Semana 10

PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO FRESCO

a)         Trabajabilidad

Está definida por la mayor o menor dificultad para el mezclado, transporte, colocación y compactación del concreto.  Su evaluación es relativa, por cuanto depende realmente de las facilidades manuales o mecánicas de que se disponga durante las etapas del proceso, ya que un concreto que puede ser trabajable bajo ciertas condiciones de colocación y compactación, no necesariamente resulta tal si dichas condiciones cambian.

Está influenciada principalmente por la pasta, el contenido de agua y el equilibrio adecuado entre gruesos y finos, que produce en el caso óptimo una suerte de continuidad en el desplazamiento natural y/o inducido de la masa.

Por lo general un concreto es trabajable en la mayoría de circunstancias, cuando durante su desplazamiento mantiene siempre una película de mortero de al menos ¼” sobre el agregado grueso.

El método tradicional de medir la trabajabilidad ha sido desde hace muchos años el “Slump” o asentamiento con el cono de Abrams, ya que permite una aproximación numérica a esta propiedad del concreto, sin embargo debe tenerse clara la idea que es más una prueba de uniformidad que de trabajabilidad, pues es fácilmente demostrable que se pueden obtener concretos con igual slump pero trabajabilidades notablemente diferentes para las mismas condiciones de trabajo.

Una práctica recomendación consiste en que una vez concluida la determinación del slump se procede a golpear con la varilla la plancha metálica de base, provocando el desmoronamiento del concreto lo que permite una estimación visual de la capacidad de acomodo al compactarlo.

Cuando en obra se controla la dosificación de las mezclas en peso por lo que hay seguridad que se están midiendo los ingredientes de acuerdo al diseño y corrigiendo por absorción y humedad, un slump mayor del que se venía registrando, es indicativo de que la granulometría total se ha vuelto más gruesa, en consecuencia el Módulo de fineza se incrementó y disminuyó la superficie específica pero todo esto sin cambiar la relación Agua/Cemento.

En consecuencia el slump aumentó no porque se ha añadido más agua al diseño sino porque la mezcla requiere menos agua debido a cambios en la gradación de los agregados que la ha vuelo más gruesa.

En estas situaciones, no tiene fundamento técnico el rechazar el concreto en base a la prueba de slump, pues si la dosificación está controlada, se está demostrando que no se afectará la resistencia.

Ahora bien, si el slump que tiene actualmente la mezcla es tan alto que ocasiona problemas de segregación ó exudación, es necesario reajustar la granulometría total recalculando las proporciones de arena y piedra (subiendo el contenido de arena y bajando el de la piedra) para mantener constante el módulo de fineza total del diseño y regresar al slump original, pero nunca se debe empezar a bajar agua aleatoriamente pues esa es la mejor manera de perder el control del diseño ya que no estamos atacando el problema de fondo que es la gradación.

Si se da el caso contrario de que el slump se redujo pese a estar controlada la dosificación, es indicativo de que la granulometría total cambió volviéndose más fina por lo que la mezcla requiere más agua y se seca.

La forma de corregir esto es hacer lo inverso al caso anterior incrementando la proporción de piedra y disminuyendo la de la arena para mantener constante el módulo de fineza de diseño.

Para lograr una mayor aproximación a la trabajabilidad, la Reolongía, que es la ciencia que estudia el flujo o desplazamiento de los materiales, ha establecido los siguientes conceptos que permiten enfocar con más precisión el comportamiento reológico del concreto en estado fresco y por consiguiente su trabajabilidad: (Ref. 7.2)

1)         Estabilidad

Es el desplazamiento o flujo que se produce en el concreto sin mediar la aplicación de fuerzas externas.

Se cuantifica por medio de la exudación y la segregación, evaluada con métodos standard que permiten comparar dichas características entre varios diseños, siendo obvio que se debe buscar obtener los valores mínimos.

Es interesante notar que ambos fenómenos no dependen expresantemente del exceso de agua en la mezcla sino del contenido de finos y de las propiedades adherentes de la pasta.

2)         Compactibilidad

Es la medida de la facilidad con que puede compactarse el concreto fresco.  Existen varios métodos que establecen el denominado “Factor de compactación”, que evalúa la cantidad de trabajo que se necesita para la compactación total, y que consiste en el cociente entre la densidad suelta del concreto en la prueba, dividido entre la densidad del concreto compactado.

