1. 1. MANUAL DEL CONCRETO ESTRUCTURAL Confonne a Ia Nonna COVENIN 1753:2003 IIProyecto y Disefio de Obras en Concreto Estructuralll JOAQuiN PORRERO S. CARLOS RAMOS R. JOSE GRASES G. GILBERTO J. VELAZCO
2. 2. MAN U A DEL C 0 RET 0 E "I R l' (1 l. R ' L MANUALDELCONCRETOE8TRUCTURAL Joaquin Porrero 8.1 Carlos RaITIos R.tJose Grases G.I GilbertoJ. Velazco Tercera Edici6n Caracas, Abril 2009 HECHO EL DEPOSITO DE LEY Dep6sito Legal 1f62820036631651 ISBN 980-6403-66-5 COORDINACION EDITORIAL Miguel Angel Alvarez PRODUCCION CRAFICA/PORTADA Abaco Arte DISENO cRAFlco Cecilia Feo Figarella IMPRESION IITIpresos Minipres, C.A. L C 0 C 1 F c) E ( PRESENTACION Este Manual del Concreto Estructural es un paso mas en la tarea iniciada el ano 1975 con la primera edicion del Manual del Concreto Fresco, auspiciada en aquel momenta por el Comite Conjunto del Concreto Armado (CCCA). EI rumbo de ese camino 10 marco, con la vision propia del Maestro que siempre fue, el Dr. joaquin Porrero Sampedro (1927/1992); 10 secundaron en esa labor los Profesores Carlos Ramos R. y jose Grases G. En 1979 se edito la segunda version de aquel Manual y en 1987 la tercera; con tirajes de varios miles de ejemplares, todas esas ediciones no solo se agotaron, sino que se multiplicaron ediciones no autorizadas, nacionales y extranjeras, 10 cual no fue sino prueba de la utilidad de esa iniciativa. A mediados del ano 1990, el Dr. Porrero asomo la posibilidad de extender e} alcance del Manual hacia las propiedades y caracteristicas del concreto en etapas posteriores a su fraguado, idea esta que conto con el infaltable y entusiasta respaldo de SIDETUR. Para cubrir areas menos conocidas del acero y del concreto armado, el equipo de trabajo se fortifico con la incorporacion del profesor Gilberto]. Velazco. Puestos a trabajar, la muerte sorprendio allider de esta iniciativa en plena produccion de la idea por el concebida, con 10 cual se perdio una insustituible experiencia. Invitamos entonces al profesor Rafael Salas jimenez, hombre de vastos conocimientos en el tema por su labor en la Asociacion Venezolana de Productores de Cementos (AVPC) , hoy en Espana, y, en 1996, se publico el Manual del Concreto en el cual se retuvo la experiencia del trecho andado desde 1975. De nuevo la edicion se agota y, una vez mas, comienza a ser reproducido en forma subrepticia para cubrir la demanda de profesionales de 1a ingenieria, estudiantes y constructores. Paralelamente, a 10 largo de los ultimos anos, en el pais se revisan y actualizan un conjunto de Normas COVENIN, y se publican documentos elaborados por organismos especializados en el acero y el concreto, todo ello directamente relacionado con la mejor comprension y buen uso de este material, el mas empleado en obras hechas por el hombre en nuestro medio y en el mundo entero. Esto fue un estfmulo para emprender un proyecto de mayor alcance que actualiza el contenido, profundiza el tratamiento de los temas propios del concreto estructural y se vincula mas estrechamente al empleo de ese material en su forma de concreto reforzado. La organizacion y presentacion mantienen el mismo formato que Ie supo dar el Prof. Porrero, a quien deseamos rendir homenaje con este nuevo aporte generosamente auspiciado por SIDETUR. Los Autores Caracas, Octubre de 2003
