Capitulo 01-Examen

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TECNOLOGIA DEL CONCRETO 1 Ing. Fernando Peralta Quino - 2014

CAPITULO 01

INTRODUCCION AL CONCRETO

1. HISTORIA DEL CONCRETO El hormign o concreto es un material compuesto empleado en construccin, formado esencialmente por un aglomerante al que se aade partculas o fragmentos de un agregado, agua y aditivos especficos. El aglomerante es en la mayora de las ocasiones cemento (generalmente cemento Portland) mezclado con una proporcin adecuada de agua para que se produzca una reaccin de hidratacin. Las partculas de agregados, dependiendo fundamentalmente de su dimetro medio, son los ridos (que se clasifican en grava, gravilla y arena).1 La sola mezcla de cemento con arena y agua (sin la participacin de un agregado) se denomina mortero. Existen hormigones que se producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormign asfltico que utiliza betn para realizar la mezcla. El cemento es un material pulverulento que por s mismo no es aglomerante, y que mezclado con agua, al hidratarse se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornndose en un material de consistencia ptrea. El cemento consiste esencialmente en silicato clcico hidratado (S-C-H), este compuesto es el principal responsable de sus caractersticas adhesivas. Se denomina cemento hidrulico cuando el cemento, resultante de su hidratacin, es estable en condiciones de entorno acuosas. Adems, para poder modificar algunas de sus caractersticas o comportamiento, se pueden aadir aditivos y adiciones (en cantidades inferiores al 1 % de la masa total del hormign), existiendo una gran variedad de ellos: colorantes, aceleradores, retardadores de fraguado, fluidificantes, impermeabilizantes, fibras, etc. El concreto convencional, normalmente usado en pavimentos, edificios y otras estructuras, tiene un peso especfico (densidad, peso volumtrico, masa unitaria) que vara de 2200 hasta 2400 kg/m (137 hasta 150 libras/pis3). La densidad del concreto vara dependiendo de la cantidad y la densidad del agregado, la cantidad de aire atrapado (ocluido) o intencionalmente incluido y las cantidades de agua y cemento. Por otro lado, el tamao mximo del agegado influye en las cantidades de agua y cemento. Al reducirse la cantidad de pasta (aumentndose la cantidad de agregado), se aumenta la densidad. Algunos valores de densidad para el concreto fresco se presentan en la Tabla 1-1. En el diseo del concreto armado (reforzado), el peso unitario de la combinacin del concreto con la armadura normalmente se considera 2400 kg/m (150 lb/ft). Dependiendo de las proporciones de cada uno de sus constituyentes existe una tipologa de hormigones. Se considera hormign pesado aquel que posee una densidad de ms de 3200 kg/m debido al empleo de agregados densos (empleado proteccin contra las radiaciones), el hormign normal empleado en estructuras que posee una densidad de 2200 kg/m y el hormign ligero con densidades de 1800 kg/m La principal caracterstica estructural del hormign es que resiste muy bien los esfuerzos de compresin, pero no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (traccin, flexin, cortante, etc.), por este motivo es habitual usarlo asociado a ciertas armaduras de acero, recibiendo en este caso la denominacin de hormign armado, o concreto pre-reforzado en algunos lugares; comportndose el conjunto muy



favorablemente ante las diversas solicitaciones. Cuando se proyecta una estructura de hormign armado se establecen las dimensiones de los elementos, el tipo de hormign, los aditivos y el acero que hay que colocar en funcin de los esfuerzos que deber soportar y de las condiciones ambientales a que estar expuesto Historia del Hormign

La historia del hormign constituye un captulo fundamental de la historia de la construccin. Cuando se opt por levantar edificaciones utilizando materiales arcillosos o ptreos, surgi la necesidad de obtener pastas o morteros que permitieran unir dichos mampuestos para

poder conformar estructuras estables.

