CAPITULO IV

DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

4.1. MODELOS PARA PREDECIR LA PROFUNDIDAD DE CARBONATACION La mayor parte de los modelos existentes para predecir la profundidad de carbonatación’ en el concreto están basados en soluciones de la ecuación de difusión de la ley de Fick, cuya formulación matemática básica se expresa de la siguiente forma:

DONDE: C: concentración deCO2T: tiempo X: profundidad de carbonatación La resolución de esta ecuación variando las condiciones iniciales y de contorno da lugar a diferentes soluciones, en las cuales se basan algunos de los modelos que a continuación se explican. El modelo más sencillo derivado de una solución de esta ecuación considera la‘profundidad’ de carbonatación proporcional a la raíz cuadrada del tiempo según la siguiente expresión:

Donde X es la profundidad de penetración del agresivo, CO2, (mm), K es la ‘velocidad’ de avance del mismo (mm/año1/2) y T es el tiempo (año). Calculando la constante de proporcionalidad o ‘velocidad’ de carbonatación para un cierto tiempo, esta ecuación se puede utilizar para predecir ‘profundidades’ a diferentes edades del hormigón. Algunos autores han planteado expresiones para calcular la ‘velocidad’ de carbonatación en función de diferentes factores como la resistencia mecánica, la concentración de CO2, la temperatura, el tiempo de curado, el tipo de cemento, o la humedad relativa [56‐59]. Tuutti [60], Bakker [61], Papadakis [22, 43, 62‐64] y Castellote [65], entre otros [66], proponen modelos basados en el coeficiente de difusión del CO2, mientras que Parrott [67] formula su modelo en función de la permeabilidad al aire. A continuación se explican brevemente estos cinco modelos.

- El modelo de Tutsi, basado en la difusión de fronteras móviles, considera que el frente de carbonatación avanza según el modelo de la raíz del tiempo y supone que todo el CO2 reacciona con las fases sólidas de forma que detrás del frente de carbonatación, la concentración de CO2 es cero, mientras que delante de él es 100%. Según Tuutti la zona de reacción está bien definida por un ‘frente abrupto’. La expresión propuesta para hacer predicciones de la ‘profundidad’ de carbonatación a diferentes tiempos es la siguiente:

Cx es la concentración ambiental de CO2 (kmol/m3), Cx es la concentración de CO2 ligado en el concreto (kmol/m3), X es la profundidad de carbonatación (m),T es el tiempo (s) y D es el coeficiente de difusión (m2/s). Para calcular el CO2 ligado en el hormigón Tuutti utiliza la siguiente fórmula:

Donde Ca es la concentración de CaO en el cemento (kg CaO/kg cemento), HD es el grado de hidratación, C es la cantidad de cemento por m3 de concreto (kg/m3) y 56 es el peso molecular del CaO. Para calcular el grado de hidratación Tuutti propone una tabla en la cual relaciona el grado de hidratación con la relación a/c. Tuutti asume que la difusión

110

tiene lugar en estado no estacionario y que el coeficiente de difusión es constante y función únicamente del contenido de humedad del concreto. Para estimar el coeficiente de difusión propone unos diagramas de la difusión efectiva del oxígeno en función de la relación a/c y de la humedad relativa para diferentes tipos de cementos y de relaciones a/c. Aunque los coeficientes de difusión del CO2 y del O2 no son idénticos, Tuutti establece que, dado que el contenido en humedad del hormigón es el parámetro determinante para la difusión de ambos gases, se pueden obtener medidas relativas satisfactorias.

- El modelo propuesto por Bakker [61] considera que la carbonatación solo progresa si el concreto está seco. Combinando los dos procesos, secado y carbonatación, la formulación del modelo es la siguiente:

En esta ecuación Xm es la profundidad de carbonatación después del ciclo n‐ésimo (n) y TEEF, el tiempo efectivo de carbonatación, es igual a la suma de los períodos secos menos el tiempo que tarda el hormigón en secarse después de cada período húmedo, es decir:

donde Tdn es la duración del período n‐ésimo (s), y A y B son funciones que definen la ‘velocidad’ de carbonatación y secado, respectivamente.

En la ecuación de la carbonatación Dc es el coeficiente de difusión del CO2 para una distribución determinada de humedad en los poros (m2/s), ( C1-C2 ) es la diferencia de

111

Concentración de CO2 entre el aire y el frente de carbonatación (kg/m3), y es la cantidad de sustancia alcalina en el hormigón (kg CaO/m3 concreto) que puede calcularse mediante la expresión siguiente

donde Ca es la concentración de CaO en el cemento (kg

CaO/100kg cemento), HD es el grado de hidratación , C es la cantidad por m3 de concreto (kg/m3) y MCaO y MCaO2 y son las masas moleculares de CO2 y el CaO respectivamente en la ecuación del secado es el coeficiente de difusión efectivo del vapor de agua para una distribución de humedad en los poros ( m2 / s ) es la cantidad de agua libre . Que puede evaporarse del concreto.

