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instituto tecnológico de chalatenango megatec itcha agape manual de tecnologia del concreto chalatenango agosto 2011

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indice naturaleza del concreto 1 agregados para concreto 4 cementos 34 morteros 59 concreto fresco 62 concreto endurecido 71 diseño de mezclas 81 aditivos para morteros y concretos 91 control de calidad del concreto en la obra 94 patología del concreto 105 bibliografía 108 guías de laboratorio 109

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introduccion el presente manual se ha elaborado con el propósito de facilitar el estudio de la materia de tecnología del concreto a los futuros técnicos ya que es necesario conocer las propiedades físicas químicas y mecánicas de cada uno de los componentes a utilizar en la elaboración del concreto agregados cemento aditivos y agua pues este se elabora a partir de un diseño de mezcla este manual esta basado en el programa de la materia y consta de diez unidades o temas a desarrollar unidad 1 naturaleza del concreto unidad 2 agregados para concreto unidad 3 cementos unidad 4 morteros unidad 5 concreto fresco unidad 6 concreto endurecido unidad 7 diseño de mezclas unidad 8 aditivos para morteros y concretos unidad 9 control de calidad del concreto en la obra unidad10 patología del concreto

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tecnología del concreto naturaleza del concreto la palabra concreto viene del término latino concretus que significa crecer el concreto puede ser definido como una mezcla de un material aglutinante normalmente cemento pórtland hidráulico un material de relleno agregados agua y muy frecuente aditivos que al endurecerse forma un sólido compacto y después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión y flexión se ha convertido en el material de construcción más ampliamente utilizado a nivel mundial en razón a su extraordinaria versatilidad en cuanto a las formas que se pueden obtener sus propiedades físicas y mecánicas para ser usado como elemento estructural y su economía razones que lo hacen muy competente frente a construcciones de madera mampostería asfalto y acero generalmente se utiliza en estructuras de concreto armado en las cuales existe un perfecto matrimonio entre el acero y el concreto por que la asociación de estos dos materiales proporciona un sólido único desde el punto de vista mecánico el concreto como las piedras naturales aporta una resistencia muy grande a los esfuerzos de compresión y las varillas de acero aportan resistencia a los esfuerzos de tracción de tal forma que en conjunto pueden absorber todo tipo de esfuerzos compresión tensión y flexión etc circunstancia que le permite desempeñarse como un gran material estructural el concreto se produce a partir de un diseño de mezcla que consiste en la selección de los constituyentes disponibles cemento agregados agua y aditivos y su dosificación en cantidades relativas para producir tan económicamente como sea posible una masa volumétrica con el grado requerido de manejabilidad que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las propiedades de resistencia durabilidad peso unitario estabilidad volumétrica y apariencia adecuada las propiedades requeridas del concreto fresco están gobernadas por el tipo de construcción y por las técnicas de colocación y de transporte en tanto las propiedades del concreto endurecido están especificadas por el diseñador de la estructura en general cada tipo de construcción tiene requerimientos particulares que dependen de las condiciones climáticas del sistema constructivo del tiempo y de los costos de ejecución escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 1

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tecnología del concreto reseña histórica del concreto el concreto ha sido usado por más de 7000 años egipto antiguo los egipcios usaron el yeso calcinado para dar al ladrillo o a las estructuras de piedra una capa lisa grecia antigua una aplicación similar de piedra caliza calcinada fue utilizada por los griegos antiguos antigua roma el coliseo romano los romanos utilizaron con frecuencia el agregado quebrado del ladrillo embutido en una mezcla de la masilla de la cal con polvo del ladrillo o la ceniza volcánica construyeron una variedad amplia de estructuras que incorporaron la piedra y concreto incluyendo los caminos los acueductos los templos y los palacios los romanos antiguos utilizaron losas de concreto en muchas de sus estructuras públicas grandes como el coliseo el concreto también fue utilizado en la pared de la defensa que abarca roma más muchos caminos y los acueductos que todavía existen hoy los romanos utilizaron muchas técnicas innovadoras para manejar el peso del concreto para aligerar el peso de estructuras enormes encajonaron a menudo tarros de barro vacíos en las paredes también utilizaron barras de metal como refuerzos en el concreto cuando fueron construidos techos estrechos sobre callejones escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 2

