UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIONFACULTAD DE
INGENIERIAESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
PRESENTACIONEl presente trabajo se ha desarrollado bajo un
objetivo claro que es proveer a los estudiantes y profesionales de
una herramienta que les permita obtener informacin clara acerca de
las propiedades del concreto en estado endurecido.El trabajo ha
sido desarrollado bajo la iniciativa original del Ingeniero Leoncio
Luquillas Puente quien imparte la ctedra universitaria en nuestra
prestigiosa casa de estudios de Concreto Armado I
OBJETIVO. Acercarnos de una forma ms familiarizada a las
propiedades del concreto endurecido. Diferenciar bien las
propiedades del concreto fresco y endurecido.
PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO1RESISTENCIA A LA
COMPRESIN:La resistencia del concreto es considerada la propiedad
mas importante de este material, para los concretos de alto
desempeo la resistencia a la compresin es tan importante como la
durabilidad del concreto; la importancia de la resistencia a la
compresin radica en las funciones estructurales de este material;
desde los comienzos de la tecnologa del concreto se trato de
predecir esta caracterstica, la ley de Abrams fue tal vez la mas
conocida y difundida para predecir este valor, sin embargo hace
aproximadamente 25 aos con el desarrollo de los concretos de alto
desempeo con caractersticas de alta resistencia, la ley de Abrams
dejo de tener la misma validez, sin perder su importancia, por lo
cual surgieron nuevas teoras y conceptos, que se presentan en esta
seccin.1.1.NATURALEZA DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIN.El concreto
es una masa endurecida que por su propia naturaleza es discontinua
y heterognea. El cemento hidratado, es en si mismo una masa semi
cristalina discontinua, con un elevado grado de porosidad, que
contiene agua libre y agua no evaporable. Adicionalmente, esta agua
libre al exudar y evaporarse, deja micro poros y canales capilares
continuos en el gel de cemento, los cuales se convierten
posteriormente en medios para el intercambio de humedad en el
concreto y el ambiente que lo rodea.Por otra parte la presencia de
agregados incide notablemente en la heterogeneidad, debido a la
diversidad de tamaos, textura superficial y geometra de las
partculas. Todo esto es lo que hace imposible lograr una adherencia
perfecta entre la pasta de cemento y cada una de las partculas de
agregado, sin embargo la adicin de microslice en este sistema, como
se menciono en el capitulo II, incrementa la adherencia en la zona
de transicin.La heterogeneidad y naturaleza discontinua del
concreto sin embargo son ventajosas, debido a que proporcionan la
cuasiductibilidad y los mecanismos de disipacin de energa
esenciales para un material de sometido a cargas estticas y
dinmicas.En resumen la resistencia a la compresin del concreto se
rige principalmente por la resistencia e interaccin de sus fases
constituyentes: La resistencia de la pasta hidratada y endurecida
(matriz). La resistencia de las partculas del agregado. La
resistencia de la interface matriz agregado.Desde luego que son
muchos los factores que interrelacionan la resistencia del material
compuesto con la resistencia de las fases individuales y la
resistencia de la interface de adherencia. As mismo cada uno de los
factores anteriormente mencionados son diferentes de un concreto a
otro, la caracterstica de los concretos con adiciones minerales es
una mayor resistencia en la interface matriz-agregado, esta se
describe en los prrafos siguientes en la figura. Se resumen los
diferentes factores que afectan la resistencia a la compresin del
concreto.
Los concretos de alto desempeo suelen tener una zona interracial
que vara entre 10 a 50 un, esta zona contiene una ms alta porosidad
y un alto volumen de hidrxido de calcio, como se muestra en la
figura, en los concretos sin adiciones minerales esta zona es
consecuentemente frgil y ms permeable que la pasta fuera de la zona
de transicin, a pesar de ser esta zona delgada esta suele ser una
porcin importante que vara entre una cuarta a tercera parte del
volumen de pasta en el mortero o concreto. En los concretos con
adiciones minerales finas esta zona suele llenarse de estas
formando una zona ms densa, as mismo la mayor acumulacin de los
cristales de hidrxido de calcio proporcionan un fuente para la
combinacin con las puzolanas adicionadas, el uso de micro slice
densifica notablemente esta zona creando los mecanismos de alta
adherencia entre los agregados y las pasta cementico.
Fig.Representacin de la zona de interface o transicin en un
concreto sin adiciones.
