TECNOLOGIA DEL CONCRETOUNIDAD 2 2.1. PROPIEDADES Y ENSAYOS: CONCRETO FRESCO 2016 Logro • Identificar las propiedades del concreto y experimentar la elaboración del concreto de acuerdo a las técnicas del diseño de mezclas. Fabricación del Concreto • • • • Empresas Concreteras – UNICON: https://www.youtube.com/watch?v=ZtknJxfQ-mE Proceso de Fabricación de Concreto – ARGOS: https://www.youtube.com/watch?v=psCtb3uGg_ U • Planta Concretera – SUPERMIX: • https://www.youtube.com/watch?v=HK1uYWJXi7 Q Estados del Concreto • Se muestran dos estados, claramente diferenciados: • Estado fresco • Estado endurecido Concreto Fresco • Se llama así al concreto que tiene menos de cuatro horas de preparado. • Presenta propiedades y características particulares, distintas al mismo en estado endurecido. • Dichas propiedades le dan versatilidad y facilidad de empleo para fabricar elementos resistentes estructurales, de acuerdo a los requerimientos del usuario final. Propiedades del concreto plástico • Las propiedades del concreto plástico deben permitir que se llenen adecuadamente los encofrados y los espacios alrededor del acero de refuerzo , así como también obtener una masa homogénea, sin grandes burbujas de aire o agua atrapada. TRABAJABILIDAD EXUDACION PROPIEDADES DEL CONCRETO ES ESTADO PLÁSTICO SEGREGACION CONSISTENCIA Trabajabilidad • Es el mayor o menor trabajo que hay que aportar al concreto en estado fresco en los procesos de mezclado, transporte, colocación, compactación y acabado. • Está influenciada principalmente por la pasta, el contenido de agua y el equilibrio adecuado entre agregados gruesos y finos. • El concreto debe ser lo suficientemente trabajable como para garantizar el progreso de la obra sin la necesidad de añadir agua. Mezclado Compactación Transporte Colocación FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TRABAJABILIDAD • Está influenciada principalmente por la pasta, el contenido de agua y el equilibrio adecuado entre agregados gruesos y finos, produciendo en el caso óptimo una suerte de continuidad en el desplazamiento natural y/o inducido de la masa. • Un exceso de tiempo de transporte o mezclado prolongado. • Empleo de partículas recubiertas de polvo. • Empleo de agregados secos y altamente porosos. • El incremento de la temperatura. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TRABAJABILIDAD • Habrá una mayor trabajabilidad cuando la cantidad de cemento en la mezcla sea mayor. • A mayor fineza del cemento, mayor trabajabilidad. • Las mezclas con canto rodado son siempre más trabajables que mezclas similares con piedra partida. • El uso de aditivos fluidificantes o incorporadores de aire puede mejorar la trabajabilidad de las mezclas. • Adiciones de materiales puzolánicos. Importancia de la Trabajabilidad • Una buena trabajabilidad facilita el transporte y el uso del concreto, o sea la colocación en los encofrados y la compactación. Además, está influye favorablemente en el costo de estas operaciones. • También una trabajabilidad adecuada nos dará una buena resistencia y sobre todo una durabilidad adecuada. Consistencia • Esta definido por el grado de humedecimiento de la mezcla, depende de la cantidad de agua. • La consistencia se define por el asentamiento de la mezcla cuando se realiza el ensayo del cono de Abrams. FACTORES QUE MODIFICAN LA CONSISTENCIA DE UNA MEZCLA DE CONCRETO • En el cemento: El contenido, fineza, composición química. • En los agregados: Granulometría, forma de granos, grado de absorción y estado de humedad, revestimientos superficiales. • En agua: El requerimiento de agua aumenta si el agregado es rugoso y disminuye cuando el agregado es de forma redondeada. • En aditivos: Incorporadores de aire y plastificantes, disminuyen el requerimiento de agua. Segregación • Es una propiedad del concreto plástico, que implica la descomposición de este en sus partes constituyentes cuando el agregado grueso tiende a separarse del mortero, de manera que la mezcla deja de ser uniforme. • Dado que el concreto contiene componentes de diferentes tamaños y diversos pesos específicos, existen fuerzas que tienden a separar estos componentes cuando la mezcla aun no ha endurecido. Formas