FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL TÍTULO PROFESIONAL TRABAJO DE SUFICIENCIA PROFESIONAL “CARACTERÍSTICAS EN ESTADO FRESCO DEL CONCRETO CEMENTO – ARENA ELABORADO CON 5 MARCAS DE CEMENTO PORTLAND TIPO I, IQUITOS-2023” PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL AUTORES: BACH. MARIA DEL CARMEN MENDEZ DOMINGUEZ BACH. CHRISTIAN GONZALES PAREDES ASESOR: ING. ULISES OCTAVIO IRIGOIN CABRERA, MSc. LORETO-IQUITOS – PERÚ 2023 ii DEDICATORIA Dedico este trabajo de investigación a mi madre, pues sin ella no lo habría logrado. A mi padre, hermano y esposo que desde el cielo me iluminan para seguir avanzando y a todas las personas que formaron parte de mi trabajo de investigación. MARÍA DEL CARMEN MÉNDEZ DOMÍNGUEZ Este informe va dedicado a mi esposa Cinthya y a mis hijos Christian William y Alison Alessia, estando siempre en mi corazón haciendo que me esfuerce cada día más por ellos y así poder lograr mis metas. CHRISTIAN GONZALES PAREDES iii AGRADECIMIENTO Agradezco principalmente a Dios quien me ha guiado y me ha brindado la fortaleza necesaria para seguir adelante a lo largo de este maravilloso camino. Al asesor Ing. Ulises Irigoin Cabrera por su apoyo constante durante el desarrollo del presente trabajo de investigación. MARÍA DEL CARMEN MÉNDEZ DOMÍNGUEZ A los docentes de nuestra alma máter por los conocimientos impartidos a lo largo de nuestra formación académica. Y a todas las personas que de una u otra forma fueron partícipes en nuestro camino profesional. CHRISTIAN GONZALES PAREDES “Año de la Unidad, la paz y el desarrollo” CONSTANCIA DE ORIGINALIDAD DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DE LA UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ - UCP El presidente de Comité de Ética de la Universidad Científica del Perú - UCP Hace constar que: El Trabajo de Investigación titulado: “CARACTERÍSTICAS EN ESTADO FRESCO DEL CONCRETO CEMENTO – ARENA ELABORADO CON 5 MARCAS DE CEMENTO PORTLAND TIPO I, IQUITOS-2023” De los alumnos: MARIA DEL CARMEN MENDEZ DOMINGUEZ Y CHRISTIAN GONZALES PAREDES, de la Facultad de Ciencias e Ingeniería, pasó satisfactoriamente la revisión por el Software Antiplagio, con un porcentaje de 21% de similitud. Se expide la presente, a solicitud de la parte interesada para los fines que estime conveniente. San Juan, 16 de Octubre del 2023. ------------------------------------------- Arq. Jorge L. Tapullima Flores Presidente del comité de Ética - UCP CJRA/ri-a 329-2023 21% INDICE DE SIMILITUD 18% FUENTES DE INTERNET 1% PUBLICACIONES 13% TRABAJOS DEL ESTUDIANTE 1 1% 2 1% 3 1% 4 1% 5 1% 6 1% 7 1% 8 1% 9 1% Resultados_UCP_IngenieriaCivil_2023_TI_MariaMendez_Chr… INFORME DE ORIGINALIDAD FUENTES PRIMARIAS www.coursehero.com Fuente de Internet Submitted to Universidad de Piura Trabajo del estudiante Submitted to Universidad Catolica de Trujillo Trabajo del estudiante Submitted to Universidad Cesar Vallejo Trabajo del estudiante edoc.tips Fuente de Internet www.slideshare.net Fuente de Internet prezi.com Fuente de Internet cd.dgb.uanl.mx Fuente de Internet Submitted to Submitted on 1693005444259 Trabajo del estudiante Autor de la entrega: Título del ejercicio: Título de la entrega: Nombre del archivo: Tamaño del archivo: Total páginas: Total de palabras: Total de caracteres: Fecha de entrega: Identificador de la entre… Recibo digital Este recibo confirma quesu trabajo ha sido recibido por Turnitin. A continuación podrá ver la información del recibo con respecto a su entrega. La primera página de tus entregas se muestra abajo. Maria Del Carmen Mendez Domiguez Quick Submit Resultados_UCP_IngenieriaCivil_2023_TI_MariaMendez_Chri… INFORME_FINAL..pdf 2.18M 86 11,229 56,966 16-oct.-2023 09:34a. m. (UTC-0400) 2197464244 Derechos de autor 2023 Turnitin. Todos los derechos reservados. v vi vii ÍNDICE DE CONTENIDO Pág. DEDICATORIA ........................................................................................ ii AGRADECIMIENTO ............................................................................... iii CONSTANCIA DE ANTIPLAGIO ............................................................. iv ACTA DE SUSTENTACIÓN ..................................................................... v ÍNDICE DE CONTENIDO ....................................................................... vii ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................ x ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................. xi RESUMEN xii ABSTRACT .......................................................................................... xiii CAPITULO I: MARCO TEÓRICO ............................................................. 1 1.1. Antecedentes de la Investigación .............................................................................. 1 1.2. Bases Teóricas ......................................................................................................... 13 1.2.1. Reseña histórica del concreto ............................................................................. 13 1.2.2. Definición del concreto ....................................................................................... 14 1.2.3. Componentes del concreto ................................................................................. 15 1.2.3.1. Cemento .......................................................................................................... 15 1.2.3.1.1. Componentes principales del cemento Portland ............................................ 16 1.2.3.1.2. Límites de hidratación de la pasta................................................................... 16 1.2.3.2. Agua ................................................................................................................ 17 1.2.3.2.1. Tipos de Agua y su utilización ......................................................................... 19 1.2.3.3. Agregados ....................................................................................................... 21 1.2.3.3.1. Granulometría de los agregados finos: ........................................................... 25 1.2.4. Proceso de hidratación de la pasta .................................................................... 28 1.2.4.1. Microestructura de la pasta endurecida. ....................................................... 30 1.2.5. Relación entre el tipo de concreto y la resistividad eléctrica ........................... 35 1.2.6. Adiciones en el concreto y su influencia en la resistividad eléctrica .................. 39 1.2.7. Propiedades del Concreto ................................................................................... 40 1.2.7.1. Propiedades en estado fresco ......................................................................... 40 1.2.8. Marcas y tipos de cementos Portland comercializados en Iquitos-Perú ............ 51 viii 1.2.8.1. Cemento Inka .................................................................................................. 51 1.2.8.2. Cemento APU .................................................................................................. 53 1.2.8.3. Cemento Amazónico ....................................................................................... 55 1.2.8.4. Cemento Andino Premium .............................................................................. 56 1.2.8.5. Cemento Andino Forte .................................................................................... 58 Definición de términos básicos ........................................................................................... 61 CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................. 63 2.1. Descripción del problema ....................................................................................... 63 2.2. Formulación del problema ...................................................................................... 64 2.2.1. Problema General ............................................................................................... 64 2.2.2. Problemas Específicos ........................................................................................ 64 2.3. Objetivos ................................................................................................................. 65 2.4. Hipótesis ................................................................................................................. 67 2.4.1. Hipótesis General ................................................................................................ 67 2.4.2. Hipótesis Específicos ........................................................................................... 67 2.5. Variables .................................................................................................................. 67 CAPÍTULO III. METODOLOGÍA ............................................................. 71 3.1. Tipo y diseño de la Investigación ............................................................................ 71 3.1.1. Tipo de investigación ........................................................................................... 71 3.1.2. Diseño de investigación ...................................................................................... 71 3.2. Población y muestra ............................................................................................... 72 3.2.1. Población ............................................................................................................. 72 3.2.2. Muestra ............................................................................................................... 72 3.3. Técnicas, instrumentos y procedimientos de recolección de datos ...................... 73 3.3.1. Técnicas de recolección de datos ....................................................................... 73 3.3.2. Instrumentos de recolección de datos ............................................................... 73 3.3.3. Procedimientos de recolección de datos ........................................................... 74 3.4. Procesamiento y análisis de datos .......................................................................... 82 CAPÍTULO IV. RESULTADOS ................................................................. 82 CAPÍTULO V. DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 107 5.1. Discusión de resultados ........................................................................................ 107 5.2. Conclusiones ......................................................................................................... 108 5.3. Recomendaciones ................................................................................................. 112 ix REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................... 114 ANEXOS 121 PANEL FOTOGRÁFICO ....................................................................... 122 x ÍNDICE DE TABLAS N° Título Pág. Tabla 1. Componentes principales del cemento Portland y sus proporciones porcentuales ..................................................................... 16 Tabla 2. Límites usuales de composición del cemento Portland ........ 17 Tabla 3. Valores máximos aceptados en el agua para elaborar concretos ............................................................................................ 18 Tabla 4. Límites máximos de sustancias en agua potable ................. 19 Tabla 5. Límites máximos de sustancias en Agua no Potables .......... 20 Tabla 6. Clases de mezclas según asentamiento .............................. 