Semana I

INTRODUCCIÓN AL CURSO DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

QUE ES EL CONCRETO? 

Los romanos fueron los primeros en construir con lo que conocemos como concreto, y nuestra palabra concreto viene de la palabra latina concretus, que significa que crecen juntos.

CONCRETO = Cemento + Agua + Agregados (fino + grueso)

El concreto es un material durable y resistente pero, dado que se trabaja en su forma líquida, prácticamente puede adquirir cualquier forma.

Los agregados pueden ser obtenidos de diferentes tipos de materiales, sin embargo principalmente hacemos uso de los materiales naturales, comúnmente rocas. Estos son esencialmente materiales inertes los cuales, por conveniencia, son separados en una fracción gruesa y en una fracción fina.

Características y naturaleza del concreto:

Entre los factores que hacen del concreto un material de construcción universal tenemos:

a) La facilidad con que puede colocarse dentro de los encontrados de casi cualquier forma mientras aún tiene una consistencia plástica.

b) Su elevada resistencia a la compresión lo que le hace adecuado para elementos sometidos fundamentalmente a compresión como columnas y arcos.

c) Su elevada resistencia al fuego y a la penetración del agua.

Antecedentes del concreto en el mundo como material de construcción 

• Su origen es milenario y se ha perfeccionado con el paso de los años.
• De acuerdo con algunas investigaciones los hallazgos más antiguos de los que se tiene conocimiento sobre el uso de mezclas cementantes datan de los años 7000 a 6000 a.c. cuando en las regiones de Israel y la antigua Yugoslavia respectivamente, se encontraron vestigios de los primeros pisos de concreto a partir de calizas calcinadas.
• Posteriormente cerca al año 2500 a.c. se emplearon mezclas de calizas y yesos calcinados para pegar los grandes bloques de piedra que se utilizaron para la construcción de las pirámides de Guiza en Egipto.

• En el año 1950 a.c. se emplearon mezclas similares para rellenar muros de piedra, así se construyó el muro de Tebas en Egipto, años después estas mezclas empezaron a ser utilizadas como material estructural.
• Durante el siglo 11 a.c. en la población Puzzoli, mezclando caliza calcinada con finas arenas de origen volcánico se desarrolló el cemento puzolánico. Esta mezcla fue empleada para la construcción del teatro de Pompeya en el año 75 a.c.

• Posteriormente utilizando rocas de origen volcánico como agregado liviano y jarrones de barro incrustados para aligerar el concreto, se construyó el coliseo romano y el domo del panteón con 50 metros de diámetro.

• Con al caída del imperio romano, el uso del concreto desapareció y fue recuperado por los ingleses hacia el año 700 a.c.

EL CONCRETO EN EL PERÚ

• Entre 1920 y 1930 se da un gran desarrollo de la ciudad de lima, con nuevas avenidas, plazas y edificaciones importantes.
• Basta recordar que en esa década se construyen las edificaciones más importantes de la plaza de armas, la plaza de San Martín y las calles y avenidas del centro histórico.
• En la Década 1950 y 1960 se producen cambios importantes en la arquitectura peruana, se eliminan los muros de albañilería de las edificaciones, se hacen ventanas mas amplias y mamparas de piso a techo.
• La ingeniería peruana estaba al día con los sistemas constructivos en concreto armado, pre o potenzado e incluso prefabricado.
• En los 1966, 1970 y 1974 se inicia la transformación de los criterios de estructuración y análisis y diseño e edificaciones en concreto en el Perú debido a terremotos de esos años.
• En 1967 se desarrolló el proyecto de la primera norma sísmica peruana.
• En 1976 se publica en nuestro país la norma de diseño sismorresistente que ha regido hasta hace pocos años.
• En 1989 se publica la norma de diseño en concreto armado E060, que rige hasta nuestros días.
• En el año 2003 se hacen ajustes en la noche de diseño sismorresistente y se decide trabajar con valores de fuerza 1.25 mayores, introduciendo el concepto de sismo de rotura.
• Se comienza a trabajar una nueva norma de diseño en concreto armado pues los códigos ACI se siguen actualizando, teniéndose publicaciones en 1999, 2002 y 2005.
• A partir del año 2000 se inicia un programa de construcciones de vivienda multifamiliar con préstamos hipotecarios atractivos (MIVIENDA).
• Es así como se publican en diciembre de 2004, disposiciones complementarias para la norma de diseño sismorresistente y para la norma de concreto armado, para el análisis y diseño de edificaciones con muros de ductilidad limitada.
• Estas normas han permitido ordenar el diseño de este tipo de edificios controlando la seguridad de los mismos.

