Unidad 1 generalidades y procedimientos constructivos
- 1. Definición: Es la unión de cemento, agua, aditivos, grava y arena lo que nos da una mezcla llamada concreto. El cemento representa sólo el 15% en la mezcla del concreto por lo que es el que ocupa menor cantidad en volumen; sin embargo su presencia en la mezcla es esencial. Al concreto se le agrega un aditivo el cual tiene diferentes funciones tales como reducir el agua, acelerar la resistencia e incrementar su trabajabilidad. Entre estos aditivos es posible mencionar a impermeabilizantes, colorantes y retardadores de fraguado, entre otros. 1.1 PROPIEDADES DEL CONCRETO Y SUS COMPONENTES. El concreto fresco es una mezcla semilíquida de cemento portland, arena (agregado fino), grava o piedra triturada (agregado grueso) y agua que puede adquirir cualquier forma. En la hidratación, las partículas del cemento reaccionan químicamente con el agua. AGREGADOS. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm. Los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm.. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. PROPORCIONAMIENTO CONTENIDO DE CEMENTO: El contenido de cemento, incrementa la resistencia y la durabilidad. AGUA: Mucha agua en la mezcla se obtiene un concreto endurecido menos resistente. AGREGADOS: Demasiado agregado fino da una mezcla pegajosa . Agregado grueso da una mezcla pedregosa. MEZCLADO: Los componentes del concreto deben combinarse uniformemente. DOSIFICACIÒN POR VOLUMEN. La dosificación por volumen no es exacta por los vacios generados por los agregados Al material preparado en obra se le exige menor resistencia. Generalmente se utiliza en estructuras pequeñas.
- 2. La resistencia a compresión de concretos es baja. PROPIEDADES DE SUS COMPONENTES. AGREDADOS: Constituyen de 60 a 75% del volumen total. Deben tener una granulometría adecuada. No deben contener material orgánico que lo deteriore. ADITIVOS: Ajustan el tiempo de fraguado. Reducen la demanda de agua. Aumentan la trabajabilidad El concreto es un material compuesto que consiste esencialmente en un medio conglomerante dentro del cual se hallan ahogadas partículas lo fragmentos de agregados. TIPOS DE CONCRETO CLASIFICADOS POR SU RESISTENCIA. Concreto de baja resistencia: menos de 20MPa (204kgf/cm2) Concreto de resistencia moderada: de 20 a 40MPa (204 a 408 kgf/cm2) Concreto de alta resistencia: más de 40MPa (408 kgf/cm2) Propiedades del concreto. Trabajabilidad. La facilidad de colocación, consolidación y acabado del concreto fresco y el acabado que resiste a la segregación. Resistencia. La resistencia a la compresión se puede definir como la medida máxima de la resistencia a carga axial de especímenes de concreto. Normalmente se expresa en kilogramos por centímetros cuadrados (kg/cm2) a una edad de 28 días.
- 3. Permeabilidad y estanquidad. La estanquidad (hermeticidad) es normalmente conocida como la habilidad del concreto en retener el agua sin escurrimiento o escape visible. La permeabilidad es la cantidad de agua que migra a través del concreto, mientras que el agua está bajo presión o la habilidad del concreto en resistir a la penetración del agua u otra sustancia (líquidos, gases o iones). Durabilidad. La durabilidad del concreto se puede definir como la habilidad del concreto en resistir a la acción del ambiente, al ataque químico y a la abrasión, manteniendo sus propiedades de ingeniería. 1.2 Manejo y colocación del concreto. El diseño de los elementos debe considerar las fuerzas y distorsiones que ocurren durante el curado, desencofrado, almacenamiento y montaje, de manera que los elementos prefabricados no sufran sobreesfuerzos o se dañen en forma alguna. El concreto debe depositarse lo más cerca posible de su ubicación final para evitar la segregación debida a su manipulación o desplazamiento. La colocación debe efectuarse a una velocidad tal que el concreto conserve su estado plástico en todo momento y fluya fácilmente dentro de los espacios en el refuerzo. La manipulación excesiva del concreto puede provocar la segregación de los materiales. Por consiguiente en el reglamento se toman precauciones contra esta práctica. No debe permitirse la adición de agua para remezclar concreto parcialmente fraguado a menos que tenga autorización especial. Una vez iniciada la colocación del concreto esta debe efectuarse en una operación continua hasta que se termine el llenado del panel o sección, definida por sus límites o juntas predeterminadas, excepto en lo permitido o prohibido. ACI-318 (2005)