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tecnología del concreto componentes del concreto cuando hablamos de concreto es necesario tener en cuenta que debemos hablar también de sus componentes grava arena cemento agua y aditivos si se usarán así al hablar en este ámbito nos vemos en la necesidad de familiarizarnos con la terminología técnica que debe utilizarse para nombrar a todos aquellos aspectos propiedades y características del concreto y de sus componentes arena agregados 60 ­ 75 grava el concreto esta compuesto por agua pasta 25 40 cemento escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 3

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tecnología del concreto agregados para concreto función clasificación características forma y textura en el documento aci ­116 terminología del cemento y del concreto se define a los agregados como materiales granulares tales como arena grava roca triturada concreto hidráulico reciclado o escoria de alto horno que varían de unas cuantas micras hasta un tamaño especificado y se usan junto con un medio cementante hidráulico para producir ya sea concreto o mortero es importante señalar que el hecho de que los agregados satisfagan los requisitos de la normas no garantiza necesariamente un concreto libre de defectos la razón principal para utilizar agregados dentro del concreto es que éstos actúan como material de relleno haciendo más económica la mezcla los agregados en combinación con la pasta fraguada proporcionan parte de la resistencia del concreto cuando la mezcla de concreto pasa del estado plástico al estado endurecido durante el proceso de fraguado los agregados controlan los cambios volumétricos de la pasta evitando que se generen agrietamientos por retracción plástica los cuales pueden afectar la resistencia del concreto función de los agregados entre las funciones principales de los agregados se pueden señalar las siguientes a en la pasta forman una trabazón de tal manera que se genera una superficie de adherencia que disminuye los cambios de volumen y se disminuye el volumen total que puede sufrir contracción b proveen una masa de partículas aptas para resistir la acción de cargas aplicadas abrasión paso de humedad y acción climática c son un relleno relativamente económico para el material cementante si se toma en cuenta que los agregados son más económicos que el cemento d reducen los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento así como los cambios de humedad en la pasta de cemento e en estado plástico el agregado fino arena y la pasta actúan como lubricantes de las partículas más gruesas para que el concreto pueda ser mezclado transportado colocado compactado y terminado en forma adecuada f aportan parte de la resistencia propia a la resistencia a la compresión del concreto escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 4

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tecnología del concreto clasificación general de los agregados la clasificación general de los agregados se puede realizar por su origen el modo de fragmentación el tamaño de sus partículas por su origen los agregados para concreto son una mezcla de rocas y minerales un mineral es una sustancia sólida natural que tiene una estructura interna ordenada las rocas que dependiendo de su origen se pueden clasificar como ígneas sedimentarias o metamórficas se componen generalmente de varios minerales por ejemplo el granito que contiene cuarzo feldespato mica y otros a rocas ígneas b rocas sedimentarias c rocas metamórficas rocas ígneas las rocas ígneas o endógenas proceden de la solidificación por enfriamiento de la materia fundida magma y pueden dividirse en dos grupos las rocas intrusivas o plutónicas que provienen del enfriamiento lento que ocurre inmediatamente debajo de la superficie terrestre y las extrusivas o volcánicas que se producen por el enfriamiento rápido del material que es expulsado en las erupciones volcánicas derrames lávicos y acontecimientos piroclásticos las rocas ígneas se clasifican por su textura estructura y composición mineralógica y química de igual modo que las otras clases de rocas escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 5

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tecnología del concreto rocas sedimentarias las rocas sedimentarias son el proceso de transporte depósito y eventual litificación sobre la corteza terrestre de los productos de intemperismo y erosión de otras rocas preexistentes proceso que frecuentemente se produce bajo el agua pero también puede ocurrir en el ambiente atmosférico su grado de consolidación puede ser muy variable desde un estado muy compacto en antiguos sedimentos hasta un estado sin consolidar en sedimentos cuyo proceso es relativamente reciente o no existen condiciones favorables para su consolidación de acuerdo con el tamaño de sus partículas estos sedimentos no consolidados se identifican como gravas arenas limos y arcillas rocas metamórficas las rocas metamórficas se forman como consecuencia de procesos que involucran altas presiones y temperaturas y de fuerzas que se generan en la corteza terrestre cuyos efectos pueden manifestarse sobre rocas ígneas sedimentarias e inclusive metamórficas previamente formadas tales efectos se traducen en alteraciones de la textura estructura y composición mineralógica e incluso química de las rocas originales las rocas metamórficas resultantes pueden ser de estructura masiva pero con mayor frecuencia presentan estructura laminar o foliada de manera que al desintegrarse pueden producir fragmentos con tendencia tabular de acuerdo con su grado de foliación escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 6