4.2. CORROSION ENLA ACTUALIDAD :El proceso de la corrosión en la actualidad es un problema de gran importancia, lo cual ha motivado a estudios que evalúan el impacto que tiene en cada país. para evaluar este fenómeno es la pérdida económica expresada como porcentaje del PIB (Producto Interno Bruto). Según comités de expertos las pérdidas anuales causadas por corrosión en cada país es de aproximadamente 3 a 4% del PIB para países desarrollados como son Estados Unidos e Inglaterra. Sin embargo, en países en vías de desarrollo se estiman perdidas del orden de 8% del Estos estudios indican que la industria de la construcción es una de las principales generadoras de pérdidas, siendo superada solo por la industria del transporte y naval. Sin embargo, entre un 20 y 25% de los costos totales generados por la corrosión pudieron haberse evitado con la aplicación de técnicas anticorrosivas o de prevención.

112

Imagen 01

El deterioro de la infraestructura existente es un problema que afecta no solo a las dependencias responsables de éstas, sino que repercute en la sociedad debido a que estas estructuras quedan inservibles antes de cumplir su vida útil de proyecto. Debido a la falta de una cultura de prevención y/o mantenimiento, es común que las estructuras de concreto reforzado presenten diversos grados de daño a causa de la corrosión en el acero de refuerzo. Los dos principales agentes de este problema son el dióxido de carbono (CO2), el cual genera la carbonatación del concreto provocando una corrosión generalizada en el acero y el ataque por cloruros, este ataque se presenta de forma localizada, sin embargo en este caso, los productos de la oxidación se presentan más rápidamente.

Puentes dañados por corrosión

Clasificación según grado de daño

Cloruros Carbonatación

Alta 330 395

Media 3604 3951

Baja 2131 1719

Tabla N° 01

Los problemas de corrosión en las estructuras dependen en gran parte de las condiciones en las que se encuentran expuestas, por lo que es necesario analizarlas de acuerdo a sus condiciones ambientales. Sin lugar a dudas, el mayor problema de sustentabilidad corresponde al calentamiento global que es originado por la emisión de gases de invernadero, principalmente el dióxido de carbono, siendo la industria de concreto el productor del 7% de emisiones de este gas. No obstante, la gran cantidad de materiales que son desperdiciados debido al deterioro prematuro de estructuras agrava este problema. Por lo tanto, para realizar estructuras sustentables es posible atacar el problema desde dos frentes, con soluciones a corto plazo, tal como la práctica de la ecología industrial. Es decir, fomentar la reutilización de los propios productos de desecho, y en la medida de lo posible, también los productos de desecho de otras industrias. Esto se puede complementar con el incremento de la durabilidad de las estructuras.

El uso eficiente de los materiales ofrece ventajas importantes, tales como la disminución del agotamiento de los recursos naturales

113

y la disminución de la contaminación. Además la optimización del uso de los recursos generaría un aumento en la producción.

4.3. SEGUIMIENTO ELECTROQUIMICO DEL ACERO DE REFUERZO Es posible hacer medidas electroquímicas para determinar de manera probabilística la corrosión en el acero una vez que se ha aplicado el proceso de realcalinización. La medida del potencial de corrosión es una de ellas. En principio, se considera que la armadura se encuentra en un medio acuoso y el fenómeno de corrosión engloba dos semirreacciones, por un lado se oxida el Fe a Fe2+, y por otro lado, la reducción del oxígeno, la intensidad del proceso anódico y el proceso catódico son iguales y son identificadas como la intensidad de corrosión del proceso, icorr, que es la magnitud eléctrica utilizada como medida de la velocidad de corrosión. En estas condiciones, el metal se corroe a un potencial característico a su naturaleza y a la del medio. A este potencial, al que se encuentra el metal, se le denomina potencial mixto o de corrosión, Ecorr. La medida de Ecorr consiste en determinar la diferencia de potencial eléctrico entre el acero de las armaduras y un electrodo de referencia que se coloca en la superficie del concreto. La interpretación de las medidas de potencial de corrosión se suele hacer según el criterio descrito en ASTM C 876, como se muestra en la Tabla.

Interpretación de la medida de la corrosión

Tabla N ° 02

Otro parámetro usado es la medida de la resistividad del concreto, el cual ayuda a interpretar el valor de la velocidad de corrosión del acero, este parámetro está muy relacionado con el grado de humectación del concreto y se calcula en función de la resistencia eléctrica del concreto, utilizándose como unidad de medida normalmente el kΩ. La resistividad se calcula tomando en cuenta el factor geométrico, por tanto, sus unidades son kΩ*cm. Se puede tomar el criterio mostrado en la Tabla 3.

Resistividad Probabilidad de corrosión

114

Ecorr (SCE)/mV Riesgo de corrosión

> -200 10%

-200 a –350 50%

< -350 90%

> 100-200 kΩ·cm

No permite distinguir entre acero en estado activo o

Pasivo de corrosión. Las velocidades de corrosión, icorr, serán muy bajas,

independientemente del contenido de cloruros 50-100 kΩ·cm Velocidades de corrosión bajas.

10-50 kΩ·m Velocidades de corrosión moderadas o altas, en

Concretos carbonatados o con cloruro.