de segregación • Generalmente los procesos de inadecuados de manipulación y colocación son los causantes del fenómeno de segregación en las mezclas. • También se produce segregación cuando se permite que el concreto corra por canaletas, y que presenten cambios de dirección. • Cuando se suelta el concreto de alturas mayores de ½ metro, el efecto es semejante. • Por ejemplo: El traqueteo de las carretillas con ruedas metálicas tiende a producir que el agregado grueso se precipite en el fondo mientras que la lechada ascienda a la superficie. • Las partículas mas gruesas tienden a separarse del mortero, ya sea porque pueden rodar más rápidamente o porque pueden asentarse a mayor velocidad que las más finas • El exceso de vibrado de la mezclas húmedas, produce segregaciones. • Consecuencias.- Originan imperfecciones en el concreto endurecido, tales como bolsones de piedras, cangrejeras, fajas arenosas fallas de adherencia en las juntas. Riegos.- La segregación es una función de la. consistencia de la mezcla, siendo el riesgo mayor cuando más húmeda es ésta y menor cuando más seca lo es. Control y recomendaciones.- Empleo de mezcla adecuadamente dosificada, transportada, colocada y compactada. El aumento de finos (cemento o A. fino) y consistencia de la mezcla. Exudación • DEFINICION.- Esta definida como el ascenso de una parte del agua de la mezcla hacia la superficie del concreto generalmente como el resultado de la sedimentación de los sólidos dentro de la masa. • El agua sale por densidad, la que va lavando el material y en su recorrido deja un canal microscópico. • Este fenómeno se presenta momentos después de que el concreto ha sido colocado en el encofrado. Factores que influyen: • Su magnitud esta influenciado por: las proporciones de mezclas, el contenido de agua en exceso, la temperatura, la altura del encofrado, la fineza del cemento y la presencia de aditivos. Consecuencias: • La exudación es perjudicial para el concreto, pues como consecuencia de este fenómeno la superficie de contacto durante la colocación de una capa sobre otra puede disminuir su resistencia debido al incremento agua/cemento en esta zona. • Como producto del ascenso de una parte del agua de mezclado se puede obtener un concreto poroso y poco durable. Control • Dosificación de la mezcla para incluir más agregado fino y, si es necesario más cemento • Cuidadoso control del proceso constructivo de los encofrados para evitar el escape de la lechada de cemento . • Incremento en la fineza del cemento y riqueza de la mezcla por aumento del cemento. ENSAYOS EN CONCRETO FRESCO • Vamos a considerar dos tipos de ensayo en el Concreto Fresco: • Ensayos de Control : como su nombre lo indica para el control del concreto en obra • CONSISTENCIA • TEMPERATURA • PESO UNITARIO • CONTENIDO DE AIRE ENSAYOS EN CONCRETO FRESCO • Otros Ensayos : para probar aditivos y otros elementos para investigar. • • • • • FACTOR DE COMPACTACION V.B. EXUDACION SEGREGACION TIEMPO DE FRAGUADO ENSAYOS DE CONTROL • El más importante y más realizado es el de Consistencia mediante el CONO DE ABRAMS. NTP 339.035 Medida de la consistencia • Se realiza mediante el ensayo del Cono de Abrams según la norma ASTMC- 143, es el método más utilizado en obra debido a su rapidez y efectividad. • Se utiliza un molde troncocónico de h=30cm y diámetros de base y boca 20 y 10 cm respectivamente . • Se llena en 3 capas iguales y sucesivas, picando 25 veces, cada una de ellas con la varilla de hierro de 16mm y 60cm de longitud, con punta redondeada. • Al desmoldar se mide el descenso de la probeta con relación al molde original, (en cm), determinando la consistencia. Ensayo de consistencia Tipos de asentamiento del concreto Se distinguen 03 tipos de asentamiento del concreto: “normal” o Verdadero, obtenido con mezclas bien dosificadas y un adecuado contenido de agua. El concreto no sufre grandes deformaciones los elementos se mantienen unidos. “de corte”, obtenido cuando hay exceso de agua y la pasta que cubre los agregados pierde su poder cohesivo. “fluido” o Desplomado, cuando la mezcla se desmorona completamente. CLASES DE MEZCLA SEGÚN SU ASENTAMIENTO MEZCLA SLUMP TRABAJABILIDAD CONSISTENCIA