upao tecnologia del concreto semana 1.pdf

1

Docente: Ing. Manuel Zamudio UPAO – PIURA SEMESTRE 2015 -II

CURSO TECNOLOGIA

DEL CONCRETO

2


3


TECNOLOGIA DELCONCRETO ??????

4


CONCRETO - HISTORIA

Desde los tiempos de la antigua Grecia y Roma y hasta mediados

del siglo XVIII se empleaba la cal como elementofundamental y único aglomerante para lasconstrucciones. Sin embargo ésta no posee la cualidad de

fraguar bajo el agua cuando se hidrata, es decir, no eshidráulica. A estos morteros se les adicionaba en determinadascircunstancias materiales de origen volcánico o materiales dealfarería triturados, obteniéndose, experimentalmente, un mejorresultado de la resistencia química frente al agua natural y de unmodo especial frente al agua de mar.

5


CONCRETO - HISTORIA

Por ejemplo el "CEMENTO ROMANO", se obtenía mezclando dos partes de

puzolana y una parte de cal apagada. Las puzolanas procedían de las cenizas

volcánicas (tobas) que se encontraban al pie del Vesubio en la región de Puzzole, de donde proviene el término puzolana.

De todos los cementos desarrollados, el cemento Pórtland, patentado en Inglaterra en 1824, es el que se emplea hoy en la mayoría de las estructuras de

hormigón. Su nombre deriva de la semejanza en apariencia, en el estado endurecido, con la piedra Pórtland de Inglaterra.

6


CONCRETO - CONCEPTOS

El CONCRETO ES UN MATERIAL HETEROGÉNEO el cualestá compuesto principalmente de la combinación decemento, agua y agregados fino y grueso.

El concreto es un producto artificial compuesto queconsiste de un medio ligante denominado PASTA, dentrode la cual se encuentran embebidas partículas de unmedio ligado denominado AGREGADO

7



8



9



10



Un buen diseño estructural del CONCRETO soloserá útil si la ejecución física ha sido realizada conproductos de buena calidad y con una buenapractica por la mano de obra contratada. De losmismos factores dependerá el tiempo que unaestructura se mantenga en buen estado.

11



12



El CONCRETO es un material que llega en a la obra enforma PLÁSTICA, pudiendo ser moldeado en ella deprácticamente cualquier forma. Presenta una granvariedad de TEXTURAS Y COLORES y se utiliza paraconstruir muchos tipos de estructuras, puentes, túneles,represas, canales, grandes edificios, pistas de aterrizaje yen prácticamente lo que uno se pueda imaginar encuanto a construcción se refiere.

13



El CONCRETO responde a las leyes físicas y químicas, portanto, la explicación a sus diversos comportamientos siempreresponde a alguna de estas leyes; y la no obtención de losresultados esperados se debe al desconocimiento de lamanera como actúan estas en el CONCRETO, lo que resultaen una utilización artesanal del mismo. Una práctica sin unfuerte conocimiento tendrá consecuencias que no podemospredecir, dado que durante su empleo no se respetaran uobviaran las consideraciones técnicas que nos da elconocimiento científico sobre él.

14


TECNOLOGIA DEL CONCRETO – CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Es el campo de la Ingeniería Civil el que abarca elconjunto de conocimientos científicos orientados hacia laaplicación técnica, práctica y eficiente del CONCRETO enla construcción.

En su desarrollo y utilización intervienen varias cienciasinterrelacionadas, como son la Física, la Química, lasMatemáticas y la investigación experimental.

15


TECNOLOGIA DEL CONCRETO – CONCEPTOS FUNDAMENTALES

La tecnología del CONCRETO es un tema que cadaingeniero debe conocer a fondo, y es por esto que eneste curso se intentará hacer referencia a la mayorcantidad de información posible, adentrándonos en losaspectos imprescindibles y tratando de rozar los mayoresposibles, dando siempre una referencia hacia otrostextos disponibles y de fácil acceso en nuestro mediopara que tanto el estudiante como el ingeniero civilpueda extender sus conocimientos y ser excelente en supractica como constructor.