- 4. El supervisor del colado es el responsable de la supervisión de la transportación, la colocación, la consolidación, el acabado y curado del concreto. También se le puede exigir que haga pruebas de concreto fresco. Los métodos de colocación deben mantener al concreto uniforme y libre de imperfecciones obvias. Esta etapa del trabajo con frecuencia puede ser el punto clave de toda la operación de vaciado delo concreto. Los métodos apropiados de colocación evitaran la segregación y áreas porosas y alveoladas. Evitaran el desplazamiento de las cimbras y el refuerzo y aseguraran una firme adherencia entre las capas y minimizaran el agrietamiento por contracción, y producirán una estructura de buena apariencia. ACI 311-92 (1988) El vaciado es el proceso de transferir el concreto fresco, del dispositivo de conducción a su sitio final de colocación en las formaletas. Antes de la colocación se debe remover el óxido suelto del refuerzo, limpiar las formaletas y depurar y tratar en forma adecuada las superficies endurecidas de concreto previamente colocado. El vaciado y la compactación son actividades decisivas por el efecto que tienen sobre la calidad final del concreto. Un vaciado adecuado debe evitar la segregación, el desplazamiento de las formaletas o del refuerzo, y la adherencia deficiente entre capas sucesivas de concreto. Inmediatamente terminado el vaciado, el concreto debe compactarse, usualmente mediante vibradores. Esta compactación evita la formación de vacíos, asegura un contacto cercano con las formaletas y con el refuerzo, y sirve como remedio parcial a una posible segregación previa. Antes de efectuar un colado deben limpiarse los elementos de transporte y el lugar donde se va a depositar el concreto. Los procedimientos de colocación y compactación serán tales que aseguren una densidad uniforme del concreto y eviten la formación de huecos. El lugar en el que se colocará el concreto deberá cumplir con lo siguiente:
- 5. a) Estar libre de material suelto como partículas de roca, polvo, clavos, tornillos, tuercas, basura,etc.; b) Los moldes que recibirán al concreto deben estar firmemente sujetos; c) Las superficies de mampostería que vayan a estar en contacto con el concreto deberán humedecerse previamente al colado; d) El acero de refuerzo deberá estar completamente limpio y adecuadamente colocado y sujeto; y e) No deberá existir agua en el lugar del colado, a menos que se hayan tomado las medidas necesarias para colar concreto en agua. De ninguna manera se permitirá la colocación de concreto contaminado con materia orgánica. Descarga trasera
- 6. Descarga delantera Procedimiento de colocación Se colocara en capas niveladas de 40 a 50 cm de espesor máximo. Cada capa será múltiplo del espesor total del colado. Evítense acumulaciones de concreto en un mismo punto de descarga por que los taludes que se forman provocan segregación. Escalonamiento: El borde de avance de cada capa deberá mantenerse de 1.20 a 1.50 m atrás del borde de avance de la capa inferior. Cada capa debe colocarse cuando la subyacente todavía responde a la vibración para ligar ambos concretos. Debe evitarse la práctica, sobre todo en tanques grandes de almacenamiento de agua, de no iniciar el colado de nuevas capas, hasta que la anterior se ha colocado en todo el perímetro, ya que esto provoca una junta fría en cada capa. Estructuras monolíticas: Las trabes y apoyos (muros, columnas) deberán colarse y vibrarse hasta un nivel un centímetro arria del lecho inferior del elemento que soportaran. No antes de una hora ni después de cuatro horas
- 7. (media hora a dos horas para cemento tipo III) se colara dicho elemento. Los vibradores deberán penetrar hasta las trabes y apoyos previamente colados para ligar los elementos. Colado sobre superficies inclinadas: Iniciar la colocación en la parte más baja. Pendientes 1:4 (vertical: horizontal) o mayores provocan el deslizamiento del concreto al vibrarse, por lo que debe usarse cimbra deslizante de acero en la cara superior, con contrapeso en la parte baja. La cimbra no se debe de vibrar; el vibrado del concreto se hará delante de la cimbra deslizante, por donde va entrando el concreto. La cara deslizante será de un metro de largo por el ancho de la faja que va a colarse. Compactación. Vibración interna: Es la más conveniente para la construcción ordinaria. No se debe usar el vibrador para trasladar el concreto dentro de la cimbra. Se deben preferir los vibradores eléctricos o los neumáticos y dejar los de gasolina como reserva. Las mezclas que puedan consolidarse fácilmente con herramientas de mano no deben vibrarse, por que puede haber segregación al vibrado. Las mezclas para vibrar deben ser más duras, con un revenimiento mitad de cuando se va a compactar a mano. También deben ser más ásperas, la proporción de agregado fino puede reducirse aproximadamente en un 5 %, a 40 o 35 por ciento. 1.3 Colocación del concreto bajo temperaturas extremas. Las altas temperaturas ambientales durante el trabajo del concreto, a veces agravadas por la acción del viento y la humedad relativa baja, pueden perjudicar la calidad del concreto fresco y endurecido. Los efectos negativos se incrementan aún más cuando la temperatura sube o la humedad relativa baja. Los efectos sobre el concreto fresco pueden ser: Más demanda de agua para el mismo revenimiento y trabajabilidad. Mayor pérdida de revenimiento. Fraguado más rápido. Más probabilidad de agrietamiento plástico. Más dificultad para controlar el contenido de aire.