METODO DE COMPACTACION Seca 0”a 2” Poco trabajable Seca Vibración normal Plástica 3” a 4” Trabajable Plástica Vibración ligera chuceado Fluida > 5” Muy trabajable Húmeda chuceado Limitaciones del ensayo • • • • • El ensayo de Abrams sólo es aplicable en concretos plásticos, con asentamiento normal (mezclas ricas y un concreto con dosaje de agua). No tiene interés en las siguientes condiciones: En concreto sin asentamiento, de muy alta resistencia. Cuando el contenido de agua es menor de 160 lt. por m3 de mezcla. En concretos con contenido de cemento inferior a 250 kg/m3. Cuando existe un contenido apreciable de agregado grueso de tamaño máximo que sobrepasa las 2.5”. ENSAYOS DE CONTROL • • • • RANGOS DEL ASENTAMIENTO O SLUMP Concreto simple: 3-4” Concreto armado: 5”-7” Casos especiales (concreto autonivelante, concreto para pisos, concreto fluido o grout para albañilería armada): 8”9” • No se recomienda el slump menor a 3” por ser demasiado rígido. En todo caso, se puede emplear para estructuras masivas que puedan apisonarse con rodillos vibratorios. A esto se conoce como concreto compactado con rodillo (CCR) que se emplea en construcciones de represas y en algunas carreteras. Ensayo Cono de Abrams • https://www.youtube.com/watch?v=EhMO4D a8j9g ENSAYOS DE CONTROL • TEMPERATURA • Se realizará cuando sea necesario, y se pueda presumir temperaturas menores de 10°C o mayores de 32°C,en el concreto mismo. NTP 339.184 ENSAYOS DE CONTROL • RANGOS DE TEMPERATURA PARA EL CONCRETO – EFECTOS DEL CLIMA • • • Lo ideal es que no supere los 30 C al inicio de la mezcla. Tampoco es conveniente que sea menor de 13 C, porque el agua comienza a enfriarse demasiado. Temperaturas muy altas generan mayor calor de hidratación, lo que deviene en endurecimiento rápido pero no se llega a desarrollar la resistencia de diseño. Temperaturas muy bajas generan menor calor de hidratación, con la cual podemos alcanzar la resistencia de diseño pero la fragua se demora más, retrasando los tiempos de encofrado. En sitios lluviosos lo recomendable es que la fragua se produzca antes de 3 horas desde la preparación de la mezcla. En caso de ser inevitable y si es factible, colocar toldos o cubiertas a dos aguas para que no mojen los elementos. En sitios muy cálidos puede agregarse hielo triturado, disminuyendo el contenido de agua a la mezcla previamente. En algunos casos se emplea nitrógeno líquido para enfriar rápidamente. También se puede cambiar el tipo de cemento (Portland IP, II, V o genéricos MH o LH). O emplear aditivos retardadores de fragua. En sitios muy fríos lo ideal, aparte de incorporar aire, es emplear lonas de aislamiento que “abrigan” los elementos de concreto. También se pueden emplear reflectores potentes cuyo calor ayuda a la fragua del concreto. Otra medida puede ser cambiar el tipo de cemento (Portland I, III o genéricos GU y HE). O emplear aditivos acelerantes de fragua. • • • • Ensayo de Temperatura • https://www.youtube.com/watch?v=FbVWNZ-cWo ENSAYOS DE CONTROL • PESO UNITARIO : Para el control del rendimiento del concreto. R =PU real/PU teórico el rendimiento sirve para el control de volúmenes. NTP 339.046 ENSAYOS DE CONTROL • RANGOS DE PESO UNITARIO ADECUADOS: • Concreto normal: de 2,200 a 2,400 kg/m3 • Concretos ligeros: menores de 2,200 kg/m3 • Concretos pesados: mayores a 2,400 kg/m3 ENSAYOS DE CONTROL • CONTENIDO DE AIRE (Método de Presión) • Sólo es exigido, como control , en concretos con aire incorporado. • NTP 339.083 ENSAYOS DE CONTROL • RANGOS ADECUADOS DEL CONTENIDO DE AIRE • En concretos normales con vaciados a menos de 3,000 m.s.n.m., el contenido de aire puede encontrarse en un rango de 1% a 3% del volumen de la mezcla. • En altitudes superiores el rango de porcentaje deberá encontrarse entre 3% a 7% del volumen de la mezcla (aire incorporado). • En lugares fríos y de baja presión por altitud, el agua de la mezcla tiende a solidificarse y se expande, llenando no sólo los vacíos sino también desplazando las partículas de los agregados, generando fisuras cuando se endurece el concreto. El aumento de aire genera más vacíos dejando que el agua se expanda por esos poros sin que desplace el agregado. Por eso se