2. RESISTENCIA A LA TRACCION:La resistencia a la traccin de los
concretos de alto desempeo con caractersticas de alta resistencia
se puede determinar por la prueba de flexin o la prueba de
compresin diametral. Los resultados de ambas indican que los
factores que las relacionan con la resistencia a la compresin
tienden a incrementarse para altas resistencias del concreto.En el
capitulo VI se presentan algunas expresiones dadas para encontrar
la resistencia a la traccin en funcin de la resistencia a la
compresin dadas por algunas cdigos de diseo.Dejar ha estudiado la
interrelacin entre la resistencia a la traccin indirecta y la
resistencia a la compresin del concreto con resistencias superiores
a 840 Kg/cm2, como conclusin ha determinado que para bajas
resistencias a la traccin indirecta puede ser tan alta como el 105
de la resistencia en compresin, pero que en altas resistencias
puede reducirse al 5%.Adicionalmente ha encontrado que la
resistencia a la tensin indirecta fue cerca del 70% de la
resistencia a la flexin.Los resultados de la resistencia a la
traccin obtenidos en el ensayo se muestran en la siguiente
tabla:
2.1.LA LEY DE ABRAMS O LEY DE LA RELACIN AGUA/CEMENTO.-Como
resultado de un extenso trabajo en el Instituto Lewis, de la
Universidad de Illinois, en 1918, Duff Abrams planteo su conocida
ley, en 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 relacin agua/cemento,
Abrams propuso la siguiente expresin:
Dnde: w/c = relacin agua/cementoK1y K2= Constantes empricas,
dependientes de la calidad y tipo deCemento.
Segn la ley de Abrams la relacin agua/cemento determina la
porosidad de la pasta de cemento endurecida en cualquiera de sus
etapas de hidratacin, lo cual es cierto, sin embargo la ley de
Abrams asume implcitamente que el volumen de cavidades en el
concreto tambin depende de esta, lo cual no es cierto, pues el
volumen de vacos en la pasta y el concreto es determinada por las
diferentes caractersticas de los componentes de la mezcla.La ley de
Abrams ha sido muy usada para predecir con cierta exactitud la
relacin agua/cemento que producir un concreto de una resistencia
especifica, y es utilizada en varios mtodos de diseo de mezcla para
predecir esta caracterstica, sin embargo para los concretos con
bajas relaciones agua cemento, la ley de Abrams no cumple con su
objetivo, para resistencias que superan los 450 Kg/cm2, la
naturaleza de la resistencia a la compresin es tal que interactan
en esta el conjunto de los componentes del concreto por lo cual, no
solo la relacin agua cemento la define.2.3.ECUACIN DE FERET:Feret
uno de los primeros investigadores del concreto, propuso 22 aos
antes que Abrams una ecuacin que relacionaba los volmenes de agua,
cemento y aire con la resistencia a la compresin, la ecuacin que
presento Feret era de la siguiente forma:
Donde: c, w, a = Volmenes de cemento, agua y aire
respectivamente.K = Constante dependiente de las caractersticas del
cemento y agregados.
La regla de Feret, ha sido recientemente actualizada y su uso
para predecir la resistencia a la compresin de los concretos de
alto desempeo se ha difundido, especialmente en los pases
europeos.2.4.ECUACIN DE FERET GENERALIZADA:
La frmula propuesta hace ms de 100 aos por Rene Feret, ha sido
varias veces modificada para su uso actual en concretos de alto
desempeo, que incluyen micro slice, fly ash u otro material
adicionado al concreto, la frmula de Feret indirectamente muestra
que la mxima resistencia es obtenida cuando la porosidad inicial de
la matriz es mnima, por lo cual la relacin de vacos en el volumen
total de la matriz es mnima.Las siguientes expresiones propuestas
por De Larrard muestran las formulas propuestas para mezclas con
micro slice:
Donde:a, c, s = Masas del agua, cemento y micro slice
respectivamente, por unidad de volumen de concreto fresco. Kg =
Parmetro dependiente del tipo de agregado.
Rc = Resistencia del mortero de cemento normalizada a 28
das.
Recientemente una formula bastante simple y que relaciona la
influencia del espesor de pasta en el concreto es la propuesta en
la siguiente ecuacin:
Donde: Kg = Parmetro dependiente del tipo de agregado. Rc =
Resistencia del mortero de cemento normalizada a 28 das. EMP =
Espesor mximo de pasta.El concepto de espesor mximo de pasta
ratifica la hiptesis del Ing. Oler sobre la influencia de la
topologa de los agregados en la resistencia a la compresin y
demuestra que son los granos de mayor tamao del esqueleto granular,
los que tienen mayor tendencia a soportar los esfuerzos mximos,
estos se comportan como cuerpos rgidos en un medio flexible
constituido por un acomodo de granos mas finos. Dado que en un
acomodo aleatorio de agregados, algunos de los granos de mayor
tamao pueden estar en contacto directo, los mas altos esfuerzos en
la mezcla entonces sern registrados en estos puntos de contacto,
como se ve en la figura (a), ahora consideremos el mismo sistema
con la inclusin de pasta de cemento en un volumen mayor a la
porosidad del acomodo, por lo cual podemos decir que ser la pasta
entre los dos granos mas gruesos la que ser sometida a los
esfuerzos mas grandes, figura (b).El efecto del mximos espesor de
pasta es sorprendente como veremos en los resultados obtenidos,
pues a medida que el espesor de pasta disminuye la resistencia a la
compresin aumenta, se han dado varias explicaciones para este
fenmeno, sin embargo creemos que se explica anlogamente al
comportamiento de pilas de unidades de albailera sometidas al
ensayo de compresin donde a medida que se incrementa el espesor de
la junta la resistencia disminuye, esto causado por la deformacin
de la pasta entre agregados, dado que el agregado es mas rgido que
la pasta la expansin lateral de la pasta ser mayor, sin embargo el
sistema agregado pasta debe deformarse de la misma manera, a causa
de la adherencia, por lo cual la expansin lateral del espesor de
pasta ser restringida por el agregado; resumiendo la pasta entre
agregados estar sometida a compresin triaxial y el agregado a una
combinacin de compresin axial y traccin biaxial.El efecto de la
naturaleza de los agregados es tambin tomada en cuenta por la
formula generalizada de Feret, el coeficiente Kgcaracteriza a la
adherencia de los agregados y la pasta de cemento as como a la
resistencia intrnseca de los granos del agregado; es necesario
destacar el comportamiento de agregados de petrografa muy
heterognea, en los cuales podemos encontrar granos de alta y baja
resistencia, son en estos ltimos donde se concentraran los
esfuerzos produciendo una falla anticipada del espcimen.
