ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE 1 UNIVERSIDAD DE CARTAGENA JOSÉ MAURICIO QUIÑONES CASTILLO HERNÁN ALONSO CAUSIL BUELVAS 31/01/2012 ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON MICROSILICE
164
Embed
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD RESSITENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU ADICIONADAS CON MICROSILICE - M.QUIÑONES 2012
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
1
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
JOSÉ MAURICIO QUIÑONES CASTILLO
HERNÁN ALONSO CAUSIL BUELVAS
31/01/2012
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD,DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE
CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON MICROSILICE
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
2
Cartagena de Indias, Enero 31 de 2012
COMITÉ DE INVESTIGACIONES Y PROYECTOS DE GRADOFACULTAD DE INGENIERÍAPROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
Cordial saludo,
Muy respetuosamente nos remitimos a ustedes con el objeto de presentar el Trabajo de Grado
titulado “ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD,
RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS
CON MICROSÍLICE.”, elaborado por José Mauricio Quiñones Castillo y Hernán Alonso
Causil Buelvas, a quienes dirigiré durante todo el estudio; para la aprobación, corrección y
evaluación por parte del presente comité.
Atentamente,
_________________________________MODESTO BARRIOS FONTALVODirector del Programa de Ingeniería CivilDirector de proyecto de grado
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
3
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y
COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON MICROSÍLICE
JOSÉ MAURICIO QUIÑONES CASTILLOHERNÁN ALONSO CAUSIL BUELVAS
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
CARTAGENA D. T. y C.
2012
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
4
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIAY COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON
MICROSÍLICE
JOSÉ MAURICIO QUIÑONES CASTILLO
HERNÁN ALONSO CAUSIL BUELVAS
Línea de InvestigaciónMateriales Especiales
Grupo de InvestigaciónGEOMAT
Proyecto de Grado Para Optar al Título de Ingeniero Civil
DirectorIng. Modesto Barrios Fontalvo
UNIVERSIDAD DE CARTAGENAFACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVILCARTAGENA D. T. y C.
2012
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
5
NOTAS DE ACEPTACIÓN
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
_______________________________Firma del Jurado
_______________________________Firma del Jurado
_______________________________Firma del Director del Proyecto
Cartagena de Indias D.T. y C. / Febrero de 2012
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
6
La Ingeniería es el arte de modelar materiales que no comprendemos completamente, en
formas que no podemos analizar precisamente y soportando fuerzas que no podemos preveer
exactamente, de manera tal que el público no tenga razones para sospechar la extensión de
nuestra ignorancia.
Dr AR Dykes, British Institution of Structural Engineers, 1976.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
7
Filosofía del Constructor
Interpretada por: Ruskin
Toda acción humana resulta honrada, agraciada y verdaderamente
magnífica cuando se hace considerando las cosas que están por venir…
En consecuencia, cuando construyamos, Hagámoslo pensando en que
será para siempre.
No edifiquemos para el provecho y el uso actual solamente. Hagamos
tales obras que nuestros descendientes nos lo agradezcan y
consideremos, a medida que ponemos piedra sobre piedra, que llegará
el día en que esas piedras serán sagradas porque nuestras manos las
tocaron, y que la posteridad pueda decir con orgullo, al ver nuestra
labor y esencia que en ella forjamos,
“Mirad aquí el legado de quienes nos precedieron”.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
8
Con amor y gran afecto a la mujer más grande mi señora madre, mi fuente de inspiración para
soportar los embates de la vida, a quien le debo lo que soy ahora…
Jose Mauricio Quiñones Castillo
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
9
A Dios y a mi madre por apoyarme siempre en todas mis decisiones.
Hernán Causil B
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
10
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar queremos expresar nuestros más sinceros agradecimientos a nuestro director
de proyecto el ingeniero Modesto Barrios Fontalvo por su apoyo incondicional, sus sabios
consejos y por la confianza depositada.
Queremos agradecer de una manera muy especial a la doctora Dalia Moreno Egel, por
habernos ayudado incansablemente en la realización de esta investigación, con sus valiosas y
practicas ideas.
También expresamos nuestros agradecimientos a los ingenieros Federico Vega Bula, Jairo
Alvis Ali y Esteban Puello, quienes con sus recomendaciones contribuyeron en hacer posible
este documento.
Extendemos nuestros agradecimientos a Luis M. Padilla Wong, Adriana Soto, José Rojas
Fuentes y a todos los docentes y compañeros quienes contribuyeron durante nuestro proceso de
formación profesional y humano.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
11
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN
INTRODUCCION
OBJETIVOS
1. MARCO TEORICO......................................................................................................... 35
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
16
2.7.2 Ensayo de peso unitario del concreto ASTM D 2937 ............................................... 99
2.7.3 Ensayo de determinación de tiempo de fraguado (NTC 110 - NTC 118)................. 99
2.7.4 Ensayo de resistencia a compresión de especímenes cilíndricos de concreto (ASTMC 31 - ASTM C 39) ............................................................................................................ 99
2.7.5 Ensayo de resistencia a flexión (NTC 663 – ASTM C 78) ..................................... 100
2.7.6 Ensayo de humedecimiento y secado de especímenes de hormigón – Durabilidad(NTC5551 – INVE 807 -07)............................................................................................. 100
2.8 Organización y análisis de la información ..................................................................... 100
3. RESULTADOS Y ANÁLISIS........................................................................................... 101
3.1 Desarrollo y optimización de mezclas de concreto in situ ............................................. 101
3.2 Determinación de la trabajabilidad y docilidad de las mezclas de hormigón. ........... 102
3.3 Consistencia normal y tiempos de fraguado............................................................... 105
3.4 Peso unitario de mezclas de hormigon ....................................................................... 108
3.5 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL CONCRETO .............................................. 110
3.5.1 Correlacion entre resistencia a compresion y contenido de microsilice de mezclas dedosificacion 1:2:3 ................................................................................................................. 117
3.5.2 Correlacion de resistencia a compresion y contenido de microsilice para dosificaciones1:2:2 ..................................................................................................................................... 121
3.5.3 Indice de actividad resistente para compresion de concreton (IAR)....................... 122
3.6. RESISTENCIA A FLEXION DE LAS MEZCLAS EVALUADAS ...................... 127
3.6.1 Correlacion existente entre la resistencia a compresion y el modulo de rotura ...... 131
3.6.2 Correlacion entre el modulo de elasticidad y porcentaje de de microsilice ............ 132
3.7 ANALISIS DE DURABILIDAD................................................................................. 134
3.7.1 Determinacion del % absorcion de agua ................................................................. 135
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
17
3.7.2 Abrasión del concreto en ciclos de humedecimiento y secado continúo en ambientesseveros .............................................................................................................................. 138
4. EVALUACION ECONOMICA DE MEZCLAS DE CONCRETO ADICIONADASCON MICROSILICE – ANALISIS DE COSTOS ............................................................. 142
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
18
LISTA DE FOTOGRAFIAS
Fotografía 1: Preparación de concreto por medio manual ....................................................... 55
Fotografía 2: Medida de manejabilidad mediante el ensayo de cono de Abrams. ................... 58
Fotografía 3: Falla por tensión diagonal de viga. ..................................................................... 65
Fotografía 4: tamizado de A. Grueso. ...................................................................................... 93
Fotografía 5: Tamizado de A. Fino .......................................................................................... 94
Fotografía 6: Cemento Argos de uso general – tipo I .............................................................. 94
Fotografía 7: Proceso de medición de cantidad de microsílice a emplear en una mezcla........ 95
Fotografía 8: Gran finura de las partículas de esta adición, como su coloración gris. ............. 95
Fotografía 9: proceso de llenado de cilindros y compactación para condiciones alteradas ..... 98
Fotografía 10: Elaboración de cilindros y viguetas................................................................ 101
Fotografía 11: Proceso de curado por inmersión de especímenes ......................................... 101
Fotografía 12: Determinación del slump................................................................................ 102
Fotografia 13: Expansibilidad de la mezcla 2B como tambien la poca expansión de la mezcla4B............................................................................................................................................. 104
Fotografia 14: Determinacion de la consistencia normal del cemento + microsilice ............ 105
Fotografia 15 : Determinacion de peso unitario ..................................................................... 109
Fotografía 16: Cilindros de algunas mezclas evaluadas......................................................... 111
Grafica 23: Curva de correlación modulo de elasticidad........................................................ 133
Grafico 24: Representacnion de valores de absorcion de agua .............................................. 136
Grafica 25: Correlación entre el porcentaje de absorción y el contenido de microsílice ....... 137
Grafica 26: Esquema de pérdida de pasta de cemento de todas las mezclas. ......................... 140
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
22
LISTA DE TABLAS
Tabla1: Características de los cementos portland..................................................................... 41
Tabla 2: Clasificación del agregado según densidad ................................................................ 46
Tabla 3: Análisis químico de la microsílice (Requisitos mínimos NTC 4637) ........................ 53
Tabla 4: Definiciones de trabajabilidad de varias instituciones................................................ 57
Tabla 5. Contenido de aire en concreto para varios tamaños de agregado grueso ................... 59
Tabla 6: Efectos de sustancias químicas en el concreto ........................................................... 86
Tabla 7: Requisitos para concreto expuesto a soluciones con sulfato ...................................... 86
Tabla 8: Fases del trabajo de investigación .............................................................................. 90
Tabla 9: Características físicas de agregado grueso empleado ................................................. 93
Tabla 10: caracterizarías físicas del Agregado fino empleado ................................................. 94
Tabla 11: Dosificaciones de mezcla preestablecidas para 1m3 de concreto ............................. 96
Tabla 13: Valores de asentamien de cada mezcla................................................................... 102
Tabla 14: Tiempo de fraguado inicial del cemento con el porcentaje de adición de microsílice................................................................................................................................................. 106
Tabla 15: Peso unitario fresco de cada una de las mezclas .................................................... 108
Tabla 17: Desarrollo de resistencias a compresión con la edad.............................................. 112
Tabla 18: Criterios de aceptacion de concreto NSR 10 .......................................................... 113
Tabla 19: Resistencia a la compresión con sustitución de cemento por microsílice y pirosil 123
Tabla 20: Resultados de modulo de rotura para cada edad..................................................... 127
Tabla 21: Resistencia a compresión – modulo de rotura ........................................................ 131
Tabla 22: Modulo de elasticidad - E....................................................................................... 132
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
23
Tabla 23: Porcentaje de absorción de agua para cada mezcla ................................................ 135
Tabla 24: Perdida de pasta de cemento por abrasión mecánica. ............................................. 139
Tabla 25: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia estimada de 3000 psi ................................ 143
Tabla26: Diseño de mezcla para resistencia de 3000 psi (No contiene adición).................... 143
Tabla 27: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia de 3000 psi ............................................... 144
Tabla 28: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 3500 psi ............................................... 144
Tabla 29: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia de 4000 psi ............................................... 145
Tabla 30: Costo de producción de mezcla de resistencia 4000 psi (No contiene adición) ..... 145
Tabla 31: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 5000 psi ............................................... 146
Tabla 32: Costo de producción de mezcla de resistencia 5000 psi (No contiene adición) ..... 146
Tabla 33: Costo de mezcla 1:2:2 para resistencia de 6000 psi ............................................... 147
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
24
GLOSARIO
Aditivo: Compuesto químico que se agrega al hormigón antes, durante o después de su
mezclado, para mejorar sus características o cualidades.
Cal libre: Compuesto químico (CaO) que normalmente se encuentra en baja proporción en el
clinker. En concentraciones mayores, superiores probablemente a un 2%, puede ser peligrosa
porque provoca expansiones en el concreto ya endurecido.
Calor de hidratación: Es el calor liberado de las reacciones que producen el endurecimiento
del cemento portland, por su reacción con el agua.
Cementante: Cualquier producto que tenga la capacidad de unir piezas entre si mismas, por
ejemplo, el cemento portland, el asfalto, las resinas, etc.
Cemento de bajo álcali: Cemento cuyo contenido de álcalis (óxidos de sodio y potasio), no
sobrepasan un 0.6% expresados como Na2O. Este cemento debe usarse cuando los agregados
para el concreto: arena y grava, sean potencialmente reactivos con los álcalis del cemento,
causando el deterioro de la obra.
Cemento hidráulico: Cualquier cemento, que fragua y se endurece con agua debido a la
reacción química entre el agua y el cemento.
Cemento Pórtland: Cemento hidráulico producido con clinker Portland y yeso natural. Se
comercializa en cinco tipos diferentes.
Concreto: Es una mezcla de cemento como un medio aglutinador, agregados finos (arenas),
agregados gruesos (gravas) y agua.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
25
Concreto armado: Concreto con acero de refuerzo destinado para elementos estructurales
(trabes, losas, columnas, etc.) El armado le proporciona al concreto mayor resistencia a la
tensión.
Concreto de Alta Resistencia: Este es un concreto con resistencia a la compresión a 28 días
superiores a 420 kg/cm2. Su uso logra reducir las dimensiones de los elementos estructurales,
incrementando el área de servicio por niveles.
Contracción por secado: Propiedad del concreto que tiende a contraerse por secado. Conduce
a agrietamientos cuando existen restricciones que impidan la contracción libre.
Curado: Tratamiento que se da al concreto recién colado, para asegurar la disponibilidad
permanente de agua que permita el progreso de las reacciones químicas entre el cemento y el
agua. Este importante proceso, nos permite obtener buena durabilidad en el concreto.
Dosificación del concreto: Proceso que consiste en pesar o medir volumétricamente los
ingredientes del concreto: (arena, grava, cemento y agua), e introducirlos al mezclador.
Durabilidad: Capacidad que tiene la obra para resistir la acción del clima, el ataque químico,
abrasión y otras condiciones, a que está expuesta.
Eflorescencia: Un deposito de sales blancas, formadas en la superficie de los muros,
especialmente en lugares húmedos, cálidos y salitrosos.
Esfuerzo: Magnitud de fuerzas internas por unidad de área producidas por cargas externas.
Cuando las fuerzas son paralelas al plano, el esfuerzo es llamado esfuerzo cortante. Cuando las
fuerzas son normales al plano, el esfuerzo es llamado normal. Cuando el esfuerzo normal está
dirigido hacia la parte en que actúa, es llamado esfuerzo de compresión. Cuando está dirigido
hacia afuera de la parte en que actúa, es llamado esfuerzo de tensión.
F’C: Símbolo que nos indica cuántos kilos por centímetro cuadrado debería resistir el
concreto.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
26
Granulometría: Es la distribución por tamaños de las partículas de los agregados,
generalmente expresado en porcentaje.
Hidratación: Proceso muy lento durante el cual el cemento reacciona con el agua para generar
los compuestos químicos que aportan la resistencia de concreto.
Humo de sílice (sílica fume): Conocida también como microsílica, es una superpuzolana
artificial que se presenta como polvo de tamaño ultrafino, de color gris claro a oscuro, que se
obtiene como subproducto de la manufactura del silicio o de las aleaciones de ferrosilicio
Reacción Alcali-Agregado
La reacción entre los álcalis (sodio y potasio) del cemento Portland y ciertas rocas de origen
silíceo o carbonatado presentes en algunos agregados, principalmente la caliza dolomítica. Los
productos de la reacción pueden ser la causa de una expansión anormal y de una desintegración
del concreto en servicio.
Resistencia a la tensión: Máximo esfuerzo de tensión que puede soportar un material antes de
llegar a su límite de destrucción.
Resistencia al fuego: La propiedad de un material de resistir al fuego aplicado. En los
elementos de construcción, es la propiedad de continuar realizando una función estructural
después de estar expuesto al fuego.
Resistencia mecánica: Es la capacidad máxima de los materiales para soportar cargas o
tensiones sin llegar a su límite de destrucción.
Revenimiento: Prueba de laboratorio que indica el nivel de consistencia o capacidad de flujo
del concreto. A menor revenimiento (el mínimo es revenimiento cero) menor capacidad de
flujo. Revenimientos cercanos al máximo valor de 30, indican concretos muy aguados o muy
fluidos.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
27
Sangrado: Se llama así al fenómeno de separación natural del agua hacia la superficie del
concreto fresco antes de su endurecimiento.
Sanidad: Capacidad de la mezcla de conservar su volumen original, durante su paso del estado
fresco al endurecido, sin que se contraiga o se expanda.
Segregación: Tendencia a la separación natural de los ingredientes de la mezcla, por ejemplo:
los más pesados se depositan en el fondo y los más ligeros en la superficie de la mezcla.
Sulfatos: Sales de azufre, abundantes en los suelos y aguas naturales, así como en los desechos
industriales, domésticos o municipales. Estos compuestos químicos pueden dañar
considerablemente la durabilidad del concreto.