- 8. Después el concreto endurecido puede tener: Menor resistencia. Más contracción por desecación o tendencia a agrietarse. Menos durabilidad ante la congelación y descongelación. Menor uniformidad en la apariencia superficial. Estos efectos pueden ser superados con una selección cuidadosa de los materiales y procedimientos para trabajar en clima cálido. La clave para la tener éxito es la planificación previa. (Fundamentos del hormigón, 1993) Muchas especificaciones sólo exigen que cuando se coloque el concreto tenga una temperatura menor que 29° C o 32° C . El clima cálido puede crear ciertas dificultades en el concreto fresco, como lo son: Una mayor demanda de agua. Pérdidas aceleradas de revenimiento. Velocidades de fraguado elevadas. Una mayor tendencia al agrietamiento plástico. Dificultades para controlar el aire incluido. La necesidad de un curado inmediato. El hecho de agregar agua al concreto en la obra puede afectar adversamente a las propiedades y a la capacidad de servicio del concreto endurecido, teniendo como efecto: Una resistencia reducida. Una durabilidad e impermeabilidad reducida Una apariencia no uniforme en la superficie. A medida que aumenta la temperatura del concreto, se presenta una pérdida en el revenimiento que a menudo se compensa con la poco recomendada
- 9. práctica e agregar más agua en la mayor obra. A mayor temperatura se necesita una cantidad mayor relación agua-cemento, disminuyendo en consecuencia la resistencia del concreto a cualquier edad y afectando adversamente otras propiedades del concreto endurecido.(Kosmatka, 1992) Para clima frió Debe proporcionarse un equipo adecuado con el fin de calentar los materiales del concreto y protegerlos contra temperaturas de congelación o cercanas a ella. Todos los materiales integrantes del concreto y todo el acero de refuerzo, la cimbra, los rellenos y el terreno con el que habrá de estar en contacto el concreto, deben estar libres de escarcha. Para clima calido El clima caliente se deberá dar la atención adecuada a los componentes, a los métodos de producción, al manejo, a la colocación, a la protección y al curado, a fin de evitar temperaturas excesivas en el concreto o evaporación del agua, lo cual podría dañar la resistencia requerida o las condiciones de servicio del elemento o de la estructura. (Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. 2004) Clima cálido. Siempre que sea posible, es deseable colocar el concreto en la parte más fresca del día, y preferiblemente a la hora en que la temperatura ambiente se elevara después del fraguado del concreto, es decir, después de la media noche o en las primeras horas de la mañana. Clima Frío. El concreto de peso normal no se deberá colocar salvo que su temperatura sea al menos 13°C para secciones delgadas30 cm o al menos 5°C cuando la dimensión mínima del elemento de concreto es por lo menos de 1.8m. No se deberá permitir la colocación contra terreno congelado y, si es posible, la cimbra deberá precalentarse. Una opción para colocar el concreto según condiciones tales que el agua normal de la mezcla no pueda congelarse es bajar el punto de congelamiento del agua de la mezcla muy por debajo de 0°C. Esto se puede realizar con el uso de aditivos anticongelantes. (M. Neville; 1999) El procedimiento que se usará para colocar el concreto en climas calurosos será función de: el tipo de construcción, las características de los materiales que se vayan a usar, y la experiencia de la industria local para manejar altas temperaturas ambientales, altas temperaturas del concreto, bajas humedades relativas; velocidad del viento y radiación solar.Se debe emplear materiales para concreto y proporcionamientos de los mismos que hayan tenido éxito al usarse en el campo bajo condiciones climáticas calurosas; emplear concreto
