INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

Pavimentos y terracerías

UNIDAD III

DISEÑO DE CONCRETOS DE NUEVA GENERACION

DISEÑO DE CONCRETOS DE NUEVA GENERACIONCONCRETOS DE NUEVA GENERACION 1

1 http://documents.mx/documents/concretos-de-nueva-generacion-resumen.html

Productos con una mayor resistencia, menor peso volumétrico, costo accesible y sin equipo especializado para su elaboración. La cuestión estética también ha sido revolucionada. Se ha logrado obtener una serie de concretos que, más allá de sus características mecánicas, ha destacado gracias a su apariencia.

TIPOS:

El Concreto translúcidoResultado de un arreglo tridimensional de fibras ópticas, con diámetros que van de dos micrones a dos milímetros, las cuales se ordenan en capas o celdas que corren paralelo a sí entre las dos superficies principales de cada bloque. La proporción de las fibras es muy pequeña (4 %) comparado con el volumen total de los bloques. Estas fibras se mezclan en el concreto debido a su tamaño insignificante, y se hacen un componente estructural. Puede alcanzar una resistencia de hasta 4500 kg/cm2. Tiene un peso volumétrico máximo de 2100 kg/m3. La desventaja de este concreto reside en su fabricación, ya que solo se produce en bloques y no puede usarse en grandes obras, además de que su fabricación requiere materiales especiales.

Concreto translucido gris

Más resistentes que cualquiera de los concretos que actualmente se comercializan.

Puede alcanzar una resistencia de 2500 kg/cm2.

Tiene un peso volumétrico máximo de 1950 kg/m3.

Mejora de Aditivos

Resultado del carboxilato que aporta grandes parámetros de rendimiento en lo que respecta a una elevada fluidez, tiempo de trabajabilidad prolongado, valor de la relación agua/cemento reducido, elevados valores de resistencia y durabilidad en el concreto endurecido.

Los aditivos que modifican la viscosidad reducen el porcentaje de finos (tamaño<0,125 mm), pasando de una media de 550 kg/m3 en el HAC convencional, a un valor no superior a 380 kg/m3, haciendo posible de este modo una mejora de la reología a unos costos competitivos. Son los novedosos polímeros iónicos, con un elevado peso molecular, que interactúan entre si y que en una reacción con moléculas de agua, forman una capa de hidratación creando una pasta de cemento con una estructura compleja.

Ductal 2

Concreto armado con fibras metálicas resistente a todo tipo de agresiones de origen externo, como la abrasión, la polución, los rasguños. Tiene una resistencia entre seis a ocho veces superior

2 http://www.imcyc.com/revistacyt/feb11/mejor.htm

a la del concreto convencional, extremadamente flexible, de ahí su nombre. Fue el puente Seonyu en Corea del Sur -que une la capital coreana con la isla de Seonyu- la primera obra mundial construida con Ductal.

El concreto autolimpiable

Desarrollada por Italcementi, una empresa italiana de talla internacional, , con la ayuda de un semiconductor, provoca un efecto autolimpiante, desarrollando con esto la capacidad de rebajar el impacto de la contaminación en el entorno de las construcciones donde éste es empleado. Emplea la energía de la luz como catalizador para iniciar una reacción química similar a la fotosíntesis de las plantas, denominado fotocatálisis. Este proceso logra desaparecer la suciedad orgánica adherida a las paredes. Cabe decir que la fotocatálisis ayuda a descomponer las sustancias contaminantes presentes en la atmósfera en el entorno del edificio, rebajando la contaminación entre un 20% y un 75% en función de la intensidad de la luz.

Control de Calidad 3

El control interno de calidad, es el control ejercido por el productor con el fin de obtener un concreto uniforme que cumpla con las normas establecidas y con cualquier requisito adicional especificado que haya sido acordado con el comprador.

La esencia del control de calidad es la utilización de los resultados de pruebas realizadas a las materias primas, la planta, el concreto fresco y el concreto endurecido, con el objeto de mantener y regular la calidad de la producción de acuerdo con los requisitos especificados.

Muestreo y pruebas al azar, para determinar en forma continua la resistencia en cilindros de prueba.