TIPOS DE CONCRETO:

CONCRETO SIMPLE :

Concreto Simple = Cemento + Arena + Piedra + Agua 

Se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos. En la albañilería el concreto es utilizado también en forma de tabiques o bloques. 

VENTAJAS: 

·Resistencia a fuerzas de compresión elevada

·Bajo costo

·Larga duración

·Puede moldearse de muchas formas

·Presenta variedad de colores y texturas

CONCRETO CICLÓPEO :

Concreto Ciclópeo = Cemento + Arena + Piedras grandes + Agua 

Es un tipo de material de construcción usado en cimientos, loza de concreto, en lechos marinos o de río.

CONCRETO ARMADO :

Concreto Armado = Cemento + Arena + Agua + acero

• Es el concreto simple + acero.
• Consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras.
• El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales, también en elementos estructurales (vigas, losas, columnas, pantallas, fundaciones, dinteles, muros).

CONCRETO PRE-COMPRIMIDO O PRE-ESFORZADO:

Se denomina hormigón pretensado a la tecnología de construcción de elementos estructurales de hormigón sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta de servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante barras, alambres o cables de alambres de acero que son tensados y anclados al hormigón.

El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del hormigón introduciendo un esfuerzo de compresión interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural.

CONCRETO ESTRUCTURAL:

Se denomina así, cuando este es dosificado, mezclado, transportado y colocado, de acuerdo a las especificaciones precisas, que garanticen una resistencia mínima pre-establecida en el diseño y una durabilidad adecuado.

TIPOS DE CONCRETO DE ACUERDO A SU PESO :

CONCRETO LIGERO :

• Es el concreto con poca densidad, formado por áridos de pequeña densidad.
• Son preparados con agregados livianos y su peso unitario varia desde 400 a 1700 kg/m3
• Es utilizado para la obtención de elementos que no precisen grandes resistencias, como tabiques, forjados de pisos, fachadas de revestimiento, y, sobre todo, como aislante del calor y del sonido.

CONCRETO NORMAL :

• Es habitualmente utilizado en elementos estructurales como cimientos, placas o losas, columnas, muros, canales, tanques y pisos.

• Son preparados con agregados corrientes y su peso unitario varia de 2300 a 2500 kg/m3. el peso promedio es de 2400 kg/m3.

CONCRETO PESADO :

• Se caracterizan por su densidad, que varía entre 2,8 a 6 T/m3.
• La fabricación de los cementos pesados se realiza con los cementos Portland normalizados y con agregados pesados, naturales o artificiales.
• Generalmente se usan agregados como las baritas, minerales de fierro como la magnetita. La limonita y la hematita. También agregados artificiales como partículas de acero.
• La aplicación principal de los concretos pesados la constituye la protección biológica contra los efectos de las radiaciones nucleares. También se utiliza en paredes de bóvedas y cajas fuertes, en pisos industriales, en elementos, que sirven de contra-peso y en la fabricación de contenedores para desechos radiactivos.

EL CEMENTO

• El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. 
• El producto resultante de la molienda de estas rocas es llamada clinker y se convierte en cemento cuando se le agrega yeso para que adquiera la propiedad de fraguar al añadirle y endurecerse posteriormente. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada concreto. 
• Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil.

