ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DE CONCRETO Huancayo, Agosto del 2019 Ing. Justo Claudio Rodas Romero Docente.

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1 ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DE CONCRETO Huancayo, Agosto del 2019 Ing. Justo Claudio Rodas Romero Docente

2 NATURALEZA DEL CONCRETO ING. JUSTO RODAS ROMERO El concreto es un producto artificial compuesto, constituido básicamente por áridos de tamaño máximo limitado (agregados) cemento, agua y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica y moldeabe, que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes. El concreto u Hormigón Hidráulico

3 NATURALEZA DEL CONCRETO ING. JUSTO RODAS ROMERO Composición volumétrica del concreto

4 NATURALEZA DEL CONCRETO ING. JUSTO RODAS ROMERO Macroestructura del concreto

5 ING. JUSTO RODAS ROMERO Naturaleza física La pasta : Resultado de la combinación química del material cementante con el agua, es la fase contínua, dado que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto de éste. El agregado : Es la fase discontínua del concreto dado que sus diversas partículas no se encuentran unidas o en contacto unas con otras, sino que se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta endurecida.

6 ING. JUSTO RODAS ROMERO Estructura del concreto y sus fases El tipo, cantidad, tamaño, forma y distribución de las fases presentes en un sólido se denomina estructura. Los elementos gruesos de la estructura pueden observarse a simple vista, no así los elementos finos que requieren de la ayuda del microscopio.

7 ING. JUSTO RODAS ROMERO 1. FASE ÁRIDO Es la responsable de la densidad, del módulo de elasticidad y de la estabilidad dimensional del hormigón.. En general, la fase árido es la más resistente y abundante de las tres, sin embargo, no influye directamente en la resistencia del hormigón

8 ING. JUSTO RODAS ROMERO 2. FASE PASTA DE CEMENTO HIDRATADO (hcp) El cemento portland anhidro es un polvo gris de partículas angulares y tamaños comprendidos entre 1 y 50 µ m. Se compone, esencialmente, de silicato tricálcico (C 3 S), silicato bicálcico (C 2 S), aluminada tricalcico (C 3 A) y ferroaluminato tetracálcico (C 4 AF) Cuando el cemento portland se dispersa en agua, el sulfato cálcico y los constituyentes del Clinker tienden a disolverse, saturándose la fase líquida rápidamente con varias especies iónicas. En los primeros minutos de hidratación se observan cristales en forma de aguja, denominados etringita Pocas horas más tarde, se destacan grandes cristales prismáticos de hidróxido cálcico, coincidiendo con la formación de cristales fibrosos muy pequeños de silicatos cálcicos hidratados.

9 2. FASE PASTA DE CEMENTO HIDRATADO (hcp) Fotografía en microscopio electrónico de cristales hexagonales de etringita Fotografía en microscopio electrónico de cristales laminares de portlandita

10 3. FASE DE TRANSICIÓN (Huecos en la hcp) Poros capilares : Son los espacios no ocupados por el cemento hidratado, cuyo volumen y tamaño viene determinado por la distancia original entre las partículas de cemento anhidro en la mezcla húmeda y el grado de hidratación. Porosidad del Agregado : También los agregados son porosos y permeables, variando su porosidad en valores de 0.3% hasta 20%. Algunas rocas contiene macroporos. Importancia de la Porosidad : Los poros mas pequeños retendrán más firmemente el agua, por lo tanto a nivel de gel el agua no se evaporará bajo condiciones de secado considerándose como agua químicamente combinada.

11 ING. JUSTO RODAS ROMERO Porosidad por aire atrapado : Los relativamente grandes vacíos de aire, son parte inevitable en todos los concretos varían desde aquellos escasamente visible hasta un centímetro o más de diámetro. Son generalmente esféricos. El aire atrapado afecta negativamente la resistencia y la permeabilidad. Porosidad de aire incorporado: Son espacios creados intensionalmente por un agente incorporador de aire, principalmente para incrementar la durabilidad del concreto por incremento en la protección de la pasta contra los procesos de congelación del agua en el interior de la misma.