Inicialmente se emplearon pastas elaboradas con arcilla, yeso o cal, pero se deterioraban rpidamente ante las inclemencias atmosfricas. Se idearon diversas soluciones, mezclando agua con rocas y minerales triturados, para conseguir pastas que no se degradasen fcilmente. As, en el Antiguo Egipto se utilizaron diversas pastas obtenidas con mezclas de yesos y calizas disueltas en agua, para poder unir slidamente los sillares de piedra; como las que an perduran entre los bloques calizos del revestimiento de la Gran Pirmide de Guiza. Hormigones de cementos naturales

En la Antigua Grecia, hacia el 500 a. C., se mezclaban compuestos de caliza calcinada con agua y arena, aadiendo piedras trituradas, tejas rotas o ladrillos, dando origen al primer hormign de la historia, usando tobas volcnicas extradas de la isla de Santorini. Los antiguos romanos emplearon tierras o cenizas volcnicas, conocidas tambin como puzolana, que contienen slice y almina, que al combinarse qumicamente con la cal daban como resultado el denominado cemento puzolnico (obtenido en Pozzuoli, cerca del Vesubio). Aadiendo en su masa jarras cermicas o materiales de baja densidad (piedra pmez) obtuvieron el primer

hormign aligerado.3 Con este material se construyeron desde tuberas a instalaciones portuarias, cuyos restos an perduran. Destacan construcciones como los diversos arcos del Coliseo romano, los nervios de la bveda de la Baslica de Majencio, con luces de ms de 25 metros,4 las bvedas de las Termas de Caracalla, y la cpuladel Panten de Agripa, de unos 43 metros de dimetro, la de mayor luz durante siglos.5



Tras la cada del Imperio romano el hormign fue poco utilizado, posiblemente debido a la falta de medios tcnicos y humanos, la mala calidad de la coccin de la cal, y la carencia o lejana de tobas volcnicas; no se encuentran muestras de su uso en grandes obras hasta el siglo XIII, en que se vuelve a utilizar en los cimientos de la Catedral de Salisbury, o en la clebre Torre de Londres, en Inglaterra. Durante el renacimiento su empleo fue escaso y muy poco significativo. En algunas ciudades y grandes estructuras, construidas por Mayas y Aztecas en Mxico o las de Machu Pichu en el Per, se utilizaron materiales cementantes.3 En el siglo XVIII se reaviva el afn por la investigacin. John Smeaton, un ingeniero de Leeds fue comisionado para construir por tercera vez un faro en el acantilado de Edystone, en la costa de Cornwall, empleando piedras unidas con un mortero de cal calcinada para conformar una construccin monoltica que soportara la constante accin de las olas y los hmedos vientos; fue concluido en 1759 y la cimentacin an perdura. El siglo XIX: cemento Portland y hormign armado

Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland Cement, obtenido de caliza arcillosa y carbn calcinados a alta temperatura denominado as por su color gris verdoso oscuro, muy similar a la piedra de la isla de Prtland. Isaac Johnson obtiene en 1845 el prototipo del cemento moderno elaborado de una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura, hasta la formacin del clinker; el proceso de

industrializacin y la introduccin de hornos rotatorios propiciaron su uso para gran variedad de aplicaciones, hacia finales del siglo XIX.6 El hormign, por sus caractersticas ptreas, soporta bien esfuerzos de compresin, pero se fisura con otros tipos de solicitaciones (flexin, traccin, torsin, cortante); la inclusin de varillas metlicas que soportaran dichos esfuerzos propici optimizar sus caractersticas y su empleo generalizado en mltiples obras de ingeniera y arquitectura. La invencin del hormign armado se suele atribuir al constructor William Wilkinson, quien solicit en 1854 la patente de un sistema que inclua armaduras de hierro para la mejora de la construccin de viviendas, almacenes y otros edificios resistentes al fuego. El francs Joseph Monier patent varios mtodos en la dcada de 1860, pero fue Franois Hennebique quien ide un sistema convincente de hormign armado, patentado en 1892, que utiliz en la construccin de una fbrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.7 Hennebique y sus contemporneos basaban el diseo de sus patentes en resultados experimentales, mediante pruebas de carga; los primeros aportes tericos los realizan prestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhelm Ritter, quien desarrolla en 1899 la teora del Reticulado de Ritter-Mrsch. Los estudios tericos fundamentales se gestarn en el siglo XX.



