La resistencia al fuego y las propiedades térmicas del concreto – conductividad, difusibilidad y coeficiente
térmico de expansión – dependen hasta un cierto punto de los constituyentes minerales de los agregados empleados.
Los agregados ligeros manufacturados y algunos de los naturales son más resistentes al fuego que los agregados de peso normal debido a sus propiedades aislantes y su estabilidad en temperaturas elevadas. Los concretos que contienen agregado grueso calcáreo tienen un comportamiento mejor, bajo la exposición al fuego, que los concretos que contienen cuarzo o agregados silíceos, tales como los granitos y cuarcita. Aaproximadamente 590°C (1060°F), el cuarzo expande 0.85%, causando una expansión perjudicial (ACI 216 y ACI 221). El coeficiente térmico de expansión de los agregados varía de 0.55 x 10-6 por °C a 5 x 10-6 por °C (1 x 10-6 por °F a 9 x 10-6 por °F). Para más información sobre cambios de volumen inducidos por la temperatura.
domingo, 15 de enero de 2012
Resistencia del CONCRETO al Fuego y Propiedades Térmicas
Resistencia del CONCRETO a Ácidos y Otras Sustancias Corrosivas
El concreto de cemento portland es durable en la mayoría de los ambientes naturales, pero, sin embargo, el concreto se puede exponer ocasionalmente a sustancias que lo atacarán.
La mayoría de las soluciones ácidas se desintegran lenta o rápidamente en concreto de cemento portland,
dependiendo del tipo y la concentración del ácido. Ciertos ácidos, tales como el ácido oxálico, son inofensivos.
Las soluciones débiles de algunos ácidos tienen efectos insignificantes. Apesar de que normalmente los ácidos atacan y lixivian los compuestos de calcio de la pasta de cemento, pueden no atacar fácilmente ciertos agregados, como los agregados silíceos. Los agregados calcáreos frecuentemente reaccionan rápidamente con los ácidos. Sin embargo, el efecto de sacrificio del agregado calcáreo es normalmente benéfico comparándose con el agregado silíceo en un ambiente de exposición a ácidos suaves o en áreas donde no haya agua fluyendo. Con los agregados calcáreos, el ácido ataca uniformemente toda la superficie expuesta del concreto, reduciendo la tasa de ataque de la pasta y previniendo la pérdida de las partículas de agregados en la superficie. Los agregados calcáreos también tienden a neutralizar al ácido, especialmente en sitios estancados. Los ácidos también pueden decolorar el concreto. Se deben evitar los agregados silíceos cuando soluciones fuertes de hidróxido de sodio estén presentes,pues estas soluciones atacan este tipo de agregado.
La lluvia ácida (frecuentemente con pH de 4 a 4.5) puede marcar levemente la superficie del concreto, normalmente sin afectar el desempeño de las estructuras de concreto expuestas. La lluvia extremamente ácida o condiciones con agua muy ácida pueden justificar diseños o precauciones especiales para el concreto, especialmente en áreas sumergidas. El abastecimiento continuo de ácido con pH de menos de 4, como ocurre en tuberías, se considera altamente agresivo y suficiente para quemar el concreto (Scanlon 1987). El concreto continuadamente expuesto a líquidos con pH menor que 3 se debe proteger de manera similar al concreto expuesto a soluciones ácidas diluidas (ACI 515.1R).
Las aguas naturales normalmente tienen un pH mayor que 7 y raramente menor que 6. Las aguas con pH mayor que 6.5 pueden ser agresivas si contienen bicarbonatos. Las soluciones de ácido carbónico con concentraciones entre 0.9 y 3 partes por millón se consideran destructivas al concreto (ACI 515.1R y Kerkhoff 2001).
