxido de titanio

Efectos del color en el cemento. El color del cemento tendrá un efecto importante sobre el color del concreto, ocurrirán variaciones en el color no solamente de una marca a otra, sino aún dentro de la misma marca. El color del cemento representa un color base que no se puede sustraer de la mezcla del concreto y con el cual todos los otros colores se deben combinar para formar el definitivo. El color más común para el cemento es el gris mediano pero puede variar de grises claros a oscuros. También se puede obtener cemento blanco a un costo extra. Es recomendable determinar la disponibilidad y costo de cementos especiales antes de elegir el color que no se pueda producir con los cementos que regularmente se usan.

La relación agua/cemento en una mezcla, afectará la intensidad del color producido en el concreto endurecido y curado. Mezclas con alta relación agua/cemento producirán concreto de color más claro que aquéllas con una baja relación. Para lograr uniformidad del color del concreto, es importante que la relación agua/cemento permanezca constante de una dosificación a otra.

El color del agregado grueso en la mezcla no es un factor significativo para la apariencia final del concreto coloreado, a menos que se especifique una textura de agregado expuesto, sin embargo la arena si puede serlo. Las arenas muy oscuras que contengan polvo pueden cambiar el color, porque el polvo actúa como un agente adicional del color. Los acabados de concreto coloreado se usan en muchas partes del mundo. Se pueden emplear varios métodos diferentes de curado, sin embargo, el método de curado empleado puede alterar significativamente el color del acabado del concreto. El concreto coloreado no curado por lo general es más claro que lo deseado y puede estar moteado. El curado con películas plásticas da como resultado una decoloración de la superficie. El método preferido es por medio de compuestos especiales que se formulan únicamente para emplearse en acabados en llana.

El acabado aplicado a la superficie de concreto será fundamental en la apariencia del color. Los acabados con llana y con escoba producen la apariencia de color más brillante, porque la pasta de cemento tiende a irse a la parte más exterior del concreto y produce concentración de color y superficie más reflejante de la luz. Al agregar otras texturas no se altera verdaderamente el color, pero puede hacerlo aparecer muy diferente dependiendo de cómo se refleje la luz en la superficie.

Puesto que la luz se refleja de manera diferente desde una superficie horizontal y una vertical, ocurrirán pequeñas variaciones en la apariencia del color, aún cuando se use el mismo diseño de mezcla y técnicas de texturización. Si se crean diferencias en color por medio de texturas, con frecuencia se logra un efecto más placentero que si se hubiera conseguido igualar el color. Sin embargo, si se desea un color casi igual, es recomendable emplear los mismos ingredientes y la misma textura tanto para trabajos planos horizontales como para muros. Se pueden obtener pequeñas diferencias de color si el concreto se cura a diferentes velocidades y uso de distintos métodos de curado y a las variaciones en el grosor del concreto.



Cuando los agregados son expuestos en la superficie, el color del concreto dependerá del color de los agregados y de la matriz del concreto coloreado. El contraste entre los agregados y la matriz puede ser sutil o pronunciado, dependiendo del método de exposición, el color del concreto y el tipo y color de los agregados. El método más común de exposición del agregado es por medio del sopleteado con arena. El concreto puede ser ligeramente sopleteado con arena, exponiendo únicamente los granos de arena o vigorosamente exponiendo el agregado grueso para crear un efecto de sombra. La remoción de la pasta plástica de cemento superficial, ya sea por lavado con agua o usando un retardador de superficie, produce un efecto diferente.

Se recomienda el uso de un sellador transparente para proteger la superficie, ya que la exposición del agregado la hace más porosa y además la protege contra manchas y mugre. Para hacer la elección de un color, el proveedor del agente colorante debe efectuar por orden especial una muestra de concreto, que contenga el mismo cemento y los agregados que se han de usar en la mezcla de la obra, y colar utilizando, tanto como sea posible los métodos que serán usados en la obra. Luego, se debe curar y texturizar de la misma manera que el concreto de la obra. Todas las muestran se deben curar por lo menos 21 días antes de la aprobación.

3.13. CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO (CCR) Concreto compactado con rodillo es una tecnología constructiva que utiliza una mezcla de concreto con revenimiento cero, con un contenido de cemento de entre 80 y 100 kg/m3 y presencia opcional de puzolanas de entre 20 a 30 kg/m3, relación agua/cemento muy baja, buena graduación de agregados con tamaño máximo del orden de 3 pulgadas, generalmente se mezcla en planta de proceso continuo y se transporta y coloca usando equipos para movimientos de tierras, en capas de aproximadamente 15 cm y compactando cada capa con equipo vibratorio. Concreto compactado con rodillo o rolacreto, es un relleno de grava húmeda mezclado con cemento, su contenido puede variar entre 2.5 y 7% en peso y que finalmente se endurece en un verdadero concreto. El CCR y el concreto común son mezclados empleando el mayor tamaño práctico de agregado. El CCR requiere menos cemento para lograr la misma resistencia y el agregado empleado en la mezcla requiere menor procesamiento y graduación menos estricta; el contenido de aire es tan solo de 1 a 3%. El concreto común, con frecuencia tiene un contenido de aire de 3 a 6% y más cuando se emplea aditivo inclusor de aire. Con el uso de concreto compactado con rodillo, se obtienen ahorros en tiempo y dinero debido principalmente a dos factores: (1) menor contenido de cemento y (2) sustitución del procedimiento de colado convencional, usando técnicas y equipos para movimiento de tierra. Entre las aplicaciones posibles del CCR se encuentran:

• Cimentaciones masivas para diferentes estructuras, como edificios y puentes. • Recubrimiento de canales. • Pavimentación de carreteras con una base de CCR, con carpeta de asfalto o de concreto

con fibras o simplemente pavimento de CCR que puede igualar la resistencia a la compresión de los pavimentos convencionales.

• Bordos y diques con taludes de mayor pendiente.



El concreto compactado con rodillo se puede elaborar utilizando depósitos naturales de grava, roca de cantera o triturada, o con almacenamientos existentes de agregados convencionales. Este concreto se puede beneficiar con la inclusión de hasta un 7% de material fino. Las mezclas pueden elaborarse con equipo convencional de mezclado o por medio de una planta de mezclado continuo. La precisión del mezclado y la eficiencia no son tan estrictas como las que se requieren para el concreto masivo, asimismo los controles rígidos no son tan necesarios.

El transporte de la mezcla puede hacerse por medio de bandas transportadoras, camiones de volteo o una combinación de ambos. La mezcla debe tener aspecto de un relleno de grava húmeda o de base gruesa, que pase el 100% de la misma por la malla de 76 mm, se coloca en capas y se compacta con un compactador vibratorio auto impulsado, de rodillo doble.

3.13.1. Concreto compactado con rodillo en presas Los únicos cambios reales en la construcción de presas, es la introducción de la aplicación del colado horizontal y la compactación con rodillos para el concreto interior, en vez de la vibración por inmersión. En la actualidad se pueden utilizar tres diferentes materiales para la compactación con rodillos en las presas:

1. Material de excavaciones estabilizado con cemento. 2. Mezclas de concreto pobre (el volumen de pasta es menos del 20% de su volumen total)

con un contenido cementante entre 100 y 150 kg/m3, de los cuales un 30% se puede reemplazar por ceniza volante.

3. Mezclas mejoradas de concreto con un contenido cementante de 180 a 270 kg/m3 y elevado contenido de ceniza volante (del 60 al 80% del contenido cementante).

Para emplear un material en el cuerpo de una presa, se deben comprender las propiedades del concreto, así como aplicarse métodos de construcción en los que se consideren todos los requisitos de la presa en los que va a utilizarse dicho material. De las investigaciones realizadas se han desarrollado cuatro diseños diferentes de presas:

(a) Presas de gravedad óptima con material de excavaciones estabilizado con cemento. El concreto compactado con rodillo es barato, que puede colarse con gran rapidez y es adecuado para presas de roca estabilizada con cemento. No obstante, la presa puede requerir de una membrana impermeable, si se va a emplear como estructura para almacenar agua.