Textura: Es la separación de los constituyentes de un todo ordenado, de modo que la
distribución de los tamaños de partículas deja de ser uniforme.
Trabajabilidad o Manejabilidad
La propiedad de la mezcla de concreto que determina su facilidad de ser moldeada, colada y
acabada.
Vibrado: Acción de vibrar el concreto fresco con el objeto de expulsar el aire atrapado durante
el mezclado de la revoltura.
Vicat: Aparato de pruebas para evaluar los tiempos de fraguado: inicial, final y falso de los
cementos hidráulicos.
Yeso: Piedra natural, muy suave, de color blanco y rica en sulfatos de calcio que, en pequeña
proporción, se adiciona en la fabricación del cemento. Actúa como retardador del fraguado.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
28
RESUMEN
Esta investigación está motivada por la necesidad de contribuir al mejoramiento de las
construcciones que se realizan en nuestro país especialmente en sus zonas rurales, donde gran
parte de las mezclas de concreto que se preparan no cumplen con los requerimientos mínimos
establecidos por la norma NSR 10; este aporte se realiza a través de la evaluación de los
efectos causados sobre las propiedades de manejabilidad, durabilidad y resistencia mecánica de
mezclas de concreto hidráulico de cemento portland tipo I, adicionadas con microsílice.
Para tal fin se utilizo canto rodado (no fracturado) y arena extraída artesanalmente del rio
magdalena en la zona de influencia del municipio de calamar (Bolívar), efectuándose una
caracterización físico-química de los materiales empleados en los diseños de mezclas, y la
elaboración de diez tipos de mezclas con contenidos de microsílice de 1, 3, 6 y 9% , relación
agua/cemento constante (A/C = 0,45), y condiciones de manipulación alterada (dosificación,
mezclado, colocación y transporte), para simular condiciones reales de obras en aquellos
lugares, las cuales se confrontaron con tres mezclas de control o patrón.
Los resultados mostraron que los complejos de silicatos de calcio producto de la reacción entre
el dióxido de silicio (microsílice) y el hidróxido de calcio subproducto del proceso de
hidratación del cemento aumentan significativamente la resistencia mecánica (flexión,
compresión…), y su durabilidad, debido que generan mezclas con mayor grado de
autocompactabilidad y contribuye como el filler necesario para reducir los microvacios,
resultando concretos de baja permeabilidad y muy resistentes a la abrasión.
Es importante señalar que bajo las consideraciones evaluadas se obtuvo un hormigón de alta
resistencia (f'c28 = 6095 psi) para un contenido de microsílice de 9% (con relación al peso del
cemento), se puede decir que si se reduce la relación agua/cemento, y se mejora la calidad de
los agregados se obtendría resistencias superiores a las registradas en esta investigación.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
29
También se demostró que las dosificaciones preestablecidas 1:2:3 y 1:2:2 (con A/C = 0,45) no
dan las resistencias estimadas de 3000 y 4000 psi respectivamente con estos materiales,
recomendándose por tal motivo el empleo de microsílice en el rango (1 a 3%) para alcanzar
estas resistencias y si re requiere valores mayores se debe utilizar contenidos superiores a 3%.
Debido al sustancial incremento de resistencia que causa esta adición en las mezclas de
hormigón se puede reducir las secciones de los elementos estructurales resultando estructuras
arquitectónicamente más atractivas.
Palabras claves: Resistencia a la abrasión, permeabilidad, autocompatabilidad, microsílice,filler.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
30
ABSTRACT
This research is motivated by the need to contribute to the improvement of the buildings that
are performed in our country especially in rural areas, where much of the concrete mixtures are
prepared not meet the minimum requirements established by the NSR rule 10; This
contribution is made through the evaluation of the effects on the properties of workability,
durability and mechanical resistance of hydraulic concrete mixtures of Portland cement type I,
added with microsilica.
To this end, use pebbles (not broken) and sand extracted by hand the Magdalena River in the
catchment area of the municipality of squid (Bolivar), effecting a physico-chemical
characterization of materials used in the mix design and development ten types of fume
mixtures containing 1, 3, 6 and 9% water / cement ratio constant (A / C = 0.45), and altered
handling conditions (dosing, mixing, placement and transportation) tosimulate actual
conditions of work in those places, which were compared with three control mixtures or
pattern.
The results showed that complex calcium silicate product of the reaction between silicon
dioxide (microsilica) and calcium hydroxide by-product of cement hydration process
significantly increases the mechanical strength (bending, compression ...), and durability,
because they generate mixtures with higher degree of self-compacting and contribute as
necessary to reduce the filler microvacion, resulting in low permeability concrete and very
resistant to abrasion.
Importantly, under the considerations evaluated yielded a high-strength concrete (6095 psi
f'c28 =) for a microsilica content of 9% (relative to the weight of cement), one can say that if
you reduce the water / cement ratio, and improves the quality of the aggregates obtained
strengths superior to those recorded in this investigation.
It was also shown that dosages 1:2:3 and 1:2:2 preset (with A / C = 0.45) do not give the
estimated resistance of 3000 and 4000 psi respectively with these materials recommended for
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
31
this reason the use of microsilica in the range (1 to 3%) to reach these resistances and if re
required to use higher values that exceed 3%.
Due to the substantial increase in resistance caused by this addition in concrete mixtures can be
reduced sections of the structural elements resulting most architecturally attractive structures.
Keywords: Resistance to abrasion, permeability, self-compatible, microsilica, filler.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
32
INTRODUCCIÓN
La investigación y el desarrollo de nuevos métodos para la obtención de un hormigón con alta
durabilidad, y resistencia mecánica, ha sido el objetivo principal para investigadores de la
industria de la construcción, por ello cada día se encuentran nuevos materiales y/o sustancias
que facilitan la manejabilidad del concreto y aumentan su durabilidad, resistencia e
impermeabilidad. Cada día tanto a cementos, como al resto de materiales ingenieriles, se les
exige un mejor desempeño. Es por esto que algunos investigadores en el mundo han realizado
ensayos adicionándoles nano partículas y sílice ultra fina (microsílice ò humo de sílice).
En general los resultados de resistencia mecánica han sido muy prometedores, algunos de los
cuales han estado por encima de los obtenidos con la adición más utilizada hoy en día que son
las puzolanas.
Las agresivas condiciones ambientales de nuestro medio, la utilización de materiales propios
de la zona donde se ubica la estructura a construir que en algunas ocasiones no son idóneos
para la elaboración de hormigón, los errores de suministro de agua para las mezclas y de
dosificación, han producido un sinnúmero de estructuras defectuosas que no cumplen con los
principios de la Ingeniería Civil en la que se utiliza el concreto “las estructuras de concreto
simple o reforzado son diseñadas y construida para satisfacer un conjunto de requisitos
arquitectónicos, funcionales, estructurales, de comportamiento, estabilidad, de seguridad
durante un cierto periodo de tiempo sin que se genere costos inesperados por mantenimiento o
reparación”.*
Estos factores especialmente inciden en las zonas rurales, lejos de las centrales de mezclas
donde es evidente una menor calidad y resistencia de las estructuras de concreto para
garantizar los requerimientos mínimos establecidos para el cumplimiento de la norma (NSR10)
y el proyecto. Observándose estructuras con un alto grado de agrietamiento, corrosión del
acero de refuerzo, reducción de sección efectiva por abrasión, eflorescencias, etc.
___________________________
*. Ing. Diego Sánchez de Guzmán Conferencia ASOCRETO Bogotá – 2002.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
33
Estas circunstancias afectan a la población rural que hace uso del concreto para elaboración de
sus viviendas, cuyos propietarios no cuentan con suficientes recursos para la compra de
materiales idóneos, equipos de dosificación – mezclado y uso de mano de obra calificada en la
mayoría de los casos, siendo importante determinar cómo se afecta la resistencia del concreto
en los casos en que se usan materiales no seleccionados, generándose la necesidad de analizar
posibles soluciones a esta problemática.
Es por esto, que se propuso por medio de este proyecto de investigación en la Universidad de
Cartagena, evaluar las propiedades reológicas de mezclas de concreto de cemento Portland tipo
I con estos agregados (para simular las condiciones de materiales en las pequeñas poblaciones
de Colombia) y adicionadas con microsílice mediante ensayos normalizados con mezclas de
diferentes contenidos de humo de sílice confrontadas con mezclas de control, con el fin de
desarrollar estrategias para mejorar la calidad en la producción de hormigón en aquellos
lugares debido que no se han realizado estudios del empleo de esta adición mineral a nivel
nacional e internacional con estas consideraciones. La mayoría de las investigaciones se han
centrado en la producción de concreto de alto desempeño y/o de alta resistencia a base de
microsílice en condiciones ideales de dosificación, mezclado, transporte y curado.
La presente investigación es un valioso aporte a la ciencia de los materiales y a la Ingeniería de
construcción debido que los resultados aquí planteados sirven de guía para el personal
involucrado con esta temática para garantizar diseños de mezclas de calidad.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
34
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Comparar los efectos causados sobre las propiedades de manejabilidad, durabilidad y
resistencia de mezclas de concreto hidráulico de cemento portland tipo I, adicionadas con
microsílice a través de ensayos normalizados con el fin de mejorar la calidad del concreto u
hormigón producido en obra en las zonas rurales.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar y establecer las propiedades fisicoquímicas de la microsílice a utilizar
(EUCON MSA 100P – de TOXCEMENT).
Realizar la caracterización fisicoquímica de las demás materias primas a emplear.
Determinar la resistencia a compresión y flexión de cilindros y viguetas para cada
porcentaje de microsílice y mezcla patrón en las dosificaciones establecidas.
Obtener los resultados de manejabilidad y durabilidad de las mezclas mediante ensayos
normalizados.
Medir las variaciones de resistencia, manejabilidad y durabilidad obtenidas para cada
tipo de mezcla.
Evaluar los beneficios económicos del uso de microsílice en la producción de
hormigón, teniendo en cuenta la calidad de los materiales.
Analizar los resultados y establecer conclusiones y recomendaciones del estudio.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
35
1. MARCO TEORICO
La experiencia en Colombia, en el uso de microsílice (humo de sílice) es reducida en cuanto a
construcciones con este material, sin embargo en el campo de la investigación, se han
comenzado a realizar proyectos sobre este tópico desde 1984, teniendo a instituciones como la
Universidad Nacional de Colombia, la Escuela Colombiana de Ingeniería, la Universidad del
Valle, y la Pontificia Universidad Javeriana; como las universidades que iniciaron con las
investigaciones sobre este material en nuestro país; hoy en día la Universidad de Cartagena se
suma a este campo del conocimiento por medio de este proyecto de investigación.
A nivel local no se tiene referencia del empleo de microsílice en obras de Ingeniería en donde
se preparen in situ las mezclas de concreto, estando disponible en el mercado por diferentes
compañías al servicio de la construcción. En este año se efectuó la investigación llamada "LA
ADICION DE MICROSILICE COMO ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO DE LA
RESISTENCIA A COMPRESION DE CONCRETOS HIDRAULICOS – (VILLALOBO
DAVID Y NULE ELDER 2011)" en la Facultad de Ingeniería en la Universidad Tecnológica
de Bolívar, alcanzando concretos de resistencia a compresión de 6000 psi, para proporciones
de finos de 40% (arena Mf = 2.1), 60% de grava (TMN 1"), A/C = 0,4, cemento tipo I y
microsílice pura, bajo estrictas condiciones de elaboración concluyendo que el contenido ideal
de microsílice es de 10% para alcanzar esta resistencia, con el agravante de una considerable
pérdida de trabajabilidad (slump ≤ 8 cm).
En junio de 2009 en la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (Sede
Medellín) se realizo un estudio denominado “EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DEL
CEMENTO PORTLAND TIPO III ADICIONADO CON SÍLICE DE DIFERENTES
TAMAÑOS DE PARTÍCULA - (MONTOYA TOBÓN LAURA M)” centrándose este
proyecto en identifica la reacción entre sílices de diferentes tamaños de Partículas, tal como el
humo de sílice (Microsílice) y el pirosil (sílice porosa) y el cemento Portland tipo III por
métodos de caracterización como Difracción de Rayos X (DRX), Termogravimetría (TG) y
ensayos de resistencia mecánica para cuantificar el incremento en la resistencia a la
compresión para materiales con un riguroso control de calidad, los resultados mostraron que la
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
36
reacción entre las dos sílices y el hidróxido de calcio del cemento aumentan la resistencia
mecánicas, y además hacen que su reacción con el hidróxido de calcio forme complejos de
silicatos cálcicos (tobermorita), factor que se ve incrementado en ambos casos por el carácter
amorfo de los materiales utilizados y el área superficial, siendo la del pirosil 140 veces más alta
que la del cemento, la cual favorece la reactividad, y aumenta su carácter puzolánico.
En el contexto latinoamericano se puede mencionar el convenio de cooperación entre la
Universidad Nacional de Ingeniería del Perú y SIKA PERU S.A. en septiembre de 2010 el que
dio como resultado la investigación llamada "CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA
USANDO ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE, MICROSILICE Y NANOSILICE CON
CEMENTO PORTLAND TIPO I" mostrando que los concretos con agregados de forma
redondeada y textura liza con adiciones de microsílice (10, 15 y 20%) reportan resistencias a la
compresión superiores a los concretos con adiciones de nanosílice (1, 1.5 y 2%).
Debido a la gran cantidad de dinero que significa reparar y mantener la infraestructura
sometida a ambientes corrosivos la Universidad Autónoma de Zacatecas (México) en conjunto
con la sociedad Mexicana de Electroquímica en junio de 2010 realizo la investigación
“INFLUENCIA DEL MICROSÍLICE EN EL CONCRETO Y EL ESTADO DE CORROSIÓN
INICIAL DEL ACERO DE REFUERZO PARA CONCRETOS REFORZADOS EN
AMBIENTE MARINO - (M.U. Loya Tello, C. Gaona Tiburcio, F. Almeraya Calderón, A.
Martínez Villafañe).” enfocándose en estudiar de qué manera afectan el contenido de
microsílice en las mezclas del concreto que va a ser reforzado con acero estructural y el efecto
que este produce sobre la corrosión del acero desde o antes del momento de incluirlo como
refuerzo.
Como resultado obtuvieron que los valores de resistencia en elementos con microsílice
aumentaron durante algunas etapas de la experimentación y las velocidades de corrosión se
mantienen de bajas a moderadas, indicando que el proceso de corrosión está desarrollándose
muy lentamente permitiendo pronosticar larga vida útil a estos elementos bajo estas
condiciones.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
37
El estudio de la durabilidad en Colombia es reciente en comparación con las investigaciones
realizadas en el resto del mundo acerca del tema entre las primeras investigaciones que
comenzaron en nuestro país en la década de los noventas sobresalen los trabajos dirigidos por
el Ingeniero José Gabriel Gómez en la Universidad Nacional de Colombia. En esta
Universidad se estudiaron diferentes fenómenos y problemas de durabilidad en el hormigón
tales como la permeabilidad, ataque de sulfatos y corrosión del acero de refuerzo; años
después, en la década del dos mil, los estudios alrededor del tema aumentaron
considerablemente con investigaciones como la de Arango(2003), quien estudió, la durabilidad
del concreto por medio de su permeabilidad, Torres (2005) quien estudió el paso de los
cloruros en concretos de diferentes características, y la ingeniera Patricia Valderrama (2009),
quien estudió la permeabilidad y la penetración de cloruros en concretos con diferentes tipos de
adiciones.
La presente investigación es una importante contribución a la ciencia de los materiales
relacionada sobre el tema visto desde una perspectiva diferente debido que se considera el uso
del humo de sílice como una alternativa para compensar las disminuciones en las prestaciones
mecánicas y de propiedades reológicas del concreto por causas como bajo control de calidad en
materiales y malas técnicas de construcción, las cuales no han sido consideradas en estudios
anteriores.
A continuación se presenta brevemente los principales fundamentos teóricos en que se basa
esta investigación.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
38
1.1 GENERALIDADES
Desde el siglo XIX que se empezó a usar el concreto u hormigón como material de
construcción, siempre se ha buscado que los productos fabricados con él sean de la más alta
durabilidad, que perduren con el tiempo y resistan las inclemencias de la naturaleza y el medio
ambiente, cada día son mayores los esfuerzos por conseguir un concreto mucho más resistente
que a la vez sea fácil de manipular, que dure muchísimos años y para lograrlo se han hecho
múltiples estudios donde se le colocan diferentes agregados y aditivos para obtener un concreto
de la más alta durabilidad; hasta llegar al hormigón de cemento portland el cual hoy día es el
material más utilizado en la construcción por su versatilidad, durabilidad, poca necesidad de
mantenimiento lo que lo hace mucho más económico, convirtiéndose en un material de uso
universal.