16


CONCRETO – DEFINICIONES

Cemento Hidráulico: Cemento que fragua y endurecepor la interacción química con el agua, tanto al airecomo bajo agua, a causa de las reacciones dehidratación de sus constituyentes, dando lugar aproductos hidratados mecánicamente resistentes yestables.Cemento Pórtland: Un cemento hidráulico producidopor la pulverización del clinker Pórtland, usualmente encombinación con sulfato de calcio.

17


CONCRETO – PRODUCCION

MATERIAS PRIMASEl proceso de fabricación del cemento comienzacon la obtención de las materias primasnecesarias para conseguir la composicióndeseada para la producción del clinker.Los componentes básicos para el cementoPórtland son:

18



CaO, obtenida de materiales ricos en cal, como lapiedra caliza rica en CaCO3, con impurezas deSiO2, Al2O3 y MgCO3, de Margas, que son calizasacompañadas de sílice y productos arcillosos,conchas marinas, arcilla calcárea, greda, etc.

19



SiO2 y Al2O3, obtenidos de Arcilla, arcillaesquistosa, pizarra, ceniza muy fina o arena paraproporcionar sílice y alúmina.

Fe2O3, que se obtiene de mineral de hierro,costras de laminado o algún material semejantepara suministrar el hierro o componente ferrífero.

20



Con los dos primeros componentes se produce cementoPórtland blanco, el tercero es un material fundente que reduce la

temperatura de calcinación necesaria para la producción del cemento gris.Esta disminución en la temperatura, hace que sea más económico en sufabricación, en relación al cemento blanco, aunque ambos poseen las mismaspropiedades aglomerantes.

El número de materias primas requeridas en cualquier planta depende de lacomposición química de estos materiales y de los tipos de cemento que seproduzcan. Para llevar a cabo una mezcla uniforme y adecuada, las materiasprimas se muestrean y analizan en forma continua, y se hacen ajustes a lasproporciones mientras se realiza el mezclado.

21


CONCRETO – EXTRACCION

El proceso industrial comienza con laextracción de las materias primasnecesarias para la fabricación del

cemento, tales como piedra caliza,yeso, oxido de hierro ypuzolana. La extracción se realizaen canteras a cielo abierto medianteperforaciones y voladurascontroladas, para luego sertransportadas por palas y volquetes ala trituradora.

22


CONCRETO – TRITURACION Y MOLIENDA

La finalidad de latrituración y posteriormolienda es reducir eltamaño de las partículasde la materiaprima, para que lasreacciones químicas decocción en el horno puedanrealizarse de formaadecuada.

23



Después de la excavación, la primera operación de procesamientoes la trituración.Esta se realiza en dos etapas, primeramente la piedra bruta sepasa por la trituradora primaria, donde los fragmento se reducendesde un tamaño de 1.5m a 15cm, y en seguida el productotriturado pasa a la trituradora secundaría, la cual lo reduce hastaun tamaño de alrededor de 1,5cm hasta alcanzar la granulometríadeseada.Los materiales son almacenados en tolvas de control, para pasar ala molienda, separados en sus cuatro componentes: piedra calizachancada, arcilla desmenuzada, óxido de hierro y yeso chancado.

24



25



Molienda.- En esta etapa se seleccionan lascaracterísticas de la harina cruda que se deseaobtener, mediante un sistema que consta decuatro balanzas dosificadoras, que suministran losmateriales que se incorporan al proceso delmolino para lograr la mezcla final.

26



27



La molienda de materias primas (molienda de crudo) serealiza en equipos mecánicos rotatorios, en los que la mezcladosificada de materias primas es sometida a impactos decuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas.En la línea de transporte del polvo crudo se toman muestrasrepresentativas para controlar la composición química y lafinura del producto. El POLVO CRUDO ES ALMACENADO ENSILOS.

28



29


CONCRETO – PROCESO DE FABRICACION DEL CLINKER

CALCINACIÓNSe usa un molino vertical de rodillos, para secar y reducir el material hasta que de 80 a90% de este pase por el tamiz Nº200. A medida que el material es forzado hacia lacorriente de gas caliente proveniente del horno, produciéndose la

DESHIDRATACIÓN Y LA DESCARBONATACIÓN.