Una relación agua-cemento baja, baja permeabilidad y un contenido de cemento de bajo a moderado pueden aumentar la resistencia a ácidos o la resistencia a corrosión del concreto. Una baja permeabilidad que resulte de una baja relación agua-cemento o el uso de humo de sílice u otras puzolanas, ayudan a evitar la penetración del agente corrosivo en el concreto. El contenido de cemento de bajo a moderado resulta en menos pasta susceptible al ataque. El
uso de agregados calcáreos de sacrificio se debe considerar donde sea necesario.
Ciertos ácidos, gases, sales y otras sustancias que no se mencionaron aquí también pueden desintegrar el concreto.
Se debe evitar el contacto del concreto con ácidos y otros productos químicos que atacan severamente el concreto a través de recubrimientos protectivos (Kerkhoff 2001).
Resistencia y Contracción del CONCRETO.
La resistencia del agregado raramente se ensaya y, generalmente, no influye en la resistencia del concreto convencional tanto cuanto la resistencia de la pasta y de laadherencia pasta-agregado. Sin embargo, la resistencia delagregado se vuelve importante en el concreto de alta resistencia. Los niveles de esfuerzos (tensiones) en el agregado son, frecuentemente, mucho mayores que la tensión promedia en toda la sección del concreto. Las resistencias a tensión (tracción) de los agregados varían de 20 a 150kg/cm2 o de 2 a 15 MPa (300 a 2300 lb/pulg2) y la resistencia a compresión varía de 660 a 2750 kg/cm2 o de 65 a 270 MPa (10,000 a 40,000 lb/pulg2). La resistencia se puede medir de acuerdo con la ASTM C 170.
Los diferentes tipos de agregados tienen compresibilidad, módulo de elasticidad, propiedades de contrac-
ción relacionada con humedad diferentes que pueden afectar las mismas propiedades del concreto. Los agregados con absorción elevada pueden tener alta contracción por secado. Los agregados de cuarzo y feldespato, además de calizas, dolomitas y granitos, se consideran como agregados de baja retracción, mientras que los agregados con arenisca, pizarra, hornblenda y grauvaca frecuentemente están asociados con una alta contracción del concreto (Fig. 5-17).
viernes, 6 de enero de 2012
Abrasión y Resistencia al Derrapamiento del Agregado.
La resistencia a la abrasión (desgaste) de un agregado frecuentemente se usa como un índice general de su calidad. La resistencia a la abrasión es esencial cuando el agregado se usará en un concreto sujeto al desgaste, como en los pisos para servicio pesado o pavimentos. La baja resistencia al desgaste de un agregado puede aumentar la cantidad de finos en el concreto durante el mezclado y, consecuentemente, puede haber un aumento en la demanda de agua, requiriéndose ajustes de la relación
agua-cemento.
El ensayo más común de resistencia a la abrasión es el ensayo de abrasión Los Angeles (método del tambor giratorio) realizado de acuerdo con la ASTM C 131 (AASHTO T 96), COVENIN 0266-77, IRAM 1532, NCh1369.Of1978, NMX-C-196, NTP400.019, UNIT-NM 51 o ASTM C 535, COVENIN 0267-78, IRAM 1532, NCh1369, NMX-C-196, NTP400.020, UNIT-NM 51. En este ensayo, una cantidad especificada de agregado se coloca en un tambor de acero que contiene pelotas de acero, se gira el tambor y se mide el porcentaje de material desgastado. Las especificaciones normalmente establecen un límite máximo de pérdida de masa. Sin embargo, una comparación de los resultados de los ensayos de abrasión con la resistencia a abrasión de un concreto producido con el mismo agregado, generalmente no muestra una clara relación. La pérdida de masa resultante del impacto en el tambor, frecuentemente, es comparable con aquélla por abrasión. La resistencia al desgaste del concreto se determina más precisamente por laabrasión del propio concreto (véase el Capítulo 1).