1.2 EL CEMENTO
1.2.1 Definición del Cemento
Sustancia que une o cohesiona, cuya presentación es en polvo, que se obtiene al triturar piedra
caliza, rocas duras y arcilla someterlas a una temperaturas de 1.500 grados centígrados en
hornos rotatorios. Finalmente al polvo resultado de ésta cocción se le agrega yeso (éste
producto se conoce como Clinker), el clinker dependiendo de las variables a controlar, los
porcentajes y tipos de materiales añadidos, dará como resultado diferentes tipos de cemento ya
que se le adicionan sustancias o se la hacen variables en las temperaturas, que le dan
características especiales según la necesidad de uso.
Esta mezcla es muy utilizada en la construcción de grandes edificios y todo tipo de
construcciones relacionadas a las obras de la ingeniería civil y su fabricación se rige por la
norma ASTM C 150 que establece ocho diferentes tipos de cemento, de acuerdo a los usos y
necesidades del mercado de la construcción.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
39
1.2.2 Obtención del Cemento Portland
El cemento Portland es un cemento de alta calidad que se caracteriza porque su materia prima
tiene altos contenidos de silicato de calcio, que se obtiene al tomar las rocas calcáreas y las
arcillas en proporciones adecuadas y molerlas intensivamente, de manera que el compuesto de
la caliza (CaO) se vincule íntima y homogéneamente con los compuestos de la arcilla (SiO2,
A1203 y Fe2O3). El producto resultante es un polvo crudo que se ingresa al horno y egresa
como clinker. El proceso se completa con la molienda conjunta del clinker y yeso, obteniendo
el cemento portland.
Es el cemento más usado en ingeniería y se clasifica según los componentes que les facilitan la
manipulación y sus diferentes usos.
1.2.3 Composición Química del Cemento
Químicamente el cemento es una mezcla compleja de silicatos y aluminatos de calcio, obtenida
a través del cocido de calcáreos, arcilla y arena. Debido como la composición química de los
cementos es bastante compleja y difiere de acuerdo a los materiales utilizados en su cocción y
sus aditivos, no se usa terminologías específicas para definir las composiciones.
1.2.4 Propiedades Físicas y Químicas del Cemento
La propiedad principal del cemento es que al ser mezclado con agua se hidrata y solidifica
progresivamente, formando al hidratarse una pasta de fácil manipulación. Es un compuesto con
propiedades adhesivas que tiene la capacidad de unir fragmento en forma sólida o en forma
líquida. Ejemplo: el cemento, acrílico (pegadit), la cal y el cemento asfáltico (asfalto).
1.2.5 Tipos de Cemento
Hay varios tipos de cementos de acuerdo a su composición, propiedades y usos. Pueden ser de
colores grises o blancos; éste último se obtiene con materia prima de alta pureza. Las
concentraciones y los aditivos usados le dan al cemento las cualidades físicas, químicas y
resistencias adecuadas al uso deseado. Los más usados son los Cementos Portland.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
40
Tipos De Cemento Portland: Los Cementos Portland por lo general, se fabrican en cinco
tipos cuyas propiedades se han normalizado sobre la base de las especificaciones ASTEM de
normas para Cemento Portland (C150). Los tipos se distinguen según los requisitos tanto
físicos como químicos.
Portland Tipo I
Es un cemento normal, se produce por la adición de clinker más yeso. De uso general en todas
las obras de ingeniería que consigue su dureza relativa de 1 al 100% entre 1 y 28 días.
Portland Tipo II
Cemento modificado para usos generales. Que adquiere la resistencia final igual al tipo I pero
más lentamente, Resiste moderadamente la acción de los sulfatos, se emplea también cuando se
requiere un calor moderado de hidratación. Las características de este Tipo de cemento se
logran al hacer cambios en el contenido de Aluminato Tricalcico (C3A) y el Silicato Tricalcico
(C3S) del cemento. Se utiliza en alcantarillados, tubos, y zonas industriales.
Portland Tipo III
Cemento con alta resistencia inicial, recomendable para cuando se necesita una resistencia
temprana en obras de particular de construcción. Las construcciones hechas con cemento Tipo
III desarrollan una resistencia en tres días, igual a la desarrollada en 28 días por aquellas para
con cementos Tipo I y Tipo II ; se debe saber que el cemento Tipo III aumenta la resistencia
inicial por encima de lo normal, luego se va normalizando hasta alcanzar la resistencia normal.
Esta alta resistencia inicial se logra aumentando el contenido de C3S y C3A en el cemento.
Dado a que tiene un gran desprendimiento de calor el cemento Tipo III no se debe usar en
grandes volúmenes.
Portland Tipo IV
Cemento de bajo calor de hidratación se ha perfeccionado para usarse en concretos masivos. El
bajo calor de hidratación de Tipo IV se logra disminuyendo los compuestos que más influyen
en la formación de calor por hidratación, o sea, C3A y C3S. Dado que estos compuestos
también producen la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una
mezcla que gana resistencia con lentitud. El calor de hidratación del cemento Tipo IV suele ser
de más o menos el 80% del Tipo II, el 65% del Tipo I y 55% del Tipo III durante la primera
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
41
semana de hidratación. Los porcentajes son un poco mayores después de más o menos un año.
Es utilizado en grandes obras, moles de concreto, en presas o túneles. Su resistencia relativa de
1 a 28 días es de 55 a 75%.
Portland Tipo V
Es un cemento con alta resistencia a la acción de los sulfatos, se especifica cuando hay
exposición intensa a los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las estructuras
hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y estructuras expuestas al agua de
mar. La resistencia al sulfato del cemento Tipo V se logra minimizando el contenido de C3A,
pues este compuesto es el más susceptible al ataque por el sulfato. Realiza su resistencia
relativa del 65 al 85 %.
Tabla1: Características de los cementos portland*
Tipo*Descripción
Características Opcionales
I Uso General 1, 5
II Uso general; calor de hidratación moderado y resistencia
moderada a los sulfatos 1, 4, 5
III Alta resistencia inicial 1, 2, 3, 5
IV Bajo calor dehidratación 5
V Alta resistencia a los sulfatos 5, 6
Características Opcionales1. Aire incluido, IA,IIA, IIIA.2. Resistencia moderada a los sulfatos: C3A máximo,8%.3. Alta resistencia a los sulfatos: C3A máximo, 5%.4. Calor de hidratación moderado: calor máximo de 290 kJ/kg(70cal/g) a los 7días, o la suma de C3Sy C3A, máximo 58%.5. Álcali bajo: máximo de 0.60%, expresado como Na2O equivalente.6. El límite de resistencia Alternativa de sulfatos está basado en el ensayo de expansión de barras demortero.(*) Para cementos especificados en la ASTM C 150.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
42
1.3 EL AGUA
Elemento esencial para la mayoría de los seres vivos.
1.3.1 Definición
Sustancia más abundante sobre la superficie terrestre incolora, inodora e insípida constituida
por dos átomos de hidrogeno y uno de Oxigeno (H2O), que generalmente se encuentra en
estado líquido, en mares y ríos, pero también abunda en estado sólido como hielo en los
glaciares polares o en estado gaseoso como vapor de agua en la atmosfera.
Siendo aquel componente del concreto en virtud del cual, el cemento experimenta reacciones
químicas que le dan la propiedad de fraguar y endurecer para formar un sólido único con los
agregados.
1.3.2 Agua de Mezclado
Cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede
utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser también
adecuadas para el concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109), producidos con ella
alcanzan la resistencia a los siete días iguales o por lo menos en un 90% de los fabricados con
agua potable o destilada. Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo
de fraguado y la resistencia del concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia,
manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad. El agua
que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente
pueden ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga más
de 2,000 ppm de sólidos disueltos deberá ser ensayada para investigar su efecto sobre la
resistencia y el tiempo de fraguado.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
43
1.3.2.1 Efectos sobre el concreto de aguas cargadas
1.3.2.1.1 Carbonatos y Bicarbonatos y sustancias AlcalinasEn concentraciones fuertes estas sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del
concreto. El carbonato de sodio puede causar fraguados muy rápidos, pero los bicarbonatos
pueden acelerar o retardar el fraguado, por ello se deberán realizar pruebas para analizar su
efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días.
1.3.2.1.2 ClorurosLa inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de mezclado, se debe
principalmente al posible efecto adverso que lo iones de cloruro pudieran tener en la corrosión
del acero de refuerzo, o en pre-esfuerzo. Ya que los iones cloruro atacan la capa de óxido
protectora formada en el acero por el medio químico altamente alcalino (pH 12.5) presente en
el concreto. Los cloruros se pueden introducir en el concreto, con los ingredientes separados
como aditivos, agregados, cemento, y agua o atreves de la exposición a las sales
anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas. El agua que se
utilice en concreto pre esforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no
deberá contener cantidades nocivas de ion cloruro.
1.3.3 Agua de Curado
El agua de curado, es el agua que sirve para reponer el agua que en el amasado se evapora por
el calor emanado producto de las reacciones químicas. Esta agua de curado usualmente se la
proporciona humedeciendo la superficie de los elementos de hormigón con agua rociada
directamente sobre él o colocando encima mantas humedecidas. Este procedimiento sirve para
lograr mantener la humedad y temperatura necesaria en el hormigón en edades tempranas para
que así pueda desarrollar la resistencia y durabilidad, para la cual fue diseñada su mezcla.
Porque en el secado de la mezcla del concreto se puede perder hasta un 50% del agua
indispensable para completar la hidratación que le permita desarrollar las propiedades para las
cuales fue concebida.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
44
1.4 AGREGADOS
1.4.1 Definición
Un agregado es un material inerte que se presta a ser ligado con una matriz para conformar una
masa aglomerada, cuya función es darle resistencia al hormigón. El que puede ser de
materiales de peso ligero o pesado y también pueden ser gruesos o finos. Todo esto dependerá
del uso que se le dará al Cemento.
La resistencia de los granos de agregados es decisiva para la resistencia del concreto fabricado
con ellos. La resistencia más crítica es la del agregado grueso. Para medirla se acude al ensayo
de desgaste que produce la máquina conocida como de Los Ángeles.
1.4.2 Tipos de Agregados
1.- Agregados gruesos: Los aglomerados gruesos son la porción de aglomerado que no
pueden pasar a través de una criba numero 4(4.75 mm). El aglomerado grueso normal consta
de grava de mina o grava triturada. Son de consistencia fuerte y durable propicios para la
elaboración del concreto. El agregado grueso consistirá en piedra picada y cantos rodados,
duros y sin costra. Deberá estar libre de materia orgánica, elementos extraños y materiales
nocivos, que afecten la calidad del hormigón.
El tamaño del agregado grueso en los miembros estructurales, no será mayor de 5 1/5 de la
dimensión menor del miembro estructural, o ¾ del menor espacio libre entre las varillas. En
losas, no será mayor de 1/3 de su espesor.
Se pueden obtener:
A.- De Canteras: Aquellos depósitos de roca , en forma consolidada , y en volumen y
características físicas y químicas suficientes como para justificar la extracción y uso en la
elaboración de agregados.
B.- De Depósitos sueltos: Que fueron formados por acción eólica, glaciar o hidrológica y se
encuentran localizados en las faldas de montañas, en lechos secos de ríos, y en antiguos valles
o canales submarinos. Estos depósitos tienen la ventaja de que su mineral se puede extraer más
fácilmente.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
45
C.- De ríos o lagunas: Representan fuentes de agregado procesado naturalmente por el flujo y
las corrientes de agua, y poseen una gran variedad de minerales, proveniente de todos los sitios
por donde pasa el curso del río.
2.- Agregados finos: El aglomerado fino es la porción de un aglomerado que si pasa a través
de una criba # 4. Por lo general, estos materiales se clasifican de modo bastante uniforme desde
la criba número 4 hasta la número 100. A menos que se indique otra cosa, el aglomerado fino
suele ser arena, el producto de la desintegración y abrasión natural de las rocas. Los agregados
finos son esenciales para el acabado suave y dotado de textura lisa.
El hormigón consistirá en fragmentos de roca duras de granos limpios, sin costra, libre de
cantidad de perjudiciales de limo, mica, materia orgánica u otros y tendrá un diámetro no
mayor de 5 milímetros. La arena de mar utilizarse, previo análisis de laboratorio que determine
que la cantidad de sales no afecten la resistencia del hormigón.
3.- Agregados de Alta densidad: Los materiales de este tipo son: magnetitas, barritas,
limonita, ferro fósforo y balines o rebabas de acero. Estos aglomerados de gran peso se usan en
lugar de grava a fin de producir concreto de alta densidad; por ejemplo, los que se emplean
para forrar reactores nucleares.
4.- Agregados de Baja Densidad: Estos aglomerados son materiales como perlita, vermiculita
pizarra y lutita. Al mezclar estos aglomerados con cemento, el concreto resulta también de
peso ligero y tiene muy baja conductividad térmica.
Se utilizan en fundición para hacer moldes o para fabricar cerámicas, yesos y cementos. La
arena se usa como abrasivo moledor y pulidor bajo la forma de papel de lija, hoja de papel con
una de sus caras cubierta de arena o de una sustancia abrasiva similar.
La siguiente tabla presenta la clasificación de los agregados según su densidad y el tipo de
concreto que generan.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
46
Tabla 2: Clasificación del agregado según densidad
Clasificación del agregado según densidad
Tipo deconcreto
Peso unitarioaproximado delconcreto kg/m3
Peso unitarioagregado
kg/m3Ejemplo de utilización Ejemplo de
agregado
Ligero500 - 800
950 - 1350450 - 1950 480 - 1040
Concreto para aislamientos.Concreto relleno y mamposteríano estructural concreto estrutural
Piedra pómezPerlita
Canto rodado
Normal 2250 - 2450 1300 - 1600 Concreto estructural y noestructural
Agregado derio, canto
rodado
Pesado 3000 – 5600 3400 – 7500Concreto para protección contraradiación gamma o X, ycontrapesas
Piedra barita,magnetita
Fuente: Sánchez de Guzmán D. "Tecnología del concreto y del mortero" 5ª Ed.
1.5 PROPIEDADES PRINCIPALES DE LOS AGREGADOS
1.5.1 PROPIEDADES FÍSICAS
1.5.1.1 Granulometría
Se define por granulometría la composición del material en cuanto a la distribución del tamaño
de los granos que lo integran. Esta característica se mide haciendo pasar una muestra
representativa de agregados por una serie de tamices o cedazos de diferentes aberturas
calibradas según (Norma NTC 32), que son ordenados de mayor a menor abertura.
La granulometría se puede expresar de varias formas: retenidos parciales en cada tamiz o
cedazo, expresado en peso o porcentaje, o retenidos acumulados, o pasantes, principalmente en
porcentaje. La expresión más usual y conveniente es la que expresa el pasante total por cada
tamiz como porcentaje en peso.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
47
1.5.1.2 Modulo de finura
Es un parámetro que indica que tan fino o grueso es el conjunto de partículas de un agregado.
Este se obtiene sumando los porcentajes de los retenidos acumulados sobre los cedazos de la
serie normativa y dividiendo la suma entre cien. Este valor puede servir, en cierto modo, como
representativo de la finura de la arena.
Si el modulo de finura de una arena es de 2.3 se trata de una arena fina; y si el modulo se
encuentra entre 2.3 a 3.1 se trata de una arena mediana. Y si el modulo es mayor de 3.1 se trata
de una arena gruesa.
1.5.1.3 Tamaño máximo
Se denomina tamaño máximo de un agregado al tamaño de sus partículas más gruesas, medido
como abertura de un tamiz que deje pasar al menos el 95% del material combinado. Cabe
destacar que los tamaños máximos muy grandes, además de producir segregación en el
concreto, son desfavorables ante la fractura. Desde el punto de vista técnico, su relación con las
características de la mezcla es decisiva para la calidad y economía de ésta.
1.5.1.4 Humedad
La humedad se considera como la diferencia entre el material húmedo y el mismo secado al
horno. Suele expresarse como porcentaje en peso, referido al material seco. Esta humedad se
encuentra en los agregados de dos maneras diferentes: Una es rellenado los poros y los
microporos internos, y la otra es como una película envolvente, más o menos gruesa.
1.5.1.5 Peso Específico
Es una propiedad física de los agregados y está definida como la relación entre el peso y el
volumen del sólido de una masa de agregado, sin contar los espacios vacíos que quedan entre
grano y grano.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
48
1.5.1.6 Peso Unitario de los Agregados
Es una propiedad que indica el grado de acomodamiento de las partículas, así mientras mayor
sea éste, menor será el volumen de vacíos entre ellas. Se clasifica en:
Peso unitario suelto.- Se usa para diseños en volumen donde se supone que el agregado se
medirá sin compactación. El material se deja caer libremente dentro de un recipiente.