Análisis sistemático de los resultados de los cilindros de prueba para evaluar la calidad continuamente.

Revisión de las proporciones reveladas por el análisis para mantener la calidad al nivel requerido.

El principal propósito del control de calidad es asegurar que la resistencia especificada sea alcanzada. Con este fin, los componentes del cemento y finura del mismo deben elegirse de tal manera que la resistencia promedio exceda la resistencia especificada por un margen apropiado.

SOLICITE LOS RESULTADOS DE SU CONCRETO A NUESTROS LABORATORIOS

Con la verificación de la operación y equipo, la certificación de instalaciones y los sistemas de control de calidad, el productor puede más fácilmente asegurar el cumplimiento de las especificaciones de la operación para satisfacción de "nuestro máximo inspector: el cliente".

3 https://www.cemexmexico.com/se/pdf/especificaciones.pdf

CERTIFICACIÓN

Las actuales implementaciones de los programas de Aseguramiento de Calidad en todas las industrias obligan a la certificación de las operaciones, el personal, los productos, el diseño, los servicios, etc. Las industrias del Cemento, del Concreto ProfesionalMR y otras afines han sido las primeras en desarrollar y aplicar normas en la industria de la construcción en nuestro país y el extranjero. Sin embargo, los Concretos de Alto Comportamiento que componen nuestros Nuevos Productos exigen un control de calidad más estricto y riguroso, por lo que estas certificaciones se vuelven indispensables.

MÉTODOS DE PRUEBA

Las propiedades de estos nuevos productos han provocado el desarrollo de nuevos métodos de prueba para poder evaluarlos. Como consecuencia, muchas de las normas vigentes para los métodos de prueba también han sufrido modificaciones. La magnitud de los cambios que han traído los nuevos productos a la tecnología del concreto hace vital que en nuestro país se implante un sistema de normas permanente que sea continuamente actualizado.

CONCRETOS DE ALTO COMPORTAMIENTO4

Supera las propiedades y la constructibilidad del concreto convencional. Se usan materiales normales y especiales y pueden ser necesarias prácticas especiales de mezclado, colocación (colado) y curado. Normalmente, un gran número de pruebas de desempeño es necesario para demostrar la satisfacción de las necesidades específicas del proyecto. Tiene mayor resistencia que el concreto normal, durabilidad bien alta y baja permeabilidad.

Características:

Alta resistencia Alta resistencia inicial Alto módulo de elasticidad Alta resistencia a abrasión Alta durabilidad y vida útil larga en

ambientes severos

Baja permeabilidad y difusión Resistencia al ataque químico Tenacidad y resistencia al impacto Fácil colocación

Los concretos de alta resistencia se producen con materiales de alta calidad, cuidadosamente seleccionados y con la optimización del diseño de la mezcla. Estos materiales se dosifican, se mezclan, se colocan, se compactan y se curan con los más altos niveles de la industria. Típicamente, estos concretos tienen una relación agua materiales cementantes de 0.20 a 0.45. Se usan normalmente reductores de agua para volverlos fluidos y trabajables.

4 http://civilgeeks.com/2011/09/19/apuntes-de-concreto-de-alto-desempeno/

Aplicaciones en5:

claros más largos, espaciamientos incrementados de las trabes, miembros de poco peralte, durabilidad incrementada, y propiedades mecánicas mejorada

Ejemplos de aplicación

En 1983 se empleó una resistencia de 700 kg / cm2 (69 MPa) para la Plaza Interfirst, en Dallas, debido a que el concreto proporcionaba una rigidez seis veces mayor por dólar que un edificio con marco de acero.

. En el Two Union Square de Seattle se empleó una resistencia a la compresión de 335 kg / cm2 (131 MPa) porque el diseñador quería un módulo de elasticidad de 4.2 × 105 kg / cm2 (41 GPa).Para lograr el módulo, las pruebas mostraron que era necesario tener una resistencia a la compresión del concreto de 1,335 kg / cm2 (131 MPa), mientras que se requerían 980 kg / cm2 (97 MPa) para soportar las cargas estructurales. Consecuentemente, el diseño de la mezcla estuvo regido por el módulo de elasticidad.