44 Tabla 7. Características Técnicas: Requisitos normalizados – NTP 334.082 / ASTM C 1157 ......................................................................... 55 Tabla 8. Propiedades Físicas y Químicas .......................................... 57 Tabla 9. Propiedades Físicas y Químicas del Cemento Andino Forte 59 xi ÍNDICE DE FIGURAS N° Título Pág. Figura 1. Ilustración de Ettingita rellenando un poro ........................... 29 Figura 2. Pasta de cemento hidratada: Ca (OH)2 y C-S-H .................. 31 Figura 3. Cono de Abrams .................................................................. 43 Figura 4. Pueba de revenimiento - Slump ........................................... 44 Figura 5. Esquema de segregación .................................................... 46 Figura 6. Esquema de exudación del concreto ................................... 48 xii RESUMEN Esta investigación de tipo descriptiva correlacional y de diseño no experimental, tuvo como objetivo determinar las “Características en estado fresco del concreto cemento-arena elaborado con 5 marcas de cemento Portland tipo I y su relación con la resistencia a la compresión evaluada a los 7 días de curado”; para cuyo propósito se utilizó arena de un módulo de fineza de 1.46; una sola relación a/c = 0.60 y una mezcla para f´c= 210kg/cm2. Los resultados de los ensayos de asentamiento fueron de 5 ½”, 5”, 5 ¼”, 6” y 5 ½”; temperatura de 31.80°C, 33.40°C, 32.00°c, 31.50°C y 30.60°C; contenido de aire de 9.80%, 8.80%, 9.60%, 9.50% y 7.20%; y, de exudación, fueron de 3.115%, 2.517%, 2.575%, 3.094% y 3.012%; alcanzando resistencias promedio de 211kg/cm2, 215kg/cm2, 249 kg/cm2, 213 kg/cm2 y 284kg/cm2 para las mezclas preparadas con cemento Inka tipo Ico, Amazónico tipo GU, APU Tipo GU, Andino Forte tipo MH/R y Andino Premium Tipo I, respectivamente. La muestra estuvo conformada por 40 probetas, se evaluó la normalidad de los datos y se aplicó la prueba estadística de Correlación de Pearson, con un nivel de confianza de 95%, llegándose a confirman que las propiedades en estado fresco del concreto difieren para las diferentes marcas de cemento Portland; y, asimismo, éstas influyen sobre la resistencia a la compresión; quedando confirmada la hipótesis en el sentido de existencia de variación en estas propiedades según marcas de cemento, correspondiendo al Andino Premiun Tipo I, la mejor resistencia a los 7 días de curado. Palabras clave: Concreto cemento-arena; estado fresco, resistencia. xiii ABSTRACT This descriptive correlational research and non-experimental design, aimed to determine the "Fresh characteristics of cement-sand concrete made with 5 brands of Portland type I cement and its relationship with the compressive strength evaluated at 7 days." curing”; for which purpose sand with a fineness modulus of 1.46 was used; a single ratio w/c = 0.60 and a mixture for f'c= 210kg/cm2. The results of the settlement tests were 5 ½”, 5”, 5 ¼”, 6” and 5 ½”; temperature of 31.80°C, 33.40°C, 32.00°C, 31.50°C and 30.60°C; air content of 9.80%, 8.80%, 9.60%, 9.50% and 7.20%; and exudation were 3.115%, 2.517%, 2.575%, 3.094% and 3.012%; reaching average resistances of 211kg/cm2, 215kg/cm2, 249 kg/cm2, 213 kg/cm2 and 284kg/cm2 for the mixtures prepared with cement Inka type Ico, Amazonian type GU, APU Type GU, Andino Forte type MH/R and Andean Premium Type I, respectively. The sample consisted of 40 test tubes, the normality of the data was evaluated and the Pearson Correlation statistical test was applied, with a confidence level of 95%, confirming that the properties in the fresh state of the concrete differ for the different Portland cement brands; and, likewise, they influence the resistance to compression; confirming the hypothesis in the sense of the existence of variation in these properties according to cement brands, corresponding to Andino Premium Type I, the best resistance at 7 days of curing. Keywords: Cement-sand concrete; fresh state, resistance. 1 CAPITULO I: MARCO TEÓRICO 1.1. Antecedentes de la Investigación Con fines de mejorar la resistencia del concreto, diversos autores, han propuesto alcanzarla, e inclusive predecir su durabilidad a partir del estudio de sus propiedades en estrado fresco; así, algunos investigadores efectuaron ensayos relacionados a la consistencia del concreto en estado fresco, estudiando la forma, tamaño y textura del agregado grueso. En este sentido, (Guillen y Llerena 2020) lo confirman en su estudio en el que utilizaron piedra chancada de forma irregular y textura áspera y el otro la grava de forma redondeada y textura lisa con diferentes granulometrías (½”, ¾”,1” y 1 ½”), y por los resultados obtenidos llegaron a concluir que, la forma de los agregados incide en el comportamiento del concreto. (Yam, Carcaño y Moreno 2003 ), en su tesis “Características de los agregados pétreos en las características del concreto”, afirman que el concreto es un material compuesto, en el cual existe una gran variabilidad en las características de sus componentes, especialmente en los agregados pétreos, siendo éstas de carácter física y químico, producen diferentes efectos tanto en la trabajabilidad del concreto como en su comportamiento en estado endurecido, el cual regirá su vida de servicio; concluyendo que los agregados influyen en las características del concreto endurecido, tanto por su propia resistencia como la calidad y tamaño de las partículas sobre todos aquellas que facilitan la adherencia aunque generalmente va acompañado de mayor desgaste, estos agregados por su característica permite la utilización de la menor cantidad de pasta de cemento, producirán un concreto con mayor estabilidad volumétrica . 2 Contreras (2014 ), afirma que el agregado grueso es uno de los componentes del concreto que más porcentaje de intervención en peso tiene en las mezclas (43% en ambos diseños de su investigación), y señala que la forma angular y textura áspera de la piedra chancada, permiten en el concreto fresco una buena adhesión del agregado con la pasta del cemento y le brinda a la mezcla menor asentamiento (de 3” a 4” en esta investigación), sin embargo el asentamiento con la con grava de rio varía entre 8% y 16%, esto debido a su forma redondeada y textura lisa. De forma similar, Abril y Ramos (2017), pudieron comprobar que la resistencia del concreto es afectada cuando se usan agregados gruesos de distinto origen; así, grava extraída de un depósito aluvial contribuye a que el concreto soporte cargas superiores (3115 psi), a diferencia del material de origen montañoso con el cual se alcanzó tan solo una resistencia de 2652 psi, es decir no cumplió con el diseño de la mezcla. Identificaron cual es la incidencia que tiene el origen del agregado grueso en la resistencia del concreto cuando completa su tiempo de fraguado (a los 28 días). Para determinar la incidencia del origen de la roca y hacer la comparación se tomaron 2 canteras de forma aleatoria cercanas a Bogotá que produjeran agregados para la construcción y que tuvieran distinto origen, por lo cual los dos materiales seleccionados fueron: uno de peña proveniente del municipio de Mosquera en el departamento de Cundinamarca, el cual es producto de explotación mecánica y otro es extraído del rio Guayuriba ubicado en Villavicencio en el departamento del Meta , este material es sometido a un proceso de trituración posterior a su extracción. Teniendo en cuenta que las propiedades físicas encontradas en la grava de las dos canteras son diferentes, se realiza un diseño de mezcla único para los 40 especímenes, es decir, 20 muestras cilíndricas con cada uno de los tipos de agregados, con el fin de someterlas a ensayo a la compresión del concreto a los 7, 14 y 28 días. 3 En términos de trabajabilidad la grava extraída de Mosquera resulto ser más frágil y susceptible en su manipulación en la mezcla del concreto en estado fresco, presentando constantes fracturas del agregado, y mayor absorción. En la misma línea de investigación (Ferreira y Torres 2014 ), estudiaron directamente a los agregados que integran la mezcla, en su tesis denominada “ Caracterización física de agregados pétreos para concretos caso: Vista hermosa (Mosquera ) y mina Cemex (Apulo) Colombia “ , para lograr sus objetivos propuestos , realizaron la comparación de los resultados de los ensayos realizados a las muestras de dos canteras , así mismo observaron sus propiedades físicas encontrando diferencias, las mismas que afirmaron ser fundamentales porque, son parte de la calidad de los agregados, pues resultan determinantes para la variación de las propiedades físicas de las muestras en su petrografía de origen, y afecta directamente su composición. En cuanto a elementos que conforman el concreto, algunas investigaciones y estudios similares a esta investigación afirman que para disminuir la segregación en una mezcla de concreto se debe distribuir adecuadamente el agregado mediante el cuarteo y luego el tamizado luego de las veinticuatro horas de haber estado en contacto con el agua según estudios realizados por (Héctor Vera S. 2017) en su tesis denominada “Diseño exploratorio de mezclas de concreto utilizando arenas finas”. En este sentido (Barba y García 2019) (6), en su búsqueda por encontrar diseños óptimos para la elaboración de concretos livianos, realizaron diferentes diseños de mezcla, mediante un estudio de tipo experimental, en el que usaron perlas de poliestireno, manteniendo una resistencia a la compresión aceptable, según el Portland Cement Association. Por otro lado, 4 todas las pruebas de compresión y tracción calculadas con el coeficiente de variación obtuvieron valores menores que el 5%, lo que nos indicó dispersión baja, entre testigos. Guevara et al (2012), estudiaron la relación agua-cemento (A/C) en la preparación de concreto. Los autores hicieron varias pruebas cambiando el volumen del agua con relación a la cantidad de cemento. A partir de los resultados identificaron la consistencia del concreto y, por tanto, sus propiedades, lo que los llevo a concluir que la resistencia es afectada directamente por dicha relación y lo midieron mediante la prueba de compresión. Sin embargo, resaltaron que es importante comprobar las propiedades del concreto con el que se está trabajando, para determinar su utilidad a largo plazo y cumplir con los estándares requeridos para tal finalidad. (Parra y Bautista 2010), dosificaron cuatro mezclas con diferentes proporciones de material y tres relaciones agua/cemento (0.40, 0.45, 0.50) y a ellas adicionaron limallas y escombros, los mismos que tras los resultados, permitieron a los autores concluir que esta adición muestra un aumento de la resistencia del concreto y un aprovechamiento de dos residuos sólidos provenientes de actividades industriales y a su vez reporta ahorro del 30% con respecto a la producción de concreto con agregados convencionales. De 144 especímenes de concreto (dimensiones 30 cm de alto y 15 cm de diámetro, en promedio), los porcentajes asumidos correspondieron a valores de porcentaje de vacíos en mezclas de agregado entre 38,7% y 42,1%. Se observó que la mezcla dosificada con 61% de agregado grueso, 23% de agregado fino, 6% limalla fina y 10% de escombro, presento los valores más altos de resistencia promedio de los especímenes ensayados 306.74 kg/cm2 lo cual representa un 46% por encima del valor del concreto que se requería (210 kg/cm2). 