- 10. frio; emplear una consistencia del concreto tal que permita la colocación rápida y la consolidación eficiente; transportar, colocar, consolidar y terminar el concreto con el menor retraso posible. (Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. 1995)1.4 Juntas de construcción Las juntas de construcción se forman cuando se coloca concreto sin endurecer sobre concreto que ya se ha puesto tan rígido que no puede incorporarse al nuevo concreto en el viejo por vibración Juntas transversales de construcción Son juntas que se instalan al terminar la operación diaria de pavimentación o al ocurrir cualquier tipo de interrupción. Estas juntas se colocan de ser posible en el lugar donde se ha proyectado tener una junta definitiva. Las juntas de construcción, a diferencia de las juntas de expansión. Se exigen la las operaciones de construcción, pero no necesariamente permiten el movimiento a través de la junta. Debe planearse la ubicación de las juntas de construcción antes de la colocación, y hay que ceñirse a estas ubicaciones como sea posible. Generalmente dichas juntas marcan la parte superior de un colado, el extremo de un monolito, o el final de un día de trabajo. Hay que procurar que estén apropiadamente localizadas, limpias y bien adheridas. Juntas de construcción no planeadas. Los daños en el equipo, la falta oportuna de entrega del concreto, o muchos otros problemas de construcción pueden obligar a detener el proceso de colocación del concreto en sitios diferentes a los planeados previamente. El diseñador y el supervisor deben exigir que, con bastante anticipación, se hagan
- 11. planes y detalles tentativos para la instalación para las tales juntas de construcción no planeadas, cuando surja la necesidad de una junta de construcción no planeada, conste con el diseñador respecto a los posibles efectos de la junta en el comportamiento estructural o en la seguridad. Cuando no se indiquen las juntas en los planos, localice y construya tales juntas de modo que perjudique lo menos posible la resistencia de la estructura. Se puede resumir los requerimientos esenciales para el funcionamiento satisfactorio de una junta en una estructura de concreto reforzado como sigue: 1.- una junta debe exhibir un comportamiento bajo cargas de servicio igual en calidad al de los miembros que une. 2.- una junta debe poseer una resistencia que corresponda al menos a las combinaciones más adversas de carga que podrían soportar los miembros adjuntos, varias veces de ser necesario. 3.- normalmente la resistencia de la junta no debe gobernar la de las estructura, y su comportamiento no debe impedir el desarrollo de toda la resistencia del miembro adjunto. 4.- otras características notables del diseño de la junta debe ser la facilidad de construcción y el acceso para depositar y compactar el concreto. 1.5 . Mezclas en el lugar Existen dos procedimientos principales para construir estructuras de concreto. Cuando los elementos estructurales como la mezcla de concreto se forman en su posición definitiva, se dice que la estructura ha sido colada in situ o colada en el lugar.
- 12. En las obras sencillas se dosifican los materiales para elaborar una mezcla de concreto, con una relación proporcional de estos : Los componentes de una mezcla se dosifican de manera que el concreto resultante tenga una resistencia adecuada, una manejabilidad apropiada para su vaciado y un bajo costo. Este último factor obliga a la utilización de la mínima cantidad de cemento (el más costoso de los componentes) que asegure unas propiedades adecuadas. Mientras mejor sea la gradación de los agregados, es decir, mientras menor sea el volumen de vacíos, menor será la pasta de cemento necesaria para llenar estos vacíos. Esto se logra utilizando máquinas mezcladoras del tipo tambor rotatorio, El tiempo mínimo de mezclado es de un minuto y quince segundos para mezcladoras con capacidad inferior a 1 m3, con 20segundos adicionales por cada 112 m3 adicional. El mezclado puede prolongarse durante un tiempo considerable sin que se produzcan efectos adversos. Como el concreto es una mezcla, en la que una pasta hecha de cemento portland y agua aglutina partículas finas y gruesas de materiales inertes, conocidos como agregados, se advierte, fácilmente que al variar las proporciones es posible hacer innumerables combinaciones. Estas combinaciones producen concretos de diferentes calidades.