Peso unitario compacto.- Análogo al suelto, pero el material no se deja caer libremente al
recipiente sino que se compacta en forma similar a como se hace con el concreto.
1.5.2 PROPIEDADES QUÍMICAS
La mayoría de los agregados son inertes, es decir, que no reaccionan químicamente con los
demás constituyentes del concreto. Sin embargo, se han observado algunas reacciones
especialmente con la pasta de cemento y por lo general dañinas para el concreto.
1.5.2.1 Epitaxia
La única reacción química favorable, ya que mejora la adherencia entre ciertos agregados
calizos y la pasta de cemento, a medida que pasa el tiempo.
1.5.2.2Reacción agregado-álcali
Son otro tipo de reacciones que originan expansiones dentro de la masa endurecida del
concreto, estas inducen esfuerzos de tensión que pueden hacer fallar la integridad estructural.
1.5.2.3 Reacción álcali-sílice
Reacción existente entre los óxidos de silicios en sus formas inestables y los hidróxidos
alcalinos de la pasta del cemento. Es una reacción de tipo sólido-líquido, produce un gel de
tipo hinchable que aumenta de volumen a medida que absorbe agua, produciendo expansión,
agrietamiento y ruptura de la pasta del cemento.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
49
1.5.2.4 Reacción álcali-carbonato
Esta reacción es similar a la anterior, se da entre algunos tipos de caliza dolomítica y los álcalis
del cemento, produciendo esfuerzos de tensión internos originando fisuras en el concreto.
1.5.3 Características de los agregados que afectan las propiedades del concreto
Como se sabe, los agregados en el concreto están conformados por una fracción de finos,
representada por la arena y otra de gruesos que son las piedras.
Las cantidades a dosificar están definidas por el tipo de concreto que se requiere elaborar. El
tipo y volumen del agregado influye en las propiedades del concreto, en las proporciones de la
mezcla y en los costos.
Una característica de los agregados que afecta las propiedades del concreto en estado fresco y
endurecido es, entre otros, su grado de limpieza en términos de contenido fino (arcilla o limos),
que influye sobre la demanda de agua de amasado de la mezcla, afectando la durabilidad y
resistencia del concreto. También repercute en la disminución del grado de adhesión del
agregado con la pasta de cemento.
Otra característica es el tamaño y forma de la partícula, que influye sobre la trabajabilidad y
resistencia de los concretos. La forma de los agregados juega un papel importante en las
propiedades de trabajabilidad y resistencia mecánica del concreto. Aquellas varían desde la
redondeada o rodados, que proceden de ríos o costas en las que por rozamiento se eliminan los
salientes de la piedra; angulares que presentan ángulos o aristas, las cuales proceden de los
procesos de trituración; planas o laminares donde predominan dos dimensiones sobre la otra; y
aciculares, en las que predomina una dimensión sobre las otras, dando lugar a partículas en
forma de agujas.
Los agregados redondeados permiten obtener concretos más trabajables y más resistentes
cuantos más esféricos sean. Los agregados provenientes de la trituración originan concretos
menos trabajables, aunque el efecto será tanto menor, cuando su forma se aproxime a poliedros
de mayor número de caras.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
50
Estos, cuando tienen buena forma, dan lugar a concretos con altas resistencias a flexotracción,
esto puede ser por efecto a la mayor superficie específica y por ende mayor adherencia con la
pasta, que presenta estos agregados con respecto a los cantos rodados.
Los agregados laminares y aciculares originan concretos de peor calidad puestos que estas
formas no sólo influyen en las resistencias, sino que además, como ocurre con los agregados
laminares, tienden a orientarse en un plano, acumulándose debajo de ellos agua y aire, lo que
repercute desfavorablemente en la durabilidad de los concretos.
"El tamaño de los agregados, definido por su perfil granulométrico, tiene gran importancia en
el concreto, poniéndose de manifiesto en la influencia sobre su docilidad o trabajabilidad y por
lo tanto, en la dosificación de cemento y de agua. También la condición granulométrica afecta
la segregación y exudación de la mezcla, influyendo sobre las propiedades del concreto fresco
y endurecido a través de su participación en las resistencias, estabilidad de volumen y
durabilidad. El perfil granulométrico de una composición de agregado grueso y fino, debe ser
tal, que el material tenga el área superficial y la cantidad de huecos intersticiales más reducidos
posible, de modo que necesite la menor cantidad de agua y cemento para obtener la deseada
trabajabilidad, resistencia y otras propiedades en el concreto#".
_______________________________# PINEDA.G, Elsi."Estudio de la influencia de las propiedades físicas del agregado grueso procedente de la cantera de pertigalete sobre ladesviación standard en diseños de mezclas de concreto producidas en la planta de premezclados simpca Barcelona” – pregrado - Universidadde Oriente, Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Barcelona (Anzoátegui - Venezuela) / Diciembre de 2009.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
51
1.6 ADITIVOS PARA CONCRETO
Aquella sustancia o producto (inorgánicos u orgánicos) que incorporado al hormigón antes,
durante o en el trascurso del amasado o en el amasado suplementario en proporción no superior
al 5% del peso del cemento, producen la modificación deseada, en estado fresco o endurecido,
de alguna de sus características, de sus propiedades habituales o de su comportamiento.
1.6.1 TIPOS O CLASES DE ADITIVOS
Existen tres tipos o clases de aditivos: Plastificantes, Fluidificantes y Súper fluidificantes.
1.6.1.1 Plastificantes: Estos son los sólidos disueltos H2O, sus propiedades permiten más
trabajabilidad, disminuye la relación entre el agua y el cemento y disminuye la segregación
cuando el transporte es muy largo o cuando hay grandes masas de hormigón. Estos pueden ser
usados: Inyectados, proyectados, o pretensados.
1.6.1.2 Superplastificantes: también llamados "adictivos reductores de agua de alto rango*"
son sustancias químicas o combinaciones de sustancias químicas que cuando se adicionan a un
concreto normal, le imparten una manejabilidad extrema o le proporcionan una gran reducción
de agua, que sobrepasa los límites de aquella obtenida por medio de reductores de agua
normales.
1.6.1.3 Fluidificantes: Estos son formulaciones orgánicas líquidas, al igual que la anterior sus
propiedades permiten mas trabajabilidad, disminuye la relación entre el agua y el cemento.
Estos pueden ser utilizados en hormigones bombeados, largos transportes., hormigones
proyectados con
Armaduras.
1.6.1.4 Súper-fluidificantes: Estos son formulaciones orgánicas líquidas, estos pertenecen a la
tercera generación.
1.6.1.5 Modificadores de fraguado: Retardador o acelerador de fraguado − modificar
solubilidad.
__________________________________
* Comité C-9 de la ASTM
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
52
1.6.1.5.1 Aceleradores de fraguado: Cloruros [Cl2Ca (más eficaz), ClNa, ClAl, ClFe],
Hidróxidos, Carbonatos, Silicatos.
1.6.1.5.2 Retardadores de fraguado: Existen dos tipos: Inorgánicos (ZnO, PbO, PO4H3,
BO4H3), Orgánicos (ácido orgánico, glicerina).Estos dependen del tipo, cantidad de cemento,
dosificación y la relación entre el agua y el cemento.
Consiste en reacciones químicas en las que aparece una película alrededor del cemento,
impidiendo que se hidrate.
1.6.1.5.3 Aceleradores de endurecimiento: Son los que Modifican la resistencia mecánica,
este a su vez puede producir efectos secundarios: Bajan la resistencia final y puede originar
retracciones.
1.6.1.5.4 Modificadores contenido gases: Son los que facilitan la correcta distribución del
aire ocluido.
1.7 MICROSILICE Ò HUMO DE SILICE
1.7.1 PROPIEDADES QUÍMICAS
La microsílice (o humo de sílice) suele definirse como una “súperpuzolana” por las
propiedades que proporciona al cemento.
La microsílice es un aditivo en polvo (microsílice no densificada), listo para usarse en la
elaboración del concreto. Este producto reacciona químicamente con el hidróxido de calcio en
la pasta de cemento, lo cual produce un gel de hidrato de silicato de calcio que mejora de
manera significativa su resistencia y durabilidad. Por su alta finura, la microsílice llena el vacío
entre las partículas de cemento creando los compuestos cementantes estables de silicato de
calcio hidratado (S-C-H).
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
53
Lo que favorece la formación de compuestos internos, de mayor resistencia dando como
resultado un concreto muy denso y menos permeable. Los aditivos que contienen éste polvo
son utilizados en hormigones estructurales, en aplicaciones superficiales y también como
material de reparación donde se requiere resistencia a la abrasión y baja permeabilidad.
La microsílice presenta colores grises que pueden variar de claro a oscuro dependiendo de los
rellenos no silicios de la misma y pueden ser carbón u oxido de hierro por ser producto de un
proceso de alto horno. Al tener mayor contenido de carbón la microsílice será más oscura.
Tabla 3: Análisis químico de la microsílice (Requisitos mínimos NTC 4637)
La microsílice combina la propiedad puzolánica con una alta finura y no reacciona con el agua;
pero si lo hace con la cal libre, dando origen en el concreto a un incremento de la red cristalina
y de silicatos.
1.7.2 Proceso de Fabricación
Ésta se forma cuando el gas SiO producido al reducirse el cuarzo, se mezcla con el oxígeno en
la parte superior del horno; y es en este punto donde el SiO se oxida a SiO2, condensándose en
las partículas esféricas puras de micro sílice que forman la mayor parte de los vapores o humo
del horno. Estos vapores son conducidos a través de tuberías de enfriamiento y después son
llevados a filtros bolsa donde son recolectados. La calidad de la microsílice depende de la
calidad de las materias primas del proceso y también depende de los hornos. Las partículas
tienen un tamaño promedio inferior a 0,5 micras, lo cual es aproximadamente 100 veces más
pequeña que una partícula de cemento.
Sustancia Concentración
SiO2 > 85%
CaO <1,0 %
Al2O3 < 1,0 %
C <4,0 %.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
54
1.7.3 ACTIVIDAD PUZOLÁNICA - ASTM C 311
El término “actividad puzolánica” cubre todas las reacciones que ocurren entre los
componentes activos de las puzolanas, el HC y el agua. El progreso de la reacción puzolánica
es comúnmente evaluada en términos de la disminución de la cal libre en el sistema.
La actividad puzolánica incluye dos parámetros, el contenido máximo de hidratos de calcio que
una puzolana puede combinar y la tasa a la cual esta combinación ocurre. Ambos factores
dependen de la naturaleza de las puzolanas y más precisamente de la calidad y la cantidad de
las fases activas.
Puzolana + cal + agua = Silicatos y aluminatos de calcio hidratados adicionales a los
producidos por el cemento.
La actividad puzolánica depende de varios factores, entre ellos:
Naturaleza de las fases activas.
Contenido de sílice.
Contenido de puzolana.
La proporción HC/ puzolana de la mezcla.
Curado lento.
Área superficial de la puzolana.
Proporción agua/sólido de la mezcla.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
55
1.8 CONCRETO FRESCO DE CEMENTO PORTLAND
1.8.1 Definición
Es un material compuesto que consiste esencialmente de un medio ligante denominado pasta,
dentro del cual se encuentran embebidas las partículas de agregados, usualmente está
conformado por agregado fino, agregado grueso, Cemento Portland, agua, aditivos y adiciones.
(ACI 116R-00).
La pasta está compuesta de Cemento Portland, agua y aire atrapado o aire incluido
intencionalmente. Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del
concreto. El contenido de aire puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto dependiendo
del tamaño máximo del agregado grueso.
Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del
concreto, su selección es importante. Los agregados deben consistir en partículas con
resistencia adecuada así como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no
deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. Para tener un uso
eficiente de la pasta de cemento y agua, es deseable contar con una granulometría continua de
tamaños de partículas.
Fotografía 1: Preparación de concreto por medio manual
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
56
Las propiedades del concreto en estado fresco (plástico) y endurecido, se puede modificar
agregando aditivos al concreto, usualmente en forma líquida, durante su dosificación. Los
aditivos se usan comúnmente para (1) ajustar el tiempo de fraguado o endurecimiento, (2)
reducir la demanda de agua, (3) aumentar la trabajabilidad, (4) incluir intencionalmente aire, y
(5) ajustar otras propiedades del concreto.
1.8.2 PropiedadesLas propiedades del concreto endurecido dependen de las propiedades del concreto fresco y de
otras propiedades externas como son la colocación, fabricación y curado, las cuales se explican
a continuación:
1.8.2.1 Manejabilidad o trabajabilidadPropiedad del concreto mediante la cual se determina su capacidad para ser colocado y
consolidado apropiadamente y para ser terminado sin segregación dañina alguna.
Según el Road Research Laboratory de la Gran Bretaña, se puede definir la manejabilidad o
trabajabilidad como la cantidad de trabajo interno y útil necesario para producir una
compactación completa, debido a que la fricción interna es una propiedad intrínseca de la
mezcla y no depende de ningún tipo o sistema particular de construcción.
Otras importantes instituciones han definido esta propiedad como se muestra en la tabla 4.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
57
Tabla 4: Definiciones de trabajabilidad de varias instituciones.
Institución Definición
AmericanConcrete Institute
(ACI)
Es la propiedad del concreto o mortero en estado fresco lacual determina la facilidad y homogeneidad con la cual puede
ser mezclado, colocado, compactado y terminado.
British StandardsInstitution
Es la propiedad del concreto o mortero en estado fresco, lacual determina la facilidad con la cual puede ser manejado ycompletamente compactado.
Association ofConcrete
engineers Japan
Es la propiedad de la mezclas de concreto o mortero quedetermina la facilidad con que puede ser mezclado, colocadoy compactado, debido a su consistencia, la homogeneidadcon la cual puede ser elaborado el concreto, y el grado con elcual puede resistir a la separación de los materiales.
Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. - Revista Construcción y Tecnología - Noviembre 1999.
En la actualidad no existe un método directo para medir la manejabilidad de una mezcla de
concreto, pero hay algunos ensayos que permiten tener una relación de esta propiedad con
alguna otra característica del concreto; entre ellos tenemos el ensayo de asentamiento, usado
ampliamente por su simplicidad y rapidez, este mide la consistencia o fluidez de una mezcla
fresca de concreto cuyo tamaño máximo de agregado grueso puede ser hasta de 50.8 mm (2”).
1.8.2.2 Medida de La manejabilidad
Obedece a los requerimientos de las especificaciones técnicas de construcción. Se relaciona
directamente con el asentamiento máximo de la mezcla (slump). Se determina mediante los
siguientes métodos: Ensayo de asentamiento por cono de Abraham (NTC 396) (el más
usado)Esfera de Kelly, Método de Vebe, Ensayo de remoldeo, Ensayo del factor de
compactación.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
58
Fotografía 2: Medida de manejabilidad mediante el ensayo de cono de Abrams.
1.8.2.3 Fluidez de la pasta
La fluidez de la pasta influye en la manejabilidad de la mezcla de concreto, ya que para una
cantidad determinada de pasta y de agregados, la plasticidad de la mezcla dependerá de las
proporciones de cemento y agua en la pasta. Es decir, una pasta con poco agua y mucho
cemento será muy rígido por falta de agua evaporable, haciendo a la mezcla inmanejable por
no poder lubricar los agregados; por lo contrario si el contenido de agua es alto y el del
cemento es bajo, la pasta puede llegar a ser fluida.
Contenido de aire: El aire en el concreto puede estar en forma natural atrapado en el mismo,
pero más tarde es liberado en los procesos de compactación o también podemos encontrar el
aire incorporado intencionalmente en el concreto para darle mayor durabilidad y
manejabilidad.
En general, en una mezcla de concreto, el contenido de aire aumenta cuando se presenten
mezclas pobres en cemento, agregados con tamaño máximo menor, mayor cantidad de arena,
consistencias más húmedas, operaciones de mezclado más fuertes o prolongadas e inclusiones
de aditivos incorporadores de aire.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
59
En la siguiente tabla se presentan las cantidades de aire naturalmente atrapado que ha indicado
la experiencia, así como la cantidad recomendada de aire total que establece el código A.C.I.,
según el tamaño máximo nominal del agregado grueso.