En nuestro medio no es usual disponer del equipo para la prueba standard que es Británica (Ref. 7.3), no obstante no es muy difícil ni caro implementarlo ya que es muy útil en cuanto a la información que suministra.

La prueba consiste en llenar el cono superior con concreto depositándolo sin dejarlo caer, para que no haya compactación adicional.

A continuación se abre la compuerta inferior para que caiga por su peso propio y llene el segundo cono con lo que se estandariza la condición de compactación inicial.

Finalmente luego de enrasar el cono se abre la segunda compuerta y el concreto cae por su peso propio para llenar un molde cilíndrico estándar.

Se obtiene el peso unitario del concreto en el molde y el valor se divide entre el peso unitario obtenido con la prueba estándar en tres capas con 25 golpes cada una.

Esta operación debe hacerla una sola persona manteniendo constantes el equipo para el manipuleo y el procedimiento, ya que los resultados están influenciados significativamente por estos aspectos.  Hay que tener claro que los valores obtenidos nos sirven para comparar diseños similares para elegir el óptimo, pero no nos da un valor absoluto para comparar diseños con materiales diferentes.

En la medida que el factor de compactación se acerque más a la unidad obtendremos el diseño más eficiente en cuanto a la compactibilidad.

En la Tabla 7.1 se pueden observar valores de revenimiento o slump comparados con mediciones de factor de compactación para diferentes condiciones de trabajabilidad.

De nuestra experiencia personal en el uso del método estándar hemos concluido en que es sumamente útil para discriminar entre mezclas con grados de compactibilidad bastante diferentes, sin embargo no es muy sensible a pequeños cambios en granulometría.  En base a esto estamos desarrollando una alternativa en la cual cambiamos el molde cilíndrico por un molde prismático de 0.20 x 0.20 x 0.30 m que representa más fielmente las dificultades reales en cuanto a compactibilidad en las esquinas de los encofrados.  Aún no contamos con suficiente cantidad de pruebas para establecer conclusiones estadísticas válidas pero las tendencias indican que con esta variante se podría reflejar variaciones pequeñas en gradación o en las consecuencias del empleo de aditivos plastificantes.

En la Fig. 7.2 se dan las características geométricas del aparato para quien le interesara fabricarlo y usarlo.

 Tabla 7.1

TRABAJABILIDAD, REVENIMIENTO Y FACTOR DE COMPACTACIÓN DE CONCRETOS CON TAMAÑO MÁXIMO DE AGREGADO, DE 19 A 38 MM (3/4 Ó 1 ½ pulg.)

GRADO DE TRABAJABILIDAD	REVENIMIENTO mm.  pulg.		FACT. COMPACTACIÓN		USO ADECUADO DEL CONCRETO
			APARATO PEQUEÑO	APARATO GRANDE
Muy pequeño Pequeño Medio Alto	0 – 25 25 – 50 50 – 100 100 - 175	0 – 1 1 – 2 2 – 4 4 - 7	0.78 0.85 0.82 0.85	0.80 0.87 0.835 0.88	Pavimentos vibrados con máquinas operadas mecánicamente. En el extremo más trabajable de este grupo, el concreto podrá compactarse en ciertos casos con máquinas operadas a mano.
					Pavimentos vibrados con máquinas operadoras a mano.  En el extremo más trabajable de este grupo, el concreto podrá compactarse mensualmente en pavimentos que empleen agregado de forma redonda o irregular.  Cimentaciones de concreto en masa sin vibrado o secciones con poco refuerzo y vibradas.
					En el extremo manos trabajable de este grupo, losas planas compactadas manualmente usando agregados triturados.

3)         Movilidad

Es la facilidad del concreto a ser desplazado mediante la aplicación de trabajo externo.  Se evalúan en función de la viscosidad, cohesión y resistencia interna al corte.

La viscosidad viene dada por la fricción entre las capas de la pasta de cemento, la cohesión es la fuerza de adherencia entre la pasta de cemento y los agregados, y la resistencia interna al corte la provee la habilidad de las partículas de agregados a rotar y desplazarse dentro de la pasta.