3. 3. DEI CONCR ToE S T Rue T L R A L "Estrictamente hab1ando, no hay investigacion sistematica que no sea precedida de pruebas... hechas por e1 mismo investigador:.., hechas por otros investigadores... o estar producif~ndose !como/ fenomenos naturales". "E1hombre aprende investigando; basicamente se entrena y cu1tiva por este procedimiento"... "Pasamos un muy considerable, y tambienjustificado, numero de aDOS 'haciendonos' profesiona1es"(1) (1) Tornado del articulo: Porrero,]. (1975). La investigaci6n, Boletin Tecnico IMME XII:5 1, 33-57, Caracas. Mi1jLAL DE-I. CO~JCRFTO ES'l.RUCTI. RAt JOAquiN PORRERO (1927/1992) SEMBLANZA DE UN INVESTIGADOR Joaquin Porrero fue toda su vida y por encima de cualquier otro titulo, Investigador a Tiempo Completo. Nacido en Sama de Langreo, pueblo ubicado en la Provincia de Asturias, Espana, culmina su licenciatura en la Universidad de Oviedo en 1952. A partir de alli, su experiencia en su tierra natal se desarrolla como Profesor Ayudante en la Catedra de Quimica Inorganica, Universidad de Oviedo, y Jefe de Control de Calidad de una fabrica de cementos de escoria de alto homo. En el ano 1957 presenta credenciales para optar al cargo de Jefe de la Secci6n de Investigaci6n Quimica del Instituto de Investigaciones y Ensayos de Materiales (IDIEM) de la Universidad de Chile, resultando seleccionado e iniciandose desde ese momenta su periplo por otras tierras. En Chile; donde permanece casi 11 anos, contrae matrimonio con Lidia Alfaro y nace Rogelio su primer hijo; completaria la familia con Marilena, nacida en Venezuela, ambos profesionales de la medicina hoy en dia. En Septiembre de 1967 el profesor Jose Crases, para aquel entonces Director del Instituto de Materiales y Modelos Estructurales (IMME), viaja a Chile para asistir a una reuni6n de Rilem Latinoamericana. Alli conoce a Joaquin y concreta una primera visita a Venezuela bajo el patrocinio del Consejo de Desarrollo Cientifico y Humanistico, y la Facultad de Ingenieria de la Universidad Central de Venezuela. En este primer viaje, desde Octubre de 1967 hasta Febrero de 1968, organiza el Laboratorio de Cementos del IMME, entrena al personal y dicta un curso a los tecnicos de distintas plantas de cementa instaladas en el pais. Regresa Joaquin a Chile, pero ya los aires tropicales 10 habian cautivado y la gente del IMME habia aquilatado su valia. En Julio de 1968 regresa a Venezuela con toda su familia y un contrato como Profesor Asociado. A partir de 1971 ejerci6 el cargo de Jefe de la Divisi6n de Estudio y Ensayo de Materiales del IMME. En 1974 obtiene el titulo de Doctor en Ciencias Quimicas en la Universidad Complutense de Madrid con el trabajo "Estudio de a1gunas de las variables que intervienen en 1a corrosion de las armaduras del hormigon", donde postula que: "el Mecanismo Corrosivo en Medios Homogeneos se desarrolla inicialmente con un proceso electroquimico que consume metal, proceso que posteriormente se frena y sustituye al menos en parte, por reacciones, posiblemente hidrataciones, cristalizaciones y modificaciones cristalinas, responsables del deterioro del material a mas largo plazo. La corrosi6n posiblemente sea una funci6n del contenido global de poros y del tamano de los mismos".