Tabla 5. Contenido de aire en concreto para varios tamaños de agregado grueso
Tamaño máximo nominal delagregado grueso
Contenido de airenaturalmenteatrapado %
Contenido de aire totalrecomendado (atrapado +
incorporado) %
9.51 mm 3/8 in 3.0 4.5 – 7.5
12.5 mm ½ in 2.5 4.0 – 7.0
19.1 mm ¾ in 2.0 3.5 – 6.0
25.4 mm 1 in 1.5 3.0 – 6.0
38.1 mm 1 ½ in 1.0 2.5 – 5.5
50.8 mm 2 in 0.5 2.0 – 5.0
76.1 mm 3 in 0.3 1.5 – 4.5
152.0 mm 6 in 0.2 1.0 – 4.0Fuente: SÁNCHEZ de G Diego “Tecnología del concreto y del mortero”, 5ª edición, Bogotá D.C/ 2001
1.8.2.4 Gradación de los agregados
Este factor tiene gran influencia en la manejabilidad del concreto porque si los agregados han
sido mal gradados, la mezcla de concreto presenta vacíos que deben ser llenados con pasta en
el caso de la arena y con mortero en el caso de agregado grueso para que la mezcla sea
manejable y no quede porosa.
1.8.2.5 Forma y textura superficial de los agregados
La forma y la textura de los agregados influyen en la manejabilidad del concreto. Por ejemplo,
un agregado grueso rugoso con partículas alargadas y aplanadas exigirá mayor cantidad de
arena, agua y pasta en una mezcla para mantener una manejabilidad comparable con aquellas
mezclas donde se utilicen partículas lisas y redondas, debido a la fricción generada por la
trabazón existente entre las partículas.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
60
1.8.2.6 Relación pasta–agregados
Es la relación existente entre la cantidad de pasta y el área superficial de los agregados que esta
debe cubrir y lubricar. Cuando esta relación sea alta, los agregados podrán moverse libremente,
pero si la cantidad de pasta se reduce impedirá el movimiento los agregados, ocasionando que
la mezcla se vuelva rugosa y áspera.
Relación arena–agregados: Esta relación es importante en una mezcla de concreto, porque si
posee un bajo contenido de arena será difícil de manejar, colocar y terminar y además tenderá a
la segregación y exudación por ser una mezcla poco cohesiva; si por el contrario, el contenido
de arena es alto, habrá necesidad de agregar agua o pasta en exceso para que la mezcla sea
manejable, presentará tendencia a la exudación y segregación.
1.8.2.7 Condiciones del clima
Los agentes atmosféricos como el sol, la lluvia, el viento, etc., la temperatura y el tiempo
transcurrido entre el mezclado y la colocación afectan la manejabilidad de una mezcla de
concreto de tal forma que pueden cambiar la consistencia de la mezcla debido a que si hay
evaporación por causa del sol o del viento, la mezcla se endurece rápidamente y por lo tanto
pierde manejabilidad; por otro lado si hay lluvia, habrá un aumento en la relación agua–
cemento y pérdida de resistencia, aumentará la humedad de la mezcla ocasionando
segregación, etc.
1.8.2.8 Condiciones de producción y colocación
Entre estos tenemos:
Métodos de dosificación (manual, semiautomático, automático por peso, volumen y
precisión)
Métodos de mezclado (manual y mecánico)
Sistema de transporte (camión mezclador, carretilla, vagonetas, bandas, etc.)
Sistemas de colocación (baldes con grúa, bombeo, tubería, etc.)
Tipo de compactación (manual, con vibradoras de aguja, de formaleta, reglas
vibradoras, etc.).
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
61
1.8.2.9 Consolidación
La vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo
la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades móviles de un fluido denso. La
acción vibratoria permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de
agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien
graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado en el concreto, habrá que llenar
pasta un menor volumen y existirá una menor área superficial de agregado por cubrir con
pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento es necesaria.
Con una consolidación adecuada de las mezclas más duras y ásperas pueden ser empleadas, lo
que tiene como resultado una mayor calidad y economía.
Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera
adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. De hecho,
tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. Solo al emplear mezclas más duras y ásperas se
adquieren todos los beneficios del vibrado.
1.8.2.10 Segregación#
Es la separación de los materiales que constituyen la mezcla de concreto, de manera que su
distribución deje de ser uniforme por falta de cohesión. Entre las causas inherentes al concreto
que pueden ocasionar segregación tenemos la diferencia en tamaño de las partículas y su
distribución granulométrica, la densidad y proporción de los materiales y otras ocasionadas por
un mal manejo y mezclado de la misma
La segregación se puede presentar de dos maneras: una donde las partículas gruesas tienden a
separarse por desplazamiento sobre los taludes de la mezcla amontonada o porque se asientan
más que las partículas finas por acción de la gravedad la cual ocurre en mezclas secas y poco
cohesivas; otra forma de segregación ocurre cuando se separa la pasta del concreto la cual
ocurre en mezclas húmedas y con pasta muy diluida._____________________________________________
# SÁNCHEZ de G Diego “Tecnología del concreto y del mortero”, Quinta edición, Bhandan Edictores LTDA, Santa fe de Bogotá – Colombia
2001.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
62
1.8.2.11 Exudación
Este fenómeno ocurre cuando parte del agua de mezclado tiende a elevarse a la superficie del
concreto recién colocado o durante el proceso de fraguado.
La evaporación es un factor que influye tanto en la cantidad de agua que llega a la superficie
del concreto como la velocidad con que lo hace, es decir si la velocidad de evaporación es
menor que la de exudación se formará una película de agua que aumentará la relación agua–
cemento en la superficie y posteriormente quedará porosa y con baja resistencia al desgaste.
Pero si la velocidad de evaporación es mayor que la velocidad de exudación, se pueden
producir grietas de contracción plástica.
La exudación se puede controlar por medio del uso de aditivos inclusores de aire, cementos
más finos y control del contenido de arena en su fracción más fina.
1.8.2.12 Temperatura
La temperatura es un factor que afecta las propiedades del concreto, por tal motivo es necesario
chequearla para un mejor control, según las normas la temperatura media de mezclado oscila
entre los 10 y 29ºC en clima cálido.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
63
1.9 CONCRETO ENDURECIDO
Es el material obtenido (piedra artificial), después de un riguroso proceso de diseño, el cual
debe cumplir con los requerimientos especificados por el constructor y los organismos
encargados de su producción y control como es el caso de ASOCRETO, en nuestro país.
1.9.1 Propiedades
Resistencia Del Concreto: Es la capacidad de soportar cargas tanto estáticas como dinámicas,
esta propiedad de resistencia depende de las características físicas y químicas de los elementos
que lo constituyen y de la interacción que se da entre en los mismos.
Durante el proceso de fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento, se dan adherencias
entre el agregado y los productos de hidratación. Las fuerzas que unen las partículas de
agregado y la pasta de cemento pueden ser solamente físicas debido a enlaces mecánicos y de
adherencias, o químicos debido a nuevos productos de reacción superficial y de ínter desarrollo
químico.
1.9.1.1Resistencia a compresión (NTC 673)
La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un
espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por
centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’c. Para
determinar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas especímenes de mortero o de
concreto; en Colombia, a menos de que se especifique de otra manera, los ensayes a
compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm. en tanto que los ensayos a compresión
del concreto se efectúan sobre cilindros que miden15 cm de diâmetro y 30 cm de altura, como
se muestra en el grafico 1.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
64
Grafica 1: Determinación de esfuerzo uniaxial del concreto
La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física fundamental, y es
frecuentemente empleada en los cálculos para diseño de puente, de edificios y otras estructuras,
el concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm².
Un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420
kg/cm². Resistencia de 1,400 kg/cm² se ha llegado a utilizar en aplicaciones de construcción.
1.9.1.2 Resistencia a flexión (NTC 663 – ASTM C293)
Se utiliza generalmente al diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la
compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, unas ves que entre ellas
se ha establecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión.
La resistencia a la flexión, también llamada modulo de ruptura, para un concreto de peso
normal se aproxima a menudo de 1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia
a la compresión.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
65
Fotografía 3: Falla por tensión diagonal de viga.
Si la fractura se presenta en el tercio medio del claro el módulo de ruptura se calcula como
sigue:
2**dbLPMR
Donde:
MR: Es el módulo de ruptura, en (kgf/cm2).
P: Es la carga máxima aplicada, en N (kgf).
L: Es la distancia entre apoyos, en cm.
b: Es el ancho promedio del espécimen, en cm.
d: Es al peralte promedio del espécimen, en cm.
Si la ruptura se presenta fuera del tercio medio del claro, en no más del 5% de su longitud, se
calcula el módulo de ruptura como sigue:
2**3dbaPMR
Donde:
a: Es la distancia promedio entre la línea de fractura y el apoyo más cercano en la superficie de
la viga en mm. Si la fractura ocurre fuera del tercio medio del claro en más del 5% se desecha
el resultado de la prueba.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
66
El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a 12% de su
resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la
resistencia a compresión.
Resistencia a la torsión para el concreto está relacionada con el modulo de ruptura y con las
dimensiones del elemento de concreto.
Resistencia a esfuerzos cortante puede variar desde el 35% al 80% de la resistencia a
compresión. La correlación existe entre la resistencia a la compresión y resistencia a flexión,
tensión, torsión, y cortante, de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en
que se encuentre.
1.9.1.3 Modulo de elasticidad
“Denotando por medio del símbolo E, se puedes definir como la relación del esfuerzo normal,
la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del
límite de proporcionalidad de un material. Para concretos de peso normal, E fluctúa entre
140,600 y 422,000 kg/cm², y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la raíz
cuadrada de la resistencia a compresión*”.
Los principales factores que afectan a la resistencia son la relación Agua – Cemento y la edad,
o el grado a que haya progresado la hidratación. Estos factores también afectan a la resistencia
a flexión y a tensión, así como a la adherencia del concreto con el acero.
_____________________________________________
*ALVIS ALI JAIRO - Notas de clase de Resistencia de Materiales – Universidad de Cartagena – Cartagena de Indias D. T y C /2008.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
67
1.9.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO
Entre los innumerables factores que afectan la resistencia del concreto en estado
endurecido, independientemente de la calidad y tipo de materiales que lo constituyen,
para unas propiedades dadas de sus componentes en una mezcla trabajable y bien coloca-
da se destacan los siguientes:
1.9.2.1 Relación agua/cemento
En términos generales, la resistencia del concreto se determina por la cantidad neta de agua
utilizada por cantidad unitaria de cemento, para un conjunto dado de materiales y de
condiciones. Esto es lo que se conoce hoy en día como la relación "agua-cemento", la cual está
dada en peso.
A partir de lo anterior fue que Duff Abrams, en el año de 1918, formuló su conocida ley, según
la cual, para los mismos materiales y condiciones de ensayo, la resistencia de un concreto
completamente compactado, a una edad dada, es inversamente proporcional a la relación agua-
cemento (la cual originalmente se expresaba en volumen).
Para cuantificar esto, Abrams propuso la siguiente expresión de tipo exponencial:
BAR Dónde: R es la resistencia media a la compresión en kg/cm2. A y B son constantes
empíricas que dependen de la calidad y tipo de cemento, las propiedades
de los agregados, los aditivos, y las condiciones de ensayo. α es la relación agua-cemento en
peso. Otra forma de expresar la ecuación es tomando logaritmos, con lo cual quedaría de la
siguiente manera: BAR logloglog Correspondiendo entonces a la ecuación de una recta
cuyas variables son el log y α.
En la práctica es reconocida y aceptada la relación agua-cemento como el factor individual
más importante de la resistencia del concreto totalmente compactado. Sin embargo, en la
realidad es imposible obtener un concreto completamente compactado, a pesar de los
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
68
procesos de consolidación, debido a que durante la operación de mezclado queda aire
naturalmente atrapado dentro de la mezcla.
Por ello, en la práctica de la ingeniería se supone que la resistencia del concreto
endurecido a una determinada edad, con un curado y una temperatura específica, depende
principalmente de dos factores: la relación agua-cemento y el grado de compactación.
1.9.2.2 Relación agua/cemento y contenido de aire
Los diferentes agregados y cementos producen generalmente resistencias distintas con la
misma relación agua-cemento, es necesario desarrollar la correspondencia entre la
resistencia y la relación agua-cemento de los materiales que se usarán realmente en un
proyecto específico, para obtener una gráfica como la mostrada en la grafica 2 que tiene
aproximadamente la forma de una hipérbola. Adicionalmente, se debe tener en cuenta si el
concreto va a llevar aire incluido (naturalmente atrapado más incorporado), debido a que
el contenido de aire reduce la resistencia del concreto, por lo cual, para una misma
resistencia, el concreto con aire incluido debe tener una relación agua/cemento más baja.
Grafica 2: Curva teórica Resistencia – relación a/c
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
73
1.10.2 Uniformidad:
La belleza natural propia de los materiales que constituyen el concreto, como los agregados, es
la que más frecuentemente se expresa en el concreto a la vista. De modo que la gradación,
forma, textura y color de las partículas deben conservarse constantes durante el proceso de
producción y colocación del concreto, al igual que el mismo tipo y marca de cemento, de
otro modo, si no existe un estricto control sobre los materiales y los procesos de
producción y colocación, con toda seguridad se pueden producir diferencias en el color y
textura del concreto.
1.10.3 Peso unitario
Se define como la cantidad de masa por unidad de volumen y generalmente se expresa en
Kg/m3.
El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la densidad
relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado o intencionalmente incluido, y de los
contenidos de agua y de cemento, mismos que a su vez se ven influenciados por el tamaño
máximo del agregado. Para el diseño de estructuras de concreto, comúnmente se supone que la
combinación del concreto convencional y de las barras de refuerzo pesa 2400 kg/m3.
El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en otras
estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 (kg/m3).
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
74
1.10.4 Peso unitario en el concreto fresco
Aunque el concreto se dosifique por peso, se suministra por volumen. De tal manera, que
el ensayo de peso unitario se emplea para calcular el volumen o el rendimiento volumétrico
producido por los pesos conocidos de cada uno de los materiales que lo constituyen y para
determinar el contenido de cemento por metro cúbico de concreto. En la norma Icontec-1926
se detallan los procedimientos a seguir.
En pocas palabras, el peso unitario se determina midiendo el peso del concreto que se requiere
para llenar un molde de volumen conocido. Al llenar el molde, el concreto se compacta con la
misma varilla del ensayo de asentamiento y en tres capas de igual altura, teniendo cuidado de
golpear ligeramente los costados del molde después de cada compactación, para cerrar los
vacíos dejados por la varilla. Como alternativa, puede emplearse la vibración. Después de la
compactación se enrasa la superficie mediante una placa plana, teniendo cuidado de que la
medida quede llena justamente al nivel de los bordes del recipiente. Es esencial el empleo de
una placa metálica o de vidrio y no una varilla o una llana para el enrasado. De lo contrario, el
apilamiento del concreto puede causar que se señale un peso unitario más alto y, por lo tanto,
que se subestime el rendimiento. Antes de pesar el molde, debe removerse todo el concreto que
se adhiera en la parte exterior.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
75
1.11 DURABILIDAD DEL CONCRETO
Históricamente, el diseño de las estructuras de concreto se ha realizado con el criterio de la
resistencia mecánica; gracias a este medio se han logrado tener estructuras que soportan
adecuadamente las cargas de servicio; sin embargo, se han encontrado problemas relacionados
con el medio ambiente en el que se encuentra la estructura. Era inminente la necesidad de
investigar las razones del porqué del deterioro del concreto y solucionar problemas prácticos.
Se plantearon varias preguntas: ¿Cómo evitar el deterioro del concreto? ¿Cómo eliminar la
corrosión? ¿Cómo lograr un concreto durable? De ahí se derivó el interés de estudiar la
relación y los factores que interactúan entre el concreto y su entorno; los primeros problemas
de durabilidad empezaron a surgir antes de la mitad del siglo XX, por lo que la problemática
no es nueva; sin embargo, las obras que se han realizado en las décadas más recientes siguen
presentando problemas de esta naturaleza, ya que no se ha difundido lo suficiente, por el
rechazo al tema, dada su complejidad y también a que significa generalmente un costo inicial
mayor. El inversionista o el contratista confunden un concreto económico con uno barato. Un
concreto barato puede ser resistente ante sus solicitaciones de carga, pero no necesariamente es
un concreto durable, que a largo plazo, por el mantenimiento requerido, puede resultar en un
mayor costo.
Por su parte, un concreto resistente y durable puede implicar un costo inicial mayor, pero a
futuro representa ahorros considerables.