30



El material procesado en el horno rotatorio alcanza unatemperatura entorno a los 1450ºC. La materia prima,durante su calcinación, sufre reacciones químicasformándose granos duros, del tamaño de una nuez, deun nuevo material llamado CLINKER. El Clinker que seforma sale del horno a esta temperatura, y entra dentrodel enfriador donde es enfriado hasta una temperaturade 80°C en enfriadores de parrillas o rotativo .

31



32



Posteriormente, luego de pasar por una chancadora, el clinker estransportado a un parque de almacenamiento para sutratamiento en el siguiente proceso. Desde este depósito ymediante un proceso de extracción controlada, el clinker esconducido al área de molienda.En función de la composición, la resistencia y otras característicasadicionales, el cemento se clasifica en distintos tipos. Mediantebalanzas automáticas denominadas dosificadoras se adicionan losagregados requeridos según el tipo de cemento que se requierafabricar.

33



34



35



36



MOLIDO DE ACABADO (MOLIENDA DE CEMENTO)La molienda de cemento se realiza en equipos mecánicosen las que la mezcla de materiales es sometida aimpactos de cuerpos metálicos o a fuerzas decompresión elevadas.El clinker se muele junto con un 5 a 7% de yeso. Lafunción de este último es de controlar el tiempo defraguado y mejorar las características de resistencia ycambio de volumen.

37



38


COMPOSICION DEL CEMENTO

COMPOSICIÓN QUÍMICAAnálisis químico.-La tabla muestra losporcentajes típicos en quese presentan loscompuestos en el cementoy las abreviaturas con lasque suelen serdenominados:

39


EFECTO DE LOS COMPONENTES

Cada uno de los cuatro compuestos principales delcemento Pórtland, así como los compuestossecundarios, contribuye en el comportamiento delcemento, cuando pasa del estado plástico al endurecidodespués de la hidratación. El conocimiento delcomportamiento de cada uno de los compuestosprincipales, durante la hidratación, permite AJUSTARLAS CANTIDADES DE CADA UNO DURANTE LAFABRICACIÓN, PARA PRODUCIR LAS PROPIEDADESDESEADAS EN EL CEMENTO.

40



El SILICATO TRICÁLCICO, C3S, es el compuesto activo por excelencia delclinker, es el que produce la alta resistencia inicial del cemento Pórtlandhidratado. Pasa del fraguado inicial al final en unas cuantas horas. El C3Sreacciona con el agua desprendiendo una gran cantidad de calor (calorde hidratación). La rapidez de endurecimiento de la pasta de cementoestá en relación directa con el calor de hidratación; cuanto más rápidosea el fraguado, mayor será la exotermia. El C3S hidratado alcanza granparte de su resistencia en siete días. Debe limitarse el contenido de S3Cen los cementos para obras de grandes masas de CONCRETO, nodebiendo rebasarse un 35%, con objeto de evitar valores elevados delcalor de hidratación.

41



El SILICATO DICÁLCICO, C2S, requiere algunos días parafraguar. Es el causante principal de la resistencia posteriorde la pasta de cemento Pórtland. Debido a que su reacciónde hidratación avanza con lentitud, genera un bajo calor dehidratación. Este compuesto en el cemento Pórtlanddesarrolla menores resistencias que el C3S en las primerasedades; sin embargo, aumenta gradualmente, alcanzando a

unos tres meses una resistencia similar a la del C3S. Loscementos con alto contenido en silicato dicálcico sonmás resistentes a los sulfatos.

42



Aluminato Tricálcico, C3A, presenta fraguado instantáneo al serhidratado y gran retracción. Es el causante primario del fraguadoinicial del cemento Pórtland y desprende grandes cantidades decalor durante la hidratación. El yeso, agregado al cemento duranteel proceso de fabricación, en la trituración o en la molienda, secombina con el C3A para controlar el tiempo de fraguado, por suacción al retardar la hidratación de este. El compuesto C3Amuestra poco aumento en la resistencia después de un día.Aunque el C3A hidratado, por si solo, produce una resistencia muybaja, su presencia en el cemento Pórtland hidratado produce otrosefectos importantes.