El siglo XX: auge de la industria del hormign

A principios del siglo XX surge el rpido crecimiento de la industria del cemento, debido a varios factores: los experimentos de los qumicos franceses Louis Vicat y Le Chatelier y el alemn Michalis, que logran producir cemento de calidad homognea; la invencin del horno

rotatorio para calcinacin y el molino tubular; y los mtodos de transportar hormignfresco ideados por JuergenHinrichMagens que patenta entre 1903 y 1907. Con estos adelantos pudo elaborarse cemento Portland en grandes cantidades y utilizarse ventajosamente en la industria de la construccin.3 Robert Maillart proyecta en 1901 un puente en arco de 38 metros de luz sobre el ro Inn, en Suiza, construido con vigas cajn de hormign armado; entre 1904 y 1906 disea el puente de Tavanasa, sobre el ro Rin, con 51 metros de luz, el mayor de Suiza. Claude A.P. Turner realiza en 1906 el edificio Bovex de Minepolis (EE.UU.), con los primeros pilaresfungiformes (de amplios capiteles). Le Corbusier, en los aos 1920, reclama en Vers une Architecture una produccin lgica, funcional y constructiva, despojada de retricas del pasado; en su diseo de Casa Domino, de 1914, la estructura est conformada con pilares yforjados de hormign armado, posibilitando fachadas totalmente difanas y la libre distribucin de los espacios interiores.8 Los hangares de Orly (Pars), diseados por Freyssinet entre 1921 y 1923, con 60 metros de luz, 9 de flecha y 300 de longitud, se construyen con lminas parablicas de hormign armado, eliminando la divisin funcional entre paredes y techo. En 1929 Frank Lloyd Wright construye el primer rascacielos en hormign. En la dcada de 1960 aparece el hormign reforzado con fibras, incorporadas en el momento del amasado, dando al hormign isotropa y aumentando sus cualidades frente a la flexin, traccin, impacto, fisuracin, etc. En los aos 1970, los aditivos permiten obtener hormigones de alta resistencia, de 120 a ms de 200 MPa; la incorporacin de monmeros genera hormigones casi inatacables por los agentes qumicos o



indestructibles por los ciclos hielo-deshielo, aportando mltiples mejoras en diversas propiedades del hormign. Los grandes progresos en el estudio cientfico del comportamiento del hormign armado y los avances tecnolgicos, posibilitaron la construccin de rascacielos ms altos, puentes de mayor luz, amplias cubiertas e inmensas presas. Su empleo ser insustituible en edificios pblicos que deban albergar multitudes: estadios, teatros, cines, etc. Muchas naciones y ciudades competirn por erigir la edificacin de mayor dimensin, o ms bella, como smbolo de su progreso que, normalmente, estar construida en hormign armado. El siglo XXI: la cultura medioambiental

El uso de materiales reciclados como ingredientes del hormign ha ganando popularidad debido a la cada vez ms severa legislacin medioambiental, as como la progresiva concienciacin de la sociedad. Los ingredientes reciclados ms empleados son las cenizas volantes, un subproducto de las centrales termoelctricasalimentadas por carbn. El impacto ambiental de la industria del cemento es significativo, pero mediante el empleo de estos nuevos materiales se posibilita la reduccin de canteras y vertederos, ya que actan

como sustitutos del cemento, y reducen la cantidad necesaria para obtener un buen hormign. Puesto que uno de los efectos nocivos para el medio ambiente es que la produccin de cemento genera grandes volmenes de dixido de carbono, la tecnologa de sustitucin del cemento desempea un importante papel en los esfuerzos por aminorar las emisiones de dixido de carbono. Se suele incluir en las mezclas ciertos catalizadores que permiten su 'autolavado' como es el caso del dixido de titanio. Tambin se utiliza para confinar desechos radiactivos. Entre ellos, el ms importante es el del reactor nuclear que colaps en la central de Chernobil, el cual fue cubierto de hormign para evitar fugas radiactivas. CONCRETO En trminos generales el concreto es una mezcla de varios componentes en diversas proporciones que se combina a mano o en mezcladoras mecnicas, para producir un gel que se deja moldear y que al endurecerse o fraguar, forma un todo compacto como piedra artificial que despus de cierto tiempo adquiere altas resistencias a esfuerzos de compresin. Otra definicin ms especfica del concreto puede ser la siguiente, El concreto es un material de uso comn, o convencional y se produce mediante la mezcla de tres componentes esenciales, cemento, agua y agregados; a los cuales eventualmente se incorpora un cuarto que genricamente se le designa como aditivo. COMPONENTES DEL CONCRETO El concreto est compuesto por:



Cemento, como material aglutinante o pegante.

