1.3 caracterización del hormigón

8/9/2019 1.3 Caracterizacin del hormign

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1.3 CARACTERIZACIN DEL HORMIGN

El material compuesto de hormign y acero tiene algunas caractersticas especiales que,como vimos anteriormente, potencian a uno de los dos elementos o a los dos en suconjunto. En este apartado describiremos cada uno de los materiales que constituyen elhormign reforzado. Antes de ello, presentamos algunas definiciones tomadas de la normaNSR-10:

Aditivo ( Admixture ): Material distinto del agua, de los agregados o del cementohidrulico, utilizado como componente del concreto, y que se aade a ste antes o durantesu mezclado a fin de modificar sus propiedades.

Agregado ( Aggregate ): Material granular, como arena, grava, piedra triturada y escoria dehierro de alto horno, empleado con un medio cementante para formar concreto o morterohidrulicos.

Cimbra (Shores ): Estructura provisional de madera o elementos metlicos, de forma,dimensiones y seguridad adecuadas para la colocacin del refuerzo y el concreto de unelemento estructural, y sostenerlos mientras el concreto adquiere la resistencia adecuada.

Concreto (Concrete ): Mezcla de cemento Prtland o cualquier otro cemento hidrulico,agregado fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos.

Concreto estructural (Structural concrete ): Todo concreto utilizado con propsitosestructurales incluyendo concreto simple y reforzado.

Concreto liviano ( Lightweight concrete ): Concreto con agregado liviano que tiene unadensidad de equilibrio, tal como la define NTC 4022 (ASTM C567), entre 1440 y 1840kg/m3.

Concreto simple ( Plain concrete ): Concreto estructural sin refuerzo o con menos refuerzoque el mnimo especificado para concreto reforzado.

Curado (Curing ): Proceso por medio del cual el concreto endurece y adquiere resistencia,una vez colocado en su posicin final.

Encofrados y formaletas ( Formwork ): Moldes con la forma y las dimensiones de loselementos estructurales, en los cuales se coloca el refuerzo y se vierte el concreto fresco.

Materiales cementantes (Cementitious materials ): Materiales que se especifican en elCaptulo 3, que tienen propiedades cementantes por s mismos al ser utilizados en elconcreto, tales como el cemento Prtland, los cementos hidrulicos adicionados y loscementos expansivos, o dichos materiales combinados con cenizas volantes, otraspuzolanas crudas o calcinadas, humo de slice, y escoria granulada de alto horno o ambos.


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Refuerzo ( Reinforcement ): Material que cumple con lo especificado en C.3.5, excluyendoel acero de preesforzado, a menos que se incluya en forma explcita.

1.3.1 Materiales

Como se expresa en la definicin anterior, el hormign es una mezcla de cemento Prtlando cualquier otro cemento hidrulico, agregado fino, agregado grueso y agua, con o sinaditivos y, por adicin, el hormign reforzado es la mezcla anterior en la que se embebe elrefuerzo.

1.3.1.1 Materiales cementantes. Son aquellos que permiten unir los agregados inertes atravs de la adhesin y cohesin que suministran dichos materiales. Es de observar queadems del cemento, existen otros materiales con propiedades similares como el asfalto ylos alquitranes. Por otra parte, los materiales que requieren de agua para el proceso deendurecido (fraguado) se denominan cementos hidrulicos, siendo el cemento Portlandel ms conocido y utilizado. Este cemento es una mezcla de arcilla molida y otrosmateriales calcificados en polvo que, despus de un proceso tcnico determinado 1, adquierelas propiedades de adhesin y cohesin.

Godoy (2006, pg. 3) nos ofrece una breve historia del origen del cemento Portland:

En 1824, un material polvoriento que al ser combinado con agua y arena constitua un conglomerante

de aspecto similar a las calizas de la isla de Prtland, es patentizado por Joseph Aspdin bajo elnombre de cemento Prtland, consistente en una caliza hidrulica de baja temperatura para sucoccin, aplicndose por vez primera en 1838 un cemento elaborado en la fbrica de Aspdin en la

1 El proceso se compone de cuatro pasos: 1. La extraccin y molienda de los materiales como la caliza, que setriturada hasta formar un material de un tamao no mayor a 20mm de dimetro. 2. Mezclado hasta obtener lahomogenizacin con la dosificacin adecuada. 3. Produccin del Clinker a travs de la calcinacin del crudoobtenido en el paso anterior y 4. Molienda del Clinker con adicin de yeso, hasta obtener el cemento.