(b) Presas de concreto pobre con el paramento aguas arriba impermeable, y sin juntas interiores.

(c) Presas de concreto pobre con juntas de contracción verticales, cortadas a través de cada capa de concreto interior poco después del colado, a fin de controlar el agrietamiento. El concreto se puede transportar en camiones de volteo, se extiende por medio de motoconformadoras y se compacta con vibradores de inmersión colocados en la parte posterior de tractores o usando rodillos. Inmediatamente después de colarse el concreto, se deben de cortar juntas a través de cada capa e introducir hojas de plástico para impedir que las juntas se cierren. Los paramentos aguas arriba y aguas abajo se pueden colar con cimbra convencional y empleando concreto mejorado



(d) Presas de concreto mejorado, sin juntas interiores y con concreto compactado con rodillos, retenido mediante unidades de paramento cimbradas en sentido horizontal con cimbras deslizantes y pavimentadoras.

La compactación con rodillo en el concreto con alto contenido de ceniza volante crea una estructura casi monolítica en el centro de una presa con poca debilidad en las juntas. El cimbrado del paramento de la presa es comparable con la compactación con rodillos, si se emplea una pavimentadora deslizante en el concreto interior. Los concretos con elevado contenido de ceniza volante son más adecuados para su utilización en presas.

El costo del concreto compactado con rodillos en las presas, es aproximadamente un tercio del costo del concreto convencional, con la ventaja de que el agua de alguna creciente inesperada puede brincar la cresta de la presa durante la construcción con mínimo daño. Es recomendable que la cimentación este sobre una formación rocosa o cuando menos sobre un suelo firme y asegurar la impermeabilidad entre las diferentes capas. Evitar el deslizamiento en las juntas de las diferentes capas de CCR por medio de impermeabilización del paramento de aguas arriba. 3.13.2. Concreto compactado con rodillos en pavimentos El concreto compactado con rodillos se puede emplear en patios de maniobras o plataformas de estacionamientos, así como pavimentos para caminos. La formación natural de fisuras en el CCR con espaciamientos de 12 a 18 metros, evita tener que cortar la superficie del concreto para formar las juntas de contracción. La compactación se debe realizar en capas de 15 a 25 cm, mediante equipo pesado. Las características del CCR son las mismas que las del concreto normal y pueden utilizarse materiales marginales con granulometrías, plasticidad, u otras características que no se aceptarían en el concreto normal.

Para las mezclas de CCR, se debe usar tamaño máximo de agregados de 3/4 y 1.5 pulgadas y las evaluaciones de las mezclas mediante pruebas Proctor Modificada y procedimientos neumáticos. Es recomendable en cualquier caso la construcción de un tramo de prueba para afinar las mezclas propuestas por el laboratorio. Al comparar los costos de pavimentos de concreto convencional, de asfalto, de suelo cemento y de CCR, el pavimento de CCR es el más económico y presenta la ventaja de que se puede usar inmediatamente después de terminada la compactación.

Recomendaciones para aplicar concreto compactado con rodillos en la construcción de pavimentos:

• Para obtener el proporcionamiento óptimo habrá que realizar diferentes mezclas de CCR

tanto en el laboratorio como en el campo • El módulo de ruptura se obtendrá mediante el ensayo de vigas con carga en los dos tercios • El tiempo de elaboración de la mezcla de CCR, transporte, tendido y compactación no

deberá ser mayor de una hora • No se debe sobrecompactar el pavimento de CCR, ya que en lugar de beneficiarlo lo

perjudica • La compactación de zonas de difícil acceso se podrá realizar con equipos manuales y

dentro del tiempo especificado



• No se deben realizar riegos de material fino en la superficie del pavimento después de que ha terminado la compactación, pues al abrir el pavimento al tránsito pueden perderse. Lo que se debe buscar son mezclas uniformes y evitar al máximo la segregación

• El tiempo de curado del pavimento es muy importante, y será benéfico que se mantenga durante una semana

• Es conveniente obtener relaciones previas entre el peso volumétrico compacto del lugar y el número de pasadas del equipo de compactación, con el fin de lograr el peso volumétrico seco máximo, ya que de lo contrario tendrán que utilizarse equipos nucleares cuyo costo es elevado

• Es conveniente realizar algunos ensayos utilizando la pista circular de pruebas, para proponer ayudas de diseño

• Es importante seguir el comportamiento del pavimento a lo largo de su vida útil, a fin de corregir deficiencias en proyectos futuros

3.13.3. Pavimentación de patios para contenedores en los puertos mexicanos. El CCR es un concreto seco de revenimiento cero, con humedad entre 5 y 6 %, sólo la suficiente para ser compactado con rodillo e hidratarse con el cemento. La composición granulométrica varía de ¾” a finos, la proporción grava arena es 50-50, la relación agua-cemento de 0.37, el contenido de cemento es del 15 al 17% en peso y su peso volumétrico de 2,360 kg/m3. El diseño de sus componentes es dinámico con las únicas restricciones de que su tamaño máximo no sea mayor a ¾” y el porcentaje de la malla No. 200 no sea mayor a 19, para mejores efectos de tendido y compactación. Para controlar la calidad es necesario determinar la humedad en planta y en el tendido, granulometrías con y sin cemento, resistencia a la compresión de cilindros compactados, los espesores de las capas, pruebas de compactación y densidad de las capas, esfuerzos de tensión en cilindros compactados y en corazones de concreto y cálculo del gasto de los ingredientes que integran el CCR. El equipo de dosificación y mezclado utilizado es de fabricación nacional, incluyendo sistemas de pesado dinámico, silos y tanque de agua, el cual produce 100 m3 por hora y controla el pesado continuo de los ingredientes con aproximación del 2% en peso. El equipo para el transporte, tendido y compactación, no presenta ningún problema en cuanto a un alto costo horario porque existe oferta en el mercado nacional. El punto fino de esta técnica, se presenta en el terminado que requiere de especial atención, el tiempo de curado es de 7 días, durante este periodo no se debe disminuir la humedad superficial, porque acarrea decremento en la resistencia del CCR y se pueden producir disgregaciones en la superficie de la capa. El costo por equipo, material y mano de obra no constituye peligro para que el CCR no sea competitivo respecto a otras técnicas. En este aspecto, se destaca que el rendimiento de producción es 10 veces mayor que la del concreto vibrado, y a partir del tercer día de colado se permite la apertura al tránsito, ventajas que constituyen elementos valiosos de oferta y para la toma de decisiones. También el alto rendimiento repercute favorablemente en el precio del CCR



y en la entrega más pronta de la obra, lo que permite en menos tiempo amortizar los costos y percibir los beneficios.

3.14. SUELO TRATADO CON CEMENTO Suelo cemento es una mezcla de suelo y cantidades medidas de cemento Portland y agua compactada a una gran densidad. Adicionalmente se puede definir como la combinación, compactación y curado de una mezcla de suelo/agregado, cemento Portland, posiblemente aditivos y agua, para formar un material endurecido y con propiedades técnicas específicas. Se le conoce también como, estabilización del suelo, base de agregados tratados con cemento y tierra apisonada. Cualquier suelo puede ser estabilizado con cemento, sin embargo los suelos que contienen entre 50 y 90 % de arena producen un suelo-cemento económico y durable. Los suelos finos presentan algunos inconvenientes para su mezclado y compactación y requieren mayor consumo de cemento. En estos casos se recomienda la adición de arena o suelos arenosos en proporciones capaces de producir una composición que atienda los requisitos de economía, durabilidad y resistencia mecánica. Los suelos finos de color oscuro no se deben emplear, porque generalmente contienen materia orgánica, que pueden retardar las reacciones de hidratación del cemento y reducir el grado de estabilidad del suelo-cemento resultante. Casi cualquier tipo de suelo inorgánico se puede emplear para elaborar suelo-cemento. El contenido de finos típicamente varía del 5 al 35%. Para elaborar mezclas de suelo-cemento se han utilizado materiales como escoria, cenizas, conchas y superficies asfálticas viejas. Dependiendo de las cantidades de cemento, suelo y agua que pueden formar parte en el suelo tratado con cemento se distinguen por su comportamiento real los siguientes tipos:

• Suelo cemento compactado comúnmente llamado suelo cemento, requiere una cantidad de cemento en peso que varía de entre 4 al 25% aproximadamente. Para darle dureza se compacta la mezcla.

