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El Hormigón parte 2 - Monografía



 
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CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO



Al agregar agua al cemento se produce una pasta  ( cemento + agua ), contiene fluídez a medida que se le va aumentando el contenido de agua.

La consistencia normal es un estado de fluídez alcanzado por la pasta del cemento que tiene una propiedad optima de hidratación . Se expresa como un  porcentaje en peso o volumen de agua con relación al peso seco del cemento.

Wagua / Wcemento  = % Consistencia Normal .

Por ejemplo 30% de la consistencia significa que por cada 100gr de cemento hay que agregar el 30% de agua.

El  factores que influye en la consistencia normal del cemento puede ser la finura.

Los que determinan la consistencia son:

La viscosidad en la pasta (cemento).
La  lubricación en los agregados (concreto).

Los valores de la consistencia normal no dependen del tipo del cemento.

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Los valores normales de esta se encuentran entre el 24% y el 32%.

La consistencia Normal no es un parámetro para medir la calidad del cemento pero si para medir el tiempo de fraguado y la resistencia mecánica.


AGUA



Es el elemento que le da el nombre a los tipos de cemento hidratados, por eso se llama cemento hidráulico. En el concreto el agua es el elemento en virtud del cual el cemento experimenta series de reacciones químicas que le dan la propiedad de fraguar y endurecer para producir un sólido único con los agregados.

DIVISION DEL AGUA EN EL CONCRETO



El agua en el concreto se divide en agua de Mezclado y agua de Curado.

AGUA DE MEZCLADO



Corresponde al diseño original de la mezcla, es el volumen de agua por metro cúbico de concreto (M³ Vol )en el diseño de concreto, tiene dos fases:

AGUA DE HIDRATACIÓN :



Es la que reacciona químicamente con el cemento, el que lo hidrata formando lo que se denomina el gel o pasta hidratada.    Recibe el nombre de no evaporable porque a una temperatura de 110°C no se produce evaporación.

- Agua Evaporable :

Es la parte de agua de mezclado que es capaz de ebullir a 110°C . Se divide en tres fases :

- Agua de Absorción :

Es una capa molecular de agua que es atraída por el gel del cemento.

- Agua Capilar :

Es la que ocupa los poros entre los granos del cemento .

Las aguas de absorción y capilares ocupan un 77% dentro de estas aguas.

- Agua Libre :

Es la que realmente evapora , o sea la que se pierde dentro del agua de mezclado en ” Condiciones de Secado “.

AGUA DE CURADO



Es el agua que necesita el concreto para hidratar eficientemente el cemento.

Toda reaccion de hidratación del cemento o pasta se produce por :

- C3A (produce endurecimiento rápido y debe ser controlado por yeso).
- C2 S y C3 S , ayudan para el proceso de fraguado después que se halla producido la hidratación C3 A.

El agua en el concreto debe de ser mínimo del 48%, hay tres factores que influyen en la cantidad de agua en una mezcla, como es la relación A/C , la humedad ambiental y la diferencia de densidades de los materiales constituyentes.

PROPIEDADES:



Las que se usarán para fabricar la mezcla del concreto debe tener por lo menos los siguientes requisítos:

- Sedimentos menos de 2000 partes por millon.
- Carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos, sales de hierro y sal; es inorgánicas son totalmente indeseables ya que se producen bajas resistencia, retardo del fraguado, inclusive corrohen el acero de refuerzo.

TIPOS DE AGUAS :



1)    Aguas Acidas



(PH en 6-8) Rompen el concreto y las aguas básicas retardan el fraguado.

2) Agua con azúcar



Retarda el fraguado y disminuye la resistencia .

3) Aguas básicas :



Retardan el tiempo de fraguado.

4) Agua con aceite



Disminuye la resistencia final hasta un 20%.

5) Aguas Negras o Servidas



Descartadas. A menos que la concentración se menor de 200 partes por millon ( queda a criterio del ingeniero )

6) Aguas de mar


Si se puede utilizar , pero en la actualidad no se utiliza porque corrohen el acero de refuerzo. Mantienen su resistencia y su fraguado, producen manchas.

Todos los parámetros anteriores están normalizados por :
ASTM ( D-511, D-512 , D-516 , D-1129 , etc. ) , estos límites indican el contenido de agua para ser utilizado en una mezcla de concreto.

ADITIVOS


Es un Producto químico que se adiciona al concreto o al mortero antes o durante su mezcla.
El objetivo de utilizar un aditivo es producir una mejoría en la mezcla según sea la necesidad que no se puede obtener mediante el ajuste de la proporción de la mezcla básica, sin producir un efecto adverso en cualquier otra característica del concreto, se empezó a usar mediados siglo XX y se adiciona al agua o a la mezcla siempre en un % al peso del cemento.

CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS :



1) Acelerante :

Rápido fraguado y obtención de resistencia a temprana edad (túneles, puentes).

2) Permeavilizantes :

Se adiciona a la mezcla para disminuir el paso de agua a través de los elementos fabricados (tanques, piscinas, baños).

3) Retardantes :

Se utiliza en las centrales de mezcla para reducir el tiempo de fraguado y permitir el transporte y bombeo.

4) Plastificantes :

Cuando hay necesidad de reducir el agua de mezclado.

5) Incorporadores de aire :

Disminuyen la porosidad en el momento de fraguado y adicionan manejabilidad.


FRAGUADO



Es el Fenómeno por medio del cual la pasta de cemento cambia de plástico a endurecido, es posterior al fenómeno de hidratación.
La importacia es conocer los tiempos de fraguados, los iniciales y los finales. El tiempo de fraguado del cemento y del concreto son los mismo.

TIEMPO DE FRAGUADO:



1) Fraguado Inicial :

Es el transcurrido desde la adición del agua hasta alcanzar el estado de plasticidad y semídureza, durante este tiempo la pasta se deforma fácilmente por la acción de pequeñas cargas. Se mide con el aparato de Vicat. Este significa, el tiempo de que disponemos para fabricar, transportar, vibrar y colocar el concreto en las obras.

2) Fraguado Final :

Va desde el fraguado inicial hasta que la pasta se endurezca y se vuelva indeformable, en este lapso se produce la unión con los agregados en una mezcla de concreto. se desarrolla toda la resistencia mecánica del cemento a los 28 días.

Entre los factores que afectan el fraguado tenemos:

FACTORES QUE AFECTAN EL FRAGUADO :



1) Composición Química :

C3S, C2S, CaSO4, dependiendo de las proporciones de los componentes del cemento.

2) Finura del cemento :

Entre más fino sea el cemento , más rapido va a ser la penetración y el tiempo de fraguado inicial es más rapido.

3) Cantidad de agua de amasado :

Entre más agua haya en una mezcla se va a producir más rapido la pasta del cemento, afecta la resistencia y la consistencia.

4) La temperatura ambiente :

Entre mas baja sea la temperatura el fraguado es mas demorado. A temperaturas bajo 0°C no fragua.

Hay otros factores secundarios como es el tipo de agua.

FALSO FRAGUADO :



Es un fenómeno que produce un endurecimiento rápido y una rígidez prematura y anormal del cemento en los primeros minutos de su hidratación. Las propiedades de la pasta se reestablecen con el tiempo. Se debe a dos factores fundamentales :

- A la falta de adición de yeso suficiente .
- A la baja hidratación del clinker mediante la fabricación.

HIDRATACION :



Es un fenómeno por el cual el cemento absorve el agua necesaria para que se realicen las reacciones químicas que le permiten desarrollar sus propiedades mecánicas, a estas reacciones se les conoce como “Reacciones de Hidratación”.

En presencia de agua , los compuesto del cemento (C2 S , C3 S , C3 A y C4 AF ), se hidratan produciendo la pasta con el paso del tiempo . Se forma una masa y más tarde se endurece.

Tenemos las siguientes reacciones de hidratación:

Exotérmicas : Las que generan calor se les conoce como calo de hidratación ( cantidad de calor generada por una mezcla de agua-cemento bajo unas condiciones de humedad y temperaturas determinadas, la establece la norma ASTM C-168.

CALOR DE HIDRATACION :



Cuando el agua y el cemento reaccionan , se generan un calor de hidratación en los procesos de fraguado y endurecimiento , en la cual puede ocurrir un incremento en la temperatura del concreto produciendose una rapida evaporación en el agua y cambios volumétricos , que llevan a la contracción del material y su eventual agrietamiento.

CANTIDAD APROXIMADA DE CALOR GENERADA EN LOS PRIMEROS SIETE DIAS.



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CALOR DE HIDRATACION DE LOS COMPUESTOS



COMPUESTOS            CALORES QUIMICAS ( CAL/GR)

C2 S                         62
C3 S                        120
C3 A                          207
C4 AF                        100

ESTABILIDAD DE VOLUMEN



Un cemento se considera estable cuando ningún elemento principal experimente expansión perjudicial o destructiva después de el fenómeno de hidratación. Los morteros y concretos normalmente al endurecer contraen su volumen produciendo un fenómeno conocido como Retracción, la cual es muy peligrosa porque puede llegar a producir grietas en el interior y en la superficie de los elementos estructurales ; por lo general ocurre entre los 2 o 3 primeros meses y alcanza a ser 0.015% en vol

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD DEL CEMENTO :



- Composición Química.
- Finura.
- Cantidad  de agua en la mezcla.
- Proporciones elementales de mezcla.
- Condiciones de curado.
- Tiempo transcurrido.