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construccin de un tnel bajo el Ro Tmesis en Londres. El prototipo del cemento actual fueproducido industrialmente por Isaac Johnson, quien en 1845 logra desarrollar temperaturassuficientemente altas para clinkerizar la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia prima

En nuestro pas, en 1905, las industrias einversiones Samper inauguraron laprimera planta cementera.Posteriormente, aparecen: CementosDiamante en Cundinamarca y CementosArgos en Antioquia; Cementos delValle, Cementos Diamante, CementosNare, Cementos Caribe, Cementos elCairo, Cementos Ro Claro, CementosAndino, Concrecem y CementosTequendama. Todas estas cementeras

desaparecen al liquidarse o fusionarse con tres grupos econmicos: CEMEX, que adquiereCementos Diamante y Samper; Grupo ARGOS, que fusiona Cementos Argos, Cementos ElCairo, Cementos Caribe, Cementos Paz del Ro, Cementos Nare, Cementos Ro claro,Tolcemento, Cementos Andino, Concrecem y Cementos del valle; y el Grupo HOLCIMcon Cementos Boyac.

La norma tcnica NTC 30 presenta la siguiente clasificacin de los cementos Prtland (lasobservaciones en parntesis son nuestras).

Cemento Prtland tipo1. Es el destinado a obras de hormign en general, al que no se leexigen propiedades especiales (es el ms comercializado en nuestro pas, se conoce comocemento gris y es usado principalmente en estructuras y obras).

Cemento Prtland tipo 2. Es el destinado en general a obras de hormign expuestas a laaccin moderada de sulfatos y a obras donde se requiera moderado calor de hidratacin (esutilizado en zonas costeras).

Cemento Prtland tipo3 . Es el que desarrolla altas resistencias iniciales (prefabricados).

Cemento Prtland tipo4 . Es el que se desarrolla bajo calor de hidratacin (estructurasgrandes como presas).

Cemento Prtland tipo5. Es el que ofrece alta resistencia a la accin de los sulfatos(construcciones martimas).

Cemento Prtland blanco. Es el que se obtiene con materiales debidamenteseleccionados que le confieren una coloracin blanca.


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Cemento Prtland tipo 1-A, 2-A y 3-A.Son aquellos a los que se les adiciona un materialincorporador de aire durante la pulverizacin.

1.3.1.2 Agregados.Tambin conocidos como ridos y clasificados en finos y gruesos. Elmaterial grueso se denomina, a su vez, en agregado grueso o grava. Segn la NSR-10 en el

apartado C.3.3.1, los agregados para hormign deben cumplir con una de las siguientesnormas:

(a) Agregado de peso normal: NTC 174 (ASTM C33),

(b) Agregado liviano: NTC 4045 (ASTM C330).

Por otra parte, el tamao mximo nominal del agregado grueso no debe ser superior a:

(a) 1/5 de la menor separacin entre los lados del encofrado, ni a

(b) 1/3 de la altura de la losa, ni a

(c) 3/4 del espaciamiento mnimo libre entre las barras o alambres individuales de refuerzo,paquetes de barras, tendones individuales, paquetes de tendones o ductos.

De acuerdo a su tamao, los agregados se clasifican segn lo establecido en la NTC 4045:

La NTC 4045 establece: Se puede reemplazar con arena natural parte o la totalidad delos agregados livianos, para determinar el cumplimiento con estos requisitos mnimos,siempre y cuando el uso del concreto estructural propuesto contemple una combinacinsimilar de materiales. En el informe de ensayo se debe registrar la proporcin de todos losingredientes y las caractersticas de la arena natural, como se especifica en la NTC 174(ASTM C 33) .