< 10 kΩ·cm

La resistividad no es el parámetro controlante del

proceso. El valor de icorr obtenido reflejará la

cota superior de la velocidad de corrosión en ese concreto para un determinado contenido de cloruros o un nivel de carbonatación

Tabla N° 03Una medida más de ayuda es la resistencia a la polarización, es considerada una técnica cuantitativa no destructiva que permite conocer la velocidad de corrosión instantánea de un metal en un medio, esta técnica es la más utilizada con el fin de medir velocidades de corrosión. El procedimiento se basa en que las curvas de polarización son prácticamente rectas en un pequeño entorno del potencial de corrosión y su pendiente está relacionada con la velocidad de corrosión. En la práctica se aplica una pequeña polarización, ΔE, de ±10 mV y se mide la densidad de corriente resultante, ΔI, dando nombre al método el hecho de que las dimensiones del cociente ΔE/ΔI sean las de una resistencia. La resistencia de polarización está relacionada con la velocidad de corrosión instantánea a través de la fórmula de Stern, que referida a la unidad de superficie es:

icorr= BRP

Las unidades habituales en las que se expresa la velocidad de corrosión son μA/cm2. El valor de B puede variar entre 13 y 52 mV en la mayoría de los sistemas metal-medio. En el concreto reforzado se toman valores de 26 mV para el acero activo y de 52 mV para el acero pasivo. De acuerdo a experiencias de laboratorio (véase Tabla 4) se ha adoptado el siguiente criterio.

Velocidad de corrosión,

icorr

Nivel de corrosión

< 0.1 Despreciable.

0.1 a 0.5 Baja

0.5 a 1 Moderada

>1 Alta

115

Criterio de Interpretación de Medida icorTabla N ° 04

Estos métodos de evaluación de la técnica de realcalinización son recomendables utilizarlos de manera conjunta para la elaboración de una correcta interpretación. Sin embargo, a pesar de encontrar resultados favorables posteriores a la evaluación esto no garantiza la permanencia de la repasivación del acero.

4.4. CARBONATACION POSTERIOR A LA TECNICA DE REALCALINIZACION Una vez que el concreto fue tratado se ha comprobado por diferentes estudios que es lograda la repasivación del acero, sin embargo existe una incertidumbre acerca del comportamiento postratamiento Es importante resaltar que las técnicas de evaluación mencionadas en el Apartado 2.4 han sido aplicadas en el corto plazo, es decir, no existe un estudio sobre el comportamiento a mediano plazo mediante ensayos acelerados de recarbonatación.

En el trabajo de Mietz realizado con electrolito de Na2CO3 se describe el comportamiento postratamiento de la siguiente manera: al nivel del acero se generan iones hidróxido los cuales brindan un ambiente alcalino al acero y lo repasivan , posteriormente el reingreso de CO2 en el concreto reacciona con el hidróxido para formar carbonato de sodio, posteriormente existe una posterior reacción entre el carbonato de sodio y el dióxido de carbono para generar el bicarbonato de sodio como se muestra en la ecuación :

Na2Co3Co2+H 2O2NaHCo3

En una exposición atmosférica existirá un equilibrio entre los respectivos valores de pH del carbonato y el bicarbonato de sodio, esta neutralización se ha encontrado que es muy lenta y difícil de llevarse a cabo. En este sentido, González (González J. et al.2015) afirma que la realcalinización del concreto no altera las fases sólidas que son producto de la carbonatación por lo que el efecto benéfico podría ser duradero.

4.5. ETAPAS DE VIDA UTIL EN LA QUE SE APLICA LA REALCALINIZACION La etapa de la vida útil en la cual es aplicada la técnica cobra importancia debido a que en cada periodo existen diferentes compuestos en el concreto, así como en el acero y por tanto, en una posterior exposición atmosférica se presentará un comportamiento diferente en cada condición. Es importante resaltar que la técnica de realcalinización no modifica los productos de carbonatación o corrosión. Se pueden considerar tres condiciones diferentes del

116

sistema acero-concreto al momento de aplicar la técnica, a continuación estas condiciones se referencian al modelo esquemático de Paulo Helene:Primer caso. El concreto se encontraría parcialmente carbonatado, el acero se encuentra en un ambiente alcalino y por tanto en condición pasiva Este momento correspondería a la vida de proyecto de una estructuraEl segundo. El concreto se encontraría totalmente carbonatado en el cual la capa pasiva ha sido desestabilizada, sin embargo aún no se presentan velocidades de corrosión altas. Esto correspondería al fin de la vida de proyecto.El tercer caso. El concreto se encuentra totalmente carbonatado, pero las velocidades de corrosión son altas, este caso estaría ubicado en la vida útil de servicio.

Concreto parcialmente concreto totalmente Carbonatado carbonatado

Imagen 03 Imagen o4

De acuerdo a estudios realizados (González, 2014), cuando la técnica es aplicada en la condición del tercer caso los resultados son poco efectivos. En este trabajo la aplicación de la técnica de Realcalinización se realizará de acuerdo a los dos primeros casos ya que se presenta como una técnica preventiva.