Para fornecer una buena resistencia al derrapamiento (resbalón) en los pavimentos, el contenido de partículas silíceas del agregado fino debe ser, por lo menos, 25%. Para propósitos de especificación, el contenido de partículas silíceas se considera igual al residuo insoluble, después del tratamiento en ácido clorhídrico bajo condiciones normalizadas (ASTM D 3042). Algunas arenas manufacturadasproducen superficies deslizadizas de pavimentos y se las debe investigar para aceptación antes de su uso.
Agregado con Granulometría Discontinua.
En los agregados con granulometría discontinua, ciertos tamaños de partículas se omiten intencionalmente. Para el concreto colado en obra, los agregados discontinuos típicos consisten en un solo tamaño de agregado grueso con todas las partículas de agregado fino capaces de pasar a través de los vacíos en el agregado grueso compactado. Las mezclas discontinuas se usan en el concreto arquitectónico (a la
vista) para obtener texturas uniformes en concretos con agregados expuestos. También se los pueden usar en concretos estructurales normales, debido a posibles mejorías en algunas propiedades del concreto y por permitir el uso de las granulometrías de agregados locales (Houston 1962 y Litvin y Pfeifer 1965).
En un agregado con tamaño máximo de 19 mm (3⁄4 pulg.), las partículas de 4.75 mm a 9.5 mm (No. 4 a
3⁄8 pulg.) se pueden omitir, sin que el concreto se vuelva excesivamente áspero o propenso a segregarse.
En el caso del agregado con 37.5 mm (11⁄2 pulg.), normalmente se omiten los tamaños 4.75 a 19 mm (No.4 a 3⁄4 pulg.).
Se debe tener cuidado al elegirse el porcentaje de agregado fino en la mezcla discontinua. Una elección incorrecta puede resultar en un concreto que esté propenso a segregarse o a formar agujeros, debido al exceso de agregado grueso. Además, un concreto con exceso de agregado fino puede tener una alta demanda de agua, resultando en un concreto con baja densidad. El agregado fino ocupa,
normalmente, del 25% al 35% del volumen total de agregados. El porcentaje más bajo se usa con agregados redondeados y el más elevado con los agregados triturados. Para que se obtenga un acabado liso al retirarse el concreto de la cimbra, se puede usar un porcentaje de agregado fino con relación al agregado total un poco más elevado del aquél utilizado en el concreto con agregado
expuesto, pero ambos utilizan una cantidad menor de agre- gados finos que los concretos con granulometría continua.
La cantidad de agregado fino también depende del contenido de cemento, del tipo de agregado y de la trabajabilidad.
Normalmente se requiere la inclusión de aire para la mejoría de la trabajabilidad, pues los concretos de bajo
revenimiento (asentamiento) y con granulometría discontinua usan bajos porcentajes de agregado fino y producen mezclas ásperas si no hay inclusión de aire.
Se debe prevenir la segregación de las mezclas con agregado discontinuo, restringiéndose el revenimiento al
menor valor consistente con una buena consolidación. Esto puede variar de cero a 75 mm (hasta 3 pulg.), dependiendo del espesor de la sección, de la cantidad de refuerzo y la altura de colocación. También se hace necesario un control más restricto de la granulometría y del contenido de agua, pues las variaciones pueden causar segregación. Si se requiere una mezcla áspera, los agregados discontinuos pueden producir resistencias superiores a de los concretos con agregados normales que tengan contenidos de cemento comparables. Debido a sus bajos volúmenes de agregado fino y relación agua-cemento, las mezclas de granulometría discontinua se pueden considerar no trabajables en algunos tipos de obras. Sin embargo, estos concretos, si son proporcionados adecuadamente, se consolidan fácilmente a través de vibración.
Granulometría Combinada del Agregado.
Algunas veces, se analiza el agregado con el uso de la granulometría combinada de los agregados fino y grueso, de la misma manera como se presentarán en el concreto. Esto provee un análisis más minucioso de cómo los agregados actuarán en el concreto. Algunas veces, hay una carencia en el abastecimiento de agregados de tamaños medianos, aproximadamente 9.5 mm (3⁄8 pulg.), resultando en alta
contracción, alta demanda de agua, baja trabajabilidad, baja bombeabilidad y dificultad de colocación. La resistencia y la durabilidad también se pueden afectar.