CONCRETO PREMEZCLADO : 

Este concreto se dosifica y se mezcla fuera del sitio de la obra o en camiones mezcladores y se entrega en el área de construcción en estado fresco y sin endurecer. 

CONCRETO PREFABRICADO : 

Son elementos de concreto simple o armado fabricados en una ubicación diferente a su posición en la estructura. 

CONCRETO BOMBEADO : 

Concreto que es impulsado por bombeo a través de tuberías hacia la ubicación final.

Proceso de Fabricación

El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:

1. Extracción y molienda de la materia prima
2. Homogeneización de la materia prima
3. Producción del clinker
4. Molienda de cemento

La materia prima para la elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos sistemas de explotación y equipos. Una vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados por los molinos de crudo.

La etapa de homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales.

1. En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el clinker a temperaturas superiores a los 1500°C. 
2. En el proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de maquinarias especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clinker requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas.

El Clinker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso (3% o 4%) para finalmente obtener cemento.

CEMENTO PORTLAND :

Es el más usual en la construcción y es utilizado como aglomerante para la preparación del concreto como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin. El nombre se debe a la semejanza en aspecto con las rocas que se encuentran en la isla de Portland, en el condado de Dorset.

TIPOS DE CEMENTO : 

TIPO I: Cemento de uso general, no se requiere de propiedades y características especiales

TIPO II: Resistente ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje (muros de contención, puentes, presas)

TIPO III: Altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días cuando se necesita que la estructura de concreto reciba carga lo antes posible o cuando es necesario desencofrar a los pocos días del vaciado

TIPO IV: Muy bajo calor de hidratación (Presas) concreto masivos, requiere mucho más tiempo de curado que los otros tipos.

TIPO V: Muy resistente acción de los sulfatos, estructuras expuestas al agua de mar. (Plataforma marina, canales

CEMENTO PORTLAND PUZOLANICO TIPO IP

•Características:

Cumple las normas NTP 334.090 y ASTM C-595

Con molienda de yeso, Clinker y puzolana. A largo plazo alta resistencia a la compresión.

•Ventajas:

Producción de concretos más plásticos e impermeables y posibilita menor generación de calor de hidratación.

•Usos y aplicaciones:

Encofrado, asentamiento de ladrillos y tarrajeado.

CEMENTO PORTLAND PUZOLANICO TIPO IPM

•Características:

Cumple las normas NTP 334.090 y ASTM C-595

Contiene no más de 20% de puzolana en promedio en la masa del cemento.

•Ventajas:

Proporciona mayor resistencia a la compresión a mayor edad de concreto, según ensayos en 90 días superan las 5900 lb/pulg2 o 414 kg/cm2

•Usos y aplicaciones:

Encofrado, asentamiento de ladrillos y tarrajeo, menor generación de calor de hidratación.

COMPOSICIÓN QUÍMICA

RESISTENCIA Y DURABILIDAD

• Durabilidad:  El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio.
• Resistencia: Es una propiedad del concreto que, casi siempre, es motivo de preocupación. Por lo general se determina por la resistencia final de una probeta en compresión. Como el concreto suele aumentar su resistencia en un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida más común de esta propiedad.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL CEMENTO

Durante la fabricación, se monitorean continuamente la química y las siguientes propiedades del cemento:

1. Finura del Cemento
2. Sanidad del Cemento: Se refiere a la habilidad de la pasta de cemento en mantener su volumen.
3. Consistencia del Cemento: Se refiere a la movilidad relativa de la mezcla fresca de pasta o mortero de cemento o su habilidad de fluir.
4. Tiempo de Fraguado: El paso del estado plástico al estado endurecido de una masa de cemento
5. Falso Fraguado y Fraguado Rápido: El falso fraguado se evidencia por la pérdida considerable de plasticidad, inmediatamente después del mezclado, sin ninguna evolución de calor. El fraguado rápido se evidencia por una pérdida rápida de trabajabilidad en la pasta, mortero o concreto a una edad aún temprana. Esto es normalmente acompañado de una evolución considerable de calor.
6. Resistencia a Compresión del Concreto: En términos estructurales la capacidad más destacable de los cementos
7. Calor de Hidratación del Concreto: Es el calor que se genera por la reacción entre el cemento y el agua
8. Peso Específico: Se define como el peso de cemento por unidad de volumen de los sólidos o partículas, excluyéndose el aire entre las partículas
9. Densidad Aparente del Concreto: Se define como el peso de las partículas de cemento más el aire entre las partículas por unidad de volumen.