43



Por ejemplo un aumento en la cantidad de C3A en elcemento Pórtland ocasiona un fraguado más rápido, peroconduce a propiedades indeseables del CONCRETO, comouna mala resistencia a los sulfatos y un mayor cambio devolumen. Su estabilidad química es buena frente a ciertasaguas agresivas (de mar, por ejemplo) y muy débil frente asulfatos. Con objeto de frenar la rápida reacción delaluminato tricálcico con el agua y regular el tiempo defraguado del cemento, se añade al clinker un sulfato (piedrade yeso).

44



El FERROALUMINATO TETRACÁLCICO, C4AF, El uso de más óxidode hierro en la alimentación del horno ayuda a disminuir el C3A,pero lleva a la formación de C4AF, un producto que actúa comorelleno con poca o ninguna resistencia. No obstante, es necesariocomo fundente para bajar la temperatura de formación del clinker.Es semejante al C3A, porque se hidrata con rapidez y sólodesarrolla baja resistencia. No obstante, al contrario del C3A, nomuestra fraguado instantáneo. Su resistencia a las aguasselenitosas y agresivos en general es la mas alta de todos losconstituyentes. Su color oscuro le hace prohibitivo para loscementos blancos por lo que en este caso se utilizan otrosfundentes en la fabricación.

45



La Cal libre, CaO, No debe sobrepasar el 2%, ya que encantidades excesivas puede dar por resultado unacalcinación insuficiente del clinker en el horno, estopuede provocar expansión y desintegración delCONCRETO. Inversamente, cantidades muy bajas de callibre reducen la eficiencia en el consumo de combustibley producen un clinker duro para moler que reacciona conmayor lentitud.

46



El Oxido de Magnesio queda limitado porlas especificaciones al 6%, ya que conduce auna expansión de volumen variable en elCONCRETO, debido a la hidrataciónretardada, en especial en un medioambiente húmedo.

47



Los Álcalis (Na2O y K2O) son componentes secundariosimportantes, ya que pueden causar deterioro expansivocuando se usan tipos reactivos de agregados silíceos para elhormigón. Se especifica cemento de bajo álcali en zonas endonde se encuentran estos agregados. El cemento de bajoálcali contiene no más del 0,6% de álcalis totales. Sinembargo, debe controlarse el porcentaje de álcalis totales enel CONCRETO, ya que el álcali puede entrar a la mezcla de eseCONCRETO proveniente de ingredientes que no son elcemento, como el agua, los agregados y los aditivos.

48



Trioxido de azufre, SO3, el azufre proviene de laadición de piedra de yeso que se hace al clinkerdurante la molienda para regular su fraguado,pudiendo también provenir del combustibleempleado en el homo. Un exceso de SO3 puedeconducir al fenómeno de falso fraguado, por loque conviene limitarlo a no mas del 4%.

49



Perdida al fuego, cuando su valor es apreciable, la perdida alfuego proviene de la presencia de adiciones de naturalezacaliza o similar, lo cual no suele ser conveniente. Si elcemento ha experimentado un prolongado almacenamiento,la perdida al fuego puede provenir del vapor de agua o delCO2 presentes en el conglomerante, siendo entoncesexpresiva de una meteorización del cemento.Residuo insoluble, proviene de la presencia de adiciones denaturaleza silicea. No debe superar el 5% para el Pórtland I.

50


HIDRATACION DEL CEMENTO

Cuando se agrega agua al cemento Pórtland, los compuestosbásicos presentes se transforman en nuevos compuestos porreacciones químicas. Como por ejemplo:

Silicato tricálcico + agua → gel de tobermorita + hidróxido de calcioSilicato dicálcico + agua → gel de tobermorita + hidróxido de calcioFerroaluminato tetracálcico + agua + hidróxido de calcio → hidratode calcioAluminato tricálcico + agua + hidróxido de calcio → hidrato deAluminato tricálcicoAluminato tricálcico + agua + yeso → sulfoaluminatos de calcio

51


CALOR DE HIDRATACION DEL CEMENTO

La reacción del cemento con el agua es exotérmica; esdecir, se genera calor en la reacción, durante lahidratación del cemento.