5 (López Pacheco 2019), determinó tablas que permitan obtener los mejores contenidos de agua para relaciones agua-cemento de 0.4; 0.5; 0.6 y 0.7 y consistencias plásticas de 3” a 4” y también establecer relaciones entre la relación agua-cemento y la resistencia en compresión. Para lograr su objetivo tuvo presente lo que indica el I Comité 211.1 del ACI, en las tablas para la selección del agua de diseño de mezcla y de la relación agua-cemento en función a la resistencia de diseño y consistencia cuando se emplea cementos portland normal de la clasificación ASTM C 150. Sin embargo, cuando se emplean cementos portland puzolánicos, que corresponden a la clasificación ASTM C 595, las mencionadas tablas dan valores que, al ser utilizados, no permiten obtener mezclas de la resistencia o consistencia deseadas. Sus estudios concluyeron que el alto contenido de cemento mejora significativamente las propiedades y resistencia del concreto, pero tiende a aumentar innecesariamente el costo de la unidad cúbica. Así mismo, González, Guerrero y Delvasto (2012), se valieron de diferentes esfuerzos en la aplicación de la técnica de la inteligencia Artificial para predecir algunas propiedades del concreto, tanto en estado fresco como endurecido. Como premisa resaltan el uso importante de las Redes Neuronales Artificiales y de los Algoritmos Evolutivos, que son aplicados en la predicción de propiedades, la optimización, la dosificación de la materia prima, el control de calidad y la validación de modelos. Finalmente, revisan los avances para diseños de mezclas en concretos reforzados con fibras. Estos datos les permitieron concluir que el concreto es un material de ingeniería y de construcción por excelencia, elaborado a partir de la adecuada dosificación de su materia prima. En adición, los componentes se relacionan entre sí para influir de manera conjunta en sus propiedades, tanto en estado fresco como endurecido, y hacen la modelación difícil de formular convencionalmente. Con respecto a la aplicación en el diseño de mezclas de 6 concreto reforzado con fibras, señalan que es un campo de interés por desarrollar. En cuanto a las propiedades como la resistencia, es afectada directamente por la relación agua/cemento según señalan (Fallas et al 2012) (11), quienes hicieron varias pruebas cambiando el volumen del agua con relación a la cantidad de cemento, desarrollaron pruebas que les permitieron identificar la consistencia del concreto y sus propiedades, midiéndola mediante la prueba de compresión. Así mismo confirman la importancia de determinar las propiedades del concreto con el que se está trabajando, para determinar su utilidad a largo plazo y cumplir con los estándares requeridos. Sin embargo, autores como (Carrillo y Rojas 2016) (12), afirman que la resistencia del concreto tanto a compresión y flexión, varían respecto al volumen del agregado fino de la mezcla, los mismos que dan como resultado un mejor comportamiento a compresión y flexión del concreto. En cuanto al espacio físico del concreto, autores como ( Irungaray 2007) (13), en su tesis de investigación “ Evaluación del volumen y calidad del concreto premezclado entregado en obras por camiones mezcladores en el departamento de Guatemala”, sostiene que las mezclas eran características del peso unitario, asentamiento, contenido de aire, temperatura y resistencia a la compresión para determinar el volumen real y la calidad del concreto, entregado en obra, esto después de realizar 30 muestras aleatorias en proyectos dentro del departamento de Guatemala. (Gonzáles y Huansi, 2022). Tenorio y Acosta (2020) como trabajo de tesis efectuaron un estudio comparativo de las propiedades del concreto cemento-arena utilizando arena fluvial de la cantera Astoria y arena cuarzosa de cantera de la comunidad de Varillal; y llegaron a las siguientes conclusiones: Ambas arenas tienen valores altos de superficie específica, por lo que necesitan mayor pasta para cubrir el 7 área superficial, asimismo, los diseños de mezcla tienen que ser los óptimos, porque a mayor superficie específica menor va a ser la consistencia de la mezcla y a mayor absorción, también mayor será el agua en la mezcla para obtener el asentamiento del diseño. Asimismo, señalan que el alto valor de materia orgánica en la arena fluvial, generó mayor consumo de agua por m3 de mezcla en los diseños a comparación de las arenas cuarzosa, y “también debería afectar a la durabilidad del concreto o mortero”. En cuanto a los valores de exudación afirman que el mortero con arena de cantera cuarzosa tiene mayor % de exudación y que en ambos morteros a mayor relación agua/cemento su porcentaje de exudación es mayor y también es mayor el % de aire atrapado. Gonzáles y Huansi (2022), estudiaron la influencia de la consistencia del concreto cemento-arena sobre sus propiedades en estado fresco y endurecido. Conservando una misma relación a/c de 0.60 y variando la cantidad de agua hasta definir tres tipos de mezclas, seca (275.63 lts/m3), plástica (287.11 lts/m3) y fluida (315.44lts/m3), llegaron a los siguientes resultados de propiedades en estado fresco, según mezcla seca, plástica y fluida de: peso unitario de 2075 Kg/m3, 2070 kg/m3 y 2093 kg/m3; contenido de aire atrapado de 6.42%, 6.01% y 3.63%; slump de 11/4”, 23/4”, 61/2”; temperaturas de 32.3°C, 31.5°C y 34.3°C; y, la exudación de 1.00, 1.50 y 0.90, respectivamente. En cuanto a las propiedades del concreto endurecido en igual sentido, se alcanzó para la resistencia a la compresión en las edades de 7, 14 y 28 días para el caso de mezcla seca 220kg/cm2, 244kg/cm2 y 256kg/cm2, para la plástica 227kg/cm2, 252kg/cm2 y 273kg/cm2 y para la fluida de 254kg/cm2, 277kg/cm2 y 309kg/cm2; es decir a mayor cantidad de agua en la mezcla manteniendo la relación a/c de 0.60 se logró mayor resistencia a la compresión. Igualmente, manteniendo la relación a/c de 0.60, la resistencia a la flexión fue de 41kg/cm2, 42 kg/cm2 y 43kg/cm2, para mezclas seca, plástica y fluida, respectivamente. Similarmente para la 8 tracción indirecta se obtuvieron valores de 20.40kg/cm2, 26.70kg/cm2 y 29.60kg/cm2, para mezclas seca, plástica y fluida. Sin embargo, para el módulo de elasticidad estático E y el coeficiente de Poisson, los valores en el mismo sentido del tipo de mezcla fueron de 218 187 kg/cm2, 230413kg/cm2 y 236398 kg/cm2; y, de 0.231, 0.253 y 0.274, respectivamente. (Picos, s.f.), en su investigación “La durabilidad en el hormigón armado. La resistividad eléctrica como indicador de durabilidad” señala: “La lucha contra la corrosión en las estructuras de hormigón armado hace necesaria la predicción de su vida útil y la mejora de las metodologías empleadas para dicho fin. Se ha buscado un ensayo que cuantifique todas las fases del proceso, desde la fabricación del hormigón hasta su curado y endurecimiento. La resistividad eléctrica, como inversa de la conductividad-difusividad, nos da información sobre su microestructura, su porosidad y su contenido de agua, y con ello se tiene un control completo de las etapas por las que pasa el material. Esta medida puede valorar aspectos del hormigón como: el endurecimiento en estado fresco, el grado de curado, el grado de saturación, la resistencia mecánica, la impermeabilidad o resistencia al ingreso de sustancias agresivas y la velocidad de corrosión de la armadura. Al ser un ensayo no destructivo se puede repetir las veces necesarias sin perturbar el material. Por todo ello, es muy interesante estudiar su utilización como indicador de durabilidad, ya que nos puede dar una valoración de la calidad del hormigón en todos sus aspectos” (Picos, s.f. p.ii). “Renata D’Andrea y Carmen Andrade (2010) estudiaron una metodología de diseño y control de calidad basada en el uso de la resistividad eléctrica del hormigón como indicador de corrosión. Esta metodología permitirá asegurar el diseño de un hormigón para una durabilidad pre-definida en proyecto mediante la utilización de parámetros de resistividad eléctrica 9 verificando experimentalmente si la mezcla alcanzará la vida útil esperada para poder re-diseñarla hasta conseguir el objetivo fijado”. (Picos, s.f. p.ii). “El desarrollo de modelos de cálculo de la vida útil de la armadura y de métodos de ensayo comenzó en los años 70. Uno de los pioneros en este ámbito fue Tuutti (1982) y a él le siguieron otros investigadores como Castro- Borges, Andrade, Sagües, Maage o Baroguel-Bouny. Aunque estos métodos permanecen todavía a nivel experimental, algunas normativas incorporan recomendaciones para el cálculo de la vida útil como es el caso de la EHE-08 que incluye el Anejo 9 “Consideraciones adicionales sobre durabilidad”, aunque en él no se consideran todos los aspectos necesarios (Andrade, 2013)”. (Picos, s.f., p.4). “Los resultados obtenidos en relación con la cantidad de cemento no aclaran realmente cómo influye la cantidad de cemento en la resistividad eléctrica del hormigón que se ensaya. En las mediciones de resistividad a 7 días se aprecia una diferencia de resistividad de un 11% entre el hormigón con mayor cantidad de cemento y el de menor cantidad, sin embargo, en cuanto el hormigón va endureciendo y su resistividad va aumentando, a 28 días se puede observar que esa diferencia no es más que del 2%. Es posible que esta diferencia fuese más perceptible a edades más avanzadas cuando la hidratación del cemento finalizase y la resistividad del hormigón ensayado se estabilizase”. (Picos, s.f., p.94). En cuanto a la influencia de la relación agua / cemento en la resistividad eléctrica Picos (s.f., p.95), afirma: “Como se explica en apartados anteriores el nivel de flujo de iones cuando sometemos el hormigón al paso de una corriente se ve influenciado por la permeabilidad de éste y la cantidad y tamaño de la estructura porosa de la pasta de cemento. Si aumentamos la relación agua-cemento conseguimos un mayor volumen de poros capilares y 10 una mayor estructura porosa que facilita el transporte de iones aumentando así la conductividad, y, por consiguiente, disminuyendo la resistividad eléctrica. Se ha comprobado experimentalmente este razonamiento, se puede observar en la ilustración 9.2 y en la tabla 9.2, que a 7 días se obtiene una diferencia de un 52% entre la resistividad del hormigón con relación a/c=0,45 y el de a/c=0,65; a 28 días esta diferencia es de un 55% y a 42 días de 52%.” (Picos, s.f., p.95). Con relación a la relación existente entre la resistividad eléctrica y la resistencia a compresión Picos (s.f.) afirma que, su relación es inversamente proporcional a la porosidad del material, “a medida que aumenta el nivel de hidratación y el hormigón va endureciendo, se produce una disminución de los capilares de poros y la resistencia a compresión aumenta al tener más fase sólida por volumen de material. Al producirse una disminución de los poros capilares se dificulta el traslado de iones que conducen la corriente eléctrica, por ello aumenta también la resistividad eléctrica” (Picos, s.f., p.97). Como la permeabilidad permeabilidad del concreto depende de la porosidad del material, de la interconexión entre los poros, su forma, tamaño, etc., variables que influyen también en su resistividad eléctrica. En los resultados obtenidos podemos ver que existe una relación inversamente proporcional entre la profundidad penetración de agua y la resistividad eléctrica; está última disminuye a medida que aumenta la primera. Según se aumenta la relación a/c (y con ello la porosidad del material) de 0,45 a 0,65; vemos que la resistividad disminuye un 55% mientras que la profundidad de penetración