12 ING. JUSTO RODAS ROMERO

13 EL AGUA EN LA PASTA DE CEMENTO HIDRATADO Para hidratar el cemento, se necesita aprox. 0.25 litros de agua por cada kilo de cemento. El exceso de agua por encima de esa cantidad se evaporará y se convertirá en vacíos, reduciendo la resistencia del concreto Función del agua: Cumple dos funciones en la mezcla: AGUA Hidrata al cemento (HCP) Resistencia Trabajabilidad Concreto homogéneo Menos agua = Sube resistencia Más agua = Baja resistencia

14 EL AGUA EN LA PASTA DE CEMENTO HIDRATADO ING. JUSTO RODAS ROMERO Agua capilar: Es el agua presente en huecos mayores de 50 u. Se puede definir como el volumen de agua que está libre de la influencia de las fuerzas atractivas ejercidas por la superficie sólida. Agua adsorbida: Es el agua que se encuentra en las cercanías de la superficie sólida, esto es, bajo la influencia de fuerzas atractivas, las moléculas de agua son físicamente adsorbidas por la superficie de los sólidos de la hcp. (pasta de cemento hidratado) Agua capilar: Es el agua presente en huecos mayores de 50 u. Se puede definir como el volumen de agua que está libre de la influencia de las fuerzas atractivas ejercidas por la superficie sólida.

15 Importancia del concreto ING. JUSTO RODAS ROMERO Actualmente el concreto es el material de construcción de mayor uso en nuestro país. Pero a la fecha es desconocido en mucho de sus siete grandes aspectos: naturaleza, materiales, propiedades, selección de las proporciones, proceso de puesto en obra, control de la calidad e inspección y mantenimiento de los elementos estructurales. Conocimiento del material Calidad del concreto Calidad profesional del ingeniero

16 REQUISITOS DE UNA MEZCLA DE CONCRETO ING. JUSTO RODAS ROMERO A)La mezcla recién preparada deberá tener la trabajabilidad, consistencia y cohesividad que permitan la adecuada colocación en los encofrados. B)Las mezclas endurecidas deberá tener las propiedades específicas en función del empleo que se va a dar a la estructura. C)El costo de la unidad cúbica de concreto endurecido deberá ser el mínimo compatible con la calidad deseada

17 ING. JUSTO RODAS ROMERO COMPOSICIÓN DEL CONCRETO El concreto endurecido se compone de: Pasta y Agregado

18 ING. JUSTO RODAS ROMERO La Pasta de concreto Comprende 4 elementos fundamentales: El Gel, producto resultante de la reacción química e hidratación del cemento Los poros incluidas en ella El cemento no hidratado, si lo hay Los cristales de hidróxido de calcio o cal libre.

19 ING. JUSTO RODAS ROMERO Funciones de la Pasta de concreto Tiene 4 funciones principales: Contribuir a dar las propiedades requeridas al producto endurecido Separar las partículas de agregado Llenar los vacíos entre las particulas de agregado y adherirse fuertemente a ellas Proporcionar lubricación a la masa cuando ésta aún no ha endurecido.

20 ING. JUSTO RODAS ROMERO Propiedades de la Pasta de concreto Las propiedades de la pasta depende de: Las propiedades físicas y químicas del cemento Las propiedades relativas de cemento y agua en la mezcla El grado de hidratación del cemento, dado por la efectividad de la combinación química entre este y el agua.

21 ING. JUSTO RODAS ROMERO El Gel Se define como GEL a la parte sólida de la pasta, la cual es el resultado de la reacción química del cemento con el agua durante el proceso de hidratación. COMPOSICIÓN En su estructura el gel es una aglomeración porosa de partículas sólidante entrelazadas, en su mayoría escamosas o fibrosas que contiene material mas o menos amorfo. En su composición el GEL comprende: La masa cohesiva de cemento hidratado en su estado de pasta más densa Hidróxido de calcio cristalino Poros Gel.

22 ING. JUSTO RODAS ROMERO COMPORTAMIENTO EL Gel desempeña el papel mas importante en el comportamiento del concreto, especialmente en su resistencia y comportamiento elástico. Se acepta que intervienen dos clases de adherencias cohesivas: Atracción física y adherencia química.