4.6. RESISTENCIA A COMPRESION DEL CONCRETO: En la Figura se muestra la resistencia a la compresión que se debe obtener a los 28 días para las dos mezclas fabricadas según ASTM C 39.

117

Resistencia en compresión del promedio de tres cilindrosImagen 05

4.7. ANALISIS QUIMICO DEL CEMENTO:

Tabla 06 El silicato tricálcico, C3S, se hidrata y endurece rápidamente y es responsable en gran medida del fraguado inicial y de la resistencia temprana. En general la resistencia temprana del concreto de cemento portland es mayor con porcentajes superiores de C3S.El silicato dicálcico, C2S, se hidrata y endurece lentamente y contribuye en gran parte al incremento de resistencia a edades mayores de una semana.El aluminato tricálcico, C3A, libera una gran cantidad de calor durante los primeros días de hidratación y endurecimiento. También contribuye levemente al desarrollo de la resistencia temprana. El yeso, que se agrega al cemento durante la molienda final, retrasa la velocidad de hidratación del C3A. Sin el yeso, un cemento que contuviera C3A fraguaría rápidamente. Los cementos con bajos porcentajes de C3A son particularmente resistentes a los suelos y aguas que contienen sulfatos.El alúminoferrito tetra cálcico, C4AF, reduce la temperatura de formación del Clinker, ayudando por tanto a la manufactura del cemento. Se hidrata con cierta rapidez pero contribuye mínimamente a la resistencia. La mayoría de efectos de color se debe al C4AF y a sus hidratos.

4.8. MEDICION DE TEMPERATURA DEL CONCRETOLa temperatura del concreto depende del aporte calorífico de cada uno de sus componentes, además del calor liberado por la hidratación del cemento, la energía de mezclado y el medio ambiente.

118

DescripciónCriterio de Aceptación

ASTM C 94/C 94M-07 -NTP

339.114

Clima frío

Temp. mínima

Se

<300

300 - 900

900 - 1800

> 1800

°C

13 10 7 5

Temp. máxima 32

°CClima cálido

T = Más baja posible. Si T ≈ 32 °C se puede encontrar dificultades

Tenga cuidado con el tiempo de fraguado. Tabla N° 08

4.9. EFECTOS DE LA TEMPERATURA ALTA EN EL CONCRETO

ASTM C 94/C 94M-07-NTP 339.114

IMAGEN N° 06

119

Sobre la demanda del agua

ASTM C 94/C 94M-07-NTP 339.114 – IMAGEN N ° 07

ASTM C 94/C 94M-07-NTP 339.114- IMAGEN N ° 08

4.10. ASENTAMIENTO DEL CONCRETO FRESCO EN EL COCNO DE ABRAHAMS NTP 339.035 - ASTM C 143

120

EspecificacionesTolerancias

ASTM C

94/C 94M

Asentamiento nominal

2” (50 mm) y menos

± ½” (15 mm)2” a 4” (50 mm a 100 mm)

± 1” (25 mm )más de 4” (100 mm)

± 1 ½” (40 mm)

Asentamiento “máximo” o

“no debe exceder”

3” (75 mm ) o menos

En exceso 0” (0 mm)En defecto 1 ½”

(40 mm )

más que 3” (75 mm)

En exceso 0” (0 mm)En defecto 2 ½”

(65 mm)

Tiempo de conservación en estos rangos (responsabilidad productor)

30 min desde llegada a obra

Control de calidad del concreto fresco- TABLA N° 09

4.11. CALCULO DEL PESO UNITARIO Y RENDIMIENTO

4.12. CONTENIDO DE AIRE EN EL CONCRETO FRESCO - Método de presión N.T.P. 339.083 ASTM C 231- Método Volumétrico N.T.P. 339.083 ASTMC173

Generalmente ocupa del 1% al 3% del volumen de la mezcla. Está en función de las proporciones, las características físicas de los agregados y del método de compactación. En algunas condiciones se incorpora aire adicional para mejorar la durabilidad. La inclusión de aire es necesaria en concreto que estará expuesto a ciclos de congelación y deshielo o a químicos des – congelantes.

4.13. ELAVORACION Y CURADO DE PROBETAS CILINDRICAS EN OBRA. NTP 339.033 – ASTM C131Elaboración, curado y transporte de probetas cilíndricas. Representativas del potencial del concreto colocado en obraCURADO INICIAL:

121

IMAGEN N° 09

Reducción de la resistencia a 28 días, según diferentes curados iniciales (2.5 días)- Las probetas que evalúan la calidad del concreto se

desmoldan antes de las 48 h después de moldeadas.- Máximo en 30 min después de desmoldar, colocar las

probetas en una solución de agua de cal 3 g/L- El propósito del curado húmedo es para maximizar la

hidratación del cemento.

4.14. ENVIO DE TESTIGO A LABORATORIO DE ENSAYO Si se envía probetas a un laboratorio lejano estas no deben ser transportadas por más de 4 h.Los cilindros deben ser amortiguados durante el transporte y manipulados con cuidado en todo momento.

No maltratar las probetas – IMGEN N° 10

Los rodamientos y choques en la parte trasera de una camioneta pueden ocasionar más de un 7% de pérdida de resistencia.