de agua aumenta un 46% 11 Picos (s.f.), en su investigación llegó a las siguientes conclusiones: que la porosidad del concreto es la variable que más influye en la resistividad eléctrica, y que aquella a su vez se ve influenciada por otra serie de factores como la relación agua-cemento, el contenido de cemento, etc. Se puede decir que la resistividad tiene una relación inversamente proporcional a la porosidad del concreto y todos los factores que en ella influyen van a modificar la resistividad. • La diferencia entre un hormigón con un contenido de cemento de 330kg a uno con un contenido de cemento de 400kg a 28 días sólo resultó ser de un 2%. Es posible que esto se deba al tipo de cemento utilizado, Portland puro, y si se hubiese utilizado un cemento con adiciones las diferencias de porcentaje hubiesen sido más notables. O también puede deberse a que las reacciones de hidratación del cemento aún no habían concluido y por tanto la resistividad eléctrica no llegase aún a estabilizarse. • La relación entre la porosidad y la resistividad eléctrica es inversamente proporcional y los resultados obtenidos se pueden justificar sobre la relación agua-cemento. A los 7 días se obtiene una diferencia de un 52% entre la resistividad del concreto con relación a/c=0,45 y el de a/c=0,65; a 28 días esta diferencia es de un 55% y a 42 días de 52%. Como la penetración de agua en el interior del concreto depende esencialmente de la porosidad de éste, podemos deducir que la penetración de agua (y del agresivo en su caso) tiene también una relación inversamente proporcional a la resistividad eléctrica. Se justifica experimentalmente variando la relación agua-cemento de 0,45 a 0,65; con ello se observa que la resistividad disminuye un 55% mientras que la profundidad de penetración de agua aumenta un 46%. 12 • La temperatura influye notablemente en la resistividad eléctrica. Al realizar el curado del hormigón a 65ºC y para una relación a/c=0,45 disminuye en torno a un 28% respecto al curado del concreto a 19ºC. La disminución es de un 33% para la relación a/c=0,55 y un 37% para la relación a/c=0,65. • La resistividad eléctrica y la resistencia a compresión tienen en común su relación inversamente proporcional a la porosidad del material, según aumenta la resistividad eléctrica aumenta también la resistencia a compresión. Mediante la resistividad eléctrica, haciendo comprobaciones experimentales a 7 días, se podría tener una idea de la resistencia a compresión que se obtendrá a 28 días sin necesidad de realizar el ensayo de rotura a compresión. En cuanto a la predicción de la durabilidad mediante el método de resistividad eléctrica Picos (s.f.) concluye que, hay una relación inversamente proporcional entre la relación agua-cemento y el período de iniciación de la corrosión. A medida que aumentamos la relación a/c de 0,45 a 0,65 el período de iniciación de la corrosión se reduce aproximadamente en un 55%. “Y, por otro lado, podemos concluir, que es posible el diseño en fase de proyecto de un hormigón con una durabilidad determinada, confeccionado individualmente para cada estructura, teniendo en cuenta los factores anteriormente citados que influyen de manera decisiva en la durabilidad del hormigón. Este sería un gran paso a seguir en futuras normativas, en las que se podría exigir, además de la resistencia a compresión a 28 días como condición necesaria para el control de calidad, una resistividad eléctrica determinada a una edad definida” (Picos, s.f., p.105). 13 1.2. Bases Teóricas 1.2.1. Reseña histórica del concreto Fueron “los romanos quienes, antes de Cristo, usaron por primera vez el concreto hidráulico (14), constituido inicialmente de cal y ceniza volcánica, y podía estar bajo agua manteniendo sus propiedades, su obra maestra es el Panteón con su bóveda de 43.20m de diámetro, hasta la evolución de los morteros hidráulicos traídos al Nuevo Mundo durante el siglo XX, esta metodología evolucionaría con la introducción y preferencia por el cemento Portland 1 (15). Sus primeros registros en el tiempo moderno datan del año 1760, Inglaterra, cuando en la proyección del faro de Eddystone (Smeaton 1791) (16), descubrió que la mezcla de caliza (calcinada) y arcilla daba como producto un conglomerante hidráulico resistente al agua. Este tenía semejanza con las piedras de la Isla Portland (sur de Inglaterra) por las que de allí se adquirió su nombre”. (Gonzales y Huansi, 2022, p.7). “El concreto armado hizo su aparición en el siglo XX, cuando entre 1832 y 1835, Sir Marc Isambard Brunel y Francois Martin Le Brun erigieron en Inglaterra y Francia estructuras como arcos y edificaciones con este material. Un año después Francois Coignet patentó el sistema reforzado para pisos que comprendía barras de acero embebidas en concreto. En el Perú, el cemento llegó en barriles en 1850 y en 1915 llegaron los primeros hornos para su fabricación por parte de la empresa estadounidense Foundation Co. Un año después fueron comprados por la Compañía Peruana de Cemento Portland. En lima se estableció la primera empresa de concreto premezclado en el año 50. En la actualidad su uso es muy continuo en construcciones en nuestro país” (Gonzales y Huansi, 2022, p.7). 14 1.2.2. Definición del concreto Material frágil que se obtiene al combinar cemento Portland o cualquier otro cemento hidráulico, agua, agregado fino, agregado grueso y, ocasionalmente, aditivos, cuyo medio aglutinador es la reacción química entre el agua y el cemento produce un endurecimiento compacto para soportar esfuerzos a compresión (Neville y Brooks, 1987); (Sánchez de Guzman, 2001). El concreto es un material compuesto básicamente por agregados y pasta cementicia elementos de comportamientos bien diferenciados (Tenorio y Huayllahua, 2020, p.39). “Asimismo Rivva López (2004 a), lo define como un producto artificial compuesto, que consiste de un medio ligante denominado pasta, dentro del cual se encuentran embebidas partículas de un medio ligante denominado agregado. Kosmatka, Panarese y Bringas (1992), indican que la pasta es el resultado de la combinación química del material cementante con el agua, resultando una fase continua del concreto dado que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto”. (Gonzales y Huansi, 2022, p. 8). La pasta conformada por el cemento y una fracción del agua de la mezcla, constituye la parte activa y envuelve los granos inertes y rellena los huecos de los áridos, confiriendo al material resultante conocido como concreto sus características físicas y mecánicas. Por su característica de fragilidad, este nuevo material, tiene una resistencia a la tracción relativamente baja, comparada con la resistencia a la compresión, cuya magnitud está ligada a aspectos como la relación agua- cemento, las características y proporciones de los materiales constitutivos, los procedimientos de curado y la calidad de la mano de obra, entre otros. (Montoya, 2017, p.33) en (Gómez y Villavicencio, 2020, p.76). 15 El concreto es un material poroso constituido por la pasta de cemento, los áridos, la interfaz pasta - árido y los poros de aire. Para la predicción de su durabilidad, es importante conocer el proceso de hidratación de la pasta de cemento y las fases que componen la microestructura de éste una vez endurecido (Gómez y Villavicencio, 2020). 1.2.3. Componentes del concreto 1.2.3.1. Cemento “Se forma por la pulverización del producto resultante de la cocción de una mezcla de materiales calizos y arcillosos (Clinker) y la adición ocasional de materiales que faciliten la dosificación de los crudos deseados en cada caso. El Clinker de cemento Portland está formado por una mezcla de silicato tricálcico y silicato dicálcico, al menos en dos tercios de su masa, el resto está constituido por fases del Clinker que contienen aluminato tricálcico, hierro aluminato tetracálcico y otros compuestos” (Picos, s.f.). “El cemento es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido que, cuando es amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. (UNEEN 197-1:2011)” (Picos, s.f.). Por su parte la N.T.P. 334.001 define al cemento como un material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua forma una pasta aglomerante capaz de endurecer, tanto bajo el agua como en el aire. Quedan excluidas las cales hidráulicas, las cales aéreas y los yesos. 16 1.2.3.1.1. Componentes principales del cemento Portland Tabla 1. Componentes principales del cemento Portland y sus proporciones porcentuales Compuesto Composición Nomenclatura Proporción % Silicato Tricálcico 3CaO-SiO2 C3 S 40 - 60 Silicato Dicálcico 2CaO-SiO3 C2 S 20 - 30 Aluminato Tricálcico 3CaO-Al2O3 C3A 7 - 14 Hierro aluminato Tetracálcico 4CaO-Al2O3- Fe2O3 C4AF 5-12 Fuente: (Alcaraz Marín, 2012; D’ Andrea, 2010) en (Picos, s.f.) 1.2.3.1.2. Límites de hidratación de la pasta “La variación del porcentaje de estos componentes principales dará lugar a los diferentes tipos de cementos”. (Picos, s.f., p.5). “Para la fabricación del cemento portland se pueden emplear tanto materiales de origen natural como de origen industrial. Los óxidos empleados para la fabricación se pueden dividir en dos tipos: Los óxidos principales de carácter básico como la cal (CaO) y de carácter ácido como la sílice (SiO2), la alúmina (Al2O3) y la hematites (Fe2O3). Estos componentes ácidos son los responsables de la hidraulicidad del cemento al reaccionar con la cal constituyendo compuestos. Los óxidos secundarios como la magnesia (óxido magnésico MgO y el anhídrico sulfúrico SO3), cal libre (CaO), álcalis (óxido sódico Na2O y potásico K2O). Estos están limitados por la norma ya que pueden ser nocivos”. (Picos, s.f., p.6). 17 Tabla 2. Límites usuales de composición del cemento Portland Óxido Porcentaje % CaO 60 - 67 SiO2 17 - 25 Al2O3 3 - 8 Fe2O3 0.5 – 0.6 MgO 0.4 – 0.5 Na2O 0.3 – 1.2 SO3 2.0 – 3.5 Fuente: Neville 1997 en (Picos, s.f., p.6) 1.2.3.2. Agua El agua es un componente esencial en las mezclas de concretos y morteros, pues es el elemento que desencadena una reacción química y permite que el cemento desarrolle su capacidad. El agua a usarse en la preparación del concreto hidráulico es recomendable que sea potable. Debe cumplir con los requisitos establecidos en la norma NTP 339.088 2014. Nuestra norma N.T.P. 339.088 2014, en cuanto a los criterios y los límites permisibles para las sustancias que puede contener el agua para para la preparación y curado del concreto, indica “Aquellas aguas cuyas propiedades y contenidos de sustancias disueltas están comprendidos dentro de los siguientes límites: a) El contenido máximo de materia orgánica, expresada en oxígeno consumido, será de 3mg/l (3ppm). 