• Suelo cemento plástico que es; “la mezcla de cemento con un suelo fino muy húmedo en estado plástico. Se puede usar en zonas difíciles donde no es posible compactar. Requiere mayor cantidad de cemento que el tipo compactado, esto es, mayor del 10% y no se compacta”

• Suelo modificado con cemento se define como “una mezcla, dura o semidura, íntima de suelo pulverizado, agua y pequeñas cantidades de cemento que se compacta. Por lo que se distingue del suelo cemento compactado exclusivamente por la menor cantidad de cemento. La cantidad de cemento en peso varía entre el 1 al 4%.

El suelo tratado con cemento puede ser fabricado con: suelo granular limpio, mezclas de suelos granulares y finos, predominantemente limosos, mezclas de suelos granulares y finos, predominantemente arcillosos, suelos limosos, suelos arcillosos.



Principales usos del suelo cemento en la construcción son: • Bases de carreteras, calles, aeropuertos y estacionamientos • Ampliaciones, acotamientos y taludes de carreteras • Muros • Construcción de pisos en áreas de estacionamientos • Reconstrucción de bases falladas • Protección contra el efecto de bombeo en bases y carpetas de rodamiento • Construcción de balastos y subbalastos para ferrocarriles • Protección contra la intrusión de material de la subrasante dentro de los balastos, en las

vías de los ferrocarriles • Protección de taludes en presas y almacenamientos • Protección de terraplenes contra la lluvia • Protección contra la erosión de márgenes producida por corrientes fluviales • Protección contra la erosión de playas por corrientes y oleajes del mar • Estabilización de taludes • Revestimiento de canales • Construcción de canaletas para riego • Impermeabilización de almacenamientos para agua • Construcción de accesos para los puentes • Estabilización de muros de tierra armada • Construcción de muros pantalla • Construcción de silos enterrados • Construcción de cimentaciones • Cimentaciones para torres de conducción eléctrica • Construcción de gaviones • Subbases para pavimentos rígidos y flexibles • Pisos • Carpetas para carreteras de poco tráfico • Construcción de cortinas de presas • Construcción de presas de almacenamiento

3.14.1. Revestimiento con suelo-cemento ensacado El suelo-cemento ensacado es una mezcla de suelo, cemento y agua que se deposita en sacos de poliéster, fique o similares, que compactados y curados adquieren altas resistencias mecánicas, aplicándose como un elemento estructural, similar a un concreto ciclópeo. Para preparar el suelo-cemento ensacado, se debe cuidar la dosificación correcta del cemento, suelo y agua, que se debe hacer en un laboratorio. Además se debe tener cuidado en el proceso de mezclado; enseguida se empaca y compacta para que este en condiciones de cumplir la función estructural requerida. En la ejecución de obras de emergencia se pueden emplear las siguientes proporciones volumétricas: una parte de cemento, 3 de arcilla y 12 de arena gruesa. La adición de arcilla es con el objeto de dar mayor cohesión a la mezcla y recomendable para llenar los sacos de la parte externa del muro. Para el llenado de los sacos de la parte interna del muro, la mezcla tendrá la



siguiente proporción: una parte de cemento y 15 de arena gruesa, no es necesario el uso de arcilla porque los sacos no están sujetos a la acción de agentes agresivos. Después de la dosificación se realiza la homogenización del suelo, haciendo pasar la arena gruesa por un tamiz de 3/8” (9 mm) de abertura y en el caso de las arcillas se deben deshacer los grumos. Sobre el suelo ya preparado se esparce el cemento y se mezcla con un rastrillo, pala o bien mezcladoras mecánicas. La operación de mezclado se realiza hasta que se obtenga una coloración uniforme. Enseguida se le adiciona el agua poco a poco, a través de regaderas o mangueras con boquilla para distribuir el agua uniformemente; mientras se realiza la mezcla, se continúa adicionando agua hasta que se tenga la humedad óptima. Para verificar que el suelo-cemento tenga la humedad óptima se aplica el siguiente procedimiento empírico: se toma un puñado de mezcla y se comprime entre los dedos y la palma de la mano; al abrir la mano se deben observar las huellas de los dedos, en el caso contrario, la mezcla se encuentra seca. Se deja caer una bola de mezcla desde la altura de más o menos un metro, esta se debe deshacer al chocar contra la superficie dura, si esto no ocurre, la mezcla está muy húmeda. Cuando el suelo-cemento tenga la humedad óptima, este se coloca en los sacos hasta cerca del 80% de su volumen y enseguida se cosen. Si el suelo-cemento ensacado se va a utilizar para protección de taludes se colocan en hileras trabadas y luego se compacta cada saco con un pisón manual, partiendo del centro hacia los extremos sin romperlos. También debe compactarse la parte frontal del revestimiento, que se debe hacer en las dos horas siguientes a la elaboración de la mezcla. Durante los trabajos de revestimiento cada dos hileras compactadas y colocadas se rocía agua sobre los sacos con el fin de mantener la humedad óptima, y luego se mantiene el riego de agua para garantizar un buen curado, durante los primeros siete días. 3.14.2. Aplicación del suelo-cemento ensacado en la protección de laderas El empleo del suelo-cemento ensacado para la protección de laderas, con los cuidados técnicos recomendados y con altura máxima de 6 m, es una alternativa de bajo costo, fácil y de rápida ejecución. Los muros de contención se deben calcular como muros de gravedad, teniendo en cuenta que la cara externa debe tener una inclinación mínima de 9°. Las precauciones que se deben considerar en relación al drenaje, son: Entre el muro y el talud se debe colocar una capa de arena o cascajo que funcionará como

filtro, con un espesor mínimo de 20 cm. Colocar tubos de PVC o similares (drenes), con un diámetro de 10 cm, separados un

metro, tanto en sentido vertical como longitudinal. La base superior del recubrimiento de suelo-cemento ensacado debe impermeabilizarse

con una capa de concreto simple de 8 cm de espesor, con proporción 1:6:8. Colocar una zanja de drenaje en la cresta del muro, junto al talud, para evitar que el agua

corra sobre su superficie. Compactar manualmente el material granular entre el muro y el talud, en capas de 20 cm

como máximo, para evitar que en estado suelto y saturado ejerza presión sobre el muro.



Cuando el terreno de cimentación tiene baja capacidad, es conveniente proyectar una base de concreto monolítico para asentamiento del muro. Un sistema para mejorar el soporte es hincar pilotes.