122

IMAGEN N° 11

4.15. ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA COMPRESION NTP 339.034 – ASTM C139- PREPARACION Y ACONDICIOANMIENTO DE LAS

PROBETAS.No debe permitir que los cilindros se sequen antes de la prueba. El diámetro de la probeta debe determinarse con aproximación de 0.1. mm promediando las medidas de 2 diámetros perpendiculares entre sí a una altura media del espécimen.Para conseguir una distribución uniforme de la carga:Se refrentan con mortero de azufre, o con tapas de almohadillas de neopreno.

- VELOCIDAD DE CARGA Aplicar la carga en forma continua y constante. En el rango de 14 a 34 MPa/s durante la última mitad de la fase de carga.Se debe anotar el tipo de falla.

123

IMAGEN N°12TOLERANCIAS DE TIEMPO PARA REALIZAR EL ENSAYO DE RESISTENCIA.

Tabla N °11

EXPRESION DE RESULTADOS:

Si H/D 1.8IMAGEN N ° 13

124

Edad de Ensayo

Tolerancia de tiempo Permisible

NTP 339.034h %

24 ± ±

3 d ± 2 ±

7 d ± 6 ±

28 ± ±

90 ± ±

Relación a l tu r a diámetro

Factor decorrección

2.00 1.00

1.75 0.98

1.50 0.96

1.25 0.93

1.00 0.87

Tabla N ° 12 4.16. RESITENCIA A LA COMPRESION

Es la medida más común de desempeño que usan los ingenieros para diseñar cualquier estructura. Los resultados de pruebas de resistencia a la compresión se usan fundamentalmente para evaluar el cumplimiento del concreto suministrado con la resistencia especificada f’c.Por definición un ensayo de resistencia corresponde al promedio de la resistencia de dos probetas de 150 mm de diámetro y 300 mm de altura, ensayados a los 28 días.

IMAGEN N ° 14 (Nuevo en ACI 318.08) un ensayo de resistencia corresponde al promedio de la resistencia de tres probetas de 100 mm de diámetro y 200 mm de altura, ensayados a los 28 días.

IMAGEN N° 15 El diámetro del cilindro debe ser tres veces mayor que el TMN del agregado- LA RESISTENCIA A LA COMPRESION ES CONFORME SI :

Cada promedio aritmético de tres ensayos de resistencia consecutivos a 28 días será mayor o igual a f'c.Ningún ensayo individual de resistencia será menor que f'c en más de 35 kg/cm2 cuando f'c es 350 kg/cm2 o menor.Ningún ensayo individual de resistencia será menor que f'c en más de 0.10f'c cuando f'c es mayor a 350 kg/cm2.Cuando un cemento tiene características especiales su designación se complementa con las siguientes siglas:

125

TABLA N° 13

4.17. USOS Y

VENTAJAS DEL CONCRETO SIMPLE Y REFORZADO

Usos Ventajas

ConcretoSimple

Se utiliza para construir

muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos.En la albañilería el concreto es utilizado también en forma de ladrillos o bloques.

Resistencia a fuerzas de compresión elevadas.

Bajo costo. Larga duración (En

condiciones normales, el concreto se fortalece con el paso del tiempo).

Puede moldearse de muchas formas.

Presenta amplia variedad de texturas y colores.

126

NOMENCLATU RA CARACTERÍSTICAS ESPECIALES

RS Resistente a los Sulfatos

BRA Baja Reactividad Álcali-Agregado

BCH Bajo Calor de Hidratación

B Blanco

ConcretoReforzado

Al reforzar el concreto con acero en forma de varillas o mallas, se forma el llamado concreto armado o reforzado; el cual se utiliza para dar nombre a sistemas estructurales como: vigas o trabes, losas, cimientos, columnas, muros de retención, ménsulas, etc.La elaboración de elementos de concreto presforzado, que a su vez pueden ser pretensados y postensados.

Al interactuar concreto y acero, ahora aparte de resistir fuerzas de compresión (absorbidas por el concreto), también es capaz de soportar grandes esfuerzos de tensión que serán tomados por el acero de refuerzo (acero longitudinal).

Al colocar el acero transversal- mente a manera de estribos o de forma helicoidal, los elementos (ejem. vigas, columnas) podrán aumentar su capacidad de resistencia a fuerzas cortantes y/o

TABLA N ° 14

4.18. IMPUREZAS INORGANICAS EN LA ARENA PARA CONCRETO

Sustancias Efecto en el concretoDesignación dela prueba

Impurezas orgánicasAfectan el fraguado y el endurecimiento, pueden causar deterioros

ASTM C 40ASTM C 87

Material más fino que la malla No.200 (80 micras)