18 b) El contenido de residuo insoluble no será mayor de 5gg/l (5000ppm). c) El pH estará comprendido entre 5.5 y 8.0 d) El contenido de sulfatos, expresado como ion SO4, será menor de 0.6 gr/l (600ppm). e) El contenido de cloruros, expresado como ion Cl, será menor de 1gr/l (1000ppm). f) El contenido de carbonatos y bicarbonatos alcalinos (alcalinidad total) expresada en NaHCO3, será menor de 1gr/l (1000ppm). g) Si la variación de color es un requisito que se desea controlar, el contenido máximo de fierro, expresado en ion férrico, será de 1ppm. El agua debe estar libre de azúcares y sus derivados. Igualmente lo estará de sales de potasio o de sodio. Si se utiliza aguas no potables, la calidad del agua, determinada por análisis de laboratorio, deberá ser aprobada por la Supervisión. La selección de las proporciones de la mezcla de concreto se basará en resultados en los que se ha utilizado en la preparación del concreto, agua de la fuente elegida” N.T.P. 339.088 2014. Sin embargo, Rivva (2004) establece las siguientes limitaciones en la calidad del agua para la preparación y curado del concreto, precisando los siguientes valores máximos de sales y sustancias disueltas presentes en el agua para ser utilizada en la elaboración del concreto: Tabla 3. Valores máximos aceptados en el agua para elaborar concretos Cloruros 300ppm 19 Sulfatos 300ppm Sales de magnesio 150ppm Sales solubles totales 500ppm pH Mayor de 7 Sólidos en suspensión 1500 ppm Materia orgánica 10ppm Fuente: Rivva López, 2004 Fabricantes de concreto premezclado señalan que aguas acidas con pH por debajo de 3 (tres) deben ser evitadas en lo posible. Asimismo, cuando el agua contiene aceite mineral (petróleo) en concentraciones superiores a 2%, pueden reducir la resistencia del concreto en un 20%. 1.2.3.2.1. Tipos de Agua y su utilización • Aguas Acidas: La cantidad permisible del ácido es diez mil ppm. Con un Ph =3. • Aguas Alcalinas La cantidad máxima permisible es de diez mil ppm. Tabla 4. Límites máximos de sustancias en agua potable Sustancia Miligramos / litro Cloro 60 Ácido Sulfúrico 50 Cal 150 Magnesio 50 Materia orgánica 3 20 Amoníaco libre por destilación 0.02 Ácido Nítrico 20 Tabla 5. Límites máximos de sustancias en Agua no Potables Sustancia gramos / litro Anhídrido sulfúrico 0.3 Materia orgánica 0.03 Sulfuros expresados en azufres 0.05 Cloruros 10 Ph 6 pH 8 Definitivamente, el agua para la elaboración y curado del concreto será limpia y estar libre de cantidades perjudiciales, tales como aceites, ácidos, álcalis, sales, material orgánico y otras sustancias que pueden ser nocivas al concreto o al acero. Está prohibido el empleo de aguas ácidas (ácidos clorhídricos, sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes); calcáreas (con cal); minerales; carbonatadas (dióxido de carbono); aguas con un contenido de sulfatos mayor al 1%; aguas que contengan algas; humus, o descargas de desagües; aguas que contengan azucares o sus derivados; aguas que contengan porcentajes significativos de sales de sodio o de potasio disueltas, en todos aquellos casos en que la reacción álcali-agregado es posible. Si hubiese dudas sobre la calidad del agua a emplearse en la preparación de una mezcla de concreto, será necesario efectuar un análisis químico. Se deben desechar aguas provenientes de relaves mineros o que contengan residuos minerales o de instalaciones industriales. 21 1.2.3.3. Agregados Es el conjunto de partículas inorgánicas de origen natural o artificial cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la NTP 400.011. Los agregados son la fase discontinua del concreto y son materiales que están embebidos en la pasta y ocupan entre el 60 a 75% del volumen de la unidad cúbica del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente tanto en las propiedades del concreto recién mezclado como en aquellas del concreto ya endurecido, y también en las proporciones de la mezcla y en la economía. Los agregados, ingenierilmente y por lo general se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152mm. Es muy regular utilizar un tamaño máximo de agregado de 19mm o el de 25mm. Las propiedades y características de los agregados no son inertes dentro del concreto, sino que intervienen dentro de las reacciones químicas de la mezcla y en las propiedades del concreto en estado endurecido. “La influencia de este material en las propiedades del concreto tiene efectos importantes no sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad y consistencia al estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto endurecido. Los agregados conforman el esqueleto granular del concreto y son el elemento mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de una http://www.monografias.com/trabajos54/resumen-economia/resumen-economia.shtml 22 unidad de concreto, por lo que son responsables de gran parte de las características del mismo. Los agregados son generalmente inertes y estables en sus dimensiones; sin embargo, es la textura del material, la que dice que tan lisa o rugosa es la superficie del agregado, y ésta es una característica ligada a la absorción pues agregados muy rugosos tienen mayor absorción que los lisos además que producen concretos menos plásticos“(Tenorio y Huayllahua, 2020 p.39). La norma de concreto E-060, recomienda, en la medida de lo posible, usar agregados que cumplan con las especificaciones del proyecto, en razón a que en ciertas circunstancias agregados que no cumplen con los requisitos estipulados han demostrado un buen comportamiento en experiencias de obras ejecutadas, sin embargo, debe tenerse en cuenta que un comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza buenos resultados de durabilidad y similar comportamiento a lo largo de la vida útil de la estructura. Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales los de uso frecuente, a veces llamados gravas de mina, río, lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino. Se pueden clasificar en agregado grueso, fino y hormigón: a) Agregado fino: aquel que pasa el tamiz 3/8 y queda retenido en la malla No 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las rocas. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada, siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados finos son comúnmente identificados por un http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtml http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtml 23 número denominado módulo de finura, que en general es más pequeño a medida que el agregado es más fino. b) Agregado grueso: aquel que queda retenido en el tamiz No 4 y proviene de la desintegración de las rocas, puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. c) Hormigón o agregado global: material conformado por una mezcla de arena y grava que se encuentra en forma natural en la corteza terrestre, como material mezclado en proporciones arbitrarias, y se emplea tal cual se extrae de la cantera. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados finos son comúnmente identificados por un número denominado módulo de finura, que en general es más pequeño a medida que el agregado es más fino. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Los agregados por su densidad se pueden clasificar en agregados de peso específico normal, ligeros y pesados. El peso específico del normal está comprendido entre 2.50 gr/cc a 2.75gr/cc, de los ligeros es menor a 2.5gr/cc, y de los pesados es mayores a 2.75 gr/cc. Los agregados tienen forma irregular, y aleatoriamente esta geometría está compuesta por caras redondeadas y angulares: 24 a) Angular: Poca evidencia de desgaste en caras y bordes. b) Sub angular: Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes. c) Sub redondeada: Considerable desgaste en caras y bordes. d) Redondeada: Bordes casi eliminados. e) Muy redondeada: Sin caras ni bordes. El agregado, según Tenorio y Huayllahua (2020, p.41), “dentro del concreto cumple, principalmente, las siguientes funciones: a) Como esqueleto o relleno adecuado para la pasta (cemento y agua), reduciendo el contenido de pasta en el metro cúbico: La función es la de crear un esqueleto rígido y estable lo que se logra uniéndolos con cemento y agua (pasta). Cuando el concreto está fresco, la pasta, no solamente cubre totalmente la superficie de los agregados, sino también lubrica las partículas de agregado otorgándole cohesión y trabajabilidad a la mezcla. Los agregados de menor tamaño tienen una mayor superficie para lubricar y demandarán mayor cantidad de pasta; esta es la razón que hace recomendable utilizar el mayor tamaño de agregado compatible con las características de la estructura. b) Proporciona una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas de desgaste o de intemperismo, que puedan actuar sobre el concreto. c) Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento, de humedecimiento y secado o de calentamiento de la pasta.” (Tenorio y Huayllahua, 2020, p. 41) “Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la http://www.monografias.com/trabajos4/acciones/acciones.shtml http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml http://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtml 25 adherencia la pasta del cemento. Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregados que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones”. (Tenorio y Huayllahua, 2020, p. 43) 1.2.3.3.1. Granulometría de los agregados finos: En general, “la granulometría y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones relativas de los agregados, así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción” (Tenorio y Huayllahua, 2020, p.43). “Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas más pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometría que más se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo más conveniente para lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relación agua – cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia” (Tenorio y Huayllahua, 2020, p.44). “Estas especificaciones permiten que los porcentajes mínimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0.30mm (No. 50) y de 15mm (No. 100) sean reducidos a 15% y 0%, respectivamente, siempre y cuando: http://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtml http://www.monografias.com/trabajos15/separacion-mezclas/separacion-mezclas.shtml 26 • El agregado que se emplee en un concreto que contenga más de 296 Kg de cemento por metro cubico cuando el concreto no tenga inclusión de aire. • Que el módulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, el agregado fino se deberá rechazar a menos de que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones el agregado fino y grueso. • Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas de 0.30 mm (No. 50) y de 1.15 mm (No. 100), afectan la trabajabilidad, la textura superficial, y el sangrado del concreto. • El módulo de finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene, conforme a la norma ASTM C 125, sumando los porcentajes acumulados en peso de los agregados retenidos en una serie especificada de mallas y dividiendo la suma entre 100” (Tenorio y Huayllahua, 20220, p. 44). “El módulo de finura es un índice de la finura del agregado entre mayor sea el modo de finura, más grueso será el agregado. El módulo de finura del agregado fino es útil para estimar las proporciones de los de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto” (Tenorio y Huayllahua, 2020 p.44). Duff Abrams en 1925, para determinar el módulo de finura propuso la siguiente fórmula: 𝑴𝑭 = ∑ % 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠 (1 1/2", 3/4", 3/8", 𝑁°4, 𝑁°8, 𝑁°16, 𝑁°30, 𝑁°50, 𝑁° 100) 100 Entre las propiedades físicas de los agregados están: Densidad, porosidad, peso unitario (ASTM C29, NTP 400.017), porcentaje de vacíos (ASTM C29), coeficiente de expansión térmica, calor específico, conductividad térmica, difusividad. 