La Figura 5-10 ilustra una granulometría ideal. Sin embargo, la granulometría ideal no existe en el campo –
pero podemos acercarnos de ella. Se debe considerar el uso de agregados alternativos, combinación de agregados o tamizados especiales de agregados existentes si se desarrollen problemas debido a la granulometría pobre.
Consulte Shilstone (1990) para opciones para obtenerse la granulometría óptima del agregado.
La granulometría combinada se puede usar para mejor controlar la trabajabilidad, la bombeabilidad, la retracción, además de otras propiedades del concreto. Abrams (1918) y Shilstone (1990) demostraron los beneficios del análisis del agregado combinado:
•Para un contenido constante de cemento y una consistencia constante, existe una combinación óptima de
agregados que producirá la relación agua-cemento más eficiente y la mayor resistencia.
•La mezcla óptima tiene la menor interferencia de las partículas y responde mejor a los vibradores de alta
frecuencia y alta amplitud.
Sin embargo, la mezcla óptima no se puede utilizar en todas las obras debido a la variación de las necesidades de colocación y acabado, bien como de su disponibilidad. Crouch (2000) encontró, en su estudio de concretos con aire incluido, que la relación agua-cemento podría reducirse más del 8% con el uso de la granulometría combinada. Shilstone (1990) también analiza la gradación del agregado, a través de factores de aspereza y trabajabilidad, para mejorar la granulometría del agregado.
Granulometría del Agregado Grueso.
Los requisitos de granulometría del agregado grueso de las normas ASTM C 33 (AASHTO M 80), COVENIN 277, IRAM 1531, NCh163, NMX-C-111, NTC 174, NTP400.037 y UNIT 102.permiten límites amplios en la granulometría y una gran variedad de tamaños granulométricos (véanse Tablas 5-5 y 5-6).
La granulometría del agregado grueso con un determinado tamaño máximo puede variar moderadamente dentro de un rango, sin que afecte apreciablemente las demandas de cemento y agua de la mezcla, si las proporciones del agregado fino, con relación a la cantidad total de agregados, producen un concreto con buena trabajabilidad. Las proporciones de la mezcla se deben cambiar para producir un concreto trabajable si ocurrieran grandesvariaciones en la granulometría del agregado grueso.
Como estas variaciones son difíciles de predecir, frecuentemente es más económico mantener la uniformidad de la producción y el manejo del agregado grueso, para que se reduzcan las variaciones de la granulometría.
El tamaño máximo del agregado grueso influye en la economía del concreto. Normalmente, se requiere más
agua y cemento en concretos con agregados gruesos de tamaño máximo menor si comparado con agregados de tamaño máximo mayor, debido al aumento del área superficial total del agregado. El agua y cemento necesarios para que se obtenga un revenimiento (asentamiento) de 75 mm (3 pulg.), con el uso de una gran variedad de tamaños de agregados gruesos, se presentan en la Figura 5-9. La Figura
5-9 enseña que, para una cierta relación agua-cemento, la demanda de cemento disminuye a medida que el tamaño máximo del agregado aumenta. El costo elevado para la obtención y manejo de agregados mayores que 50 mm (2pulg.) puede compensar el ahorro por la utilización de menos cantidad de cemento. Además, agregados de tamaños diferentes pueden producir concretos con resistencias ligeramente diferentes, para una misma relación agua-cemento. Por ejemplo, con una misma relación agua-cemento, el concreto con un agregado de tamaño máximo menor podría tener una resistencia a compresión mayor. Esto se verifica principalmente en los concretos de alta resistencia. El tamaño máximo óptimo del agregado grueso para resistencias más elevadas depende de factores, tales como resistencia relativa de la pasta de cemento, adherencia entre cemento y agregado y resistencia de las partículas de agregado.