1.3.1.3 Agua. Segn la norma NTC 3459, obligada en el apartado C.3.4 de la NSR-10, elagua debe ser clara y de apariencia limpia, libre de cantidades perjudiciales de aceites,cidos, sales, materiales orgnicos y otras sustancias que puedan ser dainas para elconcreto o el refuerzo. Si contiene sustancias que le produzcan color, olor o sabor


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inusuales, objetables o que causen sospecha, el agua no se debe usar a menos que existanregistros de concretos elaborados con sta, o informacin que indique que no perjudica lacalidad del concreto. El agua para elaborar el concreto puede tomarse de fuentes naturalesy, por lo tanto puede contener elementos orgnicos indeseables o contenidos inaceptablesde sales inorgnicas. Las aguas superficiales, en particular, a menudo contienen materia ensuspensin, como aceite, arcilla, sedimentos, hojas y otros desechos vegetales, y puede serinadecuado emplearlas sin tratamiento fsico preliminar, como filtracin o sedimentacinpara que dicha materia en suspensin se elimine.

La ACI-318 (2005, pg. 44) dice que casi cualquier agua natural que se pueda beber (potable) y que no tiene un sabor u olor marcado, puede utilizarse como agua de mezcladoen la elaboracin de concreto .

1.3.1.4 Acero de refuerzo.Las barras de refuerzo corrugado deben ser de acero de bajaaleacin que cumplan con la norma NTC 2289 (ASTM A706M). Adems deben tenerse en

cuenta los siguientes aspectos del apartado C.3.5 del NSR-10:El refuerzo debe ser corrugado (ver ejemplos en la imagen siguiente tomada de la NTC2289).

El refuerzo liso solo puede utilizarse en estribos, espirales o tendones, y refuerzo dereparticin y temperatura.

La soldadura de barras de refuerzo debe realizarse de acuerdo con la norma NTC 4040(AWS D1.4). La ubicacin y tipo de los empalmes soldados y otras soldaduras requeridas


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en las barras de refuerzo deben estar indicados en los planos de diseo o en lasespecificaciones del proyecto.

Las barras de refuerzo corrugado deben ser de acero de baja aleacin que cumplan con lanorma NTC 2289 (ASTM A706M).

Las dimensiones nominales de las barras de refuerzo estn dadas segn las siguientestablas:


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1.3.2 Relacin agua cemento.Para hidratar el cemento se requiere, ms o menos, un25% de agua. No obstante, la resistencia, la porosidad, el tiempo de fraguado, lamanejabilidad y otras condiciones son los determinantes de la relacin agua cemento(a/c). Esta relacin tiene un mnimo de 0.35, que en la prctica hay que aumentar para darlemanejabilidad. Sin embargo, el aumento afecta la resistencia del hormign, dado que

aumentan los poros en la pasta obtenida. La ACI-318 recomienda que las relaciones agua-material cementante mximas de 0.40 a 0.50 que pueden requerirse para concretosexpuestos a condiciones de congelamiento y deshielo, a suelos y aguas con sulfatos, o paraprevenir la corrosin del refuerzo, tpicamente son equivalentes a requerir un valor de fcde 35 a 28 MPa, respectivamente (vera tabla).

1.3.3 Fraguado. Cuando el cemento y el agua entran en contacto, se inicia una reaccinqumica exotrmica que determina el paulatino endurecimiento de la mezcla. Dentro delproceso general de endurecimiento se presenta un estado en que la mezcla pierdeapreciablemente su plasticidad y se vuelve difcil de manejar; tal estado corresponde alfraguado inicial de la mezcla. A medida que se produce el endurecimiento normal de lamezcla, se presenta un nuevo estado en el cual la consistencia ha alcanzado un valor muy

apreciable; este estado se denomina fraguado final.

1.3.4 Retraccin.En el proceso de secado del hormign, se pueden presentar variassituaciones: expansin por humedad o retraccin por secado. Esta ltima es el cambio devolumen del hormign causado por la prdida de humedad con el tiempo en su estadoendurecido. La retraccin por secado y las restricciones del hormign causan esfuerzos detraccin, que pueden generar agrietamientos: grietas por retraccin de secado.