4. 4. MAN A I LJ F CON C R r 0 RU'jfCRAL Aun cuando fallece joven (65 aflos) el 11 de Julio de 1992, su producci6n intelectual es amplia. Participa en proyectos de investigaci6n en el area de materiales de construcci6n empleados en obras de ingenieria en toda su extensi6n: concretos, agregados, concretos especiales, control de calidad, cementos, polimeros, durabilidad, corrosi6n, reparaciones, baldosas, ladrillos, frisos, plasticos, cales, yesos y otros. Todo un espectro de problemas que fue objeto de cuidadoso estudio. Profesor guia de mas de 90 trabajos especiales de grado de estudiantes universitarios, tambien dej6 una obra escrita de mas de 40 titulos publicados en revistas tecnicas y presentados en congresos. Autor lider del Manual del Concreto Fresco en sus tres ediciones, del Manual del Concreto publicado poco despues de su desaparici6n fisica, y dellibro Preparaci6n y Control de Concretos para los Sistemas de Pared De1gada. Reconocido consultor en multiples empresas publicas y privadas, nacionales y extranjeras. Como docente dict6, durante muchos arlOs, la Catedra de Materiales y Ensayos (pregrado) y Tecnologia del Concreto (postgrado). Adicionalmente, dict6 unos treinta cursos de extensi6n de conocimientos y entrenamiento en diversas Instituciones principalmente el Colegio de Ingenieros. Toda esa labor forma parte del legado que Joaquin Porrero sembr6, cultiv6 y enriqueci6 junto con sus alumnos y con los que disfrutamos el privilegio de su amistad. A su memoria dedicamos esta publicaci6n. Los Autores Caracas, Octubre de 2003 DEL C01CRI:TO CONTENIDO PRESENTACI6NV JOAQuiN PORrlERO (1927/1992) SEMBLANZA DE UN INVESTIGADORVII ADVERTENCIAXXIII NOTACI6NXXV CAPrTULO I GENERALIDADES31 1.1 DEFINICI6N Y DESARROLLo HIST6RIco31 1.1.1 Definici6n31 I. 1.2 Antecedentes31 1.1.3 Concreto Reforzado32 1.1.4 Inicios en Venezuela33 1.2 COMPONENTES34 1.3 PREPA,RACI6N Y COLocAcI6N35 1.4 PRINCIPALES CARACTERisTICAS DEL CONCRET036 1.5 TIPos DE CONCRET036 1.6 CONTROL DE CALlDAD37 EST Rue T l R A L 1.7 RELACIONES ENTRE LA CALIDAD DEL CONCRETO Y SU COMPOSICI6N38 1.7. 1 La Relaci6n Triangular38 1.7.2 La Ley de Abrams40 1.8 CALIDAD GRANULOMETRICA DE LOS AGREGADOS41 1.9 ESQUEMA GENERAL DE RELACIONEs41 1.10 ENDURECIMIENTO DEL CONCRET043 CAPiTULO II CARACTERisTICAS DEL CONCRETO FRESC045 II. 1 REOLOGiA45 II. 1 1Fluidez45 11.1.2 Compactibilidad46 11.1.3 Estabilidad a 10 Segregaci6n46 11.2 TRABAJABILlDAD46 11.2.1 Cono de Abrams47 11.2.2 Otros Procedimientos48 11.2.3 EI Asentamiento como indice del Contenido de Agua51 11.3 RETRAccI6N51 11.4 MECANISMO DE LUBRICAcI6N52 11.4.1 Caracteristicas a considerar segun el Mecanismo de Lubricaci6n54 11.4.2 Pasta54 11.4.3 Cantidad de Agua (0)55 11.4.4 Granulometria de los Agregados (13)55 11.4.5 Tamaiio Maximo del Agregado (P)56 11.4.6 Rugosidad de los Agregados56 11.4.7 Resumen56 11.4.8 Conclusiones57
5. 5. M A ., U A I D F CO(I~LTO ESTRLCIlJRAi 11.5 ALTERACIONES DE LA REOLOGiA58 115. 1 Tiempo58 11.5.2 Tem eratura58 CAPiTULO III AGREGADOS61 111.1 ORiGENEs61 111.2 NIVELES DE CALlDAD62 111.2.1 Agregados Controlados62 111.2.2 Agregados Conocidos con Controllnsuficiente62 111.2.3 Agregados na Empleados con Anteriaridad63 111.3 REQUISITOS DE CALlDAD63 111.4 GRANULOMETRiA63 111.4.1 Agregados por Fracciones64 111.4.2 Combinacion de Agregados66 111.5 TAMANO MAxlM067 111.6 SEGREGACI6N71 111.7 M6DULO DE FINURA71 111.8 ULTRAFINos72 111.8.1 Ensayos74 111.8.2 Accion de los Ultrafinos74 111.8.3 Requisitos y Precauciones75 111.9 IMPuREzAs76 111.9.1 Materia Organica76 111.9.2 Sales Naturales77 111.10 REACTIVIDAD Y DISGREGABILlDAD77 111.11 RESISTENCIA DE LOS AGREGADOs78 111.12 FORMA y TEXTURA DE LOS GRANos79 111.12.1 Forma79 III. 12.2 Textura Superficial80 111.13 PESO POR UNlOAD DE VOLUMEN80 111.13.1 Peso Unitario Suelto80 111.13.2 Peso Unitario Compacto81 III. 13.3 Peso Especifico81 111.14 HUMEDAD81 III. 14. 