27 Entre las propiedades mecánicas: Resistencia, tenacidad, dureza, módulo de elasticidad. Como propiedades químicas: Reacción Álcali-Sílice y Reacción Álcali- carbonatos. a) Reacción Álcali-Sílice: “Los álcalis en el cemento están constituidos por el Óxido de sodio y de potasio quienes en condiciones de temperatura y humedad pueden reaccionar con ciertos minerales, produciendo un gel expansivo Normalmente para que se produzca esta reacción es necesario contenidos de álcalis del orden del 0.6% temperaturas ambientes de 30°C y humedades relativas de 80% y un tiempo de 5 años para que se evidencie la reacción. Existen pruebas de laboratorio para evaluar estas reacciones que se encuentran definidas en ASTM C227, ASTM C289, ASTM C-295 y que permiten obtener información para calificar la reactividad del agregado” (Tenorio y Huayllahua, 2020, p. 49). b) Reacción Álcali-Carbonatos: Se produce por reacción de los carbonatos presentes en los agregados generando sustancias expansivas, en el Perú no existen evidencias de este tipo de reacción. Los procedimientos para la evaluación n de esta característica se encuentran normalizados en ASTM C-586. (Tenorio y Huayllahua, 2020, p. 50). 28 1.2.4. Proceso de hidratación de la pasta Picos (s.f., p.6), “El proceso de hidratación de la pasta se inicia a partir del contacto entre el cemento y el agua; el inicio de fraguado del cemento se alcanza en menos de una hora, y posteriormente se transformará en un sólido endurecido. El proceso responde a la siguiente fórmula”: Clinker + H2O → CSH + CAH + Ca (OH)2 + ettringita. “El Clinker constituido por los C2S, C3S, C3A y C4AF reacciona con el agua dando una serie de compuestos: C-S-H o silicatos, C-A-H o aluminatos, Ca (OH)2 o “portlandita” y la ettringita producto de la hidratación del aluminato tricálcico. En el proceso de hidratación debemos diferenciar dos fases: la hidratación de los silicatos y la hidratación de los aluminatos. La hidratación de los silicatos genera un producto que varía su composición según las condiciones de curado pero que generalmente será C3S2H3 que se simplifica como CSH. Los silicatos, dada su gran cantidad de poros, al hidratarse crean un gel rígido y poroso que recibe el nombre de “tobermorita” que es la responsable de la estructura interna de la pasta de cemento, de la adherencia de esta pasta con los áridos y de la resistencia mecánica. Al hidratarse los silicatos también se genera otro producto, el hidróxido de calcio o “portlandita”, que gracias a su alta alcalinidad (pH 12,5) es el responsable de la protección frente a la corrosión y ayuda también a la adherencia pasta-árido. La hidratación de los aluminatos se produce al reaccionar el C3S con el agua dando lugar a C3AH6. Dependiendo de la concentración de iones hidróxido y de sodio se formará también o trisulfato de aluminato cálcico o monosulfato de aluminato cálcico. En el caso de soluciones muy saturadas de iones de hidróxido de calcio se producirá la 29 ettringita, también llamada sal de Candlot o bacilo de portland”. (Picos, s.f., p. 6-7). Figura 1. Ilustración de Ettingita rellenando un poro Fuente: (Picos, s.f., p.7) “Durante el fraguado, los componentes más solubles del cemento se disuelven más fácil y rápidamente, así la pasta de cemento pierde su docilidad y trabajabilidad además de emitir calor, hasta que al final la pasta queda endurecida por completo. En el proceso de hidratación debemos distinguir dos procesos diferenciados: el fraguado y el endurecimiento. El fraguado responde a la reacción en el tiempo por la cual la pasta hidratada pierde su plasticidad con ganancia de resistencias iniciales y el endurecimiento es el proceso en el que se conforman las resistencias del cemento hasta quedar totalmente endurecido”. (Picos, s.f., p. 7). “El tiempo de fraguado se puede controlar mediante la adición de aceleradores de fraguado (como los cloruros, los hidróxidos, los carbonatos o los silicatos) o retardantes del fraguado (como el yeso). El endurecimiento tiene lugar al final del proceso de fraguado se prolonga durante mucho más tiempo que éste, en él continúan los procesos de hidratación y consolidación, 30 aunque disminuye su velocidad puesto que el agua cada vez tiene más dificultad para penetrar al interior del grano). Progresivamente va aumentando la rigidez, dureza y resistencias mecánicas de la pasta. Se puede decir que el C3A es el responsable de las resistencias mecánicas iniciales, el C3S de las primeras resistencias mecánicas importantes y el C2S el responsable de las resistencias a largo plazo”. (Picos, s.f., p. 8). 1.2.4.1. Microestructura de la pasta endurecida. “En la microestructura de la pasta endurecida podemos distinguir los siguientes componentes: pasta de cemento, áridos, interfase árido-pasta e interfase aceropasta si es armado. La pasta de cemento endurecida se divide en tres partes: fase sólida, porosidad y fase acuosa”. (Picos, s.f., p. 8): a) Fase sólida “En la fase sólida podemos distinguir los siguientes componentes: el cemento anhidro, el gel CSH o tobermorita, el hidróxido de calcio o portlandita y el sulfoaluminato cálcico hidratado. El gel CSH es el componente mayoritario (50- 60% del volumen de sólidos) que es quién aporta al material endurecido su resistencia, seguido de los cristales de portlandita (20-25% del volumen de sólidos) que son los que aportan la elevada alcalinidad a la pasta y los sulfoaluminatos (15-20% del volumen total de sólidos)”. (Picos, s.f., p. 8). 31 Figura 2. Pasta de cemento hidratada: Ca (OH)2 y C-S-H Fuente: (Picos, s.f., p.9) b) Porosidad “Capacidad que tiene un material para tener poros, entendiendo poro como cualquier espacio del material que no esté ocupado por un sólido. Se distingue tres tipos de porosidad: la porosidad total, la porosidad abierta y la porosidad cerrada. La porosidad total es el volumen total de poros vacíos por unidad de volumen total de materia. En ella se contabilizan tanto los poros abiertos como los cerrados. Se calcula mediante la siguiente expresión: n = ( 𝜌𝑠+ 𝜌𝑑 𝜌𝑠 ) . 100 Porosidad total. Siendo ρs la densidad del material, ρd la densidad del material seco y n la porosidad total. No se puede obtener su valor experimentalmente ya que se incluyen los poros cerrados no comunicados con el exterior” (Picos, s.f., p.9) 32 • Porosidad abierta: Picos (s.f., p.10) señala: “La porosidad abierta es el volumen de poros abiertos o poros comunicados con el exterior y entre sí. Se calcula mediante la siguiente expresión: na = 𝑉𝑎 𝑉𝑡 . 100 Siendo Va el volumen de poros abiertos y Vt el volumen de poros totales. El volumen de poros totales se determina mediante métodos experimentales de intrusión de líquidos y cuantificación por pesada hidrostática” (Picos, s.f., p.10). • Porosidad cerrada: Picos (s.f., p.10) señala: “La porosidad cerrada es aquella en la que los poros que aun estando comunicados entre sí no tienen comunicación con el exterior. Se calcula mediante la siguiente expresión: VC = Vt - Va • Porosidad de la pasta: Picos (s.f., p.10) señala: “La porosidad de la pasta de cemento disminuye con el tiempo debido a los procesos de hidratación, pero sigue existiendo un volumen de vacíos en su interior, la distribución de tamaño y la conectividad entre ellos van a influir en la transferencia de materia en el medio poroso. No existe una clasificación única de tipos de poros; pero, generalmente se clasifican por su tamaño. Powers [1960] clasifica los poros de la pasta endurecida en dos grupos distintos que se distinguen por el tamaño: poros de gel y poros capilares. Existen también los poros de aire y los macroporos debidos a defectos de compactación. Los poros de gel CSH constituyen una porosidad intrínseca del gel; se desprecia su contribución a la capacidad 33 de transporte de fluidos en el material, por su diámetro ínfimo. Los poros capilares se corresponden con la fracción del espacio total (volumen de cemento y agua) no ocupado por la suma de volumen de los productos de hidratación y del volumen de cemento que permanezca en estado anhidro. Por esto el volumen de los poros capilares depende de la relación agua-cemento y del grado de hidratación del cemento. Se puede calcular el índice de poros capilares mediante la siguiente ecuación dada por el modelo de Powers (Fórmula de Powers):” (Picos, s.f., p.10-11). np ( % ) = 𝑎 𝑐 −0.3623 𝛼 𝑎 𝑐 + 1 𝛾𝑐 = 𝑎 𝑐 −0.36 𝛼 𝑎 𝑐 + 0.32 . 100 Donde: np Índice de poros capilares. α Grado de hidratación del cemento. 𝑎 𝑐 Relación agua – cemento. 𝞬c Densidad del cemento. Picos (s.f., p.11) indica: “En cuanto a la durabilidad, los poros capilares son los más importantes, pues son los que controlan el transporte de materia en el interior del concreto, debido a las fuerzas capilares y a la tensión superficial de estos huecos, y porque a través de ellos es por donde penetran y se difunden los agentes agresivos externos. Por ello las normativas limitan el valor máximo de la relación agua-cemento en función de la agresividad ambiental. Si el grado de hidratación del cemento es bueno se pueden dar dos situaciones en función de la relación agua-cemento: 34 • Si la relación agua-cemento es baja, los poros capilares que se formen tendrán un diámetro que variará en n rango de valores de 10 a 50 nanómetros. • Si la relación agua-cemento es alta, a edades tempranas el diámetro de los poros variará de 3 a 5 μm. (Metha y Monterio, 2001)”. (Picos, s.f., p.11). c) Fase Acuosa. “El agua perteneciente a la matriz de la pasta de cemento endurecida contiene disueltos tanto los iones que provienen del cemento como los que penetran desde el exterior (Cl-)” (Picos, s.f., p.11). “Diversos autores citados por Picos (s.f. p. 50-51), señalan que la porosidad del concreto que se configura básicamente según la relación agua - cemento, el grado de hidratación del cemento y las propiedades del concreto en estado fresco, es la que más influye en la durabilidad del concreto; asimismo, que existe un tipo de relación entre las propiedades del concreto en estado fresco y los valores de la resistividad eléctrica, que nos permitiría predecir, a partir de las primeros minutos de elaborada la mezcla, la durabilidad del concreto, a cuyo propósito contribuye este trabajo de investigación” (Hammond, et al., 1995); (Monfore, 1968); (Hughes et al., 1985); (Quidel Cortes, 2008); (González Sersen, 2011) en (Picos, s.f., p.50- 51). Interfase árido-pasta. “Esta capa de interfase se forma por la exudación superficial en los áridos, tiene un espesor aproximado de 50 μm y es de gran importancia en cuanto a la durabilidad y resistencia del hormigón. Presenta una microestructura característica: tiene una relación agua-cemento superior a la del resto de la masa, mayor porosidad y mayor concentración de portlandita”. (Picos, s.f. p. 9). 