3.14.3. Aplicación del suelo-cemento ensacado para la contención de riberas La utilización del suelo-cemento ensacado en las márgenes de los ríos está sujeta a los mismos cuidados y disposiciones descritas anteriormente, pero además se pueden tomar las siguientes precauciones: El muro debe tener una cimentación de concreto o al menos de concreto ciclópeo, hasta la

altura del nivel de agua existente. En la parte externa del muro y hasta la altura del nivel máximo observado del agua, se

deben colocar sacos de suelo cemento con una relación volumétrica de 1:12, y en la parte interna se puede utilizar una relación de 1:15

En lugares donde los muros son azotados con mayor frecuencia por la corriente de agua, como curvas cerradas, el suelo-cemento ensacado puede utilizarse para mejorar la resistencia de la superficie al desgaste. 3.14.4. Aplicación del suelo-cemento ensacado en el control de la erosión Una aplicación importante es en el control de la erosión en taludes de corte y terraplenes. En este caso funciona como una “protección temporal”, evitando que la erosión prosiga. En este sistema no se experimentan esfuerzos grandes, más bien funciona como un manto de recomposición y protección del talud. La cara externa del muro debe impermeabilizarse. La construcción de diques con suelo-cemento ensacado se puede aplicar en el control de la erosión en regiones de suelos arenosos, estos diques hacen el papel de disipadores de energía y de retenedores de partículas del suelo. El suelo-cemento ensacado también se puede aplicar en la ejecución de escaleras de servicio y en caídas de agua, que se revisten con una capa de concreto pobre con el fin de impermeabilizarlas y conformar mejor la superficie. 3.14. 5. Aplicación del suelo-cemento en pavimentos La aplicación principal del suelo-cemento es como material de base que sirve de apoyo a los pavimentos asfálticos, de concreto y a estacionamientos. Se desarrollo como un medio para estabilizar suelos locales y proporcionar material de base económico para carreteras. Los pavimentos flexibles defectuosos se han reciclado con cemento, obteniéndose una nueva base de suelo-cemento. El reciclaje incrementa la resistencia de la base sin remover los materiales existentes, que sirven de base y sub-base, y sin tener que reemplazarlos por grandes cantidades de materiales caros. Si una superficie asfáltica vieja se pulveriza con rapidez, se le puede considerar satisfactoria para su inclusión en una mezcla de suelo cemento. Pero si la superficie asfáltica retiene la mayor parte de su flexibilidad original, generalmente se desecha, en vez de incorporarla con la mezcla. El espesor de la base del suelo-cemento depende de varios factores, como: resistencia de la subrasante, periodo de diseño del pavimento, condiciones de tráfico y carga, y el espesor de la superficie de desgaste asfáltica o de concreto.



Las bases de suelo-cemento en servicio tienen 15 cm de espesor y han resultado satisfactorias, para las condiciones de servicio asociadas con carreteras secundarias, calles residenciales y aeropuertos de tráfico ligero. Bases de 10 a 12.5 cm de espesor han dado buen servicio bajo condiciones de tráfico ligero y con una subrasante resistente. Las bases de 17.5 a 20 cm de espesor proporcionan un buen rendimiento en pavimentos primarios y secundarios de tráfico intenso. 3.14. 6. Suelo-cemento para la protección de taludes De estudios de laboratorio que se realizaron a mezclas de suelo-cemento, se llego a la conclusión de que se podía producir un revestimiento resistente a la erosión. El revestimiento se puede aplicar a los taludes expuestos a la acción moderada severa de las olas o al flujo rápido del agua con acarreo de escombro. También se puede aplicar en taludes de pequeñas represas, fosas, lagunas, canales y bordos; colocando una capa de suelo-cemento de 15 a 22.5 cm de espesor. El suelo-cemento también se ha utilizado para revestir lagunas de tratamientos de aguas de desecho, lechos secadores de cienos, estanques para sedimentación de cenizas y patios para almacenamiento de carbón. 3.14.7. Otras aplicaciones del suelo-cemento El suelo cemento se puede utilizar como un relleno masivo para proporcionar resistencia a los cimientos y soporte uniforme por debajo de grandes estructuras (losa o placa de cimentación). Se puede emplear para la construcción de muros para casas, estos muros que tienen generalmente 60 cm de espesor, se construyen al colocar suelo-cemento húmedo en cimbras elaboradas con triplay. El suelo se coloca en capas de 10 a 15 cm de espesor y se compactan con un pisón neumático. Después de que se quitan las cimbras, el muro puede ser aplanado o pintado. Las casas de tierra apisonada presentan excelentes propiedades de aislamiento térmico. Una mezcla típica de suelo-cemento consiste en 70% de arena y 30% de suelo de grano fino no cohesivo. El contenido del cemento varía de 4 a 15 % en peso, siendo el promedio de 7%.

3.15. FERROCEMENTO El ferrocemento es una capa delgada de mortero de cemento Pórtland, reforzada con una malla de alambre de pequeño diámetro que se distribuye uniformemente en toda su sección transversal. En lugar de la malla de alambre, se han usado fibras de vidrio y mallas de fibras vegetales como yute, cáñamo y bambú; pero las más comunes son las mallas de alambre de acero. La idea del ferrocemento se le acredita a Pier Luigi Nervi, en trabajos realizados en los años 1941 y 1943. Una de las primeras aplicaciones del refuerzo, fue en un bote de remos de ferrocemento. Nervi en sus experimentos observó que el concreto reforzado con capas de malla de alambre poseía las características de un material casi homogéneo, eran flexibles, elásticas y resistentes. También demostró la utilidad de este material para la construcción de barcos; asimismo aplicó conceptos del ferrocemento a estructuras de ingeniería civil. A pesar de las evidencias de que el ferrocemento era un material de construcción adecuado y económico, no fue sino hasta principios de la década de los setentas, que logró buena aceptación.



El ferrocemento se ha usado en cascos de barcos, para la construcción de estructuras marinas flotantes, techos, silos, tuberías, depósitos de agua y viviendas de bajo costo. 3.15.1. Aplicaciones del ferrocemento El uso del ferrocemento en la construcción se ha extendido en los últimos años. Sin embargo la tecnología para este nuevo material de construcción ha tenido un avance muy lento, porque no se ha acumulado suficiente experiencia en cuanto a las estructuras de ferrocemento, ni se ha evaluado la calidad de las estructuras ya construidas. La construcción con ferrocemento puede dividirse en cuatro fases: (a) fabricación del sistema de armado; (b) empleo de varillas y mallas; (c) aplanado y (d) curado. Para las fases (a) y (b) se requieren habilidades especiales y para la fase (c) se necesita mucha mano de obra, que es un inconveniente en países desarrollados industrialmente, pero una ventaja en países en los que la mano de obra es relativamente abundante. Por otra parte la experiencia, ha demostrado que las fases más críticas son: la calidad y la aplicación del mortero, éste puede aplicarse a mano o por lanzado. El ferrocemento es especialmente apropiado para estructuras de superficies curvadas, como los cascarones y formas complejas. El ferrocemento, para su poco peso, posee alta resistencia a la tensión y un buen comportamiento contra el agrietamiento. Por tal motivo, las estructuras delgadas de ferrocemento pueden ser ligeras e impermeables. Pero aun cuando el ferrocemento sea más eficiente, kilo por kilo, es más barato construir estructuras pesadas con concreto reforzado tradicional, especialmente en países desarrollados, en los que el elevado costo del material y la mano de obra que requiere, limitan su uso a aplicaciones muy especiales. Entre éstas aplicaciones se cuentan domos geodésicos, túneles de viento, cascarones de techo, casas móviles, módulos habitacionales, depósitos y albercas. Aunque la construcción con este material puede no ser muy conveniente en cuanto a costo, comparada con la construcción tradicional de concreto, sí puede competir favorablemente con la construcción con lámina de fibra de vidrio o con acero. En estudios recientes se ha demostrado que el ferrocemento es más barato que el acero, en la construcción de túneles de viento y que la fibra de vidrio, en la producción de tanques de almacenamiento. La construcción de embarcaciones de ferrocemento ha sido atractiva en muchos países en desarrollo debido a que:

• Los países disponen de las materias primas básicas. • Los diseños tradicionales pueden reproducirse y a veces hasta mejorarse, o construirse en

casi cualquier forma. • Más durable que la mayoría de las maderas y más barato que el acero importado. • La habilidad que se requiere para construir con ferrocemento se adquiere fácilmente. • Se requiere poco capital, aunque más mano de obra. • Se puede lograr los requisitos de calidad, con mano de obra no especializada, excepto

para diseños complicados de esfuerzos elevados. El ferrocemento puede utilizarse satisfactoriamente en la construcción de barcos, sin embargo, es conveniente mencionar los problemas que frecuentemente se presentan:



• La aplicación y penetración del mortero, muchos defectos y fallas se le atribuyen al aplanado inapropiado, dejando vacíos que provocan corrosión severa del acero.