23  FRAGUADO DEL CONCRETO:  El fraguado es la pérdida de plasticidad que sufre la pasta de cemento y se vuelve difícil de manejar, tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla.  A medida que se produce el endurecimiento normal de la mezcla, se presenta un nuevo estado en el cual la consistencia ha alcanzado un valor muy apreciable; este estado se denomina fraguado final. ING. JUSTO RODAS ROMERO

24  MEDICIÓN DEL FRAGUADO:  Este proceso es controlado por medio del ensayo de la aguja de Vicat (ASTM C191) que mide el inicio y fin del fraguado en mediciones de penetraciones cada 15min.  Inicio del Fraguado.- Cuando la aguja no penetra más de 25 mm en la pasta.  Fin del Fraguado.- Cuando la aguja no deja marcas e la superficie de la pasta.. ING. JUSTO RODAS ROMERO

25  TIEMPO DE FRAGUADO DE LA MEZCLA:  Es el lapso de tiempo entre el fraguado inicial y el fraguado final de la mezcla, donde esta pasa de estado fluido al sólido.  El fraguado inicial se da entre los 45 a 60 minutos, mientras que el fraguado final alcanza a los 10 horas aproximadamente.  Cuando se presentan problemas especiales que demandan un tiempo adicional para el transporte del concreto se recurre al uso de retardantes del fraguado, compuestos de yeso o de anhídrido sulfúrico; de igual manera, puede acelerarse el fraguado con la adición de sustancias alcalinas o sales como el cloruro de calcio. ING. JUSTO RODAS ROMERO

26 FACTORES QUE INCIDEN EN LOS TIEMPOS DEL FRAGUADO 1.- Finura del cemento.- Cuanto mayor sea la finura, menor será el tiempo de fraguado. 2.- Temperatura.- A mayor temperatura, menor tiempo de fraguado ya que las reacciones de hidratación son mas rápidas. 3.- Meteorización.- causado por el almacenamiento prolongado, aumenta la duración del tiempo de fraguado 4.- Materia orgánica.- Que puede provenir del agua o de la arena, retrasa el fraguado y puede llegar a inhibirlo 5. Agua de amasado.- A menor cantidad corresponde un fraguado mas corto. 6. Humedad ambiente.- a menor humedad menor tiempo de fraguado ING. JUSTO RODAS ROMERO

27  Concreto Simple: Concreto que no lleva armadura de refuerzo o que tiene en una cantidad menor que el mínimo porcentaje especificado en el concreto armado, su uso es en veredas, cimientos, calzaduras, solados, etc. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

28  Concreto Armado: Concreto que tiene armadura de refuerzo (acero) en una cantidad diseñada, y trabaja conjuntamente como UN SOLO elemento. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

29  Concreto Ciclópeo: Concreto simple más piedras. Características: a) Resistencia mínima del Co. f’c = 140 kg/cm2. b) La piedra no excederá del 30% del Vt de Co. Uso: Cimientos, sobrecimientos, calzaduras, subcimientos, subzapatas, etc. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

30  Concretos Pesados: Es un concreto que tiene un peso aproximado de 2800 a 6000 kg/m3. Generalmente se utilizan agregados como las baritas, los minerales de fierro como la magnetita, limonita y hermatita. También agregados artificiales como el fósforo de hierro y partículas de acero. La aplicación principalmente de los concretos pesados es contra los efectos de las radiaciones nucleares. También en paredes de bóveda y cajas fuertes, en pisos industriales yen la fabricación de contenedores para desechos radioactivos ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO  Concretos Normales : Son preparados con agregados corrientes y su peso unitarios.varia de 2300 - 2500 kg /m3. Según el tamaño máximo del agregado. El peso promedio es de 2400g / m3.  Concretos livianos: Son preparados con agregados livianos y su peso unitario va desde 400 a 1700 kg/m3.