Las pruebas desarrolladas en la actualidad para medir estos parámetros sólo son aplicables a nivel sofisticado en laboratorio (Ref. 7.4 y 7.5) por lo que aún está a nivel de investigación una prueba práctica para emplearse en obra, sin embargo, es importante al momento de diseñar y comparar mezcla, realizar una evaluación al menos cualitativa de estos parámetros, con objeto de acercarnos al óptimo.

b)        Segregación

Las diferencia de densidades entre los componentes del concreto provocan una tendencia natural a que las partículas más pesadas desciendan, pero en general, la densidad de la pasta con los agregados finos es sólo un 20% menor que la de los gruesos (para agregados normales) lo cual sumado a su viscosidad produce que el agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz.

Cuando la viscosidad del mortero se reduce por insuficiente concentración la pasta, mala distribución de las partículas o granulometría deficiente, las partículas gruesas se separan del mortero y se produce lo que se conoce como segregación.  En los concretos con contenidos de piedra > del 55% en peso con respecto al peso total de agregados, es frecuente confundir la segregación con la apariencia normal de estos concretos, lo cual es muy simple de verificar obteniendo dos muestras de concreto fresco de sitios diferentes y comparar el contenido de gruesos por lavado, que no deben diferir en más de 6%.

c)         Exudación

Propiedad por la cual una parte del agua de mezcla se separa de la masa y sube hacia la superficie del concreto.

Es un caso típico de sedimentación en que los sólidos se asientan dentro de la masa plástica.  El fenómeno está gobernado por las leyes físicas del flujo de un líquido en un sistema capilar, antes que el efecto de la viscosidad y la diferencia de densidades.

Está influenciada por la cantidad de finos en los agregados y la finura del cemento, por lo que cuanto más fina es la molienda de este y mayor es el porcentaje de material menor que la malla N° 100, la exudación será menor pues se retiene el agua de mezcla.

La exudación se produce inevitablemente en el concreto, pues es una propiedad inherente a su estructura, luego lo importante es evaluarla y controlarla en cuanto a los efectos negativos que pudiera tener.

No debe caerse en el error de considerar que la exudación es una condición anormal del concreto, ni en la práctica usual de “secar” el concreto espolvoreando cemento en la superficie ya que si esto se ejecuta mientras aún hay exudación, se crea una capa superficial muy delgada de pasta que en la parte inferior tiene una interfase de agua que la aísla de la masa original.  En estas condiciones, al producirse la contracción por secado o cambios volumétricos por temperatura esta película delgada de pasta se agrieta, produciéndose el patrón de fisuración tipo panal de abeja, que los norteamericanos denominan “crazing”.

Si se espolvorea cemento cuando la exudación ha terminado, integrado la pasta con la mezcla original se logra reducir la relación Agua/Cemento en la superficie con resultados positivos en cuanto a durabilidad al desgaste.

La prueba estándar para medir la exudación está definida por la norma ASTM C – 232 (Ref. 7.6) necesitándose sólo una pipeta como equipo adicional a las balanzas, moldes y probetas graduadas que constituyen lo normal en laboratorio.

d)        Contracción

Es una de las propiedades más importantes en función de los problemas de fisuración que acarrea con frecuencia.

Ya hemos visto que la pasta de cemento necesariamente se contrae debido a la reducción del volumen original de agua por combinación química, y a esto se le llama contracción intrínseca que es un proceso irreversible.

Pero además existe otro tipo de contracción inherente también a la pasta de cemento y es la llamada contracción por secado, que es la responsable de la mauro parte de los problemas de fisuración, dado que ocurre tanto en el estado plástico como en el endurecido si se permite la pérdida de agua en la mezcla.

Este proceso no es irreversible, ya que si se repone el agua perdida por secado, se recupera gran parte de la contracción acaecida.

Esta propiedad se tratará con mucha amplitud al tocar el tema de los cambios volumétricos en el concreto, siendo lo fundamental en este Capítulo, el tener claro que el concreto de todas maneras se contrae y si no tomamos las medidas adecuadas indefectiblemente se fisura, y en muchos casos esta fisuración es inevitable por lo que sólo resta prevenirla y orientarla.