Al concreto lo afectan muchas sustancias en variados ambientes, y de diferentes maneras los
mecanismos de corrosión son muy diversos y su complejidad se incrementa por la acción
simultánea de muchos factores. En lo que respecta a ataque del medio no existen recetas
universales, cada problema amerita un estudio detallado, la permeabilidad del concreto es el
factor fundamental en su capacidad de resistencia ante ataques del medio externo; las medidas
encaminadas a mejorar el desempeño del concreto en el ambiente marino deben dirigirse a
buscar la mezcla mas impermeable posible.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
76
Por otra parte para obtener durabilidad en los concretos empleados en obras marinas deben
tomarse las precauciones necesarias y cumplir estrictos controles.
La producción de concreto para el ambiente marino requiere sus propias normas, controles y
especificaciones, diferentes a la sola resistencia a la comprensión.
No basta con un buen diseño de mezcla y una alta calidad en la fabricación del concreto para
elaborar estructuras durables es preciso utilizar una correcta practica constructiva El
seguimiento correcto uso y mantenimiento de las obres, luego de su construcción, es tan
importante como los cuidados en su elaboración y proceso constructivo.
La relación A/C bajas y los contenidos altos de cemento (450kg/m³) presentan en general
comportamientos adecuados los contenidos de cemento de 300kg/m³ son mucho más atacables
que los anteriores.
En las obras de importancia nacional, empresarial o personal, es necesario considerar la
durabilidad del material con el que pretendemos construir una estructura. El hecho de hacerlo,
es construir responsable, profesional e inteligentemente. Asimismo, es primordial considerar la
durabilidad de las obras de concreto, ya que de ellas dependen las condiciones y el grado de
deterioro que alcanzará el concreto ante el medio ambiente al que se encuentra expuesto. Dadas
las diferencias climáticas de cada región y a las diversas condiciones de servicio, es necesario
investigar el efecto que tendrán en los materiales empleados y para las condiciones particulares
de cada obra. Las diferentes aplicaciones que tiene el concreto también requieren distintas
concepciones de durabilidad, de acuerdo con la naturaleza del uso y agresividad del medio
ambiente: una cimentación expuesta a sulfatos requiere otros aspectos a cuidar que en un
reactor nuclear o que una plataforma marítima.
La durabilidad es una propiedad importante del concreto, es indispensable que tenga la calidad
y capacidad para resistir las condiciones de servicio. En el artículo del ICPC (1997) la define
como: "la habilidad para resistir la acción del tiempo, ataque químico, abrasión o cualquier
otro proceso de deterioro. Un concreto durable mantendrá su forma, calidad y condiciones de
servicio originales, cuando se exponen a su ambiente".
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
77
La naturaleza, intensidad y mecanismo implicado en cada uno de los diferentes ataques pueden
variar considerablemente, dependiendo de las condiciones de exposición de la estructura de
concreto.
Durante años se ha estudiado el tema de la durabilidad del concreto en diferentes ambientes ,
en ciertos medios se han encontrado resultados positivos al utilizar adictivos incorpora
doradores de aire en la fabricación del hormigón, particularmente cuando este ha de versé
sometido a ciclos de congelamiento deshielo y al empleo de sales deshelantes; los daños por
durabilidad en la infraestructura han afectado las estructuras de concreto en su desempeño
estructural y, en ocasiones, también tienen repercusiones económicas que son puntos clave
para determinar la rentabilidad de un proyecto.
la durabilidad de las estructuras de concreto está estrechamente relacionada con las
condiciones de exposición a dicho medio el cual puede generar deterioros por causas físicas
químicas o mecánicas por lo que se hace necesario aumentar los estándares de calidad para las
obras tanto públicas como privadas debido que se ha venido observando que en nuestro país
como en diferentes sitios la obras sufren fallas a muy temprana edad debido a la mala
coordinación, utilización de materiales constructivos de baja calidad , falta de un estudio
estructural y geotécnico eficiente, entre otros factores.
1.11.1 FACTORES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD DEL CONCRETO
Los factores que afectan la durabilidad del concreto, son aquellos que producen el deterioro del
mismo.
Estos factores se clasifican en 5 grupos:
permeabilidad
Congelamiento y Deshielo
Ambiente químicamente agresivo
Abrasión
Corrosión de metales en el concreto
Reacciones químicas en los agregados.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
78
1.11.1.1 PERMEABILIDAD
El sistema de vacíos presente en la estructura del concreto es el que le da esta propiedad, un
concreto, cuanto más poroso sea, será tanto más permeable y tendrá una posibilidad de
absorción capilar más importante. Pues la porosidad, la permeabilidad y la capilaridad,
comprenden fenómenos físicos que tienen interdependencia.
El flujo a través de las muestras de concreto es muy pequeño, si se compara con el de los
suelos, que más o menos corresponden al caso de arcillas que son consideradas como
prácticamente impermeables, debido a que la cantidad de agua que escurre del material es tan
pequeña que, en el caso de superficies expuestas al aire, esta se evapora totalmente aunque la
atmósfera esté muy húmeda y la superficie tiene aspecto de estar seca.
En la Tecnología del Concreto, importa el conocimiento de la porosidad de permeabilidad,
desde el punto de controlar los factores a los cuales se debe, por las evidentes consecuencias
negativas que trae en cuanto a la durabilidad.
La absorción& es el proceso por el cual hay movimiento de iones desde el medio ambiente
exterior hacia el concreto. Este movimiento se produce en los capilares de los poros del
concreto que están expuestos al ambiente externo. El proceso de acción capilar puede ocurrir
teniendo en cuenta dos factores: el primero tiene que ver con la estructura porosa del hormigón
y el segundo con la condición de humedad que tenga el material, es decir, se genera de manera
diferente dependiendo de las condiciones de saturación del material.
La relación agua/cemento es el factor que más influye en la porosidad del hormigón y, por lo
tanto, en todas las propiedades relacionadas con ella como la resistencia y su permeabilidad#
cuando la relación a/c excede de 0,6 la permeabilidad aumenta considerablemente debido al
incremento en la porosidad capilar.
_______________________________________
& RODRIGUEZ, F. G. "Evaluación de estructuras técnicas y materiales para su reparación," IMCYC, México D.F/2002.# FREDERICK MERRITT "Manual del ingeniero Civil". Editorial Mac. Graw Hill 4ª ISBN 970 - 10- 2251- 3. / 1999.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
79
La importancia de tener una pasta de cemento con baja relación agua/cemento es porque al
tener poco contenido de agua esta será más compacta, por lo que tendrá menos cantidad de
poros conectados en donde se alojará la humedad, impidiendo la difusión de iones que puedan
iniciar el proceso de corrosión. En una pasta con mayor contenido de agua habrá mayor
porosidad y mayor permeabilidad.
Esto es importante en el proceso de corrosión del acero de refuerzo ya que tanto el oxigeno
como los iones agresivos, pueden difundir más fácilmente hacia el acero a través del hormigón.
Grafica 4: Influencia de la relación A/C y del curado sobre la porosidad del concreto
En la presente investigación se estudió el estado de permeabilidad del concreto basándose en
los conceptos de absorción de agua, es así que se sometió muestras de concreto a presión de
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
103
De la siguiente gráfica se puede decir que las mezclas con mayor contenido (≥ 6%) del
producto a base de microsílice (EUCON MSA 100P), son mucho más manejables debiéndose
este comportamiento al contenido de un adictivo superplastificante de policarboxilatos incluido
por el fabricante* (aprox. 8 – 10% del peso de la microsílice).
Grafica 7: Representación del slump mediante barras
Las mezclas 2A y 2B presentaron asentamientos de 19 y 21cm respectivamnete, teniendo una
consistencia muy humeda, siendo loable disminuir la relacion agua – cemento para producir
una reduccion del exeso de fluides si el caso lo amerita, con lo cual se generaria un aumento de
la resistencia.
Para las mezclas 4A, 4B, 5A, y 5B que tienen 3 y 1% de adicion del producto respectivamente,
se presenta una perdida en cuanto a trabajabilida debido que se encuentran con asentamientos
por debajo de las mezclas patron.
_____________________________* Consultar : www.toxement.com para anpliar esta informacion.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
104
A nivel general se infiere que con la realacion A/C empleada (ver tabla 11), materiales y
condiciones iguales o similares a las consideradas en esta investigacion se logran confecionar
concretos en el rango de consistencia# media a muy humeda. Por otro lado se puede decir que
las mezclas con contenido de adición igual a 9% presentan cierto grado de autocompactación y
disminución de la segregación siendo una propiedad positiva para el uso de este producto o
cualquier otra microsilice*.
Fotografia 13: Expansibilidad de la mezcla 2B como tambien la poca expansión de la mezcla 4B.
____________________________________________# "La adicion de microsilice puede reducir significativamente la trabajabilidad del hormigon, la gran area superficial de la microsilicerequieren grandes cantidades de superplastificantes para mejorar la manejabilidas ." - BAYASI, ZIAD "Effects of fly Ash on the propertiesof silica – fume concrete". Concrete international. Vol 14. Nº 4/1992.* Se recomienda utilizar un adictivo supeplastificante siempre y cuando se emplee un producto a base de microsilice que no lo tengaincorporado.Nota: Ver tabla 15.2 - Clasificación del concreto según consistencia de la mezcla - del texto "Tecnología del concreto y del mortero"-SANCHEZ DE GUZMAN Diego, Quinta edición, Bhandar Editores Ltda, Pág. 321; Santa fe de Bogotá – Colombia 2001.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
105
3.3 CONSISTENCIA NORMAL Y TIEMPOS DE FRAGUADO
Se determinó la consistencia normal y el tiempo de fraguado inicial del cemento con los
contenidos de microsílice utilizados para las mezclas evaluadas, realizándose una pequeña
adaptación de las normas NTC 110 y NTC118, ya que se le adicionó a los 500 g de cemento
que estas establecen para el ensayo los porcentajes de microsílice corespondientes para cada
mezcla la fotografia a cotinuación resume el procedimiento.
Fotografia 14: Determinacion de la consistencia normal del cemento + microsilice
La inclusion del producto EUCON MSA 100P genera una gran plasticidad en la pasta, la cual
es ocacionada no por el efecto de la microsilice sino por el contenido de adictivo
superplastificante a base de policarboxilatos que posee el producto.
La tabla 14 muestra los resultados de consistencia normal del cemento + microsilice y de
tiempos de fraguado.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
106
Tabla 14: Tiempo de fraguado inicial del cemento con el porcentaje de adición de microsílice
TIEMPO DE FRAGUADO INICIAL DEL CEMENTO CON EL PORCENTAJE DE ADICION DE MICROSILICE
MEZCLA CONSISTENCIA -NORMAL (%)
TIEMPOTRANSCURIDO (min)
PENETRACION(mm)
TIEMPO DEFRAGUADO
Con 6%microsílice 22
0 39
1 H - 4O min
15 38
30 36
45 32
60 29
75 28
90 26,5
120 23
Con 9%microsílice 20
0 40
1 H - 27 min
15 37
30 34
45 31
60 28
75 26
90 24
120 21
Con 0 %microsílice 29,5
0 45
2 H - 12 min
15 42
30 38
45 35
60 33
75 31
120 27
135 26
Con 3 %microsílice 26
0 43
1 H - 45min
15 40
30 37
45 34
60 30
75 29
90 27
105 26
Con 1 %microsílice 27,6
0 41
1 H - 56 min
15 40
30 38
45 37
60 35
75 31
90 28
105 27120 24
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
107
Los gráficos muestran los puntos de penetración de la aguja de vicat para cada contenido demicrosilice.
Grafica 8: Penetración – tiempo de fraguado para cada contenido de microsílice
Del ánalisis de los resultados se puede expresar que la inclusión de este producto al cemento
disminuye los requerimientos de agua para que se produzca la completa hidratación de las
partículas de cemento; para las adiciones mayores de 6% se preentan consistencias normales
por debajo del rango# establecido para el cemento hidraulico de uso general (portland tipo I).
Estos resultados son coherentes con los obtenidos en la determinación de la manejabilidad, ya
que las mezclas más adicionadas fueron más dóciles, hay que tener en cuenta que el ensayo de
consistencia solo determina la viscosidad de la pasta de cemento; si se utilizara microsílice
pura la consistencia y manejabilidad de más mezclas disminuirían de forma proporcional
debido a la gran superficie especifica del silicio amorfo (aumenta los requerimientos de agua).
Con relación al tiempo de fraguado se reduce de forma directamente proporcional, siendo
positivo a nivel de construcción debió que disminuiría los tiempos de desencofrado.
_______________________________
# Consistencia normal (23 y 33%) dependiendo de las características del cemento. – SÁNCHEZ DE GUZMÁN Op.cit, pág. 44.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
108
3.4 PESO UNITARIO DE MEZCLAS DE HORMIGON
Usando el método de la ASTM D 2937 que cobija la determinación por metro cubico de
concreto fresco mezclado (masa unitaria). Se determino las densidades para cada una de las
mezclas evaluadas, este valor sirve para calcular el volumen o rendimiento volumétrico
producido por los pesos conocidos de cada uno de los materiales que lo constituye en pocas
palabreras se determina mediante el peso del concreto del que se requiere para llenar un molde
de volumen conocido y dividirlo por el volumen de este.
La tabla 14 muestra los resultados, el concreto normales debe estar en un intervalo& de 2240 a
2400 kg/m3.
Tabla 15: Peso unitario fresco de cada una de las mezclas
__________________________________& SANCHEZ DE GUZMAN Diego, Op. cit, Pág. 165.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
111
Las fotografías 16 y 17 muestran un espécimen por cada mezcla y condición (alterada y
óptima) estudiada.
Fotografía 16: Cilindros de algunas mezclas evaluadas
Fotografía 17: Especímenes cilíndricos estudiados
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
112
Se emplearon los criterios de evaluación y aceptación para el concreto de la NSR 10 (CR
5.6), que se muestran a continuación:
Muchos investigadores en tecnologías del concreto y compañías productoras de este material
establecen el siguiente rango de aceptabilidad de desarrollo de resistencia a la compresión para
concretos, siendo una guía práctica para el personal involucrado en el sector de la construcción.
Tabla 17: Desarrollo de resistencias a compresión con la edad.
Fuente: ZABALETA Santiago,"Construcción en hormigón especificaciones técnicas y control de calidad", Editorial limisa, h (1986 ).
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
113
Durante la ejecucion de los ensayos se obtubieron los siguientes resultados de aceptacion y
rechazo de las mezclas evaluadas
Tabla 18: Criterios de aceptacion de concreto NSR 10
CRITERIOS DE ACEPTABILIDAD DE CONCRETO NSR 10
DOSIFICACION MEZCLA 7 días 14 días 21 días 28 días1:2:3 1A CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE
1:2:2 1B CUMPLE NO CUMPLE CUMPLE CUMPLE
1:2:3 2A CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE
1:2:2 2B CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE
1:2:3 3A NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE
1:2:2 3B NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE
1:2:3 3C NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE
1:2:3 4A NO CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE
1:2:2 4B NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE
1:2:3 5A CUMPLE CUMPLE NO CUMPLE CUMPLE
1:2:2 5B NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE
1:2:2 6A CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE
1:2:3 6B CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE
La siguiente grafica muestra los resultados promedios de resistencia a compresión de 7 tipos de
mezclas de dosificación 1: 2: 3; denominadas 1A, 2A, 3A, 3C, 4A, 5A y 6B que contienen 6, 9,
0, 0, 3, 1, y 9% de adición de microsílice respectivamente.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
114
Grafica 10: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 1:2:3
Observándose en la anterior grafica la influencia en la resistencia a compresión del contenido
de microsílice, limpieza de agregados y condición de manipulación (colocación, compactación
y adición extra de agua) de las mezclas tal y como lo expresa la literatura al plantear que la
limpieza de los materiales con que se preparan las mezclas, el grado de compactación y el
aumento en la producción de gel de silicatos de calcio en la pasta de cemento por la inclusión
de microsílice en conjunto con la relación A/C inciden en el desarrollo de este
comportamiento mecánico.
La mezcla 2A presenta el mayor valor de resistencia a los 28 días (4210 psi), con una clara
tendencia de incrementos sustanciales para edades superiores a las evaluadas lo cual se cree
que obedece a la hidratación tardía del alto contenido de microsílice presente. Para iguales
condiciones de manipulación (condición alterada) se produce una variación de resistencia con
base a la mezcla patrón de 33, 42.3, 25.4, 19 y 65% para las mezclas 1A, 2A, 4A, 5A, y 6B
respectivamente, se logra visualizar una tendencia de incremento de resistencia a medida que
aumenta el porcentaje# de inclusión de microsílice (humo de sílice) y mejora la condición de
manipulación la grafica 11 muestra con más detalle lo anteriormente expuesto para tres
mezclas del estudio.