El concepto de espesor de pasta ha sido usado en la presente
investigacin, obtenindose muy buenos resultados, respecto a la
prediccin de la resistencia a la compresin como se ver en las
siguientes secciones.2.5.RESISTENCIA EXPERIMENTAL DEL CONCRETO:
Como se mostr, las mezclas elaboradas para la presente
investigacin fueron planeadas para comparar las diferentes
variables como tipo de cemento, granulometra e adicin de micro
slice. En la presente seccin mostramos los resultados obtenidos del
ensayo a la compresin a las probetas elaboradas.Es interesante
destacar que la resistencia a la compresin de los concretos
elaborados no vario de acuerdo a la relacin agua/cemento,
comprobando entonces que esta caracterstica por si sola no
determina este parmetro, pero si se encontr la gran influencia del
espesor de pasta con el cual en la siguiente seccin se predice la
resistencia del concreto.En la siguiente tabla se muestran en
resumen los resultados obtenidos, ordenados por serie y edad.
2.6.Prediccin de la resistencia del concreto:
En la presente seccin utilizaremos la ecuacin generalizada de
Feret para predecir la resistencia a la compresin de las mezclas
elaboradas, la ecuacin mostrada a continuacin nos servir para
realizar estos clculos.La constante Kg, fue calibrada con las
resistencias a los 7 das de las serie G y H por ser estas
representativas de la toda las mezclas con cemento I adems de
variar el contenido de micro slice, para las mezclas con cemento IP
se calibro la constante con la serie A. Se obtuvo las siguientes
expresiones lineales para Kg, en funcin del contenido de micro
slice:Para mezclas con cemento tipo IPKg= 0.14 (%M)+3.84 Para
mezclas con cemento tipo IKg= 0.11 (%M)+4.37El valor de la
constante Kg, representa dos parmetros del agregado, como son su
resistencia intrnseca y su adherencia con la pasta de cemento, as
mismo se encontr que para el caso de esta investigacin la
adherencia presentaba una relacin lineal al porcentaje de adicin de
micro slice, las ecuaciones presentadas anteriormente son
exclusivas para el uso de la presente investigacin, sin embargo
solo hace falta un par de mezclas para calibrar la ecuacin de
Feret, es recomendable usar dos concretos con resistencias muy
diferentes.La resistencia caracterstica Rc28del cemento IP se tomo
como 339 Kg/cm2y del cemento I como 400 Kg/cm2es necesario destacar
que la calibracin de la constante Kgtambin asume los posibles
errores en la resistencia caracterstica del cemento.donde: Kg =
Parmetro dependiente del tipo de agregado. Rc28 = Resistencia del
mortero de cemento normalizada a 28 das. EMP = Espesor mximo de
pasta.
Donde: Dmax = Tamao mximo del agregado g* = Compacidad de la
mezcla de solo agregados. g = Compacidad de los agregados en la
mezcla de Concreto.Se encontr mezclas con espesores mximos de pasta
negativos, esto indicara que no existe la suficiente cantidad de
pasta para llenar los vacos entre los agregados sin embargo durante
la elaboracin de dichas mezclas, esta hiptesis se descart, dado que
las mezclas presentaron movilidad, por lo cual podemos decir que si
bien el valor del espesor mximo de pasta nos brinda una buena
aproximacin a la cantidad de pasta que debe tener nuestro concreto,
la ecuacin presenta una imposible incongruencia dado la simple
hiptesis de la que proviene.
CONCLUSIONES:
Desde sus inicios hasta la actualidad el concreto es el material
usado con mas frecuencia en todo tipo de obras de construccin y
probablemente seguir sindolo por muchos aos mas ante la ausencia de
materiales diferentes que sobrepasen las ventajas que este
posee.
BIBLIOGRAFIA EVOLUCIN DEL DISEOEN CONCRETO ARMADO EN EL PER -
Ing. Antonio Blanco Blasco INTERNET. DIARIO HISTORICO DE PASCO-
Victor Raul OSORIO ALANIA Diseo de estructuras de concreto armado-
Teodoro E. Harmsen Aspectos Fundamentales Del Concreto Reforzado
Estructuracin y Diseo de Edificaciones de Concreto Armado - Antonio
Blanco Blasco.
CONCRETO ARMADO I9