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tecnología del concreto por el modo de fragmentación por el método de fragmentación los agregados se clasifican en naturales manufacturados mixtos agregados naturales son agregados que proceden directamente de las rocas fragmentadas por fuerzas y acontecimientos de origen natural que dan como resultado una amplia diversidad de clases y tipos la diversidad de clases y tipos de rocas da lugar a una amplia variedad de características en los agregados agregados manufacturados los agregados manufacturados proceden de rocas comunes cuya fragmentación pudo ser ocasionada por medios artificiales se clasifican por el tamaño de las partículas en agregado grueso grava y agregado fino arena agregados mixtos los agregados que se denominan mixtos son producto de la fragmentación inicial de la roca origen natural bloques cantos rodados y gravas mayores y una subsecuente fragmentación inducida por medios artificiales es decir el tamaño de la roca es reducido por medio de trituración mecánica este proceso se utiliza con el fin de aprovechar los fragmentos naturales de gran tamaño los cuales que de no ser triturados no podrían utilizarse como agregados en el concreto y también para la corrección de la curva granulométrica y el aprovechamiento integral del material disponible entre otros escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 7

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tecnología del concreto por el tamaño de las partículas los agregados se dividen por el tamaño de sus partículas en dos grandes categorías agregado grueso el agregado grueso grava se refiere a partículas de agregado mayores de 4.75 mm malla no 4 escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 8

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tecnología del concreto agregado fino el término agregado fino arena se refiere a partículas de agregado menores de 4.75 mm pero mayores de 75 micras malla no 200 y resulta de la desintegración natural y de la abrasión de la roca o del procesado de piedra caliza deleznable en el concreto de uso convencional entre el agregado fino y el agregado grueso la frontera nominal es de 0.070 a 4.75 mm para la arena y más de 4.75 mm para la grava los agregados deben cumplir con ciertas reglas para darles un uso ingenieril óptimo deben consistir en partículas durables limpias duras resistentes libres de productos químicos absorbidos arcilla u otros materiales que afecten la hidratación y adherencia a la pasta de cemento las partículas de agregados que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse no se deben usar en la elaboración de concreto o que contengan cantidades apreciables de esquisto de materiales suaves y porosos por tener baja resistencia al intemperismo y pueden causar defectos en la superficie del concreto los agregados de peso normal como arena grava o piedra triturada deben cumplir los requisitos de la norma astm c 33 03 especificaciones estándar de agregados para concreto la cual limita las cantidades permisibles de sustancias deletéreas e indica las características a cumplir por los agregados empleados en la fabricación del concreto no obstante los agregados que satisfagan los requisitos de la norma astm c 33 03 no garantiza un concreto libre de defectos tal cumplimiento se lleva a cabo por medio de alguna o varias de las diversas pruebas estandarizadas astm que se citan en la tabla la tabla nº 1 escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 9