31  Concreto Prefabricado: Se denominan Prefabricados a los elementos o partes de una construcción manufacturados en fábrica y su posterior instalación o montaje en la obra. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

32 Estos resultan de los materiales sobrantes o reciclaje de demoliciones para usarlos.Cuyos agregados deben de cumplir conciertos parámetros de resistencia y calidad dependiendo de la obra a ejecutar  Concreto de Cascote: Es el constituido por cemento, agregado fino, cascote de ladrillo y agua. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

33  Concreto Premezclado: Es el concreto que se dosifica en planta, que puede ser mezclado en la misma o en camiones mezcladores y que es transportado a obra. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

34  Concreto Bombeado: Es el concreto que es impulsado por bombeo a través de tuberías hacia su ubicación final. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

35  Concreto Pre-Esforzado: Resulta de reforzar el C °.S °, con un sistema de cables que sustituye el refuerzo metálico de las barras corrugadas. Tomar el nombre de pre esforzarse por que el elemento estructural antes de ser un oficio a las cargas, se debe esforzar por la reacción de los cables. Existen dos tipos: a) Pre-Tensados: El Concreto se adhiere al acero en el proceso de fraguado, y cuando éste alcanza la resistencia requerida, se retira la tensión aplicada a los cables y es transferida al hormigón en forma de compresión. Este método produce un buen vínculo entre las armaduras y el Concreto, el cual las protege de la oxidación, y permite la transferencia directa de la tensión por medio de la adherencia del Concreto al acero. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

36 b) Pos-Tensados: Previamente al vaciar el concreto se deja un ducto, una vez fraguado el concreto se hace el pase o cableado, finalmente se tensa los cables con gatas hidráulicas. Una vez que se haya inyectado un mortero grueso en los ductos, para lograr una mejor adherencia entre el concreto, el ducto y el cable. ING. JUSTO RODAS ROMERO TIPOS DE CONCRETO

37 EL FUTURO DEL CONCRETO ING. JUSTO RODAS ROMERO Sino imaginamos el futuro no podremos vencer los retos que este nos depara

38 EL FUTURO DEL CONCRETO ING. JUSTO RODAS ROMERO La construcción con concreto es y será la forma más común de construir en el mundo. Los cambios climáticos harán que la construcción con concreto adquiera prominencia, gracias a ser monolítico, masivo, sustentable, resistente y sus componentes son abundantes en la naturaleza.

39 HOY, LA NANOTECNOLOGÍA ESTÁ PERMITIENDO A LOS CIENTÍFICOS Y A LOS INGENIEROS ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES ING. JUSTO RODAS ROMERO La nanotecnología: Es la ciencia que se ocupa de la manipulación de partículas y el tamaño de estas partículas son menores de 100 nanómetros. Manipulación atómica y molecular, es el núcleo esencial de la nanotecnología. Esta ciencia se utiliza para crear partículas aplicables a distintas ramas del conocimiento ingenieril También: 1 milímetro = 1.000.000 nanometros Bacteria y células son demasiado grandes para nanociencia. Pero un virus, un átomo y una molécula tienen un tamaño nanométrico

40 ING. JUSTO RODAS ROMERO Si el cemento con el tamaño de nano-partículas pueden ser fabricados y procesados ​​, se abrirá un gran número de oportunidades en los ámbitos de compuestos de alta resistencia. Esto elevará el estatus de cemento portland a un material de alta tecnología. Por ejemplo, el cemento puede ser utilizado como un inorgánico adhesivo con fibras de carbono. En la actualidad las partículas de tamaño micrométrico de cemento no son conducentes para el uso con fibras de carbono 7 micras de diámetro

41 ING. JUSTO RODAS ROMERO Los próximos años serán equivalentes a los cambios de los últimos 500 años. Los elementos de concreto estructural de los edificios continúan incrementándose en luz con espesores reducidos. Esta tendencia es reforzada por incrementos en las propiedades de los materiales tales como resistencia a compresión y a tensión. Los materiales que pueden como nuestro concreto tendrán suficientes propiedades de tensión y compresión, eliminado el refuerzo separado. Los componentes de concreto serán más eficientes y más delgados, conduciendo a una carga muerta reducida de las estructuras