1 Secado al Fuego84 III. 14.2 Speedy-Vac84 111.14.3 Polenciometro84 111.14.4 Ondas Ultrasonicas84 111.1 5 RELACIONES CON LAS PROPIEDADES DEL CONCRET084 111.16 CONTROL DE CALlDAD85 III. 16. 1 Grado de Control85 111.16.2 Granulometria87 111.16.3 Humedad88 111.16.4 Otros Ensayos de Calidad89 1 , U , CAPfTULO IV CEMENT091 IV.1 CONsTlTUcI6N91 D C(),CRFrO IV.2 HIDRATA,16N DEL CEMENTo94 IV.3 CLASIFICACI6N. TIPos96 IV.4 CEMENTO CON ADICIONES97 IV.5 CALlDAD98 IV.6 TIEMPO DE FRAGUAD099 IV.7 RESISTENCIAS MECANICAS99 IVI 1 Arena Normalizada 102 IV.8 FINURA 103 IV.9 DESARROLLO DE RESISTENCIAS 104 IV.10 CALOR105 IV.11 CEMENTO CALIENTE106 IV. 12 OTROS CEMENTOS109 IV.13 MANEJO 11 0 IV.14 RESISTENCIA A ATAQUES QUiMICOS 111 IV.15 ENVEJECIMIENTO111 IV. 16 MEZCLA DE CEMENTOS 111 REFERENCIAS 11 2 CAPfTULO V AGUA PARA CONCRETO 113 V.1 INTRODUCCI6N 113 V.2 AGUA DE MEZCLADO114 V.3 AGUA DE CURADO114 V.4 EFECTOS DE LAS IMPUREZAS SOBRE EL CONCRETO115 V4.1 Carbonatos 115 V4.2 Sales de Hierro l16 V4.3 Otras Sales l16 V4.4 Aguas Acidas 116 V4.5 Aguas Alcalinas 116 V4.6 Azucares 117 V4.7 Porticulas en Suspension 117 V4.8 Aceites 117 V4.9 AIgas l17 V4. 10 Efluentes Industriales117 V4.1 1 Sulfatos 117 V4. 12 Agua de Marl18 V4.13 Desechos Sanitarios y Sustancias Industriales118 V.5 CALIDAD DEL AGUA 119 V5 .1 Analisis Quimico l19 V 5.2 Morteros de Prueba 121 REFERENCIAS 122 CAPiTULO VI DISENO DE MEZCLAS123 VI.1 CONSIDERACIONES GENERALES123 [ S T R leT U R A [
6. 6. MANI.AL DE CONCRETO ESTRUCILRAL VI.2 FUNDAMENTOS DEL METODO DE DISENO PROPUESTO 124 VI.3 CALCULO DE LA PROPORCI6N ENTRE AGREGADOS FINOS Y GRUESOS 125 VI.3.1 limites Granulametricos 125 VI.3.2 Relacion Beta (13) 127 VI.3.3 Precision de 13 129 VI.4 DATOS DE ENTRADA PARA EL DISENO DE MEZCLA 130 VI .4.1 Condiciones Ambientales de 10 Obra 130 VI.4.2 Tipo de Obra 0 parte de la Estructura 130 V1.4 .3 Tipo de Agregado y Tipo de Cemento 131 V1.4.4 Resistencia Promedio RequeridalFcrl 132 VI.5 LEY DE ABRAMS 135 VIS 1 Enunciado y C61culo 135 VI.S.2 Correcciones de ex 136 VI.S.3 limites de ex por Durabilidad 138 VI.6 RELACI6N TRIANGULAR139 VI.6.1 Enunciado y C61culo 139 VI.6.2 Correcciones del Cemento 141 VI.6.3 Dosis Minima de Cemento por Durabilidad 142 VI.7 CALCULO DE LOS RESTANTES COMPONENTES 142 VlI1 Volumen de Aire Atropado 142 VII2 Volumen Absoluto de los Granos de Cemento 143 VII3 Volumen Absoluto del Agua 143 VII4 Volumen Absoluto de los Agregados 143 VIIS Ecuacion de Volumen y C61culo de 10 Dosis de Agregados 144 VI.8 EXPRESI6N DE RESULTADOS 144 VI.9 ESQUEMA DE DISENo145 VI.l0 DISENOS INVERSOS 145 VI.ll AJUSTE SEGUN LA RESISTENCIA DEL CEMENTO 145 VI. 12 CORRECI6N POR HUMEDAD 147 VI. 13 AJUSTES DE LA MEZCLA 148 V1. 13.1 Ajustes de 10 Relacion Triangular 148 VI. 13.2 Ajuste de 10 Ley de Abrams 149 VI.14 DOSIFICACI6N PARA OBRAS DE POCO VOLUMEN DE CONCRETO 150 VI. 14. 1 Receta Simple 150 VI. 14.2 Receta Ampliada 151 VI.15 DOSIFICACI6N EN VOLUMENl 52 VI. lS. 1 Dosis de Cemento 152 V1.1S.2 Dosis de Agregados 152 VI.16 EJEMPLOS DE DISENOS DE MEZCLA 153 CAPITULO VII ADITIVOS 165 VII.l GENERALIDADES 165 VII.2 EFECTOS DE LOS ADITIVOS 167 VII.3 MODIFICADORES DE LA RELACI6N TRIANGULAR 168 VII.3.1 Accion Plastificante168 VI1.3.2 Aharro de Cemento 171 VII. 3.3 Reduccion de Agua 173 J'vj'NUAL DI'I CONCRI;TO ESTRLCTURAL VII.4 MEJORADORES DE LA TIXOTROpiA. PLASTIFICANTES Y SUPERPLASTIFICANTES 175 VII.5 MODIFICADORES DE LOS TIEMPOS DE FRAGUAD0176 VIIS 1 Aditivos Aceleradores 176 VII. S. 2 Retardad