Afecta a la adherencia,aumenta la cantidad de agua requerida

ASTM C 117

Carbón, lignito u otros materiales de peso ligero

Afectan a la durabilidad,pueden ser causa de manchas y erupciones

ASTM C 123

Partículas suaves Afectan a la durabilidad

Terrones de arcilla y partículas deleznables

Afectan a la trabajabilidady a la durabilidad, pueden provocar erupciones

ASTM C 142

Horsteno de densidadrelativa inferior a 2.40

Afecta a la durabilidad,puede provocar erupciones

ASTM C 123ASTM C 295

127

Agregados reactivos con los álcalis

Expansión anormal, agrietamientos en forma de mapa, erupciones

ASTM C 227ASTM C 289ASTM C 295ASTM C 342ASTM C 586

4.19. CONDICIONES DE HUMEDAD DE LOS AGREGADOS :

IMAGEN N ° 16

4.20. REQUISITOS DE GRANULOMETRIS PARA LOS AGREGADOS GRUESOS : ASTM C33

Nú me ro

Tamaño nomin al (mallas con abertur as cuadra das)

Cantidades menores que pasan cada malla de laboratorio (aberturas

cuadradas), por ciento en

(100 mm)4 pulg

(90 mm)3.5 pulg

(75 mm)

3 pulg

(63 mm)2.5 pulg

(50 mm)

2 pulg

(37.5 mm)1.5 pulg

(25.0 mm)1 pulg

(19.0 mm)¾

pulg

(12.5 mm)½

pulg

(9.5 mm)3/8 pulg

(4.75 mm) No.4

(2.36 mm) No.8

(1.18 mm) No.1

1

90 a37.5 mm

100 90 a100 ---- 25

a60

---- 0 a15 ---- 0 a

5 ---- ---- ---- ---- ----

2

63 a37.5 mm

---- ---- 100 90 a100

35 a70

0 a15 ---- 0 a

5 ---- ---- ---- ---- ----

3

50 a25.0 mm

---- ---- ---- 100 90 a100

35 a70

0 a15

---- 0 a5

---- ---- ---- ----

35

50 a4.75

---- ---- ---- 100 95 a100

---- 35 a70

---- 10 a30

---- 0 a5

---- ----

4

37.5 a19.0 mm

---- ---- ---- ---- 100 90 a100

20 a55

0 a15 ---- 0 a

5 ---- ---- ----

467

37.5 a4.75 mm

---- ---- ---- ---- 100 95 a100

---- 35 a70

---- 10 a30

0 a5

---- ----

128

5

25.0 a12.5 mm

---- ---- ---- ---- ---- 100 90 a100

20 a55

0 a10

0 a5

---- ---- ----

56

25.0 a9.5 mm

---- ---- ---- ---- ---- 100 90 a100

40 a85

10 a40

0 a15

0 a5

---- ----

57

25.0 a4.75 ---- ---- ---- ---- ---- 100 95

a---- 25

a---- 0 a

100 a

5----

mm

6

19.0 a9.5 mm

---- ---- ---- ---- ---- ---- 100 90 a100

20 a55

0 a15

0 a5 ---- ----

67

19.0 a4.75 mm

---- ---- ---- ---- ---- ---- 100 90 a100

---- 25 a55

0 a10

0 a5

----

7

12.5 a4.75 mm

---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 100 90 a100

40 a70

0 a15

0 a5

----

8

9.5 a2.36 mm

---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 100 85 a100

10 a30

0 a10

0 a5

Tabla N ° 16 4.21. CANTIDAD APROXIMADA DE AGUA DE MEZCLADO PARA

DIFERENTES ASENTAMIENTOS Y TAMAÑOS MAXIMOS D ELOS AGREGADOS.

Revenimiento

Cantidad de agua

(Kg/m3 de concreto para agregados de tamaño

(mm)10 mm

12.5 mm

20 mm

25 mm

40 mm

50 mm

70 mm

150 mm

30 a 50

205 200 185 180 160 155 145 125

80 a 100

225 215 200 195 175 170 160 140

150 a 180

240 230 210 205 185 180 170 ¾

Contenido de aire atrapado

3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 0.2

TABLA N ° 17

129

4.22. RELACION AGUA CEMENTO :La relación agua / cemento de la mezcla (medida al peso) se puede estimar de la siguiente figura tomada del libro Propiedades del Concreto de A. M. Neville, que se detalla a continuación, para una resistencia media de 390 Kg/cm2, medida a los 28 días.

IMAGEN N ° 17

4.23. COMPOSICION QUIMICA DEL ACERO

El acero cumplirá con los siguientes requisitos por lo que respecta a composición química: Fósforo, máx., por ciento:Hogar abierto, oxígeno básico, horno eléctrico,Básico ................................................. 0.05Ácido ................................................. 0.08Ácido bessemer y hogar abierto, oxígeno básico u horno eléctrico refosforizado ....................... 0.12

4.24. VARILLAS DE ACERO EMPLEADAS EN CONCRETO REFORZADO:Las varillas de acero de refuerzo se obtienen por:- Laminación de lingotes fabricados especialmente.- Relaminación de rieles para FFCC.- Relaminación de ejes y ruedas de locomotora o de materiales

de carros de FFCC o algún otro material adecuado.En lo que respecta al acabado de las varillas de acero de refuerzo, se considera como varilla corrugada la que cumple con ciertos requisitos de deformación superficial o resaltos en su superficie, las cuales más adelante se detallarán.Las que no estén de acuerdo con dichos requisitos se considerarán como varillas lisas.