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tecnología del concreto características las características a cumplir por los agregados para concreto se presentan en la tabla1 tabla 1 propiedades y pruebas de agregados para concreto hidráulico propiedad importancia designación prueba de la requisitos o características reportadas porcentaje máximo de pérdida de peso profundidad del desgaste y tiempo numero máximo de ciclos o periodo de inmunidad a la congelación factor de durabilidad perdida de peso partículas exhibiendo fallas porcentaje de partículas planas y alongadas porcentaje máximo y mínimo que pasan las mallas peso compacto y peso suelto resistencia al desgaste y a Índice de calidad del astm c 131 03 la degradación agregado resistencia la astm c 535 03 desgaste de pisos y astm c 778 02 aceras resistencia a la congelación y al deshielo descascaramiento de la astm c 666 97 superficie asperaza pérdida de sección y deformación sanidad contra la acción astm c 88 99 del intemperismo astm c 295 03 resistencia a la desintegración por sulfatos forma de la partícula y textura superficial trabajabilidad del concreto en estado fresco granulometría trabajabilidad del concreto en estado fresco economía peso volumétrico o calculo para el diseño densidad en masa de mezclas clasificación peso especifico calculo para el diseño de mezclas absorción y humedad control de calidad del superficial concreto astm c 117 95 astm c 136 01 astm c 29 03 resistencia a compresión y flexión definiciones componentes componentes agregados de la los de los resistencia a la reactividad con los álcalis y cambio volumétrico astm astm astm astm astm astm aceptación del astm agregado fino cuando astm otras pruebas fallan aclarar el astm entendimiento y la astm comunicación determinar la cantidad astm de materiales orgánicos astm y deletéreos astm astm astm astm sanidad contra el astm cambio de volumen astm astm astm c 128 01 c 127 01 c 70 01 c 127 01 c 128 01 c 566 97 c 39 01 c 78 02 c 125 03 c 294 98 c 40 99 c 87 03 c 117 95 c 123 98 c 142 97 c 295 03 c 227 97 c 289 02 c 295 03 c 596 01 que la resistencia exceda el 95 de la resistencia lograda con arena purificada porcentaje mínimo de los componentes individuales cambio longitudinal máximo y componentes de sílice y alcalinidad escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 10

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tecnología del concreto característica a evaluar de los agregados las características a evaluar de los agregados tabla 1 están asociadas a ensayos que proporcionan los valores que presentan los agregados en cuestión y los requisitos mínimos que deberán cumplir cada agregado para ser aceptado en la fabricación del concreto las características son forma y textura peso específico absorción contenido de humedad impurezas orgánicas sanidad granulometría tamaño máximo del agregado peso volumétrico unitario resistencia al desgaste del agregado grueso estabilidad química forma y textura de los agregados designación astm c 295 03 la forma y tamaño de los agregados influyen sobre la resistencia y calidad del concreto su influencia viene determinada indirectamente por la cantidad de agua que es necesaria añadir a la mezcla para obtener la docilidad y compactación necesarias ¿cómo debe ser la forma de los áridos se entiende por coeficiente de forma de un árido el obtenido a partir de un conjunto de granos según la relación entre la suma de sus volúmenes y la suma de los volúmenes de las esferas circunscritas a cada grano escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 11

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tecnología del concreto las partículas en lo posible serán rugosas y redondeadas donde la redondez es la medida de filo o angulosidad relativa de los bordes o esquinas la redondez esta en función de la resistencia a la compresión y a la abrasión de la roca original del tipo de trituradora que se usa y de la relación de la reducción relación entre el tamaño del material que entra y el tamaño del producto terminado estas formas inadecuadas son las del tipo lajoso y su proporción en la mezcla se limita inferiormente por el coeficiente de forma de la grava ¿cómo debe de ser la superficie de los áridos la rugosidad de un árido se conoce como su textura una textura muy rugosa necesita una elevada proporción de finos para mejorar su docilidad la unión entre la pasta de cemento y los áridos es tanto menor cuanto más lisa sea la superficie de los áridos por esto para obtener elevadas resistencias es conveniente utilizar agregados de superficie rugosa ya que la adherencia que se genera entre pasta y agregado es un factor de mucha importancia en la resistencia del concreto la adherencia se debe en parte a que la pasta y el agregado se entrelazan debido a la textura superficial por lo que el uso de agregados triturados con una superficie áspera producirá una mejor unión de la partícula a la matriz por lo que es necesario que la textura superficial permita la penetración de la pasta en el agregado produciendo concretos de mayor resistencia en conclusión la forma de partícula y la textura superficial de un agregado influye más en las propiedades del concreto fresco que en las propiedades del concreto endurecido para producir un concreto trabajable las partículas alongadas angulares de textura rugosa necesitan más agua que los agregados compactos redondeados y lisos escuela especializada en ingeniería itca-fepade escuela de ingeniería civil y arquitectura 12

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