35 1.2.5. Relación entre el tipo de concreto y la resistividad eléctrica Como ya se indicó anteriormente, diversos investigadores, en la tarea de estudiar la durabilidad del concreto han encontrado la relación que existe entre sus diversos componentes y características en estado fresco y los valores la medición de la resistividad eléctrica. Estudiaron la influencia en la resistividad eléctrica, de los componentes del concreto, como de las características físicas o de calidad de su elaboración: a) El Cemento: Picos (s.f.) señala: “El cemento es el que origina la circulación de los diferentes iones en la matriz porosa y asegura la conducción electrolítica en el material. Las especies químicas presentes en la solución intersticial dependen por lo tanto del tipo de cemento utilizado. El tipo de cemento, el contenido de álcali o el contenido de aluminatos son los elementos de la química de los cementos que se consideran influyentes en las propiedades del cemento. Hammond et al. (1955) estudiaron el efecto sobre la resistividad eléctrica de tres tipos de cemento, de diferentes contenidos de aluminatos (cemento Portland, cemento de alta resistividad inicial y cemento aluminoso), de un concreto a 28 días; la resistividad varía un factor 20 entre un concreto fabricado con un cemento Portland tradicional y un cemento de alto contenido en aluminatos”. (Picos, s.f., p.50). Así, Monfore (1968) estudió el efecto sobre la resistividad eléctrica del concreto elaborado con dos tipos de cemento de contenido en álcalis diferente. Las medidas realizadas a 28 días después de la fabricación muestran que la resistividad eléctrica varía poco. Por su parte Hughes et al. (1985), estudiaron la influencia sobre la resistividad eléctrica del contenido de cemento (contenido de 300, 350 y 400 kg/m3) y para una relación a/c=0.50, se observa una 36 disminución lineal de la resistividad de un 20% con el aumento de la proporción de cemento de 300 a 400 kg/m3, y para una relación a/c=0.55, esta disminución fue del 25%. (Picos, s.f., p.51). “Quidel Cortés (2008) estudió la influencia del tipo de cemento sobre la resistividad eléctrica variando el porcentaje de puzolana presente en el cemento entre el 0% y el 15%. Las mezclas con cemento Portland Puzolánico presentan un aumento de resistividad eléctrica de hasta un 38% sobre el cemento Portland puro a 7 días; esto se debe a que, a medida que transcurre el tiempo de curado, las mezclas con adiciones de puzolana presentan una estructura de pasta de cemento con capilares de poros de menor tamaño. González Sersen (2011) estudió la adición de escorias de alto horno y puzolanas en la composición cementícea y su relación con la resistividad eléctrica. De este estudio deduce que las dosificaciones con adiciones puzolánicas son mucho mejores de cara a aumentar la resistividad del concreto, pero además tienden a aumentar la resistividad con el tiempo. Los concretos Portland puro presentan un mayor número de capilares de poros que hacen que aumente la conductividad eléctrica y disminuya la resistividad” (Picos, s.f., p. 51). b) La relación agua-cemento: “Se trata de la relación entre la masa de agua (A) y la masa del cemento (C), utilizadas para la fabricación del concreto. Es un parámetro importante que controla el rendimiento del concreto (resistencia mecánica y durabilidad), juega un papel importante en la microestructura del hormigón y la concentración iónica de la solución de los poros. La resistividad eléctrica está influenciada por la relación a/c. Monfore (1968) estudió la relación entre la resistividad eléctrica y esta relación para pastas de cemento, llegando a demostrar que la resistividad aumenta cuando la relación a/c 37 disminuye: una pasta de cemento con relación a/c de 0.40 tiene una resistividad eléctrica dos veces mayor que una con una relación a/c de 0.60. Quidel Cortés (2008) estudió la influencia de la relación a/c sobre la resistividad eléctrica del concreto, demostró que el aumento de la relación a/c conlleva una disminución de la resistividad, esto es debido a que a medida que aumenta la relación a/c se obtiene una mayor cantidad de capilares de poros, consiguiendo así un mayor nivel estructural que facilita la conductividad eléctrica. La relación a/c influye en el flujo de iones que pasa en el interior del hormigón, teniendo que para un mismo tipo de hormigón a menor relación a/c, menor es la intensidad de corriente que pasa a través de él. Esto se debe a que a menor relación a/c menor es la dispersión de las partículas del cemento y por ello es menor el volumen de poros; y con ello se dificulta el desplazamiento de los electrones en la microestructura del concreto y aumenta la resistividad eléctrica. Una mezcla con menor relación a/c presenta una matriz menos permeable a la solución de poros y por tanto mayor resistividad eléctrica. (González Sersen, 2011)” (Picos, s.f., 52). c) La porosidad: “La porosidad total se define como la relación entre el volumen total de huecos y el volumen total de material. La porosidad abierta es la relación entre el volumen total de poros intercomunicados y el volumen total del material. La conducción de la corriente eléctrica en el concreto depende de la porosidad abierta y de sus características (cantidad, tamaño, conectividad, tortuosidad). Después de muchos estudios, para un concreto saturado, cuanto mayor es la porosidad abierta, menor es la resistividad eléctrica (Lataste, 1998)”. (Picos, s.f., p.53). “Para muchos autores, la medida de la resistividad eléctrica se utiliza como herramienta de laboratorio para evaluar las características de la 38 porosidad del concreto. Andrade et al. (2000) afirman que la medida de la resistividad eléctrica es un parámetro que permite caracterizar la conectividad de los poros. Físicamente, la porosidad es la conectividad de los poros, o la ruta de acceso de los agentes exteriores al interior del concreto, por lo que, la medida eléctrica es una herramienta que permite calificar la sensibilidad del concreto a las agresiones exteriores, es decir a predecir su durabilidad. Cuanto mayor sea el volumen de poros en la fase acuosa más disminuye la resistividad eléctrica del concreto”. (Picos, s.f., 53). d) El Grado de Saturación: “Cuando el hormigón se encuentra semi saturado la conducción de los iones ocurre a través de la capa de agua adsorbida en las paredes de los poros y, la resistividad alcanza su valor máximo; mientras que en concretos muy secos la conductividad disminuye sensiblemente y éste actúa como aislante. Cuanto mayor sea el grado de saturación del concreto menor será la resistividad eléctrica de éste, puesto que cuando los poros están totalmente saturados de agua la disponibilidad de oxígeno en los poros es mínima impidiendo así la buena circulación de los iones”. (Picos, s.f., p.53). e) Los iones cloruro: “Henry (1964), estudió la influencia de la concentración de cloruros en el agua de amasado sobre la resistividad eléctrica del concreto. A medida que la concentración de iones cloruro aumenta en el concreto la resistividad eléctrica disminuye. El mecanismo de transporte de iones cloruro viene determinado por la estructura de poros del concreto (diámetro, volumen y conectividad) y por el grado de saturación de dichos poros. Un concreto poco poroso y con baja interconexión entre ellos tendrá baja permeabilidad, baja difusividad, baja absorción capilar y baja conductividad eléctrica, por consiguiente, su resistividad eléctrica será alta al igual que la resistencia a la penetración de iones cloruro (González Sersen, 2011)”. (Picos, s.f., p.54). 39 1.2.6. Adiciones en el concreto y su influencia en la resistividad eléctrica Cenizas volantes: “Las cenizas volantes son puzolanas artificiales, es decir, materiales silíceos. Sus partículas son esféricas (diámetro de 1 a 100 μm) y muy finas. Así que interactúan fácilmente con el hidróxido de calcio producido por la hidratación del cemento. La adición de cenizas volantes a una dosificación de concreto tiene reduce los poros capilares del material mediante la reacción puzolánica, esto influye en la conducción de la corriente eléctrica en el concreto, reduciéndola, pero aumenta la resistividad eléctrica de manera importante”. (Picos, s.f., p.54). Humo de sílice: “La adición de humo de sílice, cuyo tamaño es 100 veces menor que el de las partículas de cemento Portland, provoca un cambio en la microestructura del concreto y especialmente una diminución de la porosidad de la pasta (Picos, s.f., p.54). El humo de sílice en el concreto debido a sus efectos tanto químicos (reacciona con el hidróxido de calcio hidratado y forma el silicato de calcio hidratado CSH), como físicos pues rellena pequeños poros con finas partículas. Ayuda a la reducción de la porosidad en la zona de transición entre la matriz y el árido, lo que proporciona una microestructura más fuerte, con mayor densidad y menor volumen de poros interconectados para la conducción de cargas por iones. Este proceso físico químico que genera la adición de humo de sílice hace que la resistividad eléctrica aumente (Picos, s.f., p.54-55). 40 1.2.7. Propiedades del Concreto Las propiedades del concreto fresco son importantes porque afectan la calidad, la apariencia de la estructura terminada y su costo. Los materiales para el concreto deben elegirse no sólo para obtener la resistencia necesaria sino también para producir concreto fresco que pueda transportarse, colocarse, consolidarse y terminarse con facilidad. Los agregados igualmente afectan mucho a las propiedades del concreto fresco, en primer lugar, por su forma, textura, granulometría y tamaño máximo. Las proporciones de los materiales empleados, así como la relación agua/cemento y la proporción del agregado, son factores importantes que influyen en las propiedades del concreto fresco. Las propiedades del concreto al estado fresco, básicamente, son las siguientes: trabajabilidad, consistencia, flujo, contenido de aire, tiempo de fraguado, exudación y peso unitario. (Rivva López, 2014, p.30). 1.2.7.1. Propiedades en estado fresco Trabajabilidad “Es la facilidad que presenta el concreto fresco para ser mezclado, colocado, compactado y acabado sin segregación y exudación durante estas operaciones. No existe prueba alguna hasta el momento que permita cuantificar esta propiedad generalmente se le aprecia en los ensayos de consistencia. (Abanto Castillo, 2000, p.47)” en (Champi y Espinoza, 2017, p.26). “El concreto deberá ser lo suficientemente trabajable para que, con los encofrados, cantidad y espaciamiento del refuerzo, procedimiento de 41 colocación, y técnicas de consolidación utilizados, se pueda llenar completamente todos los espacios alrededor del refuerzo y permitir que la masa fluya en las esquinas y contra la superficie de los encofrados a fin de lograr una más homogénea sin una inconveniente separación de los ingredientes, o presencia de aire entrampado, burbujas macroscópicas, o bolsas de agua en el concreto.” (Rivva López, 2000, p.205). “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, evaluadas 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 expresamente del exceso de agua en la mezcla sino del contenido de finos y de las propiedades adherentes de la pasta.” (Pasquel, 1993, p.135). Consistencia “Propiedad que define la humedad de la mezcla por el grado de fluidez de la misma; entendiéndose por ello que cuanto más húmeda es la mezcla mayor será la facilidad con la que el concreto fluirá durante su colocación. La consistencia de una mezcla es función de su contenido de agua, de la granulometría y características físicas del agregado, las que determinan la cantidad de agua necesaria para alcanzar una consistencia determinada. Usualmente la consistencia de una mezcla se define por el grado de asentamiento de la misma. Corresponden los menores asentamientos a las mezclas más secas y los mayores a las consistencias fluidas”. (Rivva López, 2000, p. 208-209) en (Champi y Espinoza, 2017, p.27). 