• La baja resistencia al impacto y a pinchaduras. La reparación del área dañada no es complicada, pero ocasiona molestias.

• Los defectos de pintura son frecuentes y ninguna fórmula da resultados satisfactorios. Silos: En los países en desarrollo, los silos de ferrocemento con capacidad hasta de 30 Ton de granos, han resultado ser económicos y apropiados, porque este material es impermeable y con selladores especiales, pueden ser herméticos, donde los microorganismos no pueden sobrevivir ni dañar el producto almacenado. Los silos se pueden emplear para almacenar no únicamente granos, se puede almacenar fertilizantes, cemento y agua potable. La base de los silos es de forma cóncava y consiste de dos capas de concreto reforzado con malla de 5 cm y un sellador intermedio de asfalto. Son de forma cónica, y las paredes curvas se inclinan hacia adentro hasta una abertura central de entrada en la parte superior. Depósitos: El ferrocemento es aplicable en la construcción de tanques de almacenamiento de agua potable, y son menos costosos que los de fibra de vidrio o los de acero. Del estudio realizado se tienen las siguientes conclusiones:

• Es un material económico para la construcción de depósitos de agua potable. • La flexibilidad de formas, la eliminación de la corrosión, la conservación de calor, el

escaso mantenimiento y el modo dúctil de falla, son ventajas importantes del ferrocemento sobre otros materiales usados.

• Se requiere menos energía para construir con ferrocemento que con el acero. Techos: Con el ferrocemento, es posible construir techos durables y resistentes al fuego, insectos, inundaciones o sismos. Las ventajas técnicas de este material en la construcción de embarcaciones, se esta aprovechando para construir techos, los cuales se pueden producir en serie, en forma prefabricada cuando exista grandes demandas de las áreas urbanas o también se puede fabricar en obra en las poblaciones pequeñas. En zonas pobres de la ciudad de México se han construido cientos de techos de ferrocemento, estos techos tienen forma de domo con claros de 3 a 6 metros, construidos con varillas de refuerzo ancladas en las paredes de mampostería, sin necesidad de equipo mecánico. En Italia se han construido techos de mayor tamaño (cascarones), que tienen 17 m de claro y 3 cm de espesor. También se han fabricado y probado láminas de ferrocemento corrugado, son más dúctiles, económicas y requieren menos inversión de capital. Están diseñadas de tal manera que su peso, dimensiones y capacidad de carga fueran similares a los de las láminas de asbesto-cemento. En la actualidad se dispone de información sobre diseño y se cuenta con la experiencia de campo, para lograr diseños y construcciones seguras, de diferentes tipos de estructuras. La competencia económica del ferrocemento con otros materiales depende del tipo de construcción y del país en que se lleve a cabo. Para países en desarrollo, en los que el costo de materiales es relativamente mayor que el costo de la mano de obra, algunas aplicaciones son especialmente atractivas, como son embarcaciones, silos, depósitos y techos. En los países industrializados, el uso del ferrocemento resulta económico en la construcción de depósitos de tamaño mediano, algunos



tipos de cascarones para techos y en los que la facilidad de moldear formas complicadas y el peso más ligero se puede aprovechar con seguridad.

3.16. CONCRETO PRESFORZADO Es bien sabido que en el concreto armado común, el concreto toma las compresiones y el hierro las tensiones que se producen en la pieza, cuando está trabajando sujeta a la acción de las cargas exteriores. Pero también es sabido que, aunque ambos materiales trabajan de conjunto por razones de adherencia, el concreto armado es siempre un material heterogéneo que, si bien tiene grandes ventajas, como son: su bajo costo, su gran duración, su propiedad de adquirir diversas formas al tomar la de los moldes en los cuales se coloca en estado semifluido y conservar dicha forma al endurecerse, también presenta graves inconvenientes, como son su elevado peso volumétrico, el empleo en su elaboración de grandes cantidades de madera material éste que cada día adquiere un precio más elevado y cuyo empleo lesiona al país por provocar una tala exagerada de la riqueza forestal. Son desventajas también su baja fatiga de trabajo a la tensión, sus fuertes contracciones por fraguado, lo cual produce grietas en las piezas, aun sin hallarse sujetas a la acción de las cargas y el estar sus secciones determinadas por las tensiones diagonales que se presentan, las que obligan a aumentar considerablemente las dimensiones de las piezas y su propio peso. El concreto simple, actualmente puede producirse para soportar fatigas de ruptura por compresión del orden de los 600 Kg/cm2, pero difícilmente se pueden obtener mezclas que soporten más de 25 Kg/ cm2 a tensión pura o producida por flexión, por lo que estas tensiones en el concreto armado, deben tomarse por medio de armaduras de hierro normales a los planos en que se presentan los esfuerzos. Debido a estas propiedades, dentro de una sección de concreto armado, solamente el 40 % en términos generales trabaja a compresión, cuando esta sección corresponde a una pieza sujeta a flexión por el efecto de las cargas exteriores. Por lo tanto el 60% restante se desperdicia, pues sólo sirve para recubrir la armadura de hierro y proporcionarle el brazo de palanca necesario para tomar la tensión producida por el momento de las cargas que actúan sobre la pieza. En esta zona, sometida a tensión, el concreto se fisura por no poder seguir al hierro en su deformación. Las secciones de las piezas a flexión, de concreto común, podrían reducirse si en lugar de emplear concreto de f’c = 140 Kg/ cm2 y fs = 2800 Kg/ cm2 se emplearan concretos de f’c = 600 Kg/cm2 y fs = 20,000 Kg/cm2 ó más. Comúnmente se fisura la zona de tensión de esas piezas, cuando se emplea hierro de bajo límite elástico y estas fisuras imperceptibles a simple vista, se convertirían en verdaderas grietas si se empleara acero de muy alto límite elástico. Por otro lado, si se quisiera aprovechar al máximo la resistencia a la compresión del concreto y reducir al mínimo el inconveniente del excesivo peso propio de las piezas, sería necesario el empleo de cantidades prohibitivas del acero de refuerzo comúnmente usado, a causa de la baja fatiga de trabajo.



Por lo tanto, vemos que lo ideal sería tener un concreto que tuviera todas las ventajas del concreto armado común, pero que no adoleciera de sus inconvenientes. Esto, precisamente, es lo que nos brinda el Concreto Pre-esforzado. Por medio de la pre-compresión logramos eliminar las tensiones en el concreto y hacer que se comporte como un material homogéneo, sometido al tipo de esfuerzo para el que está más capacitado. Asimismo por medio de la pre-compresión y colocando los cables en una forma parabólica, logramos que el peralte de las piezas precomprimidas sea del 45 % del requerido para una pieza de concreto armado común, a igualdad de momento. Por otra parte esta colocación del cable favorece a la pieza en lo que respecta a los esfuerzos cortantes, pues origina una fuerza cortante opuesta a la producida por las cargas externas y por lo tanto, anula la tensión diagonal que en el concreto común hay que tomar con estribos o barras inclinadas. En el concreto pre-comprimido el valor del esfuerzo cortante y de la tensión diagonal resultante, permanecen dentro del 0.03 f’c permisible para tomarse con el concreto, vea la figura siguiente.