incorpora el aire a la mezcla, ya sea con aditivos o sondas que mediante una máquina echan burbujas de aire a la mezcla. Ensayo de Peso Unitario y Contenido de Aire • https://www.youtube.com/watch?v=2aY94AE vKqw ENSAYOS DE INVESTIGACION • FACTOR DE COMPACTACION Es la medida de la facilidad con que puede compactarse el concreto fresco • Ensayo muy versátil y representativo para diferentes consistencias. FACTOR DE COMPACTACION • • • • • • La prueba consiste en llenar el cono superior con concreto depositándolo sin dejarlo caer, par que no haya compactación adicional. A continuación se abre la compuerta inferior para que caiga por su peso propio y llene el segundo cono con lo que se estandariza la condición de compactación inicial. Finalmente luego de enrasar el cono se abre la segunda compuerta y el concreto cae por su peso propio para llenar un molde cilíndrico estándar. Se obtiene el peso unitario del concreto en el molde y el valor se divide entre el peso unitario obtenido con la prueba estándar en tres capas con 25 golpes cada una. Esta operación debe hacerla una sola persona manteniendo constantes el equipo para el manipuleo y el procedimiento, ya que los resultados están influenciados significativamente por estos aspectos. Hay que tener claro que los valores obtenidos nos sirven para comparar diseños similares para elegir el óptimo, pero no nos da un valor absoluto para comparar diseños con materiales diferentes. En la medida que el factor de compactación se acerque más a la unidad obtendremos el diseño más eficiente en cuanto a la compactabilidad. ENSAYOS DE INVESTIGACION • EXUDACION: cantidad y velocidad del agua que sube a la superficie una vez acabado el concreto. • Se realiza en el mismo recipiente que se usa para el Peso Unitario, llenándolo 1pulg. menos y midiendo el agua que va exudando, cada 10 minutos al inicio y luego cada 30 minutos hasta que ya no exude. • La segregación no es medible en números pero se puede apreciar. Ensayo de Exudación • • Un ensayo muy sencillo se utiliza para cuantificar la exudación y consiste en llenar de concreto un molde en 3 capas con 25 golpes cada capa, dejándose 1pulg. libre en la parte superior. Una vez que se ha dejado de llenar el molde, empezara el fenómeno de exudación, haciéndose lecturas de volúmenes parcial de agua exudada cada 10 min. , durante los primeros 40 min. y cada 30 min. hasta que la mezcla deje de exudar.(ASTM – 232) Ensayo de Exudación • https://www.youtube.com/watch?v=y3qlmQ6 eD8g • (bajar el volumen de sonido) Formas de expresar la exudación • por unidad de área (ml/cm²): Exudación = ??????? ????? ??????? ???? ?? ?? ?????????? ????? ??? ???????? • En porcentaje (%): E??????ó?(%) = V??. ???? ????? = ??????? ????? ??????? ???.?? ???? ?? ?? ?????? ?? ?? ????? ???? ??? ???????? ?? ?? ????? ???? ????? ?? ?? ????? × 100 × ??? ???? ????? ENSAYOS DE INVESTIGACION • Tiempo de Fraguado : tiempo en que las mezclas toman rigidez. • Fraguado Inicial y Fraguado Final, después del fraguado inicial la mezcla no se debe disturbar. • No se debe confundir fraguado con endurecimiento ( toma de resistencia) • La medida es por penetración de agujas, hasta superar el esfuerzo correspondiente al tiempo de fraguado final ENSAYOS DE INVESTIGACION TIEMPO DE FRAGUADO por resistencia a la penetración • (aguja Vicat) Tiempo de Fraguado inicial 35kg/cm2 Tiempo de Fraguado final 280kg/cm2 OTROS: Por observación directa (Análisis de tiempos). ANALISIS DE TIEMPOS DE FRAGUADO (EJM.) A los 45 minutos se comienza a hacer cortes a la muestra. A las 5 horas se somete a presión a la muestra y se verifica la exudación hasta que no salga líquido. Ensayo de Tiempo de Fraguado • Parte 1: • https://www.youtube.com/watch?v=u3X8J8V Sp98 • Parte 2: • https://www.youtube.com/watch?v=oskr9X75 5is Ejercicios de aplicación • 1.