52



53



Se puede sacar ventaja de esta propiedad, durante eltiempo frío, para mantener temperaturas adecuadas decurado mediante el aislamiento que brinda el encofrado.No obstante, para las cortinas de presas y otrasestructuras de CONCRETO MASIVO, deben tomarsemedidas para reducir o eliminar el calor mediante eldiseño y métodos de construcción adecuados, estopuede comprender la circulación de agua fría u otrosmedios de enfriamiento.

54



Otro método para controlar el desprendimientode calor es reducir el porcentaje de compuestosque generan elevado calor de hidratación, comoel C3A y el C3S, y usar un cemento con menosfinura.

55



El uso de agregado grande (≤ 15cm) tambiénayuda a reducir el requisito del cemento y el calorconsecuente, al reducir la cantidad de agua, y portanto menos cemento, con la misma relaciónagua/cemento.

56



57


PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DEL CEMENTO

FRAGUADO Y ENDURECIDOEl fraguado es la pérdida de plasticidad que sufre lapasta de cemento. La velocidad de fraguado vienelimitado por las normas estableciendo un periodo detiempo, a partir del amasado, dentro del cual debeproducirse el principio y fin del fraguado. Este proceso escontrolado por medio del ensayo de la aguja de Vicat(ASTM C191), que mide el inicio y fin del fraguado enmediciones de penetraciones cada 15min, de la siguientemanera:

58



Inicio del Fraguado.- Cuando la aguja no penetramás de 25 mm en la pasta. Se recomienda queuna vez iniciado el fraguado el cemento ya debeestar totalmente colocado y no debe moverse desu lugar, ya que se originaran fisuras.

Fin del Fraguado.- Cuando la aguja no dejamarcas en la superficie de la pasta.

59



60



61



Falso Fraguado o endurecimiento prematuro.- Semanifiesta por un endurecimiento rápido del CONCRETOpoco después del mezclado. Si este es resultado de ladeshidratación del yeso durante el proceso de molido,por lo general desaparecerá con un mezclado adicional.Si es resultado de la interacción cemento-aditivo, esposible que se requieran agua y mezclado adicionalespara mitigar el problema.

62



Fraguado por compactación.- En ocasiones, en el manejodel cemento a granel, se encuentra que el cementopresenta cierta dificultad para fluir o que fluye mal. Este“fraguado por compactación”, no tiene efecto sobre laspropiedades del cemento para producir el CONCRETO. Elproblema suele ser la humedad, instalaciones de manejoinadecuadamente diseñadas o haber dejado que elcemento se asentara, por demasiado tiempo sinmoverlo.

63



FINURA.Influye decisivamente en la velocidad de reaccionesquímicas que tienen lugar durante el fraguado y elprincipio de este. Al entrar en contacto con el agua, losgranos de cemento solo se hidratan en una profundidadde 0,01 [mm], por lo que si dichos granos fuesen muygruesos, su rendimiento seria muy pequeño, al quedaren su interior un núcleo prácticamente inerte, como seilustra en la figura .

64



Si el cemento posee una finura excesiva, suretracción y calor de hidratación serán muy altos,se vuelve más susceptible a la meteorización ydisminuye su resistencia a las aguas agresivas, loque en general resulta muy perjudicial.

65



RESISTENCIA MECÁNICA.La velocidad de endurecimiento del cemento depende de laspropiedades químicas y físicas del propio cemento y de lascondiciones de curado, como son la temperatura y la humedad. Larelación agua/cemento (A/C) influye sobre el valor de laresistencia última, con base en el efecto del agua sobre laporosidad de la pasta. Una relación A/C elevada produce unapasta de alta porosidad y baja resistencia.La resistencia es medida a los 3, 7 y 28 días, teniendo estas quecumplir los valores mínimos , dados por la por la ASTM.

66



67



EXPANSIÓN.El exceso de cal libre o de magnesia en el cemento dapor resultado expansión y la desintegración delCONCRETO hecho con ese cemento.