Al mismo tiempo, se ha empleado concreto de alta resistencia en algunos puentes tales como el East Huntington a través del río Ohio, y el Puente Annacis a través del río Frazer en Canadá. Ambos puentes con tirantes de cables emplearon concreto de alta resistencia a la compresión de 560 kg / cm2 (55 MPa) para reducir el peso del tablero. En un puente con tirantes de cables, el tablero actúa como un miembro a compresión largo, en el que el concreto de alta resistencia resulta ventajoso.

DISEÑO DE MEZCLAS 6

5 http://www.imcyc.com/revista/1999/marzo/concr.html6 http://blog.360gradosenconcreto.com/diseno-de-mezclas-de-concreto-conceptos-basicos/

Procedimiento empírico basado principalmente en lograr una resistencia a compresión para una edad determinada, así como la manejabilidad apropiada para un tiempo determinado, además se debe diseñar para unas propiedades que el concreto debe cumplir cuando una estructura se coloca en servicio.

DATOS DE LOS MATERIALES

De las propiedades de los materiales que se van a utilizar se debe conocer:

Granulometría

Módulo de finura de la arena

Tamaño máximo de la grava

Densidad aparente de la grava y de la arena

Absorción del agrava y de la arena

Masa unitaria compacta de la grava

Humedad de los agregados inmediatamente antes de hacer las mezclas

Densidad del cemento

PROCESO PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO

1. Estudio de las especificaciones de la obra

2. Definición de la resistencia Compresión/flexión

3. Elección del asentamiento

4. Determinar TM – TMN

5. Estimación cantidad de aire

6. Estimación contenido de agua

7. Definir relación agua/material cementante

8. Contenido de material cementante

9. Verificar las granulometrías de los agregados

10. Estimación de agregado grueso

11. Estimación de agregado fino

12. Ajuste por humedad

13. Ajuste del diseño de mezcla

MANEJABILIDAD

Es importante que el concreto se diseñe con la manejabilidad adecuada para la colocación, esta depende principalmente de las propiedades y características de los agregados y la calidad del cemento. Cuando se necesita mejorar las propiedades de manejabilidad, se puede pensar en incrementar la cantidad de mortero.Una adición de agua en la obra es la peor solución para

mejorar la manejabilidad del concreto, es totalmente contraproducente para la calidad del producto.

RESISTENCIA Y DURABILIDAD DEL CONCRETO

El concreto es diseñado para una resistencia mínima a compresión. Esta especificación de la resistencia puede tener algunas limitaciones cuando se especifica con una máxima relación agua cemento y se condiciona la cantidad de material cementante. Es importante asegurar que los requisitos no sean mutuamente incompatibles. O en algunos casos la relación agua/material cementante se convierte en la característica más importante por tema de durabilidad.

EL concreto deberá cumplir con ciertos requisitos de durabilidad relacionados con congelamiento y deshielo, ataques químicos, o ataques por cloruros, casos en los que la relación agua cemento, el contenido mínimo de cemento y el uso de aditivos se convierten en pieza fundamental para el diseño de una mezcla de concreto.

DOSIFICACIÓN DE UNA MEZCLA DE CONCRETO

Se logra mediante el sistema de prueba y error o el sistema de ajuste y reajuste. Consiste en preparar una mezcla de concreto con unas proporciones iniciales y calculadas por diferentes métodos. A la mezcla de prueba se le realizan los diferentes ensayos de control de calidad como asentamiento, pérdida de manejabilidad, masa unitaria, tiempos de fraguado y resistencia a la compresión.

Estos datos se comparan con la especificación y si llegan a ser diferentes o no cumplen con la expectativa de calidad se reajustan las cantidades, se elabora nuevamente la mezcla que debe cumplir todos los ensayos de control de calidad, si nuevamente no cumple los requisitos exigidos es necesario revisar los materiales, el método del diseño y nuevamente otra mezcla de concreto hasta ajustar los requisitos exigidos por la especificación.