- En una obra de edificaciones en la ciudad del Cusco, antes de vaciar las 24 columnas del piso 4 del edificio (0.5 m3 cada una), se han obtenido muestras del concreto fresco para laboratorio in situ (a pie de obra) a las 8.20 a.m., obteniéndose los siguientes resultados: a) Cono de Abrams = 5” b) Temperatura del concreto = 24 C c) Contenido de aire = 3% d) Peso unitario = 2,358 kg/m3 (de ensayo) La temperatura al medio ambiente es de 12 C, tiempo nublado, amenaza con llover, el pronóstico del tiempo es que comenzará la lluvia en la tarde, alrededor del mediodía y de ahí hasta la noche. El vaciado está programado para las 9.00 am. Volumen a vaciar = 12 m3. La tanda de la mezcladora es de 11 pie3, pudiendo llenar el volumen de la tanda cada media hora efectiva. Se cuenta en el almacén con aditivos retardantes y acelerantes de fragua. Como ingeniero residente, ¿qué decisiones tomaría? Solución ejercicio práctico 1 • • • • Para elementos verticales que presentan armaduras intrincadas, además de un tema de posible segregación al vertirse el concreto, lo recomendable es que el slump (asentamiento) medido con el ensayo del cono de Abrams se encuentre entre los 5” a 7”. En este caso, de 5”, se encuentra un poco menos fluido. Sin embargo, puede ser empleado. El peso unitario es el adecuado. (Entre 2,200 a 2,400 kg/cm3 para concretos normales). La temperatura del concreto es adecuada (entre 32 C a 13 C). El medio ambiente, que irá enfriando la mezcla, disminuirá el calor de hidratación, además que conforme se acerca el tiempo lluvioso, la temperatura de 12 C descenderá aún más (en Cusco se puede llegar fácilmente a los 4 C). Si la temperatura es menos de 13 C, el fraguado demorará más que las 3 horas en promedio para que un concreto normal comience a endurecerse (por lo menos unas 3 horas más, total 6 horas). Si se comienza a las 9 am, comenzará la fragua en las primeras columnas vaciadas alrededor de las 3 pm. Si fuera una fragua normal, al medio día ya estarían las columnas endureciéndose. Solución ejercicio práctico 1 • • • • • • La lluvia en concreto fresco en vías de fraguado puede deteriorar el concreto generando fisuras y disgregación. Esto es un serio problema. Para saber el tiempo que demorará el vaciado, se divide el volumen total entre el volumen de la tanda y se multiplica por el tiempo que demora todo el vaciado de la tanda (que incluye carga, mezcla, colocación y retorno). 1 pie3 = 0.0283 m3 por tanto, 11 pie3 = 0.3113 m3. Número de tandas = 12 m3/0.3113 = 38.55 = 39 tandas. Tiempo total de vaciado = 39 tandas x 0.5 horas = 19.5 horas. Si la jornada laboral es de 8 horas, entonces se requieren 2.44 días o 3 días como mucho. Podemos entonces dividir la programación de columnas (24 unidades) en 3 días = 8 columnas por día. Volumen diario = 8 x 0.50 m3/columna = 4 m3. Número de tandas por día = 4m3/0.3113 = 12.85 = 13 tandas. Tiempo = 13 x 0.5 = 6.5 horas. Solución ejercicio práctico 1 • • • • • Si solo disponemos de medio día, además del tiempo frío que puede retardar la fragua, podemos: A: colocar toldos a las 8 columnas (descartado). B: cambiar el diseño de mezcla empleando cemento Tipo HE (descartado porque ya tenemos la mezcla aprobada y un cambio requerirá aprobación del supervisor, lo que retrasa nuestras medidas). C: incorporar aire (aprobado). D: añadir aditivo acelerante de fragua (se dispone, aprobado). E: emplear lámparas reflectoras (las que tenemos serían insuficientes, descartado). F: emplear mantas de abrigo a las columnas (no se tiene, descartado). • Por tanto el Plan sería: medidas C y D. • • Solución ejercicio práctico 1 Reflectores para calentar el concreto (de gran potencia). Empleo de toldos para proteger de la lluvia. Aditivo acelerante de fragua. Aditivo incorporador de aire. Conclusiones • El concreto presenta dos estados diferenciados: fresco y endurecido. • En el estado fresco, el presenta propiedades importantes como la consistencia, trabajabilidad, fraguado, exudación, segregación. • Son importantes los ensayos al concreto fresco como el cono de Abrams, la temperatura, peso unitario, contenido de aire, por cuanto pueden determinar si la trabajabilidad del mismo puede presentar inconvenientes en obra, tanto en su preparación como en su colocación, compactación y curado. • Algunas propiedades influyen directamente en la resistencia mecánica del concreto; de detectarse anomalías en el concreto fresco, puede deducirse que el concreto al estado endurecido tendrá menos resistencia o durabilidad ante los agentes externos y cargas de servicio. Gracias.