Desde que se inició el uso del concreto reforzado, se previó la conveniencia de la pre-compresión; sin embargo, hasta 1927, todos los intentos hechos para construir vigas con concreto pre-comprimido fracasaron rotundamente, por no haberse considerado que la pre-compresión permanente sólo era posible mediante el uso de aceros de alto límite elástico. Fue el Ing. Freyssinet quien llamó la atención sobre este aspecto del problema y quien primero realizó verdaderamente la pre-compresión permanente; pues, según su método, las tensiones preestablecidas no disminuyen más de un 10 a un 15 % con el tiempo y estas reducciones no afectan al concreto precomprimido, pues el calculista puede tenerlas en cuenta en la ejecución de sus proyectos. El principio del concreto precomprimido se basa en el hecho de que es posible tener en la práctica una pieza trabajando a flexión, cuyas secciones estén sometidas únicamente a compresión, proporcionando a la pieza una compresión inicial que, considerando las pérdidas, sea siempre mayor que la tensión producida en la pieza por el efecto de las cargas exteriores durante su trabajo. Lógicamente el esfuerzo resultante, en la zona donde la flexión nos produce una compresión, será igual a la suma de la pre-compresión inicial menos las pérdidas, más la compresión de trabajo.



Como un ejemplo explicativo sencillo vamos a considerar una viga de 4 m de claro formada por una serie de dovelas de concreto pre-coladas, de forma prismática rectangular y de dimensiones 20 x 40 x 10 cm. de ancho, con una perforación en su centro, por la cual vamos a pasar un tensor de acero para unirlas todas y formar una pieza de 0.20 x 0.40 x 4.00 m. Esta pieza la vamos a colocar sobre dos soportes extremos y a someterla a sostener una carga uniforme de 5 Ton/m, vea la figura siguiente.

Está claro que, para conservar unidas las dovelas, debemos dar una tensión a la barra de acero con objeto de producir una compresión en sus caras que las mantenga unidas por fricción y puedan soportar un peso propio, que será de 700 Kg. La fatiga por tensión que este peso propio provoca en la fibra más alejada es de 6.6 Kg/cm2, o sea, que, si aplicamos por medio del tensor una compresión de 5,280 Kg, esta fuerza nos dará una fatiga uni-forme de compresión en toda la sección, de 6.6 Kg/cm2, con lo cual las dovelas permanecerán en su lugar soportando su propio peso. La carga uniforme de 5 Ton/m nos producirá un momento flexionante máximo de 10 Ton/m. o sea 1, 000,000 Kg/cm, con lo que la tensión en la fibra más alejada valdrá 187.5 Kg/cm2 y por lo tanto, debemos aplicar con el tensor una compresión igual a 165 Ton para que, con una pérdida de tensión de un 10% por elongación del hierro bajo la acción de la carga, nos produzca una compresión unitaria de 187.5 Kg/cm2 que contrarreste la fatiga de tensión producida por las cargas exteriores y nos mantenga toda la sección trabajando a compresión. La fatiga por compresión, resultante en la fibra superior de la pieza sería entonces de 375 Kg/cm2. Resumiendo, la tensión que habría que aplicar con el tensor sería de 171 Ton, con lo cual la fatiga de la fibra extrema inferior sería igual a cero y la fatiga máxima de compresión en la fibra extrema superior sería de 388.2 Kg/cm2 cuando la pieza estuviera trabajando con toda su carga. 3.16.1. Materiales y procedimientos de piezas de concreto precomprimido. Por lo que toca a los materiales que se emplean para fabricar piezas precomprimidas, hablemos primero del concreto, el cual debe estar hecho a base de materiales inertes lavados, libres de polvo y de materia orgánica, bien clasificados granulométricamente y de buena



calidad. La mezcla, dadas las condiciones especiales de esta clase de trabajos, debe ser manejada lo más seca posible, mezclada en mezcladora adecuada, colocada mediante vibradores de alta frecuencia o mesas vibratorias especiales, para garantizar un buen acomodo en los moldes, y curada a vapor en autoclave para garantizar la mayor resistencia a la compresión y la menor contracción por fraguado. El cemento que se usa es el de CPC 30 R de fraguado rápido. Uno de los problemas que se presenta más comúnmente en la manufactura de piezas precomprimidas, es la pérdida de compresión inicial en el concreto a causa de las contracciones por fraguado y la fluencia de los materiales bajo la acción de la carga, a través del tiempo. Para contrarrestar en lo posible esta pérdida, por lo que toca al concreto, éste debe colarse lo más seco posible, curarse cuidadosamente y precomprimirse cuando haya endurecido convenientemente y sufrido, por lo tanto, su total contracción por fraguado. Para piezas cortas y sujetas a cargas normales se utilizan mezclas de una f’c de 280 a 350 Kg/cm2 pero para grandes claros o cargas fuertes los concretos usados deben tener una f’c de 600 Kg/cm2. En lo referente al acero que se usa para la manufactura de piezas precomprimidas, debemos decir que debe ser acero de alto límite elástico y con fatiga de ruptura del orden de los 16,000 a los 20,000 Kg/cm2. Los alambres que se emplean generalmente son de 2 a 8 mm de diámetro, siendo el más usado el de 5 mm. Estos alambres además de su gran resistencia y su alto límite elástico deben poseer una ductilidad suficiente que permita enrollar el alambre, trenzarlo para formar cables de varios hilos y acomodarlo fácilmente en su posición, así como para evitar roturas por impacto. Este tipo de acero se fabrica por a la empresa DEACERO. A este tipo de aceros se les hace trabajar en valores mayores de su límite elástico, lo cual puede parecer exagerado, si se compara con el caso del concreto común, en el cual las barras se hacen trabajar únicamente al 50 % de su límite elástico; pero debe tenerse en cuenta que, en el caso del concreto precomprimido, la calidad de cada uno de los alambres se comprueba al estirarlos durante la pre-compresión, hasta un 10% más de su fatiga de proyecto y que esta fatiga nunca se verá sobrepasada, por las pérdidas de tensión que sufre el alambre a causa de la fluencia del acero y del concreto. Cuando este tipo de alambre se carga hasta un 70% de su límite elástico y se conserva bajo una longitud constante, llega a perder al cabo de unos 20 días, por deslizamiento plástico, un 12 % del esfuerzo inicialmente aplicado. Dicha pérdida puede reducirse bastante, si al estirar el alambre se le lleva hasta un 76 % de su límite elástico, sostenido durante unos 2 minutos y luego se le vuelve a bajar al 70 % del límite indicado. En estas condiciones la pérdida por deslizamiento plástico es sólo de un 4%. 3.16.2. Métodos para precomprimir Salvo muy raras excepciones, la precompresión no se aplica al concreto directamente, sino a través de los alambres o cables de acero de alta resistencia y límite elástico, los cuales se tensan por medio de gatos hidráulicos, tornillos o algún otro dispositivo adecuado. Para producir la precompresión, los alambres o cables se anclan a las