NUEVOS PRODUCTOS7

Aditivo reductor de agua, tipo A: Reducción de agua de 5 a 7 por ciento con tiempos de fraguado normales o retardados. Dosificaciones de 65 a 164 ml/45 kg de cemento.

Aditivo reductor de agua de mediano rango: Reducción de agua del 7 al 9 por ciento con tiempos de fraguado normales o retardados. Dosificaciones de 164 a 295 ml/45 kg) de cemento.

Aditivo reductor de agua de alto rango, tipo F o G: Reducción de agua del 10 al 30 por ciento con tiempos de fraguado normales y retardados. Las dosificaciones son de 196 a 656 ml/45 kg de cemento.

Otros Aditivos se pueden ver en la siguiente tabla8:7 http://www.imcyc.com/revista/1999/julio/desem1.htm8 http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/5824/Capitulo3.pdf

ANALISIS DE INSUMOS PARA CAC

Costo de los materiales, equipo y mano de obra. La variación en el costo de los materiales se debe a que el precio del cemento por kilo es mayor que el de los agregados y de allí, que la proporción de estos últimos minimice la cantidad de cemento sin sacrificar la resistencia y demás propiedades del concreto. La diferencia en costo entre los agregados generalmente es secundaria; sin embargo, en algunas localidades o con algún tipo de agregado especial pueden ser suficientes para que influya en la selección y dosificación. El costo del agua usualmente no tiene ninguna influencia, mientras que el de los aditivos puede ser importante por su efecto potencial en la dosificación del cemento y los agregados.

El costo de la mano de obra depende de la trabajabilidad de la mezcla y de los métodos de colocación y compactación. Una mezcla poco trabajable con un equipo de compactación deficiente aumenta los costos de mano de obra

También la economía de un diseño de mezcla se debe contemplar el grado de control de calidad que se espera en la obra. El concreto tiene una variabilidad tanto la calidad de los materiales, la

producción y las acciones que se ejecutan en la obra. En obras pequeñas “sobre diseñar” el concreto puede resultar económico entre comillas pero en una obra muy grande de altos volúmenes de concreto se debe implementar un extenso control de calidad con el propósito de mejoran los costó y la eficiencia.

Normatividad9

Todas las variedades de cemento producidas en el país, como también todas aquellas que ingresen por importación desde el extranjero deben cumplir con las especificaciones de las normas en vigencia.

La Dirección General de Normas y Sistemas de Calidad (DIGENOR) realiza periódicamente una evaluación de la conformidad de los productos que define y regula los parámetros de calidad del cemento que se produce y comercializa. En este sentido emite anualmente una certificación autorizando a la empresa a usar el Sello de Calidad DIGENOR, símbolo que garantiza la conformidad del producto con dicho reglamento.

La evaluación consiste en:

1. Inspecciones a las instalaciones productivas, sin previo aviso.

2. Extracción de muestras al azar en la fábrica durante la producción, en los depósitos y en los almacenes de la empresa, para analizarlas y/o ensayarlas en los laboratorios del fabricante o designados por la DIGENOR.

3. Verificación de los registros de Control de Calidad

Además, se debe entregar copia de:

• Certificados de calibración del último año.

• Resultados de análisis internos.

• Resultados de análisis externos (realizados por laboratorios calificados).

• Registros de capacitación.

• Registros manejo de quejas.

• Registros mantenimiento de equipos

• Copias de certificaciones nacionales e internacionales (si las posee).

DIGENOR considera satisfactoria la evaluación de conformidad cuando:

• El productor demuestra que dispone de los medios de producción y control para asegurar que sus productos están conformes con las especificaciones del RTD 178_2009 y garantizar la constancia de la calidad.

• Los resultados efectuados por los productores y los gestionados por DIGENOR son coherentes.

Es importante señalar que el reglamento es de carácter obligatorio, ya que el cemento se considera un material de seguridad pública, y establece claramente las características químicas y físicas, del cemento en República Dominicana, aplicables equitativamente tanto al cemento

9 http://www.adocem.org/capacitacion-y-publicaciones/boletin-tecnico/1829-control-de-calidad-del-cemento.html

producido localmente como al importado, incluyendo las disposiciones administrativas aplicables que protegen los derechos de los consumidores.