ENSAYO DE EXPANSION DE AUTOCLAVE:



Consiste en fabricar una barra de pasta de cemento. La barra  se introduce en un horno llamado autoclave a una temperatura de 216°C y una presión de 20.8 Kg/cm²;  la diferencia de longitudes antes y después del ensayo determina la expansión del cemento estudiado.

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RESISTENCIA MECANICA:



Es la propiedad más importante del cemento endurecido en cuanto a los requísitos estructurales , la resistencia mécanica debe ser a la tracción , flexión y compresión. Es un requísito que debe cumplir todo cemento, todo se mide a la compresión y mide la calidad del cemento. La resistencia se hace sobre el  mortero = agua + cemento + arena , se hace sobre cubos de 2″x2″x2″, se hace sobre una arena normalizada de Ottawa , la mezcla se utiliza para trabajar en cubos de proporción 1:3 en volumen . A los 28 dias adquiere la resistencia al 100%.

La resistencia mecánica del cemento  es la propiedad más importante para el estudio del cemento desde el punto de vista estructural % Ingenieril, existen dos teorías sobre el desarrollo:

1.) Le Chatelier ( 1882 ):

Se basa que los productos de hidratación tienen solubilidad más baja que los compuestos originales, por lo tanto después del fenómeno de hidratación se forman cristales alargados y entrelazados, que le dan la propiedad de adhesión y cohesión a la pasta.

2.) Michaellis ( 1893 ) :

El agua saturada de cal, ataca a los silicatos, produciendo silicatos hidratados de calcio ( masa gelatinosa ), debido a la pérdida del agua, posteriormente se produce entonces un endurecimiento gradual el cual le da la propiedad de cohesión a la pasta.

- Enlaces  Cohesivos :

Son de dos tipos.

- Físicos :

Denominados fuerzas de Van Der Waal S.

- Químicos:

Que es la atracción iónica.

Desde el punto de vista Ingenieril, existen las siguientes resistencias:

- Tensión :

Que se refiere a la resistencia del alargamiento en cualquier material.

- Flexión :

Es la resistencia a dejarse doblar ó deformar.

- Compresión :

La resistencia a no dejarse comprimir.

La resistencia a la flexión depende de su resistencia a la compresión.

- Prueba Universal :

Se hace para medir la resistencia del cemento en la resistencia a la compresión ( Norma Icontec 220 ). La prueba se le hace a la mezcla Agua+Cemento + Arena normalizada. Se deben preparar cubos de 2″ de arista, con una proporción cemento-arena 1:2.75 en volumen y el  agua: 48.5%  cemento, peso y agua adicionada. Estos cubos se someten a la acción de una carga directa hasta que se produsca la falla.
P falla

R = Resistencia = P falla / A  ( Kg/cm² ).

ADITIVOS


Son sustancias o productos químicos los cuales se adicionan al concreto o al mortero , para modificar o mejorar algunas de sus propiedades originales. A mediado del siglo XX los aditivos se agregan al agua  o  a la mezcla  y siempre con un porcentaje en peso del cemento.

CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS:



Se divide en cinco grandes grupos:

1. ADITIVOS ACELERANTE :



Conducen a un rápido fraguado y a la obtención de resistencia a temprana edad. Se utiliza mucho en las construcciones de tuneles y puentes.


2. ADITIVOS IMPERMEABILIZANTE :



Se adicionan a la mezcla para disminuir el peso del agua atravez de los elementos fabricados. Se utiliza en piscina, baños, para tanques de almacenamientos de aguas y en  cimientos.

3. ADITIVOS RETARDANTES :



Se utilizan en centrales de mezcla , para aumentar el tiempo de fraguado y permitir el transporte y bombeo del concreto .


4. ADITIVOS PLASTIFICANTES:



Se utilizan cuando hay necesidad de reducir el agua de mezclado, hay una mayor manejabilidad en el concreto.

5. ADITIVOS INCORPORADORES DE AIRE :



Disminuyen la porosidad de la mezcla en el momento de fraguado, lo cual traduce una disminución del riesgo de la corrosión y adicionan manejabilidad  a la mezcla.





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