extremidades de la pieza por medio de cuñas, placas o cualquier otro sistema adecuado, con objeto de que el concreto se oponga a que el hierro que se ha alargado al sufrir la tensión, recupere su longitud original, lo que forzosamente produce en el concreto un esfuerzo de compresión igual al de tensión que actúa sobre los alambres. Cuando el estirado de los alambres se hace contra el molde metálico dentro del cual se va a efectuar el colado de la pieza, antes de hacerse éste, se dice que los alambres se han "pretensado". Cuando el estirado se lleva a cabo estando ya endurecido el concreto y habiendo perdido gran parte del agua de colado, entonces se dice que los alambres se han "post-tensado". Generalmente los alambres tensores se colocan dentro de forros de lámina a través de la pieza por colarse para evitar la adherencia y efectuar el anclaje sólo en los extremos. También pueden dejarse, al colar el concreto, ductos por donde se pasan los alambres para efectuar el post-tensado, dependiendo su número y diámetro del tamaño de la pieza y la forma de colocación del acero. Estos ductos una vez precomprimida la pieza se rellena con lechada o mortero de cemento para evitar la corrosión del alambre. En la construcción, en planta, las pequeñas piezas precomprimidas, como durmientes para ferrocarril, postes para líneas de fuerza, losas o vigas para claros cortos, generalmente se usa el sistema de pretensado y en muchos casos la precompresión se realiza por adherencia, o sea sin dispositivos de anclaje. En estos casos, generalmente se colocan varios moldes gemelos uno a continuación de otro, sobre una línea de trabajo; los moldes quedan algo separados entre sí para poder cortar los alambres entre ellos. A continuación se tienden los alambres entre los moldes y se pretensan mediante una máquina adecuada; una vez lograda la tensión calculada en el juego de alambres, se procede al colado de las piezas y se dejan fraguar, curándolas adecuadamente, hasta que el concreto se ha endurecido lo suficiente para poder cortar los alambres entre los moldes, con lo que, al tratar de recuperar su longitud inicial y su sección primitiva, comprimen al concreto por adherencia. El diámetro de los alambres usados para este proceso es generalmente de 5 mm y aunque algunos autores indican que deben ser más delgados (2 a 3 mm) otros opinan que no hay limitaciones en los diámetros, ya que, al estirarse el alambre, su sección disminuye y, al cortarse, trata de recuperar su sección primitiva, aumentando considerablemente la adherencia y obligando algunas veces, cuando se usan diámetros de 8 mm en adelante, a proteger con un zuncho metálico la zona de concreto en contacto con la periferia del alambre. Este sistema de pretensado no se usa en la construcción de grandes piezas por la imposibilidad de hacer los moldes lo suficientemente rígidos y resistentes para soportar los enormes esfuerzos que se requieren. En el caso de estas grandes piezas se utiliza generalmente el método de post-tensado, ya sea colando la pieza monolítica en el lugar o haciendo en planta una serie de dovelas de forma precalculada y para lo cual se ha tomado toda clase de precauciones en su manufactura, colado, vibrado y curado a vapor, a fin de alcanzar la más alta calidad y fatiga de ruptura y el más completo fraguado.



Estas dovelas se llevan al lugar de la obra y se colocan en una cimbra o templete con objeto de unirlas una a continuación de otra, colocar convenientemente los cables de tensado y proceder a la precompresión de la pieza por medio de gatos u otros dispositivos adecuados. En algunos casos se ha intentado hacer la precompresión de piezas pequeñas por medio de electricidad. A continuación detallaremos someramente los métodos más usuales para efectuar la precompresión de piezas de concreto y sus principales ventajas: 3.16.1.1. Sistema Freyssinet. Este método utiliza dos gatos de tipo especial para el estirado de los cables de acero, uno en cada extremo de la pieza, que constan de dos cilindros hidráulicos, el mayor de los cuales estira los alambres hasta la tensión deseada, y el más pequeño sirve para empujar un cono de concreto precolado que actúa como anclaje por fricción para mantener el esfuerzo. El sistema de anclaje ideado por Freyssinet consiste en dos conos de concreto precolados, uno de ellos entra dentro del otro. Estos conos son de concreto de alta resistencia y están reforzados con un espiral de alambre. El cono hembra, que está recubierto en su interior con un espiral de alambre además del de refuerzo, se coloca en la cabeza de la pieza antes de hacer el colado, con objeto de que quede empotrado formando parte integrante de la pieza y se le llama "cono de anclaje". El cono macho, también de concreto, presenta una serie de dientes o ranuras paralelas a su eje longitudinal y en estas ranuras se colocan los cables o alambres que se van a estirar. Este cono una vez hecha la post-tensión se hinca dentro del cono hembra, por medio del émbolo menor del gato, ve la figura siguiente.

El gato tiene unas 30 Ton de capacidad de tensado y estira de los 18 alambres a la vez, los que van anclados por medio de cuñas en la periferia de la cabeza y pasan por guías en la extremidad del gato, que queda en contacto con la pieza. La ventaja de este sistema es el bajo costo de los anclajes, la rapidez con que se efectúa el post-tensado y el hecho de que los anclajes, una vez cortados los alambres, no sobresalen de la cabeza de la pieza y, por lo tanto, no dificultan su manipulación y traslado. Las desventajas del sistema son las siguientes: como el tensado del cable de los 18 hilos se hace en una sola operación, no se puede saber si todos los alambres están trabajando a la misma fatiga; la forma y calidad de los anclajes puede variar y la tensión de 30 Ton máximo, no siempre es suficiente, aún para piezas cortas. Además los gatos son pesados



y costosos, comparados con los que se utilizan en los sistemas en que se tensan los alambres de 2 en 2 a la vez. En grandes piezas, el Ing. Freyssinet las precomprime por medio de varios cables que salen en las cabeceras por diferentes perforaciones, lo cual aumenta la sección de la viga y dificulta el colado y llenado de la pieza de extremo después del estirado. Pero como a cada cable le concede un esfuerzo de 30 Ton como máximo, el procedimiento tiene la gran ventaja de dar una distribución muy uniforme de los esfuerzos en las cabezas de la pieza. 3.16.1.2.Sistema Belga. Este sistema fue desarrollado por el Prof. Magnel durante la ocupación alemana de Bélgica en la pasada guerra. En este sistema los alambres son tensados de dos en dos, por un gato de 5 Ton de capacidad. Los cables formados por estos alambres son de forma prismática con espaciadores tanto horizontales como verticales para conservar los alambres siempre en la misma posición. En los extremos de la pieza se colocan unas placas de asiento perforadas sobre las que descansan los dispositivos de anclaje o sándwich, que son piezas de acero que tienen cuatro ranuras, dos superiores y dos inferiores, en las cuales entra una cuña de acero, que ancla 2 alambres. Los cables formados por 32 a 64 alambres van recubiertos de una lámina metálica, vea las figuras siguientes.

Este procedimiento tiene la ventaja de poder hacer cables constituidos por un gran número de alambres (generalmente 64 de 5 mm, pero se puede hacer de 64 de 7 mm o mayores) pudiendo transmitirse esfuerzos de tensión de 200 Tons o más.



Las desventajas del sistema son: • Es más caro que el sistema de Freyssinet en lo que toca a los anclajes. • Es más lento para aplicar todo el esfuerzo requerido. • El grupo de platos de anclaje sobresale del extremo de las vigas y dificulta la

manipulación 3.16.1.3. Sistema de pre-esforzado eléctrico. En este sistema se usan barras gruesas que puedan soportan las fatigas de trabajo de 20 Kg/mm2 y 12000 Kg/cm2. Los extremos de estas barras están roscados para aceptar una tuerca. Las barras se sumergen en azufre fundido y quedan así recubiertas de una capa de azufre al enfriarse. Estas barras se utilizan para pre-esforzar miembros chicos y se usan como refuerzo ordinario, sólo que sobresalen un poco de los extremos del concreto después de hecho el colado. Estas barras se calientan eléctricamente por medio de una corriente de 5 volts por metro lineal y con una intensidad de 400 amperes por cm2 durante 2 minutos. Al fundirse el azufre se pierde la adherencia con el concreto; el acero se alarga y cuando se ha dilatado la longitud precalculada, se aprietan las tuercas y se suspende la corriente. Al enfriarse, el acero se pone en tensión y el azufre solidificado restablece la adherencia y comprime al concreto. Este método supone un desperdicio de acero, por tener que hacer los extremos de las barras más gruesos, para que la cuerda pueda soportar los esfuerzos y además tiene como inconveniente la combinación química del azufre con el hierro y el concreto, sobre todo en presencia de humedad. También se tiene una gran pérdida del pre-esforzado debido a lo pequeño del esfuerzo aplicado y una falta de uniformidad en la distribución de los esfuerzos. Todos los sistemas anteriormente descritos son de los llamados de post-tensado. Veremos ahora dos sistemas de tipo de pre-tensado. 3.16.1.4. Sistema Hoyer En este sistema se tiene el alambre sobre la mesa de trabajo y se tensiona entre dos empotramientos extremos por medio de una máquina especial que limpia el alambre de óxido y aplica la tensión. Luego se colocan los moldes separados uno de otro para poder cortar los alambres una vez endurecido el concreto y la precompresión se logra por adherencia. Este método es para emplearse en planta en el colado de pequeñas piezas en serie. 3.16.1.5. Sistema Shorer. Este sistema es similar al anterior, pero se usa en lugar de un molde rígido una barra de acero duro capaz de soportar una compresión de 7000 Kg. por cm2 y en la cual se enrollan los alambres delgados que efectuarán la pre-compresión, la mitad en un sentido y la mitad en el otro, para evitar los esfuerzos de torsión en la barra, separados 1 cm. de la periferia del tubo por medio de rodetes o anillos espaciadores con muescas y en espiral muy abierto. El tensado se efectúa por medio de un gato especial que jala los alambres apoyándose en el núcleo resistente del tubo. A continuación se procede al colado y curado de la pieza y luego se retira el gato y el núcleo resistente, pudiéndose usar en otra pieza. Este procedimiento tiene la ventaja de ahorrar el costo de un molde que soporte los esfuerzos de pretensión y facilita su uso en el campo para colado de piezas de puente.