_________________________________# La compañía Guatemalteca CIFA S.A establece que con un porcentaje de 5% a 6% se puede incrementar la resistencia a compresión enaprox. 1500psi.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
115
Grafica 11: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 4A, 5A, y 6B.
Con relación a las mezclas patrón para condición alterada y optima es claro que estas no
alcanzan los valores de resistencia estimados (3000 psi) en los diseños preestablecidos de la
tabla10 empleando cemento portland de uso general (tipo I). Estas dosificaciones son muy
utilizadas en la construcción de diferentes tipos de obras a nivel urbano y rural siendo
irresponsable esta forma de construir debido que las dosificaciones planteadas en la tabla10
obedecen a características específicas de materiales, mezclado, colocación, transporte y curado.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
116
En la grafica a continuación se compara las dos mezclas patrones para las dos condiciones de
manipulación (óptima o ideal y alterada) establecidas, notándose una disminución gradual de
resistencia entre el 9,5% y 11% para cada edad de los especímenes pertenecientes a la mezcla
3A la cual se realizo en condiciones alteradas de compactación (15 golpes por capa – No
cumpliendo la NTC 396), colocación (altura 2,4 m) y mezclado (se mezclo con A/C = 0,45
equivalente a 11,3 L para el volumen empleado y un exceso de agua de 5%).
Grafica 12: Curvas de resistencia a compresión Mezclas patrón alterada Vs Óptima
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
117
3.5.1 CORRELACION ENTRE RESISTENCIA A COMPRESION Y CONTENIDO DEMICROSILICE DE MEZCLAS DE DOSIFICACION 1:2:3
La grafica 13 refleja la correlación existente entre la edad, contenido de microsílice y
resistencia a compresión del hormigón, apreciándose una relación directamente proporcional
de estos tres factores.
Se puede inferir que para este tipo de dosificación se produce un aumento aproximado del 20%
de resistencia por cada 7 días de curado, con respecto a la resistencia inicial el cual es
independiente de la cantidad de microsílice utilizada en la preparación de las mezclas.
Grafica 13: Resistencia a compresión de las mezclas 1:2:3 según contenido de microsílice
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
118
Para las MEZCLAS DE DOSIFICACIÓN 1:2:2 (Resistencia estimada 4000 psi), cabe
resaltar que se obtuvo un hormigón de alto desempeño Mezcla 6A (f’c = 6095.9 psi – 426,7
Kg/cm²), la cual se realizo en condiciones optimas de mezclado, colocación y materiales; los
agregados empleados fueron los mismos utilizados para las demás mezclas con la diferencia
que se le efectuó un pequeño proceso de control de calidad (lavado, secado, y retiro de
materiales extraños).
Grafica 14: Curvas de resistencia a compresión de mezclas 1:2.2
La anterior grafica también puede observarse la gran diferencia en resistencia que posen las
mezclas (6A y 2B) de 9 % de microsílice, con relación a las de menor contenido de adicción
mineral, este resultado posiblemente se debe a la mayor reacción química producida entre la
cal libre (Ca (OH)2) con el dióxido de silicio amorfo durante el proceso de hidratación del
cemento, potencializado con el aumento en la densificación de la matriz cementicia debido a la
autocompactación de la misma como lo demostraron los ensayos de manejabilidad.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
119
Conservándose la tendencia de aumento significativo de resistencia para edades superiores a 28
días, la cual podemos concluir que es independiente a la dosificación y condición de
manipulación dependiendo exclusivamente del contenido de microsílice adicionado
(microsílice ≥ 6%).
Estudios realizados por la Escuela de Ingeniería Civil en Obra en el año 2006, de la Facultad
de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Austral de Chile, ratifican esta premisa como se
muestra en la grafica 15, en cuya investigación se evaluó el efecto de la incorporación de
microsílice y adictivos superplastificantes para diferentes resistencias especificadas, relación
A/C =0.42, agregado grueso tipo gravilla (TMN ¾”) y arena media, los cuales presentan
algunas similitudes con los utilizados en la presente investigación.
Grafico 15: Resistencia a la compresión hormigón de prueba H-30
Fuente: SEGUEL Claudio "Hormigón de alta resistencia H 70" – Universidad Austral de Chile/2006.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
120
Se observa que el hormigón de prueba (HP – 1) el cual tiene una incorporación de 8% de humo
de sílice presenta la mayor similitud de resistencias (f’c28 = 443 Kg/cm2 – 6329 psi) con la
mezcla 6A, como también refleja el incremento gradual de resistencia para edades superiores a
28 días.
Bajo las consideraciones del estudio las cuales procuraron simular condiciones reales de obra
especialmente en las pequeñas poblaciones del país como es lógico los controles de calidad son
menos rigurosos (en algunos casos no se aplican), la mezclas 5B (1% SiO₂) únicamente
desarrolla un nivel de resistencia a 28 días equivalente a 3532 psi (247,2 Kg/cm²) y
observándose en la grafica 14 la patrón 3B (0% SiO₂) desarrolla a esta misma edad 3419 psi,
pudiendo establecerse que para las mezclas de dosificación 1:2:2 4B y 5B no se pueden
producir concretos de resistencias iguales o superiores a 4000 psi conservando las
dosificaciones, relación A/C, materiales y proporciones de microsílice ≤ 3% , como lo muestra
la siguiente grafica.
Grafico 16: Resistencia a compresión para mezclas 4B, 5B y 6A
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
121
3.5.2 CORRELACION DE RESISTENCIA A COMPRESION Y CONTENIDO DEMICROSILICE PARA DOSIFICACIONES 1:2:2
Debido a la dispersión encontrada entre los valores de correlación de resistencia, edad y %
microsílice no se puede establecer para estos tipos de mezclas un único porcentaje en el
aumento de resistencia con respecto a la edad tal y como se estableció para las mezclas de
dosificación 1:2:3 anteriormente estudiadas, ver grafica 13 (20% por cada 7 días de curado con
respecto a la resistencia inicial).
Grafica 17: Resistencia a compresión de mezclas 1:2:2 según contenido de microsílice
De la grafica 17 se puede decir que durante el periodo comprendido de 21 a 28 días los
especímenes en investigación presenta un aumento sustancial de resistencia aproximadamente
entre el (23 a 28 %) con relación a la resistencia inicial, en cuanto al periodo de 7 a 14 días , se
produce el mayor desarrollo de resistencia (68 a 76%) de f’c, en el intervalo de 14 a 21 días el
incremento de resistencia es muy discreto el cual se presume que se ocasiona por un periodo de
estabilización química de los subproductos del proceso de hidratación del cemento retardando
la actividad puzolanica del silicio amorfo, pese a estos resultados se debe tener en cuenta que
los efectos de la microsilice en la pasta de cemento se potencializan a edades# superiores de las
consideradas en este estudio.
_____________________________# Humberto R Fuchs H. “Condensed silica fume in concrete”, Ramachandram. CRC Press, Florida. EE.UU/1987.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
122
3.5.3 INDICE DE ACTIVIDAD RESISTENTE PARA COMPRESION DECONCRETON (IAR)
De acuerdo a los resultados obtenidos de las pruebas de resistencia a compresión para cada
una de las mezclas en estudio, se evidencia el alto grado de sometimiento de actividad
puzolanica de las mezclas con el producto EUCON MSA 100 P de la compañía EUCLID
CHEMICAL TOXCEMNT, debido que todas sobrepasan los valores mínimos establecidos por
las normas NTC 3823 y ASTM C311 (IAR mínimo= 75%), notándose una gran diferencia en los
valores de IAR para mezclas con contenido de adición de microsílice mayores de 6% (ver
grafica 18) con relación a las de menor porcentaje incluido.
Grafico 18: Índice de actividad puzolanica en cada mezcla.
Los especímenes de mezclas con microsílice ≤ 6% se encuentran en un rango de actividad
puzolanica (AIR) entre 100 y 150%, para los de microsílice > 6%, se ubican en el intervalo de
165 – 210 %, siendo estos resultados coherentes con investigaciones previas “ el AIR evalúa la
disminución de la cal libre en el sistema al añadir la microsílice al cemento Portland, ésta
reacciona con el hidróxido de calcio hidratado (Ca(OH)2 o portlandita), formado en la
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
123
hidratación de los silicatos de calcio anhidros C3S y C2S, disminuyendo así el contenido final
de portlandita en la mezcla.
Esta reacción llega a materializarse después de los 7 o 15 días de producida la mezcla
(dependiendo de la puzolana) y da lugar a modificaciones en las reacciones de hidratación, en
cuanto a velocidad, composición y microestructura de las fases hidratadas#”.
A nivel nacional podemos comparar los resultados de este estudio con los obtenidos en la
Investigación denominada “evaluación del desempeño del cemento portland tipo III adicionado
con sílice de diferente tamaños de partículas” realizado en la Facultas de Minas de la
Universidad Nacional de Colombia en Junio de 2009, la tabla 18 presenta los resultados
arrojados en el estudio.
Tabla 19: Resistencia a la compresión con sustitución de cemento por microsílice y pirosil
Fuente: MONTOYA TOBÓN LAURA MARIA “Evaluación del desempeño del cemento portland tipo III adicionado con sílice dediferentes tamaños de partícula"- Pregrado, Universidad Nacional de Colombia – Facultad de Minas - Medellín Colombia Junio2009.
Aunque los resultados registrados en la tabla son el producto de la sustitución de un porcentaje
de cemento por el humo de sílice (microsílice) estos muestran un incremento gradual de
resistencia con relación a la edad y contenido de microsílice en los diseños de mezclas para los
cuales se emplearon cemento tipo III, agregados de tipo sedimentario (canto rodado y arena
fina) y condiciones ideales de control de calidad.
______________________________# NEVILLE. A. M. "Properties of concrete" - Pearson Prentice Hall, /2002.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
124
Estando muy cerca los valores de la sustitución de 5% de microsílice con los resultados de
resistencia para la mezcla 2A, pudiendo deberse esta similitud a la compensación en desarrollo
de resistencia por el cemento tipo III e ideales condiciones de colocación, compactación y
curado.
Adicionalmente se puede establecer que el tipo de falla en los cilindros de ensayo depende
directamente de los materiales, nivel de segregación y edad de los mismos debidos que la edad
es directamente proporcional a la resistencia para todo tipo de hormigón hidráulico.
La fotografías 18 muestran la secuencia de fallas producidas con relación al tiempo de curado
para la mezcla 6A, destacándose que a la edad de 28 días se presenta una falla brusca la cual
obedece a la alta resistencia lograda en esta mezcla.
Fotografías 18: Secuencia de falla de cilindros con respecto a la edad.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
125
Se logra ver (fotografía 19) que la falla para los 28 días se produce en la fase matriz
cementante la cual es menos resistente que el agregado grueso (canto rodado), influyendo
también la forma redondeada de los mismos lo cual reduce la adherencia o trabazón entre la
matriz cementante y las partículas de agregado.
Fotografía 19: Falla por la matriz cementante para la mezcla 6A (6095 psi) a los 28 días
Para los cilindros de mezcla 3A, (fotografía 20) se refleja como característica común la forma
de falla (cónica en extremos variables) producida la cual obedece a los efectos nocivos de
segregación presente, producto de la mala colocación y compactación, validadando los
resultados obtenidos de los criterios de aceptación y rechazo expuestos anteriormente.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
126
Fotografía 20: serie de falla para mezcla patrón 3A – Se presenta segregación
Los resultados obtenidos demuestran que la microsilice conserva sus propiedades dentro de las
mezclas de hormigon deforma independiente a las caracteristicas de los materiales usados y
consideraciones empleadas durante el proceso de elaboracion de las mezclas; el contenido de
microsílice disminuye la segregación del concreto en estado fresco debido que le brinda mayor
densidad, “actúa aumentando la resistencia como consecuencia de la reducción de la porosidad
y de la acción puzolánica, además, proporciona el filler necesario para conseguir una cierta
autocompactabilidad y, en consecuencia, se disminuye la permeabilidad#”.
______________________________# SANJUÁN Miguel Ángel "Los cementos de adicciones en España" Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA); MadridEspaña/ 2005.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
127
3.6. RESISTENCIA A FLEXION DE LAS MEZCLAS EVALUADAS
Basados en un análisis comparativo de soporte de carga para cada una de las mezclas
realizadas, se calculo la resistencia a flexión por medio del ensayo estandarizado de la ASTM
C 78, las ecuaciones y recomendaciones de la NSR 10, dadas las condiciones físicas,
geométricas y de carga para las vigas construidas se determino la carga máxima o de rotura
para cada edad.
Fotografía 21: Vaciado de una viga.
Los resultados de de la experimentación se resumen en la siguiente tabla 19
Tabla 20: Resultados de modulo de rotura para cada edad.
__________________________________# Los valores de MR 7 se determinaron por interpolacion
RESULTADOS DE RESISTENCIA A FLEXION (MR) PARA CADA EDAD DE CURADO
MEZCLA7 días de curado 14 días de curado 21 días de curado 28 días de curado
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
128
En la siguiente grafica 19 se presenta las curvas de resistencia a flexion de las mezclas de
dosificacion 1:2:3, para cada porcentaje de adicion de microsilice y para las mezclas control.
Grafica 19: Resistencia a flexion de mezclas 1:2:3
Se logra apresiar en la anterior grafica la relacion proporcional existente entre el contenido de
microsilise y la magnitud del modulo de rotura, exepto para las mezclas 1A y 4A, que
presentan MR casi iguales 44,4 y 44,6 Kg/cm2 respectivamente, generando posiblemente por el
contenido de algun material extraño presente en la mezcla 1A.
Las mezclas de control (patro), se encuentran con valores de rotura por debajo que las
adiccionadas demostrando los efectos positivos de la utilizacion de microsilise en los diseños
de mezclas.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
129
Para las mezclas de dosificacion 1:2:2, se conserva la caracteristicas de proporcionaalidad (ver
grafica 20) con un significativo aumento en el desarrollo de esta propiedad mecanica, puesto
que el aumento del contenido de material cementante incrementa la produccion de hidroxido
de calcio para reaccionr con el silicio amorfo de la adicion mineral.
Grafica 20: Modulo de rotura para mezclas de dosificacion 1:2:2
Se puede establecer que el aumento de resistencia a flexion hasta los 28 dias no es significativo
para porcentajes de microsilise ≤ 3%, en las condiciones estudiadas, como se reflejan en las
curvas de las mezclas 4B y 5B.
Las mezclas de 9% de microsilise (6A y 2B) presentan presentan una exelente
comportamiento de desarrollo de resistencia, debiendo considerarce su evaluacion para edades
superiores a las planteadas en esta investigacion.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
130
La siguiente grafica 21 representa la curva de ensayo de modulo de rotura para la mezcla en
condiciones alterada y 9 % de adicion (2B) mostrandose claramente el potencial incremento de
resistencia a edades superiores de 28 dias, como lo demuestra la investigacion denominada
"Concreto de alta resistencia usando adictivo superplastificante, microsilice y nanosilice con
cemento portland tipo I#" realizada en septiembre de 2010 en la republica del Perù.
Grafica 21: Resistencia a flexión mezcla 2B – dosificación 1:2:2 y 9% de SiO2
__________________________________# SALVATIERRA Edher H, "Concreto de alta resistencia usando adictivo superplastificante, microsilice y nanosilice con cemento portlandtipo I" – Maestría en materiales – Convenio de cooperación: Universidad Nacional de Ingeniería del Perú y SIKA PERU S.A, Septiembre de2010.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
131
3.6.1 CORRELACION EXISTENTE ENTRE LA RESISTENCIA A COMPRESION YEL MODULO DE ROTURA
Apartir de los valores de resistencia a compresion de los cilindros y viguetas ensayadas
(ASTM C 78 y NTC 673) para cada mezcla en diferentes condisiones de manipulacion se
determino la relacion existente entre la resistencia a la compresion y el modulo de rotura.
En la tabla y grafica a continuacion se presentan los resultados.
Tabla 21: Resistencia a compresión – modulo de rotura
Grafica 22: Correlación f'c - MR
Amedida que aumenta la a compresion de las mezclas de
hormigon, tambien aumenta su resistencia a la flexion pero en menor medida como lo muestra
la parabola que desciben este comportamineto, coincidiendo con el planteamiento:
"Adicionalmente el modulo de rotura (MR) presenta valores que varian entre el 10% y un 20%
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
133
Grafica 23: Curva de correlación modulo de elasticidad
Se puede observar que el modulo de elasticidad aumenta a medida que aumenta el porcentaje
adicionado de humo de sílice (microsílice), puesto que existe una relación directa entre la
relación esfuerzo deformación y la resistencia a compresión uniaxial del concreto;
encontrándose todos los modulo de elasticidad de las mezclas evaluadas en el rango# de
140,600 a 422,000 kg/cm² para concretos de peso normal.