En el caso de la cal libre, se debe a partículas de esta queno llegan a combinarse con los demás componentes yque van aumentando de volumen hasta explotar.

68



FLUIDEZLa fluidez es una medida de la consistencia de lapasta de cemento expresada en términos delincremento del diámetro de un espécimenmoldeado por un medio cono, después de sacudirun número especifico de veces.

69



El ensayo para determinar la fluidez (ASTM C1437), serealiza en una mesa de sacudidas en la que se coloca lamuestra en dos capas que son compactadas con unavarilla normada en un molde normado. Se deja lamuestra en el molde por 1min y luego se retira el moldequedando la muestra sobre el plato de la mesa desacudidas. Se inicia una secuencia de 25 golpes y serealizan 5 medidas del diámetro de la muestra expandidapor los golpes. La sumatoria de estas medidas debe dar105±5.

70



71


TIPOS DE CEMENTOEn el mundo existen una gran variedad de tipos de cementos, estos tipos se distinguensegún los requisitos tanto químicos como físicos.La norma ASTM especifica:• 8 tipos de cemento Pórtland, ASTM C150: I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV, V.• 6 tipos de cemento hidráulico mezclado, ASTM C595: IS, IP, P, I(PM), I(SM), S.

• Tipo IS.- Cemento Pórtland con escoria de alto horno• Tipo IP.- Cemento Pórtland con adicion Puzolanica.• Tipo P.- Cemento Pórtland con puzolana para usos cuando no se requiere alta

resistencia inicial.• Tipo I (PM).- Cemento Pórtland con Puzolana modificado.• Tipo I (SM).- Cemento portland con escoria, modificado.• Tipo S.- Cemento con escoria para la combinación con cemento Portland en la

fabricación de concreto y en combinacion con cal hidratada en la fabricación delmortero de albañilería.

• 3 tipos de cemento para mampostería, ASTM C91: N, M, S.

72


TIPOS DE CEMENTO

TIPO I, cemento común, para usosgenerales, es el que más se emplea parafines estructurales cuando no se requierende las propiedades especiales especificadaspara los otros cuatro tipos de cemento.

73


TIPOS DE CEMENTO

TIPO II, cemento modificado para usos generales y seemplea cuando se prevé una exposición moderada alataque por sulfatos o cuando se requiere un moderadocalor de hidratación. Estas características se logran alimponer limitaciones en el contenido de C3A y C3S delcemento. El cemento tipo II adquiere resistencia conmás lentitud que el tipo I; pero a final de cuentas,alcanza la misma resistencia. Este tipo de cemento seusa en el hormigón expuesto al agua de mar.

74


TIPOS DE CEMENTO

TIPO III, cemento de alta resistencia inicial,recomendable cuando se necesita una resistenciatemprana en una situación particular de construcción.Este cemento se obtiene por un molido más fino y unporcentaje más elevado de C3A y C3S.

Dado que el cemento tipo III tiene un grandesprendimiento de calor, no se debe usar enCONCRETOS masivos.

75


TIPOS DE CEMENTO

TIPO IV. Cemento de bajo calor de hidratación. Los porcentajes deC2S y C4AF son relativamente altos; El bajo calor de hidratación enel cemento tipo IV se logra limitando los compuestos que másinfluyen en la formación de calor por hidratación, o sea, C3A y C3S.Dado que estos compuestos también aportan la resistencia inicialde la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla quegana resistencia con lentitud. Este cemento se usa para estructurasde hormigón masivo, con bajas relaciones superficie/volumen.Requiere mucho más tiempo de curado que los otros tipos.

76


TIPOS DE CEMENTO

TIPO V. cemento resistente a los sulfatos. Laresistencia al sulfato se logra minimizando elcontenido de C3A (≤5%), pues este compuesto esel más susceptible al ataque por sulfatos.Este tipo se usa en las estructuras expuestas a lossulfatos alcalinos del suelo o del agua, a lossulfatos de las aguas freáticas y para exposición alagua de mar.

77


TIPOS DE CEMENTO

upao tecnologia del concreto semana 1.pdf

Documents