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De acuerdo con su procedencia las varillas de acero para concreto reforzado se clasifican en tres tipos según su calidad: Tipo A, Tipo B y Tipo C, que se describirán a continuación:Las varillas del Tipo A procedentes de tochos o sea trozos de lingotes laminados en desbaste que provienen de vaciados especiales, pueden ser:

- LISAS Estructurales. Intermedias. Duras.

- CORRUGADAS Estructurales. Intermedias. Duras.

- TORCIDAS EN FRÍO Lisas. Corrugadas.Las varillas del Tipo B procedentes de rieles, pueden ser:

- LISAS Duras.

- CORRUGADAS Duras.

Las varillas del Tipo C proceden de ejes de acero y ruedas de acero al carbón, para locomotoras de FFCC, o de materiales de composición uniforme y de carácter sano y apropiado para refuerzo de concreto, tal como flechas, barras y perfiles estructurales, etc., siempre que su calidad sea aceptable:

- LISAS Estructurales. Intermedias.Duras.

- CORRUGADAS Estructurales. Intermedias. Duras.

En lo referente a peso por unidad de longitud y dimensiones que deban tener las varillas lisas y corrugadas, cualquiera que sea su tipo, a continuación aparece una tabla:

Varilla No.

Diámetronominal en pulgada

Área neta en cm2 Peso en kg/m

Nominal Mín. permisible

Nominal Mín. permisible

2 ¼ 0.3 0.2 0.25 0.252 5 0. 0. 0.3 0.33 3 0. 0. 0.5 0.54 ½ 1.2 1.1 1.00 0.94

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5 5 1. 1. 1.5 1.46 ¾ 2.8 2.6 2.25 2.117 7 3. 3. 3.0 2.88 1 5. 4. 4.0 3.79 1 6. 6. 5.0 4.71 1 7. 7 6.2 51 1 9. 9. 7.5 7.11 1 11. 10. 9.0 8.4

TABLA N ° 18

En lo referente a la corrugación, deberán cumplir los requisitos que aparecen tabulados a continuación; las deformaciones mencionadas tienen por objeto impedir el deslizamiento de las varillas de refuerzo, al estar trabajando por adherencia con el concreto sometido a esfuerzos de tensión.

TABLA N ° 20 Las

corrugaciones deben estar igualmente espaciadas a todo lo largo de la varilla y se colocarán respecto al eje de la varilla de modo tal que formen un ángulo de 45° entre sí. Cuando la corrugación forme un ángulo de 45° a 70° inclusive, las corrugaciones deben cambiar alternativamente de dirección en cada lado de la varilla, o bien de un lado deben tener inclinación contraria a las corrugaciones de la cara opuesta. Si el ángulo entre la corrugación y el eje de la varilla es mayor de 70°, no se necesita ese cambio de dirección.

El espaciamiento promedio a distancia entre corrugaciones en la superficie de la varilla, no deberá exceder de 7/10 del diámetro nominal de la varilla

4.25. CURVA FUERZA DEFRMACION DEL ACERO

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Diámetro nominal en pulgadas

Diámetro nominal en mm.

Separación

Máxima entre las corrugaciones en mm.

Altura mínima de las corrugaciones en mm.

Perímetro nominal en mm.

Ancho de una costilla en

mm.⊕

5 7. 5 0 25 33 9. 6 0 29.92 3½ 12.70 8. 0 39.90 5.5 15.87 11 0 49.86 6¾ 19.05 13. 1 59.84 7.7 22.22 15 1 69.82 81 25.40 17 1 79.81 10

1 28.57 20. 1 89.77 11.1 31.75 22. 1 99.74 12.1 34.92 24. 1 109.72 13.1 38.10 26. 1 119.69 15.

La curva tiene una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial.Se tiene entonces que en la zona elástica se cumple:

F = K (L - Lo)

F: fuerza, K: cte del resorte, L: longitud bajo carga, Lo: longitud inicial

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia, desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. Deja de ser válida nuestra fórmula F = K (L - Lo) y se define que ha comenzado la zona elástica del ensayo de tracción. El valor límite entre la zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia (yield point) y la fuerza que lo produjo la designamos como:

F = Fyp (yield point)

Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar a un máximo en F = Fmáx entre F = Fyp y F = Fmáx la probeta se alarga en forma permanente y repartida, a lo largo de toda su longitud. En F = Fmáx la probeta muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se forma un cuello.La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura.

IMAGEN N ° 18 Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la probeta, se dividen las cargas por la sección transversal inicial Ao, obteniéndose:

- Resistencia a la fluencia:

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σ yp = Fyp/Ao

- Resistencia a la tensión:- σult = Fmáx/Ao

Unidades: Kg/cm2 ó Mpa ó Ksi

Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento final Lf y el diámetro final Df, que nos dará el área final Af. Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material, que es la capacidad para fluir, es decir, la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La fragilidad se define como la negación de la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil. La Figura permite visualizar estos dos conceptos gráficamente.