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1.3.5 Curado.El curado, segn el ACI 308, es el proceso por el cual el concreto elaboradocon cemento hidrulico madura y endurece con el tiempo, como resultado de la hidratacincontinua del cemento en presencia de suficiente cantidad de agua y de calor . Mientras unamezcla curada a bajas temperaturas puede alcanzar a los 28 das una resistencia igual omayor que la de diseo, en climas clidos se genera un rpido desarrollo de resistencia

inicial pero, si el proceso de curado es inadecuado o insuficiente, es factible que no sealcance la resistencia potencial del concreto (vase: http://www.sika.com.co/co-curado_concreto.pdf ).

1.3.6 Aditivos.Para mejorar las propiedades o el comportamiento del hormign, se utilizanaditivos. La norma NTC 1299 presenta la siguiente clasificacin:

Aditivo acelerante. Un aditivo que acelera el fraguado y el desarrollo de resistenciatemprana del concreto.Aditivo retardante. Un aditivo que retarda el fraguado del concreto.Aditivo reductor de agua. Un aditivo que reduce la cantidad de agua de mezcladorequerida para producir concreto de una consistencia dada.Aditivo reductor de agua, de alto rango.Un aditivo que reduce la cantidad de agua demezclado requerida para producir un concreto de una consistencia dada en un 12 % o ms.Aditivo reductor de agua y acelerarante.Un aditivo que reduce la cantidad de agua demezclado requerida para producir un concreto de una consistencia dada y acelera elfraguado y el desarrollo de resistencia temprana del concreto.Aditivo reductor de agua y retardante.Un aditivo que reduce la cantidad de agua demezclado requerida para producir un concreto de una consistencia dada y retarda elfraguado del concreto.Aditivo reductor de agua, de alto rango y retardante.Un aditivo que reduce la cantidadde agua de mezclado requerida para producir un concreto de una consistencia dada en un 12% o ms y retarda el fraguado del concreto.

1.3.7 Normas NTC aplicables.La normalizacin es un factor clave para el desarrolloindustrial y econmico del pas, por ello el Instituto Colombiano de Normas Tcnicas yCertificacin, ICONTEC, que es el organismo nacional de normalizacin, segn el decreto2269 de 1993, desarrolla a travs de sus comits tcnicos los documentos que, unificandolos criterios a travs del consenso, constituirn Normas Tcnicas Colombianas y lespermitirn a los sectores productivo y de servicios competir en los mercadosinternacionales. En este apartado, la normas a consultar son las siguientes:

NTC 2 Ensayo de traccin para productos de acero (ASTM A370)NTC 30 Cemento Portland Clasificacin y nomenclatura.NTC 121 Cemento Portland Especificaciones fsicas y mecnicas (ASTM C150).NTC 174 Especificaciones de los agregados para concreto (ASTM C33)NTC 321 Cemento Portland Especificaciones qumicas.NTC 396 Mtodo de ensayo para determinar el asentamiento del concreto (ASTM C143)NTC 454 Hormign fresco, toma de muestras (ASTM C172)NTC 504 Refrentado de especmenes cilndricos de concreto (ASTM C617)NTC 550 Elaboracin y curado de especmenes de concreto en obra (ASTM C31)


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NTC 673 Ensayo de resistencia a la compresin de cilindros de concreto (ASTM C39)NTC 722 Ensayo de traccin indirecta de cilindros de concreto (ASTM C496)NTC 1299 Aditivos qumicos para el concreto (ASTM C494)NTC 1907 Alambre de acero para concreto armado. (ASTM A496)NTC 1920 Acero estructural. (ASTM A36)

NTC 3318 Concreto premezclado. (ASTM C94)NTC 3459 Agua para la elaboracin de concreto. (BS 3148)NTC 3502 Aditivos incorporadores de aire para concreto. (ASTM C260)NTC 4025 Mtodo de ensayo para determinar el mdulo de elasticidad esttico y larelacin de Poisson en concreto a compresin. (ASTM C469)NTC 4040 Procedimientos de soldadura aplicables al acero para refuerzo de concreto.(ANSI/AWS D1.4)NTC 4045 Agregados livianos para concreto estructural. (ASTM C330)NTC 4578 Cemento hidrulico expansivo. (ASTM C845)

1.3 caracterización del hormigón

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