El Ingeniero Colombiano José Gabriel Gómez expresa "La incorporación de adiciones al
cemento no afecta las características de retracción de secado, modulo de elasticidad y flujo
plástico (creep).
No obstante hay que tener en cuenta que las adiciones pueden modificar el contenido de pasta
y por tanto del agregado (relación vol. Agregado/ vol. Hormigón), la relación agua/cemento, y
la resistencia mecánica, las cuales si tienen repercusiones en estas propiedades, como también
una necesidad de curado más adecuada.
En general, cuando disminuye la resistencia mecánica, disminuye el modulo de elasticidad y
aumenta la retracción de secado y el flujo plástico, siendo la excepción de este aserto el
hormigón de alta resistencia".
___________________________________
# ALVIS ALI Jairo, Op. Cit, 2008.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
134
3.7 ANALISIS DE DURABILIDAD
El estudio de los efectos causados sobre la durabilidad de las mezclas de concreto in situ
adicionadas con diferentes contenidos de microsílice (humo de sílice) en las condiciones
planteadas en esta investigación, se basan en el análisis de la capacidad de absorción capilar y
de resistencia a fenómenos de abrasión con ciclos de humedecimiento y secado continuo en
que estén expuestos para las diferentes condiciones de servicios.
La norma colombiana NTC 5551 y casi en todos los países actualmente se establece en los
diseños unos requerimientos mínimos de durabilidad de las estructuras de concreto.
"La durabilidad de una estructura de hormigón es su capacidad para soportar durante la vida
útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y
que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las
cargas y consideraciones en el análisis estructural &"
__________________________________&Instrucción para el hormigón estructural EHE. Comisión Permanente del Hormigón, 2º Edición Madrid – España, Ministerio de Fomento;Centro de Publicaciones (1998).NOTA: "Vida útil de una estructura es el periodo de tiempo, a partir de su puesta en servicio, durante el que debe mantener unas condicionesde seguridad, funcionalidad y aspecto aceptable. Durante este periodo requerirá una conservación normal adecuada, pero no requeriráoperaciones de rehabilitación"
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
135
3.7.1 DETERMINACION DEL % ABSORCION DE AGUA
Es importante conoser el grado de absorcion de agua del concreto ya que esta intimamente
relacionado con la permeabilida del mismo, sirbiendo como punto de control y evaluación de
los factores que afectan su durabilidad.
La determinación del porcentaje de absorción para cada una de las mezclas, se logro
sometiendo muestras de concreto endurecido de 28 días a presión de agua y se calculó el
volumen de agua retenido durante tres ciclos, para posteriormente aplicar la expresión
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
136
La grafica 24 contiene los valores de absorcion promedio de las mezclas en estudio notandose
que las mezclas de dosificacion 1:2:3 absorven mas agua que las de dosificacion 1:2:2,
debiendose a la mayor cantidad de poros de gel (microporos), y capilares que estos presentan,
influyendo sustancialmente la relacion agregado/cemento.
Grafico 24: Representacnion de valores de absorcion de agua
Se logra observar que las mezclas patrón presentan mayor grado de absorción que las demás,
estando en el rango de absorción de 1 a 2%, en cuanto los especímenes de 6% de adición (1A y
1B) no presentaron cambios significativos causados por su relación agregado/cemento.
Con relación a las mezclas 2B y 6A de dosificación 1:2:2 y 9% de microsilice presentan
significativas pérdidas en cuanto a su capacidad capilar debido que las partículas de dióxido de
silicio actúan como filler, dando diseños de mezclas con capacidad absorbente menores a
0,45%.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
137
A nivel general son evidentes las mejoras causadas por la adición de microsílice en cuanto a
disminución de capacidad absorbente y apariencia (ver fotografía 22), estableciéndose una
relación inversamente proporcional como lo muestra la grafica 25 a continuación.
Grafica 25: Correlación entre el porcentaje de absorción y el contenido de microsílice
En la fotografía se puede observar la gran cantidad de poros de compactación presente en la
mezcla patrón, en cuanto los demás especímenes muestran menor cantidad de poros en función
del contenido de microsílice y la relación agregado/cemento.
Fotografía 22: Presencia de macroporos en algunos cilindros
__________________________________
Nota: " La calidad del hormigón se encuentra influenciada fundamentalmente por su porosidad capilar, la cual está íntimamente relacionadacon el valor de la relación agua /cemento empleada en el amasado, la dosis de cemento que posee y adiciones (cenizas volante, humo desílice). También juega un papel muy importante el curado, la compactación del hormigón fresco y la fisuracion en estado endurecido(retracción de fraguado)". – Ing. José Gabriel Gómez.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
138
3.7.2 ABRASIÓN DEL CONCRETO EN CICLOS DE HUMEDECIMIENTO YSECADO CONTINÚO EN AMBIENTES SEVEROS
Se determino la capacidad de desgaste por abrasión mecánica de cilindros de concreto
endurecido (28 días) de cada mezcla analizada en este proyecto de investigación, con el fin de
obtener un indicativo de los efectos de la inclusión de humo de sílice sobre esta propiedad de
durabilidad.
Para incrementar el nivel de exposición en ambientes agresivos los especímenes de cada
mezcla se sumergieron en una solución# preparada con sulfato de sodio (Na2SO4) y sulfato de
magnesio (Mg SO4), la fotografía 20 muestra el pesaje de los químicos empleados como
también algunas probetas sumergidas en la solución acuosa.
Fotografía 23: pesado de sal de Gluver y de Epson – Saturación de cilindros
Los cilindros permanecieron en la solución durante un día para cada ciclo, con el fin de lograr
una completa saturación de estos.
_________________________________________
# Concentración empleada 1600 ppm, dentro del rango de exposición severa de sulfatos planteado por el ACI.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLAS DE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CONMICROSILICE
139
La Tabla a continuación presenta los resultados del porcentaje de pérdida de pasta de cemento obtenidos mediante la
adaptación del ensayo de humedecimiento y secado de mezclas de suelo cemento (INVE 807-07).
Tabla 24: Perdida de pasta de cemento por abrasión mecánica.
% DE PÉRDIDA DE PASTA DE CEMENTO POR ABRASIÓN MECÁNICA CON CICLOS DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO EN AMBIENTES CON SULFATOS Y CLORUROS
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADAS CON MICROSILICE
140
La grafica 26 muestra los valores de pérdida de pasta de cemento para cada una de las mezclas
evaluadas.
Grafica 26: Esquema de pérdida de pasta de cemento de todas las mezclas.
Se observa a nivel general que las muestras de control (patrón) presentan mayor pérdida de pasta
de cemento que las adicionadas, como también la relación de pérdida de sección efectiva por
abrasión mecánica es inversamente proporcional con el contenido de microsílice empleado en
cada mezcla.
En las mezclas de 9% de microsílice y de dosificación 1:2:2 (2B y 6A) se nota la fuerte influencia
de las condiciones de calidad de materiales, dosificación, colocación y curado, sobre las
características que influyen en la durabilidad del concreto, presentando una diferencia de pérdida
de pasta de cemento aproximada de 0,04% del espécimen 2B con relación al de la mezcla 6A.
La investigación realizada en el 2003 por el Departamento de Materiales, de la Universidad
Autónoma de México (UAM) Azcapotzalco. México, D.F. denominada " Abrasión en concreto
de alta resistencia" arrojaron resultados similares de desgaste de superficie expuesta en pisos
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
141
industriales con agregados de textura lisa, en el cual los ensayos se efectuaron bajo la norma
ASTM C779.
Las fotografías a continuación muestran parte de las etapas de ejecución del ensayo.
Fotografía 24: Saturación de cilindros – Cepillado de probeta
Las mezclas con contenido de silicio amorfo ≥ 6% presentaron alta resistencia a la abrasión y
excelente terminado (no mostraron poros de gravedad – de aire atrapado).
Se sometieron los cilindros a una temperatura de 120 ºC (La Norma INVE 807 - 07 plantea 70ºC
para especímenes de suelo cemento) durante un periodo de tiempo de 60 minutos para
proporcionar el secado como se muestra en la fotografía.
Fotografía 25: Secado en horno de los cilindros
____________________________Nota: La microsílice no densificada ha sido utilizada con propósitos estructurales, aplicaciones superficiales y como material de reparación ensituaciones en donde se requiera resistencia a la abrasión y baja permeabilidad./Espinoza Montenegro Ana A "Estudio de dosificación dedosificación de hormigón de ultra alta resistencia, basado en el empaquetamiento de los áridos" tesis magistral – Universidad Politécnica deMadrid /2009.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
142
4. EVALUACION ECONOMICA DE MEZCLAS DE CONCRETO ADICIONADAS CONMICROSILICE – ANALISIS DE COSTOS
De acuerdo al análisis de costo podemos decir que se puede utilizar el diseño de mezcla
preestablecido 1:2:3 A/C= 0,45 para resistencia estimada de 3000 psi (No cumple, solo máximo
alcanza f'c = 2700 psi); al cual le adicionamos 1% de microsílice y obtenemos la resistencia de
3000 psi con sustanciales mejoras en durabilidad, sin tener incrementos significativos de costos
debido que para un concreto hecho con los materiales de la región y sin adición se emplea una
dosificación de 1:2:2 A/C = 0,5; teniendo un costo de preparación in situ de 361,600 pesos
colombianos y el concreto de la misma resistencia con 1% de humo de sílice tiene un costo de
376,051 pesos colombianos.
Para resistencias mayores se produce un incremento aproximado por metro cubico del 20% con
relación a aun diseño de mezcla de la misma resistencia sin esta adicción.
Hay que tener en cuenta que únicamente no se evalúa el costo de producción, sino que debe
sopesar los beneficios en cuanto a durabilidad y arquitectura y aprovechamiento de expansión
puesto que por los sustanciales incrementos de resistencias que genera la microsílice se reducen
las secciones de los miembros estructurales.
A continuación se presentan unas tablas de costos de producción con relación a la resistencia
desarrollada.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
143
Tabla 25: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia estimada de 3000 psi
(No cumple con la resistencia).MEZCLA CONTROL 1:2:3 f'c = 2600 psi – 1m3
Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $
cemento Kg 350 405 141,750
Agregado Fino Kg 802 15 12,030
Agregado Grueso Kg 1438 32 46,016
Agua Lt 170 20 3,400Mezcladora día 1 70,000 70,000
Mano de obra m3 1 80,000 80,000
COSTO TOTAL 353,196
Tabla26: Diseño de mezcla para resistencia de 3000 psi (No contiene adición)
DOSIFICACION 1:2:2 A/C = O,5 f'c = 3000 psi - 1m3
Materiales y Herramientas Und. Cantidad Vr. Unitario Vr. parcial $cemento Kg 350 405 141,750
Agregado Fino Kg 835 15 12,525
Agregado Grueso Kg 1678 32 53,696
Agua Lt 180 20 3,600Mezcladora día 1 70,000 70,000
Mano de obra m3 1 80,000 80,000
COSTO TOTAL 361,571Proporcionado por: Ing. Modesto Barrios Fontalvo
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
144
Tabla 27: Costo de mezcla 1:2:3 para resistencia de 3000 psi
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
150
El humo de sílice actúa aumentando la resistencia como consecuencia de la reducción de
la porosidad y de la acción puzolánica, además, proporciona el filler necesario para
conseguir una cierta autocompactabilidad y, en consecuencia, se disminuye la
permeabilidad.
El elevado aumento de resistencia mecánica resultado del uso de microsílice contribuye a
facilitar la reducción de las secciones de miembros estructurales en los diseños, haciendo
estructuras arquitectónicamente más agradables.
Con las dosificaciones de mezclas pre-establecidas (1:2:3 y 1:2:2 con A/C = 0.45) muy
utilizadas para diferentes tipos de construcciones en las regiones apartadas del país, el
empleo de cemento hidráulico de uso general y agregados de la región (canto rodado y
arena con Mf = 2.5 a 2.7), no se obtienen las resistencias estimadas (3000 y 4000 psi).
Las mezclas de dosificación 1:2:2 con microsílice ≤ 3% en desfavorables condiciones de
preparación y colocación no desarrollan resistencias superiores a 4000 psi a la edad de 28
días.
La relación A/C en los tipos de mezclas analizados influyó en las resistencia a compresión
y flexión, ajustándose la premisa fundamental de la tecnología del concreto, que plantea la
disminución de la resistencia a compresión, al generar un aumento de la relación A/C.
Para obras de Ingeniería de elevado nivel de importancia como puentes, acueductos,
embalses y pavimentos, en estas regiones se recomienda el empleo de mezclas con
contenidos de microsílice ≥ 3% con el fin de garantizar los requerimientos de resistencia y
durabilidad establecidos por la NSR10 y del proyecto. En obras de tipo residencial de
máximo tres plantas elaboradas con
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
151
materiales del sitio se puede usar contenidos de humo de sílice ≤ 3%, para garantizar la
resistencia estimada en las dosificaciones preestablecidas; teniendo en
cuenta un adecuado manejo la relación A/C (considerando el uso o no de aditivos
plastificantes o superplastificantes) con el fin de producir la manejabilidad deseada.
Las mezclas con adición de microsílice presentaron un fraguado más rápido, comparado
con el de un concreto convencional, sin embargo este efecto también se debió a la
influencia del aditivo supeplastificante incluido en el producto a base de microsílice
(EUCON MSA 100P).
La inclusión de microsílice reduce la exudación produciendo que el acabado superficial
puede ser dado más pronto que en el caso de concretos sin microsílice.
Las mezclas con contenidos de humo de sílice ≥1% presentan una reducción significativa
de la segregación causada por problemas de manipulación durante los procesos
constructivos, aportando al incremento de resistencia y conservación de la estructura
ejecutada.
A nivel de costos no se produce un incremento significativo para diseños de resistencia
especificada de 3000 psi comparado con una mezcla sin esta adicción, en cuanto para mezclas
de resistencias superiores a 3500 psi se genera un aumento de costos aproximadamente del
20% con relación a un diseño de mezcla de la misma resistencia especificada pero sin esta
adición minera, este incremento de costo es compensado con los beneficios en cuanto a
durabilidad, y ganancia de resistencia mecánica a edades superiores a 28 días, por lo que se
pueden reducir las secciones de los elementos estructurales, haciéndose estructuras
arquitectónicamente más agradables.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
152
Los resultados de este proyecto de investigación garantizan con estos diseños de mezclas la
utilización de concreto de calidad realizado en obra (in situ) disminuyéndose los efectos
colaterales a los que está expuesto el hormigón durante su proceso de fabricación, convirtiéndose
en un importante aporte para la ciencia de los materiales de construcción y al mejoramiento del
ejercicio de la Ingeniería especialmente en los lugares donde es prácticamente "imposible"
emplear concretos premezclados, sirviendo de guía para el personal involucrado en el sector de la
construcción en zonas rurales del departamento de Bolívar o en cualquier otro lugar de la
geografía nacional.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE
153
6.1 RECOMENDACIONES
Se sugiere evaluar la resistencia mecánica de los diseños de mezclas que contengan esta
adición para edades superiores a 28 días# con el fin de maximizar su aprovechamiento
debido que con la edad el cemento genera hidróxido de calcio durante el proceso de
hidratación que reacciona con el dióxido de silicio presente aumentando la resistencia.
Se recomienda realizar estudios con otras adicciones, con el fin de observar las influencias
de las nuevas adiciones en todas las propiedades analizadas en este proyecto de
investigación.
Evaluar también el efecto del aditivo superplastificante incorporado en el producto a base
de microsílice usado si se emplea microsílice no densificada en estado pura.
Se recomienda realizar ensayos de tracción indirecta y relación de Poisson con el fin de
obtener datos de los efectos de esta adición sobre el diseño de mezcla a utilizar.
Procurar mantener una inspección permanente de calidad de materiales, dosificación y
mezclado, para garantizar los resultados estimados en la ejecución del proyecto.
Brindar capacitación al personal involucrado en el sector de la construcción en el empleo
de esta adición y en buenas prácticas de construcción, con el fin de reducir los errores
causados por el factor entrópico en las propiedades reológicas de las mezclas de concreto.
Debido a las alta finura de la microsílice se debe utilizar el equipo de seguridad personal(tapa boca, guantes, gafas…).
______________________________# Concreto de alta resistencia XIII edición coloquio de química del cemento – Universidad mayor de San Marcos – Lima, Perú. Enero de 2011.
ESTUDIO COMPARATIVO DE MANEJABILIDAD, DURABILIDAD, RESISTENCIA Y COSTOS DE MEZCLASDE CONCRETO IN SITU, ADICIONADA CON MICROSILICE