El inconveniente que se le atribuye es que los alambres queden recubiertos por una capa de sólo 1 cm. de espesor; aunque posteriormente, al retirar la barra de acero duro, el hueco que deja se rellena con mortero rico de cemento. En este sistema también la precompresión se realiza a base de la transmisión de esfuerzos por adherencia. 3.16.2. Ventajas del concreto precomprimido. El concreto precomprimido presenta, con relación al concreto común, grandes ventajas ya que, aunque el acero de alto límite elástico que debe usarse, es como 3 veces más caro que el acero común de refuerzo, las cantidades que se utilizan son mucho menores y, por otro lado, el volumen de concreto es menos de la mitad del resultante para una pieza de concreto común equivalente. Además la relación ancho-claro en concreto común es de 1/24 como máximo permisible por especificaciones, mientras que en concreto precomprimido es posible usar hasta 1/40.

La mayoría de las piezas precomprimidas pueden ser manufacturadas en una planta apropiada en la cual se pueden tener todos los elementos y tomar todas las precauciones necesarias para lograr la mejor calidad posible en el concreto mediante mezclas muy secas hechas a base de cementos de buena calidad y alta eficiencia, una buena dosificación granulométrica de agregados inertes, libres de polvo y de materia orgánica, empleo de vibradores de alta frecuencia o de mesas vibratorias de colado y procediendo a hacer un curado intensivo y minucioso a base de cámaras húmedas o de autoclaves de vapor húmedo a presión. Con esto se obtiene el mayor rendimiento de la mano de obra especializada, la cual se ve auxiliada por una gran cantidad de elementos mecánicos y to-das las comodidades necesarias para acelerar la producción y, por lo tanto, abatir los costos de los elementos estructurales producidos. El acarreo de las piezas precomprimidas al lugar de la obra es bastante económico, debido al poco peso volumétrico, y ciento por ciento eficiente, ya que es imposible que se produzcan roturas de piezas u otros accidentes, dado que el material va trabajando a su máximo esfuerzo y totalmente compactado. Cuando el trabajo de precompresión debe hacerse en el lugar de la obra, debido al gran tamaño de las piezas, el acarreo se facilita mucho por el tamaño reducido de las secciones y a la excelente calidad y compactación del concreto usado en su manufactura.



Para la ejecución de grandes trabes de puente las secciones más usadas son la de "doble T", o sea una sección similar a la de las viguetas de hierro estructural ampliamente conocidas; o la sección de "caja" (sección prismática, rectangular recta, hueca; por este hueco pasan los cables de la precompresión), excepto las secciones extremas de la pieza, que forzosamente deben ser macizas para alojar los anclajes y los ductos de paso de los cables. Este procedimiento de construcción es ideal para la ejecución de pilotes, trabes y losas para edificios, durmientes para ferrocarril, postes para líneas de fuerza, trabes de puente hasta de 60 m de claro, losas de puente, sifones para conducción de aguas, tanques de almacenamiento, pilotes para obras marítimas, cierto tipo de presas, obras de toma, tuberías de presión. La combinación de las dos técnicas, precolado y precompresión, puede reducir considerablemente el costo y el tiempo de ejecución de muchas construcciones de concreto armado. La reducción de sección y por lo tanto de peso propio representa un papel importante en las estructuras de concreto en subsuelos como el de nuestra Ciudad. Afortunadamente tenemos ya en México los elementos y materiales de alta calidad indispensables para la ejecución de este tipo de trabajo, así como contamos también con un buen grupo de técnicos que dominan estos procedimientos y con una buena mano de obra para llevarlos a cabo. La construcción del Teatro del Estado en ciudad Victoria, Tamaulipas fue la primera obra en México de tipo civil en que se empleó concreto precomprimido. Este sistema se usó para la estructura de las cubiertas de la sala principal, así como las de una Sala de Conferencias y Biblioteca, incluidas dentro del conjunto. Las primeras, con un claro que varía de 52 a 54 m, y las segundas, con claro de 16 m, tienen peraltes de 2 m y 40 cm respectivamente. Fue este caso, por decirlo así, el laboratorio para la experimentación e introducción de este tipo de estructuras en obras urbanas y la experiencia en él obtenida hará, sin duda alguna, que para el futuro, se pueda mejorar el proceso aquí seguido. Posteriormente a esta obra se han venido ejecutando otras en el país, empleando este sistema, y es de desear que su uso se siga extendiendo.

Teatro del Estado en ciudad Victoria, Tamaulipas





REFERENCIAS Abdun-Nur, E. A., "Fly Ash in Concrete -An Evaluation," Bulletin No. 284, Highway Research Board, Washington, D. c., 1961, 138 págs. Comité ACI 201, "Guide to Durable Concrete," (ACI 201. 2R-77), American Concrete Institute, Detroit, 1977,37 págs. Comité ACI 211, "Recommended Practice for Selecting Proportions for Normal and Heavyweight Concrete (ACI 211.1-77)," American Concrete Institute, Detroit, 1977, 20 págs. Comité ACI 212, "Admixtures for Concrete," (ACI 212.1 R-63), American Concrete Institute, Detroit, 1963, 33 págs. (Nota: este es el tercer Informe del Comité 212 y contiene referencias de los informes anteriores que pueden consultarse para obtener información adicional.) Comité ACI 212, "Admixtures for Concrete," ACI JOURNAL, Preceedings vol. 51, núm. 2, octubre de 1954, págs. 113-146. Comité ACI 212, "Guide for Use of Admixtures in Concrete," (ACI 212. 2R-71), American Concrete Institute, Detroit, 1971,31 págs. Comité ACI 223, "Recommended Practice for the Use of Shrinkage Compensating Concrete (ACI 223-77)," American Concrete Institute, Detroit, 1977,21 págs. Comité ACI 311, ACI Manual 01" Concrete Inspection, 6a edición, SP-2, American Concrete Institute, Detroit, 1975,268 págs. Comité ACI 345, "Recommended Practice for Concrete Highway Bridge Deck Construction (ACI 345-74)," American Concrete Institute, Detroit, '1974, 35 págs. Comité ACI 523, "Guide for Cast-in-Place Low Density Concrete," ACI 523. 1 R67), American Concrete Institute, Detroit, 1967, 8 págs. 11.5ymposium on Mass Concrete, SP-6, American Concrete Institute, Detroit, 1963,427 págs. Comité ACI 116, Cement and Concrete Terminology, SP-19 (78), American Concrete Institute, Detroit, 1978, 50 págs. "Entrained Air in Concrete: A Symposium," ACI JOURNAL, Proceedings vol. 42, núm. 6, junio de 1946, págs. 601-700. Angstadt, R. L. Y Hurley, F. R., "Spodumene as an Accelerator for Hardening Portland Cement," U. 5. Patent No. 3, 331,695. 18 de julio de 1967. "Functional Materials," McCutcheon Division, MC Publishing Co., Ridgewood, N. J., 1975. "Control of Efflorescence in Colored Concrete Products," Rock Products, vol. 53, núm. 8, 1950, págs. 223-238.

Concreto

Documents