EL CEMENTO EN EL PERÚ

• Cemento Andino:

Cemento portland tipo I,II,V

Cemento portland puzolánico tipo PM

• Caliza Cemento Inca:

Cemento portland tipo I,II

• Cemento Lima:

Cemento portland tipo I, marca “Sol”

Cemento portland tipo I-BA

Cemento portland tipo I

Cemento portland tipo II-BA

Cemento portland tipo V-BA

• Cemento Pacasmayo:

Cemento portland tipo I,II y V

Cemento portland MS-ASTMC-1157

• Cemento Selva:

Cemento portland tipo I,II y V

Cemento portland puzolánico tipo IP

• Cemento Sur:

Cemento portland tipo I,II,V, marca “Rumi”

Cemento portland puzolánico tipo IP

• Cemento Yura:

Cemento portland tipo I,II y V

Cemento portland puzolánico tipo IP

TIPOS DE CEMENTO EN EL MERCADO NACIONAL

La industria del cemento en el Perú produce los tipos y clases de cemento que son requeridos en el mercado nacional, según las características de los diferentes procesos que comprende la construcción de la infraestructura necesaria para el desarrollo, la edificación y las obras de urbanización que llevan a una mejor calidad de vida

1. Cemento Portland: Un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del clinker, compuesto esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos.
2. Cemento portland tipo 1: Normal es el cemento portland destinado a obras de concreto en general.
3. Cemento portland tipo 2: De moderada resistencia a los sulfatos es el cemento portland destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la acción moderada de sulfatos .
4. Cemento portland tipo 5: Resistente a los sulfatos es el cemento Portland del cual se requiere alta resistencia a la acción de los sulfatos.
5. Cemento portland Puzolánico: El cemento que contiene puzolana se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de Clinker portland y puzolana con la adición eventual de sulfato de calcio. El contenido de puzolana debe estar comprendido entre 15% y 40% en peso del total.
6. Cemento Portland Puzolánico Tipo IP : Para usos en construcciones generales de concreto. El porcentaje adicionado de puzolana se encuentra entre 15% y 40%.
7. Cemento Portland Puzolánico Modificado Tipo IPM : Cemento Portland Puzolánico modificado para uso en construcciones generales de concreto. El porcentaje adicionado de puzolana es menor de 15%.
8. Cemento Portland de escoria de alto horno: El cemento que contiene escoria de alto horno se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de clinker Portland y escoria granulada de alto horno, con la adición eventual de sulfato de calcio. El contenido de escoria granulada de alto horno debe estar comprendido entre 25% y 65% en peso del total.
9. Cemento Tipo MS: Que corresponde a la norma de performance de cementos Portland adicionados, en el tipo de moderada resistencia a los sulfatos.

ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO

Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre piso de tablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias.

ENSAYOS DEL CEMENTO

• Tiempo de fraguado

Para estos ensayos se emplea la aguja de Vicat, que describiremos. Se coloca una bola de pasta bien amasada debajo de la varilla L, que lleva en su parte superior el casquete D y abajo la aguja H; el conjunto tiene un peso de 300 gramos; la aguja se pone en contacto con la pasta y se levanta rápidamente.

• Ensayos de tracción

Estos ensayos tienen por objeto determinar si los ingredientes que han servido para hacer el cemento o si los procedimientos de fabricación permiten obtener un endurecimiento continuo y uniforme de la materia empleada

• Ensayos de compresión