IMAGEN N ° 19

El área bajo la curva fuerza - desplazamiento (F versus ∆L) representa la energía disipada durante el ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó a resistir. A mayor energía, el material es más tenaz. A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza - Desplazamiento, se puede obtener la curva Esfuerzo - Deformación − . El esfuerzo , El esfuerzo , que tiene unidades de fuerza por área, ha sido definido anteriormente, la deformación unidimensional:

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IMAGEN N ° 20

Los diagramas esfuerzo-deformación de diversos materiales varían ampliamente y diferentes ensayos de tensión con el mismo material pueden producir resultados diferentes de acuerdo con la temperatura de la probeta y la velocidad de carga. Sin embargo, es posible distinguir algunas características comunes a los diagramas de varios grupos de materiales y dividirlos en dos amplias categorías: materiales dúctiles y materiales frágiles, conceptos definidos anteriormente.Durante el ensayo de tensión, si se descarga la probeta, luego de alcanzar la zona plástica, pero antes de producirse la ruptura, la curva C − D cambia de forma. La longitud de la probeta tiende a recuperarse, pero no alcanza la longitud inicial, quedando con una longitud mayor, que se denomina deformación permanente. A nivel gráfico, la curva se devuelve con la pendiente de la zona elástica.

IMAGEN N ° 21

Finalmente, si la curva C − D del material no presenta claramente dónde termina la zona elástica y comienza la zona plástica, se define como punto de fluencia al correspondiente a una deformación permanente del 0,2%.

4.26. COMPORTAMIENTO BAJO CARGA Comportamiento antes de la carga de agrietamiento Durante los primeros incrementos de carga, aparecen grietas de flexión más o menos verticales en las zonas de momento puro o máximo según el

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espécimen. Las flechas y las deformaciones en las varillas son proporcionales a la carga. Al ir incrementando la carga van apareciendo grietas en el claro donde hay cortante, aumentando en inclinación a medida que éstas se van originando hacia los apoyos que generalmente no son continuación de las grietas que se originaron por flexi6n. Los siguientes incrementos de carga hacen que las grietas por flexi6n aumenten un poco más y las debidas a cortante igualmente, notándose mayores deflexiones y deformaciones en el acero. A medida que la grieta aumenta en longitud aumenta también en abertura. Los posteriores incrementos de carga producen efectos muy variados en cada viga y son particulares dependiendo del tipo de falla al que está previsto el diseño. - Falla por flexión. Esta ocurre después de aparecer grietas por

tensión diagonal en un lado y luego en el otro permaneciendo prácticamente sin crecer. Continúan apareciendo grietas por flexión principalmente donde el momento es máximo. Las deflexiones aumentan considerablemente al igual que las deformaciones en el acero; esto indica que está fluyendo y prácticamente la carga permanece constante. Se sigue aplicando carga aun cuando esta no aumente y las grietas se hacen bastante amplias y luego viene la falla por aplastamiento del concreto con una deflexión bastante considerable.

- Falla por compresión. En las primeras etapas de carga se comporta de una manera similar a la anterior, sólo que en este caso las grietas por tensión o flexión no son de la misma longitud, debido a que tiene una cuantía mayor que la balanceada; este tipo de especímenes tienen mayor capacidad a flexi6n lo cual hace que el cortante sea bastante mayor y las grietas por flexi6n son más pequeñas en cuanto a abertura y longitud. A medida que se va incrementando la carga llega un punto en el cual, aun cuando se siga aplicando carga, ésta no aumenta, notándose un rápido descenso en el manómetro y la falla por aplastamiento viene de súbito y sin previo aviso. Esto sucede en segundos formándose un cono de falla en la parte central del espécimen.

- Falla por tensión diagonal. Esta falla ocurre al instante en que aparece la grieta inclinada en uno de los dos extremos; viene la falla súbita y se pierde toda capacidad de carga. El proceso de formación de grietas es similar, lo que se diferencia principalmente es que las grietas por flexi6n se estabilizan y las debidas a cortante se siguen presentando aumentando en longitud, abertura e inclinación cuanto más cerca se encuentren de los apoyos hasta aproximadamente tener 45°

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- Falla de compresión por cortante. La falla ocurre a una carga mayor debida a cortante, siendo mayor que la que origino la primera grieta inclinada importante. Después de la carga de agrietamiento palpable y al aumentar la carga, como en el caso anterior, las grietas se ensanchan y se alargan . La grieta inclinada se prolonga hasta la zona de compresión del claro donde hay cortante y puede continuar aún bajo la placa de carga o hasta antes de ésta. La falla final es la destrucción de la zona de comprensi6n arriba de las grietas debidas a tensión diagonal.

- Falla por adherencia. Al empezar a aplicar la carga se van originando grietas en el apoyo donde hay momento negativo debido a la acción del volado que son una combinación de flexi6n y cortante que se unen en la parte superior con una grieta longitudinal formada a todo lo largo del acero que se encuentra colocado en dicha zona. Cuando aparece la primera grieta de consideración longitudinal se pierde la capacidad, aunque la recupere en parte, mediante la aplicación de más carga, perdiéndose después completamente. No se vuelve a llegar al primer máximo.

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