Agregados, como fase discontinua.

Agua

Ocasionalmente aditivos, para proporcionar al concreto caractersticas especiales. -Cemento

Hablaremos especficamente del cemento Portland, es un cemento hidrulico producido mediante la pulverizacin del Clinker, compuesto esencialmente por silicatos de calcio hicraulicos y que contiene generalmente una o mas de las formas de sulfato de calcio como adicion durante la molienda. Cemento Portland = Clinker Portland + Yeso Podemos clasificar el tipo de cemento de acuerdo a su finura, de la siguiente manera:

-Agregados Se define como agregado al conjunto de partculas inorgnicas, de origen natural o artificial, cuyas dimensiones estn comprendidas entre los lmites fijados por la norma NTP 400.011 y ocupan entre el 60% a 80% del volumen total del cemento. Los agregados se pueden clasificar por:

1. Su origen: Natural y artificial. 2. Por su tamao: Agregado fino y agregado grueso. 3. Por su forma: Redondeadas, planas, angulares, largos. 4. Por su composicin mineralgica

Estos agregados deben estar libres de material orgnico, pues impiden el correcto fraguado del concreto ya que afectan drsticamente las resistencias finales; polvo de arcilla, ya que impide la adherencia entre el agregado y el cemento; y partculas dbiles o blandas, por que afectan la durabilidad e los concretos y sus resistencias.

-El agua El papel del agua en la elaboracin de un proyecto es de suma importancia, ya que la cantidad utilizada en relacin con la cantidad de cemento depende de la manejabilidad y las resistencias finales de este. Tambin hay que hacer nfasis en la calidad del agua para elaborar los concretos. Se dice que si el agua es buena para beber, es buena para hacer concretos, creencia que no es del todo cierta, ya que aguas azucaradas o con sustancia adicionadas en plantas de

Tipo de cemento Finura Blaine (m2/Kg)

I 370

II 320

III 550

IV 220

V 280



tratamiento, tales como cloro, flor o sulfatos de aluminio e incluso sabores artificiales, no son adecuadas para hacer concretos. El agua que se va a usar debe estar limpia, cuando se usan aguas turbias o con materiales orgnicos en suspensin se obtendrn concretos de baja resistencia y poca durabilidad. Se pueden usar aguas de los ros y quebradas si estas no se encuentran turbias, las aguas de lagos y pantanos no son recomendables. Si se tiene duda de la calidad del agua, deber ser analizada preferiblemente en un laboratorio, si esto no es posible debe realizarse un ensayo sencillo llenando una botella con agua con la que se piensa trabajar, se deja reposar por 24 horas, si al cabo de este tiempo el agua se conserva turbia, es un agua no apta para concretos, si se presenta acumulacin de material en el fondo y este no es mucho , se deber almacenar el agua en depsitos para que los slidos se asienten y se pueda usar el agua superficial. El agua de mar no es recomendable en la elaboracin de concretos. -Aditivos Los aditivos del concreto son productos capaces de disolverse en agua, que se adicionan durante el mezclado en porcentajes no mayores de[ 5% de la masa de cemento, con el propsito de producir una modificacin en el comportamiento de] concreto en su estado fresco y/o en condiciones de trabajo. Esta definicin excluye, por ejemplo, a las fibras metlicas, las puzolanas y otros. En la actualidad los aditivos permiten la produccin de concretos con caractersticas diferentes a los tradicionales, han dado un creciente impulso a la construccin y se consideran como un nuevo ingrediente, conjuntamente con el cemento, el agua y los agregados. CARACTERISTICAS Entre los factores que hacen del concreto un material de construccin universal tenemos: a) La facilidad con que puede colocarse dentro de los encofrados. b) Su elevada resistencia a la compresin (columnas y arcos). c) Su elevada resistencia al fuego y a la penetracin del agua. d) Su trabajabilidad: Facilidad que presenta el concreto fresco para ser mezclado,