1.1.               DEFICIENCIAS DEL CEMENTO PORTLAND PUZOLANICO EN EL C° FRESCO.

• El cemento puzolanico desarrolla resistencia más lentamente que el cemento portland normal.

• La desventaja que presentan los cementos puzolánicos en cuanto a su baja resistencia inicial de fraguado.

• La baja resistencia y lento fraguado del concreto al realizarse la mezcla con el cemento portland puzolanico.

 COMPARACION DEL CEMENTO PORTLAND NORMAL Y PORTLAND PUZOLANICO.

1. CEMENTO PORTLAND NORMAL

1. Pude decirse que este cemento portland es apto para todo tipo de construcción que no requiere propiedades especiales por cuestiones de resistencia y/o durabilidad.

2. Es notablemente moldeable y de rápido fraguado que el cemento portland puzolánico.

3. El cemento portland normal es un adhesivo tan efectivo que una vez que fragua es casi imposible romper su enlace, en cambio el cemento puzolanico es mucho más resistente que el cemento portland normal.

4. Es de rápido fraguado pero de mucha menor resistencia que el cemento portland puzolanico por contener aditivos que aumentan la resistencia a este último.

2. CEMENTO PORTLAND PUZOLANICO

1. El cemento puzolánico ofrece más comodidad para colocarse en los encofrados, produce concretos más plásticos, genera menos calor de hidratación y posibilita concretos más impermeables.

2. Requiere más agua de mezcla que los portland normales y exhibe mayor retracción durante la hidratación.

3. En las mezclas ricas la resistencia a la compresión es más baja en los concretos puzolánicos pero que en los diseños pobres, luego de un cierto tiempo, los concretos puzolánicos adquieren mayor resistencia que los normales.

c Estos cementos suelen ser más “lentos” en el desarrollo de resistencia que otros debido fundamentalmente que la puzolana necesita la formación del (OH)2 Ca (hidróxido de calcio) que se forma como subproducto de la hidratación del clinker para combinarse y formar compuestos similares a los del clinker hidratado.

5. Cuando mayor sea el contenido de adición activa de este cemento, es de esperar que su hidratación sea más “lenta” y consecuentemente también lo sea el desarrollo de resistencia.

6. Generalmente los hormigones elaborados con este tipo de cementos obtienen altas resistencias finales y puede apreciarse cuando se ensayan probetas luego de 56 o 90 días de edad.

7. Este cemento es apto para casi cualquier tipo de obra, cuando el material resulta de comprobada eficacia, es especialmente recomendado cuando se requieran propiedades especiales de durabilidad como ataque de sulfatos, bajo calor de hidratación, inhibición de la reacción álcali – agregado, impermeabilidad, etc. Del balance realizado, queda la conclusión de que cada cemento tiene un campo específico óptimo y que para ser competitivos requieren de prevenciones determinadas.

         VENTAJAS DEL CEMENTO PUZOLANICO.

1. La producción de concretos más plásticos e impermeables y posibilitar menor generación de calor de hidratación.

2. Presenta un moderado calor de hidratación, lo cual favorece la disminución del agrietamiento superficial por contracción plástica. Para lograr estos beneficios, es igual de importante controlar los parámetros de curado del concreto colocado.

3. La dosificación óptima y la finura del Cemento Puzolánico, le hace apto para la producción de concretos más densos, durables y de baja permeabilidad.

4. El Cemento Puzolánico presenta una mayor resistencia al ataque de sulfatos, en comparación con cementos estructurales y de uso general. Para la elaboración de concretos resistentes a ambientes agresivos y/o con requerimientos específicos de durabilidad, deben considerarse las recomendaciones y criterios de diseño establecidos en las recomendaciones de construcción y en la normativa vigente.

5. Proporciona un mayor tiempo de manejabilidad y le confiere mejores atributos de plasticidad a la mezcla en estado fresco.

6. Ofrece tiempos de fraguado controlados que facilitan el manejo y colocación del concreto en obra.

7. Las adiciones incorporadas al Cemento Puzolánico le confieren a los concretos una mayor estabilidad en su volumen, disminuyendo los fenómenos de contracción y asentamientos plásticos.

8. La especial formulación de los componentes del Cemento Argos Puzolánico contribuye con la calidad, durabilidad y apariencia de los concretos.