La terminología que se usa para especificar el tamaño del agregado se debe elegir cuidadosamente. El tamaño de la partícula se determina por el tamaño de la abertura del tamiz y se aplica al agregado que pasa a través de éste y que se queda retenido en el tamiz inmediatamente menor.
Cuando se habla de una clasificación de tamaños de partículas, se usa en algunos países (Colombia, EE.UU., Perú y Venezuela) el número de tamaño (o tamaño granulométrico), mientras que en otros países (Argentina, Chile, México) se refiere a una clasificación a través del tamaño máximo nominal. El número del tamaño se aplica a una cantidad colectiva de agregado que pasa a través de un conjunto de tamices. Como se puede observar en las Tablas 5-5 y 5-6, la cantidad de agregado que pasa a través del
respectivo tamiz se representa en porcentaje y se llama de análisis granulométrico.
Algunas veces, hay una confusión entre el significado del tamaño máximo del agregado. La ASTM C 125, Nch 163, NTC 385, NTE 0694:83, NTP400.037, UNIT-NM 2 y el ACI 116 definen este término como el menor tamiz por el cual toda la muestra de agregado grueso debe pasar. El tamaño máximo nominal se define por la ASTM C 125 y por el ACI 116 como el menor tamiz por el cual la mayor parte de la muestra de agregado grueso debe pasar. El tamiz del tamaño máximo nominal puede retener del 5% a 15% de la masa, dependiendo del número de tamaño. Por ejemplo, un agregado con número de tamaño 67 tiene un tamaño máximo de 25 mm (1 pulg.) y un tamaño máximo nominal de 19 mm (3⁄4 pulg.), 91% de este agregado debe pasar por el tamiz de 19 mm (3⁄4 pulg.) y todas las partículas deben pasar el tamiz de 25 mm (1 pulg.). La NTP 400.037 define el tamaño máximo nominal del agregado como el menor tamiz que produce el primer retenido, pero no especifica el límite del porcentaje retenido, mientras que la Nch 163 define el tamaño máximo nominal (Dn) como la abertura del tamiz inmediatamente inferior al tamaño máximo absoluto (equivalente al que se llama de tamaño máximo en las normas de los otros países citados aquí) cuando por este tamiz pase 90% o más de la muestra
Cuando menos del 90% pasa por este tamiz, se considera como Dn el propio tamaño máximo absoluto.
El tamaño máximo de agregado que se puede utilizar depende del tamaño y de la forma del miembro de concreto y de la cantidad y distribución del acero de refuerzo (armadura). Normalmente, el tamaño máximo del agregado no puede exceder:
1.un quinto de la dimensión más pequeña del miembro de concreto.
2.Tres cuartos del espacio libre entre las barras de acero del refuerzo y entre las varillas de refuerzo y las
cimbras (encofrados).
3.Un tercio de la profundidad de las losas.
Se puede renunciar a estos requisitos si, en la opinión del ingeniero, la mezcla poseyera una trabajabilidad suficiente para que el concreto se coloque adecuadamente sin la formación de agujeros y vacíos.
* Los tamaños nominales pueden variar ligeramente de un país al otro. Por ejemplo, en Argentina, los tamaños nominales especificados en
mm, mientras que en Chile, la Nch 163, trae los siguientes grados: 63-40 mm, 50-25 mm, 40-20 mm, 40-5 mm, 25-5 mm, 50-5 mm, 12.5-5 mm,
1 La Nch 163 especifica del 90% a 100%.
los límites de la IRAM 1531 son 53.0 a 4.75 mm, 37.5 a 4.75 mm, 26.5 a 4.75 mm, 19.0 a 4.75 mm, 13.2 a 4.75 mm, 53.0 a 26.5 mm y 37.5 a 19.0
10-2.5 mm. La norma mexicana se diferencia, en este aspecto, de la norma chilena solamente en el tamaño 64 a 40 mm.