colocado, compactado y acabado sin segregacin y exudacin e) Su consistencia: Capacidad del concreto para adaptarse al encofrado o molde con

facilidad. f) Porosidad: La porosidad son sistemas de vacos presente en la estructura interna del

concreto endurecido. g) Permeabilidad: Un concreto, cuanto ms poroso sea, ser tanto ms permeable y

tendr una posibilidad de absorcin capilar ms importante. h) Durabilidad: No existe un concreto durable por si mismo, ya que las caractersticas

fsicas, qumicas y mecnicas que pudieran ser adecuadas para ciertas circunstancias no necesariamente lo habilitan para seguir siendo durable bajo condiciones diferentes.

i) Resistencia RESISTENCIA La resistencia a la compresin se puede definir como la mxima resistencia medida de un espcimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en



kilogramos por centmetro cuadrado(Kg/cm2) .Para determinar la resistencia a la compresin, del concreto se efectan sobre cilindros que miden 15 cm de dimetro y 30 cm de altura. La resistencia del concreto a la compresin es una propiedad fsica fundamental, y es frecuentemente empleada en los clculos para diseo de puente, de edificios y otras estructuras. La resistencia a la flexin del concreto se utiliza generalmente al disear pavimentos y otras losas sobre el terreno .Los principales factores que afectan a la resistencia son la relacin Agua Cemento y la edad, o el grado a que haya progresado la hidratacin. Estos factores tambin afectan a la resistencia a flexin y a tensin, as como a la adherencia del concreto con el acero. Desventajas: a) El control de calidad no es tan bueno. b) Escasa resistencia a la traccin.

TIPOS DE CONCRETO Concreto convencional Concreto de uso general para todo tipo de construcciones que no requieran caractersticas especiales y son utilizados en: Pisos, losas, muros, cimentaciones, banquetas, guarniciones, etc. Ofrece:

-Excelente trabajabilidad y cohesin -Fcilmente moldeable -Compatible con impermeabilizantes y fibras -Limpio y libre de contaminantes.

Concreto estructural Concreto de alta calidad que cumple con las especificaciones ms estrictas de los reglamentos de construccin (Escuelas, teatros, edificios pblicos, bibliotecas, cines, centros comerciales, etc.) Ofrece:

-Resistencias mayores o iguales que 250 y menores que 400 kg/cm -Agregados de origen caliza o basalto -Excelente trabajabilidad y cohesin -Mayor durabilidad que la de un concreto convencional.

Concretos rapidos y ret Diseado para obras de elevada exigencia estructural donde se requiera un descimbrado rpido de los elementos colados. Donde el concreto alcanza su resistencia al 100% en 14, 7 o 3 das, y si su necesidad es aun mayor proporcionamos concretos a 16, 24, 48 horas. Garantizando la resistencia a la compresin solicitada. Ofrece:

Acelera la velocidad de construccin Rpido descimbrado Optimiza el uso de las cimbras Menores costos de construccin Acelera la puesta en servicio de la estructura.

Concreto arquitectnico - El concreto arquitectnico, estructural o decorativo, Es un concreto pensado y destinado a brindar una gama de alternativas estticas en cuestin de acabados y colores, dependiendo las necesidades del constructor y de la obra misma. Puede ser solicitado en cualquier resistencia, tamao de agregado y grado de trabajabilidad. Ofrece:



Concreto aparente Concreto elaborado con cemento blanco Concreto de cualquier color Los colores son integrales, la superficie puede ser martelinada Colores uniformes en toda la superficie del concreto Colores que no se degradan por la accin de la luz ultravioleta Concreto con agregado expuesto sin necesidad de martelinar Concreto con agregado de mrmol Concreto estampado

Concreto MR Este concreto se ha diseado para ser utilizado en la construccin de elementos que estn sujetos a esfuerzos de flexin, por lo tanto su campo de aplicacin se encuentra en la construccin de pavimentos, pisos industriales, infraestructura urbana, proyectos carreteros, etc. Ofrece:

Bajos costos de mantenimiento Mayor durabilidad que los pavimentos de asfalto Mayor seguridad en la conduccin de vehculos Agregados gruesos de origen caliza, basalto Mayor resistencia al impacto

Concreto permeable Es un material que una vez colocado no impide el paso del agua pluvial hacia el subsuelo lo que permite la recuperacin de los mantos freticos, por lo que puede ser aplicado en la construccin de andadores, banquetas, carpeta de rodamiento para trnsito ligero, estacionamientos a cielo abierto, etc. Ofrece:

Alta permeabilidad Ayuda a la alimentacin del manto fretico Colocacin similar a la del concreto convencional Acabado final rugoso

Relleno fluido Es un mortero de peso ligero que puede ser utilizado como relleno en obra civil. Por sus propiedades rellena con mayor facilidad huecos o espacios que un concreto o mortero convencional. Puede ser utilizado como relleno compactado para sub-bases y bases, relleno de cepas y zanjas.

Agregados finos de origen andesita 5 mm. Revenimientos base de 18 cm. Autonivelante por su gran trabajabilidad y condiciones mecnicas. No requiere vibrado ni compactado.

Concreto autocompactable Es un concreto diseado para que se coloque sin necesidad de vibradores en cualquier tipo de elemento. A condicin de que la cimbra sea totalmente estanca, este concreto puede ser colocado en: Muros y columnas de gran altura, elementos de concreto aparente, elementos densamente armados, secciones estrechas, etc. Ofrece:

Puede elaborarse en cualquier grado de viscosidad El concreto se compacta dentro de las cimbras por la accin de su propio peso Fluye dentro de la cimbra sin que sus componentes se segreguen Llena todos los resquicios de la cimbra an con armado muy denso No se requiere de personal para colocar el concreto Acabados aparentes impecables



Concreto ligero Un concreto para ser usado en elementos secundarios de las edificaciones que requieran ser ligeras para reducir las cargas muertas o para colar elementos de relleno que no soporten cargas estructurales, tambin puede ser usado en: Losas y muros, muros divisorios, Capas de nivelacin, Relleno de nivelacin, etc. Ofrece:

Disminuye el peso de la estructura Disminuyen las cargas a la cimentacin Disminuye el consumo de energa en sitios con clima extremo

Concreto fluido Son concretos elaborados en base a las especificaciones de los Concretos Convencionales y Estructurales Clase I y II, pero que por sus propiedades fsicas de plasticidad y fluidez, permiten al usuario obtener grandes beneficios en la colocacin y en el acabado final. Pueden ser utilizados en muros, columnas, lozas apretadas, muros de poco espesor, etc. Ofrece:

Buena trabajabilidad y cohesin Rapidez en la colocacin Fcilmente moldeable Facilita la consolidacin del concreto en elementos densamente armados

Concreto alta resistencia El concreto de Alta Resistencia se elabora para obtener valores de resistencia a la compresin entre 500 y 1000 kg/cm2. Ideales para: Edificios de gran altura, puentes, elementos pretensados o postensados, columnas muy esbeltas, pisos con gran resistencia a la abrasin sin necesidad de usar endurecedores superficiales, etc.

Reduccin en la geometra de elementos verticales y horizontales Mayor rea de servicio Menor peso de los edificios Altas resistencias a edades tempranas Concreto de baja permeabilidad Concreto de mayor durabilidad

Concreto premezclado estndar.-El concreto premezclado estndar es la forma ms comn de concreto. Se prepara para su entrega en una planta de concreto en lugar de mezclarse en el sitio de la obra, lo que garantiza la calidad del concreto. Concreto reforzado con fibras.-El concreto diseado con fibras micro o macro puede usarse ya sea para aplicaciones estructurales, donde las fibras pueden potencialmente sustituir el reforzamiento con varilla de acero, o para reducir el encogimiento especialmente el que sucede en etapa temprana. Las macro fibras pueden incrementar significativamente la ductilidad del concreto, haciendo que sea altamente resistente a la formacin y propagacin de grietas. Concreto antibacteriano.-Este concreto controla el crecimiento de las bacterias, ayudando a mantener ambientes limpios en estructuras tales como laboratorios, restaurantes y hospitales.

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