42 “La consistencia está relacionada pero no es sinónimo de trabajabilidad. Así, por ejemplo, una mezcla muy trabajable para pavimentos puede ser muy consistente, en tanto que una mezcla poco trabajable en estructuras con alta concentración de acero puede ser de consistencia plástica. Los norteamericanos clasifican el concreto por el asentamiento de la mezcla fresca. El método de determinación empleado es el método del cono de asentamiento (método de cono de Abrams) o método de slump, y define la consistencia de la mezcla por el asentamiento, medido en pulgadas o milímetros, de una masa de concreto que previamente ha sido colocada y compactada en un molde metálico de dimensiones definidas y sección tronco cónica. Se puede definir al asentamiento como la medida de la diferencia de la altura entre el molde metálico estándar y la masa de concreto después que ha sido retirado el molde que la recubría. En la actualidad se acepta una correlación entre la norma alemana y los criterios norteamericanos, considerándose que: A las consistencias secas corresponden asentamientos de 1” – 2” (25mm a 50mm). A las consistencias plásticas corresponden asentamientos de 3” – 4” (75mm a 100mm). A las consistencias fluidas corresponden asentamientos de 6” – 7” (150mm a 175mm)” (Rivva, López, 2014, p.34). Ensayo de Consistencia del concreto Con respecto al ensayo de consistencia, Abanto Castillo (2000, p.47 - 49), en Champi y Espinoza (2017, p.28), señala: La consistencia se modifica fundamentalmente por variaciones del contenido del agua de mezcla. “El ensayo de consistencia, llamado también 43 revenimiento o “slump test”, es utilizada para caracterizar el comportamiento del concreto fresco. Este ensayo está en la NTP 339.035” (Champi y Espinoza, 2017, p. 28). “El ensayo de consistencia consiste en consolidar una muestra de concreto fresco en un molde troncocónico, midiendo el asiento de la mezcla luego de desmoldeado. El equipo consiste en un tronco de cono, donde los dos círculos de las bases son paralelos entre si midiendo 20cm y 10cm, la altura del molde es de 30cm. El molde se construye con plancha de acero galvanizado, de espesor mínimo de 1.5 mm. Se utiliza una barra de acero liso de 5/8” de diámetro y 60cm de longitud punta semiesférica Figura 3. Cono de Abrams Fuente: (Abanto Castillo, Tecnología del Concreto, 1998) Procedimiento El molde se coloca sobre una superficie plana y humedecida, manteniéndose inmóvil pisando las aletas. Seguidamente se vierte una capa de concreto hasta un tercio del volumen. Se apisona con la varilla, aplicando 44 25 golpes, distribuido uniformemente. En seguida se coloca otras dos capas con el mismo procedimiento a un tercio del volumen y consolidando, de manera que la barra penetre en la capa inmediata inferior. La tercera capa se deberá llenar en exceso, para luego enrasar al término de la consolidación. Lleno y enrasado el molde, se levanta lenta y cuidadosamente en dirección vertical” “El concreto moldeado fresco se asentará, la diferencia entre la altura del molde y la altura de la mezcla fresca se denomina slump. Se estima que desde el inicio de la operación hasta el término no deben transcurrir más de 2 minutos de los cuales el proceso de desmolde no toma más de cinco segundos.” (Champi y Espinoza, 2017, p.29). Figura 4. Pueba de revenimiento - Slump Fuente: Abanto Castillo, Tecnología del Concreto, 1998 Tabla 6. Clases de mezclas según asentamiento Consistencia Slump Trabajabilidad Método de Compactación Seca 0” a 2” Poco trabajable Vibración normal Plástica 3” a 4” Trabajable Vibración ligera chuseado 45 Fluida >5” Muy trabajable Chuseado Fuente: Tecnología del concreto (Abanto castillo, 2000) Segregación Fenómeno perjudicial en el concreto fresco, que generalmente se debe a procesos inadecuados de manipulación y colocado de las mezclas, que implica la descomposición de éste en sus partes constituyentes o lo que es lo mismo, la separación del agregado grueso del mortero. “Esta definición es entendible si se considera que el concreto es una mezcla de materiales de diferentes tamaños y gravedades específicas, por lo que se generan al interior de las mismas fuerzas las cuales tienden a separar los materiales componentes cuando la mezcla aún no ha endurecido”. (Rivva López, 2000, p.210)”. La segregación ocurre cuando parte del concreto se mueve más rápido que el concreto adyacente, por ejemplo, el traqueteo de las carretillas con ruedas metálicas tiende a producir que el agregado grueso se precipite al fondo mientras que la “lechada” asciende a la superficie, produciendo en el elemento llenado, bolsones de piedra, capas arenosas cangrejeras, etc. E l excesivo vibrado de la mezcla, también, produce segregación. (Abanto Castillo, 2000, p.50) “Las diferencias 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 de los agregados finos es solo un 20% menor que la de los gruesos, lo cual sumado a la viscosidad produce que el agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz. Cuando la viscosidad del mortero se reduce por insuficiente concentración de la pasta, mala distribución de las partículas o granulometría deficiente, las partículas 46 gruesas se separan del mortero y se produce lo que se conoce como segregación” (Pasquel Carbajal, 1993, p.139), en (Champi y Espinoza, 2017, p.30-31). Figura 5. Esquema de segregación Fuente: Generalidades del concreto – Ing. Carlos Mario Quintana Picón, p.31 (2013) Exudación: “Definida como la elevación de una parte del agua de la mezcla hacia la superficie, generalmente debido a la sedimentación de los sólidos. El proceso se inicia momentos después que el concreto ha sido colocado y consolidado en los encofrados y continúa hasta que se inicia el fraguado de la mezcla, se obtiene máxima consolidación de sólidos, o se produce la ligazón de las partículas (Rivva López, 2000, p. 211). Para Pasquel Carbajal (1993, p.141), “La exudación es la 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. 47 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 éste y mayor es el porcentaje de material menor que la malla N° 100, la exudación será menor pues se retiene el agua de la mezcla. Entonces, 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 pudieran tener” (Pasquel Carbajal, 1993, p.141). Según (Quintana Picón, 2013), en Champi y Espinoza (2017, p.32) “La exudación puede ser controlada con aditivos inclusores de aire, cementos más finos, y un control de agregado fino. El Fenómeno de la exudación se presenta en mezclas de deficiente contenido de arena y de cemento; y, excesivo contenido de agua y excesivo tiempo de vibrado” (Champi y Espinoza, 2017, p. 32): 48 Figura 6. Esquema de exudación del concreto Fuente: Generalidades del concreto – Ing. Carlos Mario Quintana Picón, p.31 (2013) Contracción por secado: Es una de las propiedades más importantes del concreto en estado fresco, cuando se trata del estudio de los problemas de fisuración que este fenómeno, acarrea con frecuencia. La llamada “contracción por secado”, es la responsable de la mayor 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. Es necesario, 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 preverla y orientarla”. (Pasquel Carbajal, 1993, p.142) en (Champi y Espinoza, 2017, p. 33). 49 Asentamiento “Cuando el concreto queda en reposo luego de ser compactado y colocado dentro del encofrado o cualquier tipo de contenedor, la gravedad da lugar a fenómeno natural mediante el cual los componentes más pesados los cuales son: el cemento, el agregado grueso y el agregado fino tienden a descender mientras que el agua, la cual es menos densa, tiende a ir a la parte superior de la mezcla; a este fenómeno se le conoce como asentamiento, el cual cuando se produce en exceso se le considera indeseable, debido a que provoca cierta estratificación en la mezcla del concreto, de tal manera que en la parte inferior se acumulan todos los componentes pesados y en la parte superior se forma una capa menos resistente y durable por su mayor concentración de agua. (Ruiz y Vasallo, 2018, p.25-26). Temperatura Durante la hidratación de la mezcla se forman cristales microscópicos en la parte superior que aumentan de tamaño entrelazándose para encajar entre ellos de manera compacta; la formación de cristales va depender del tiempo que dure la reacción, mediante este proceso se forma la mezcla de cemento endurecida; la velocidad con la que se da la formación de los cristales es directamente proporcional al aumento de la temperatura, lo cual es beneficioso para la resistencia a la compresión inicial, por otra parte, mantener una alta temperatura del concreto fresco y durante el proceso de endurecimiento no es muy beneficioso ya que los productos reaccionantes tienen una estructura poco ordenada lo cual puede generar poros y la resistencia a la compresión a largo plazo (28 días) se vería comprometida, por lo tanto se recomienda mantener la temperatura del concreto fresco y durante su proceso de endurecimiento en los 20 °C aproximadamente; por otro lado, el tiempo de 50 fraguado de la mezcla de concreto es tardío en climas extremadamente fríos, ya que la velocidad de crecimiento de los cristales se ve realentizada debido a las bajas temperaturas, además este mismo puedo sufrir agrietamientos debido al congelamiento del agua, fenómeno que genera grietas en el concreto endurecido al expandirse. (Ruiz y Vasallo, 2018, p.25- 26). Peso Unitario del concreto “Se define como el peso del concreto por unidad de volumen, el cual depende de la densidad de los agregados, cantidad de aire atrapado, relaciones agua – cemento, tamaño máximo nominal, entre otros; usualmente fluctúa entre un rango de 2240 kg/m3 a 2400 kg/m3” (Ruiz y Vasallo, 2018, p.25-26). Contenido de aire “El aire en el concreto se encuentra incorporado de manera natural debido a muchas razones, algunas de ellas son: concretos con poco cemento, mezclados de larga duración, tamaños máximos nominales no adecuados, etc.; a su vez este aire puede ser liberado a través de procesos de compactación, además existe concretos donde el aire es incorporado intencionalmente para brindar mayor trabajabilidad; práctica que se debe realizar con las consideraciones adecuadas, ya que por cada 1% de aire incorporado la resistencia a la compresión se ve afectada en un 5%. (Ruiz y Vasallo, 2018, p.25-26). 51 1.2.8. Marcas y tipos de cementos Portland comercializados en Iquitos- Perú En el caso de nuestro país contamos con las NTP (Normativa Técnica Peruana) NTP 334.009 (Cementos Portland. Requisitos), basada en la ASTM C 150. Actualmente en el mercado de la ciudad de Iquitos-Loreto se comercializan cementos de diferentes marcas, las cuales son usadas en construcción civil, por lo cual es importante describir sus propiedades y entender sus beneficios, entre ellos tenemos: 1.2.8.1. Cemento Inka Según cartilla del fabricante, tiene las siguientes características: es un Cemento Portland tipo I, que se obtiene de la molienda de un exclusivo Clinker y componentes que otorgan la propiedad de un óptimo desarrollo de resistencias iniciales y en el tiempo. a) Mayor Rendimiento. Debido a la calidad de Clinker, se obtiene un cemento con altas resistencias iniciales y desarrollo en el tiempo, con el cual se puede optimizar su consumo. b) Menores Costos. Debido a su mayor rendimiento se puede optimizar en costos en los diseños de concretos. c) Menor Tiempo de Desencofrado. Su alta resistencia a edades iniciales y en el tiempo permite este beneficio de acuerdo al diseño del concreto establecido y con ello la posibilidad de optimizar tiempo en la construcción. 52 ANÁLISIS QUÍMICO Valor Unidad NTP 334.009 ASTM C-150 Óxido de Magnesio (MgO) 1.2 % Máx. 6.0 Trióxido de Azufre (SO3) 3.1 % Máx.3.5 Pérdida por Ignición 3.2 % Máx. 3.5 Residuo Insoluble 1.2 % Máx. 1.5 ENSAYOS FÍSICOS Densidad Le Chatelier 3.09 g/cm3 - Contenido de aire mortero 8 % Vol. Máx. 12 Finura Blaine 476 m2/kg Mín. 260 Expansión en Autoclave 0.09 % Máx. 0.80 TIEMPO DE FRAGUADO Inicial 108 minutos Min. 45 Final 311 minutos Máx. 375 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN 3 días 26 (260) Mpa (kg/cm2) Mín. 12 (Mín. 122) 7 días 32 (320) Mpa (kg/cm2) Mín. 19 (Mín. 193) 28 días 38 (390) Mpa (kg/cm2) Mín. 28 (Mín. 284)