- 13. En conclusión podemos decir que el concreto fabricado en el lugar en algunas ocasiones tiene sus ventajas pues reduce el costo por qué no se incluyen los fletes del transporte a acepción del que es fabricado en planta. También Los componentes de una mezcla se dosifican de manera que el concreto resultante tenga una resistencia adecuada, una manejabilidad apropiada para su vaciado y un bajo costo. Las materias primas deben amasarse de forma que se consiga una mezcla íntima y homogénea, reviendo resaltar el árido bien recubierto de pasta de cemento. El concreto mezclado en el lugar o in situ es común mente utilizados en obras pequeñas como casas habitaciones o en lugares de difícil acceso. Es necesario el uso de mezcladoras móviles y tener mucho cuidado con el tiempo de mezclado ya que de esto depende la calidad del concreto como mínimo 1 minuto más 15 segundos por cada metro cubico agregado. Debe estar en supervisión constante. 1.6 Mezclas en planta El concreto prefabricado puede ser fabricado en una planta y luego transportado al lugar de la construcción, una vez que las piezas han fraguado y tienen suficiente resistencia para ser manejadas sin dañarse. Es más fácil producir concreto de buena calidad en una planta así, y en particular, se pueden producir buenas superficies de acabado cuando el concreto se cuela en forma horizontal. Como muy pocas excepciones todas las plantas de concreto constan de los mismos componentes básicos: un deposito con compartimientos para el almacenamiento de los diferentes grados de agregado, depósitos de almacenamiento para cada tipo de cemento, dosificadoras por peso para la dosificación del cemento y agregado, un medio para la dosificación del agua (y del hielo, o de ambas cosas) y algún medio para controlar los aparatos de dosificación.
- 14. Los componentes del concreto, por lo general, se almacenan en plantas dosificadoras antes de cargarlos en la mezcladora. Estas plantas tienen equipo para pesaje y control, y tolvas o depósitos para almacenar el cemento y los agregados. La dosificación se controla con básculas manuales o automáticas. Las mezclas en planta como su nombre lo indica son mezclas que se elaboran en fabricas de concreto y a su vez se transporta al lugar de la obra. El diseño de elementos prefabricados y sus conexiones debe incluir las condiciones de carga y de restricción, desde la fabricación inicial hasta completar la estructura, incluyendo el desencofrado, almacenamiento transporte y montaje. Los componentes del concreto, por lo general, se almacenan en plantas dosificadoras antes de cargarlos en la mezcladora. Estas plantas tienen equipo para pesaje y control, y tolvas o depósitos para almacenar el cemento y los agregados. 1.7 Transportación del concreto. El concreto debe ser transportado desde la revolvedora a su destino final, sin perder material o sin permitir su disgregación para evitar que se convierta en una revoltura no uniforme. La interrupción en el surtido del concreto puede requerir medidas de reparación muy caras, como la remoción de partes de concreto ya endurecido. El equipo de transporte debe ser diseñado de antemano para evitar este tipo de problemas. Cuando sea posible, el concreto debe ser depositado directamente en las cimbras, ya que cada
- 15. movimiento adicional aumenta los costos, y puede también causar la separación de los materiales. Una vez que el vaciado del concreto se ha iniciado, deberá llevarse como una operación continua hasta su terminación Cowan (1993) El equipo de transporte debe ser capaz de proporcionar un abastecimiento del concreto en el sitio de colocación sin segregación de los componentes, y sin interrupciones que pudieran causar perdidas de plasticidad entre capas sucesivas de colocación. Cada paso en el manejo y transporte del concreto necesita ser controlado a fin de mantener la uniformidad dentro de una tanda de mezclado determinada así como también entre tandas de mezclado. Se dice que el concreto debe ser transportado desde la revolvedora hasta su lugar de destino lo más rápido posible para que este no pierda sus propiedades. El equipo de transporte debe ser diseñado de antemano para evitar este tipo de problemas. Cada paso en el manejo y transporte del concreto necesita ser controlado a fin de mantener la uniformidad dentro de una tanda de mezclado determinada así como también entre tandas de mezclado. Uno de los problemas que sufre el concreto al ser transportados es la segregación esta ha hecho descartar algunos medios de transporte muy comunes tales como los vertederos y las bandas transportadoras, por otros que minimicen esta tendencia.