Estructuras de Concreto

El concreto

 Es una piedra artificial creada por el hombre, y que se ha convertido en el material de

construcción más utilizado a nivel mundial, en razón a su extraordinaria versatilidad, en
cuanto a las formas que se puede obtener
 El concreto es una mezcla de un material aglutinante (cemento), un material clasificado
(agregados), agua y eventualmente aditivos y adiciones, que al endurecerse forman un
sólido compacto capaz de soporta grandes esfuerzos a la compresión
Propiedades

El concreto se puede encontrar en

 Estado fresco
 Proceso de fraguado
 Estado endurecido
En estos tres estados presenta características típicas, las cuales determinan su desempeño
Propiedades

 Resistencia a la compresión
 Resistencia a la flexión
 Manejabilidad
 Velocidad de fraguado
 Consistencia
 Finura
Componentes

 Cemento:
Material aglutinante que presenta las propiedades de adherencia y cohesión, que permiten la
unión de fragmentos minerales entre sí.
Este material tiene la propiedad de fraguar y endurecerse en presencia de agua, presentando un
proceso químico que es el calor de hidratación
Hoy en día se fabrican diversos tipos de cemento para satisfacer diferentes necesidades del
mercado y para cumplir con propósitos específicos.
Componentes
 Componentes
CEMENTO TIPO I
Es un cemento destinado a obras de concreto que no estén sujetas al contacto de factores agresivos, tales como
el ataque de sulfatos existentes en el suelo, en el agua y en el aire y a los ácidos. Entre sus usos están las
estructuras de concreto, pisos, mampostería, etc.
CEMENTO TIPO II
Se usa en obras de concreto expuestas a la acción moderada de sulfatos, como en estructuras enterradas en
zonas donde las concentraciones de sulfatos de las aguas freáticas son mayores. El calor de hidratación
generado por este cemento es moderado, por lo que su uso se recomienda para estructuras de volumen
considerable, como pilas de gran masa, estribos grandes, muros de contención. Su utilización reduce el aumento
de temperatura.
Componentes

CEMENTO TIPO III

Es el cemento que desarrolla alta resistencia a tempranas edades, su composición química
difiere a la de un cemento tipo I, físicamente es similar a este tipo de cemento, aunque las
partículas han sido molidas más finamente.
CEMENTO TIPO IV
Este cemento desarrolla resistencia a una velocidad muy inferior a los otros tipos de cemento.
Se usa para estructuras de concreto masivo, como presas, donde el aumento de temperatura
resultante durante el proceso de endurecimiento se tiene que conservar en el menor valor
posible.
Componentes

CEMENTO TIPO V
Es un cemento que ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos y se emplea
exclusivamente en concretos expuestos a acciones severas de sulfatos.
Componentes

 Agregados
Los agregados son partículas incorporadas al concreto que ocupan un espacio, y que en
combinación con el cemento y el agua proporcionan resistencia mecánica al concreto en
estado endurecido.
La calidad de los agregados esta determinada por el origen, por su distribución granulométrica,
densidad, forma y textura; los agregados se clasifican en agregado grueso y agregado fino,
fijado por valores en tamaño.
Componentes

 Agua
Es un ingrediente fundamental en la elaboración de concreto debido a que desempeña
diferentes funciones importantes en el concreto.
Generalmente existe la creencia que si el agua es apta para beber, es óptima para hacer
concreto, sin embargo, esto no es totalmente cierto, pues en algunas plantas de tratamiento,
adicionan sustancias como sulfato, aluminio y cloro que pueden interferir con el fraguado del
cemento, promover la corrosión del acero de refuerzo y así mismo producir manchas en el
concreto. El agua apta para mezclar o curar concretos puede no ser necesariamente buena para
tomar.
 Componentes
Cuando el agua proviene de fuentes no conocidas, es conveniente analizarla periódicamente para comprobar que
no varíe el pH o las impurezas a través del tiempo.
Componentes

 Aditivos
Son aquellos ingredientes que se adicionan a la mezcla inmediatamente antes o durante el
mezclado. Se utilizan con el objeto de modificar las propiedades del concreto en estado fresco,
durante el fraguado y en estado endurecido, para hacerlo más adecuado según el trabajo o
exigencia dada.
 Concretos Premezclados

Los concretos premezclados, también son conocidos como concretos predosificados y los podemos definir como
aquellos que son diseñados, producidos y comercializados por una empresa productora de concreto, con una
garantía de calidad certificada.
Las diferencias entre concreto premezclado y la mezcla en obra son bastante significativas, ya que la forma de
producción en el concreto premezclado se realiza de una manera industrializada: la dosificación de los
materiales se hace por peso, se realizan controles a todos sus componentes y al producto final a un costo
razonable
Control de calidad

El control de calidad lo podemos definir como el conjunto de operaciones y decisiones que se

toman con el propósito de cumplir el objeto de un contrato y de cierta forma comprobar el
cumplimiento de los requisitos exigidos. Para ello se deben verificar los procedimientos que
tienen que ver con las Normas Técnicas Colombianas y con el Código Sismo Resistente.
Para obtener concretos de excelente calidad, que cumplan con todas las especificaciones,
ambas partes, planta de concretos y obra deben asumir ciertas responsabilidades en el control
de calidad del concreto.
Control de calidad

El control de producción del concreto es responsabilidad de la planta productora de concreto,

incluye el transporte del mismo e involucra los siguientes aspectos:
 Control de materias primas
 Control de diseños de mezclas
 Control de procesos de producción
 Control del producto final
Las especificaciones de calidad y manipulación del concreto son responsabilidad de la obra.
 Control de calidad

 Organización y responsabilidad del control de calidad del concreto en la obra

En cualquier tipo de proyecto de construcción es indispensable que el control de calidad contemple ciertas
actividades, que responsabilicen a la obra:

 Verificar que las especificaciones que aparezcan en la remisión de despacho de la planta coincidan con las
especificaciones de la obra
Control de calidad

 Seleccionar un tomador de muestras de concreto calificado, que será la persona encargada de

realizar todos los ensayos del concreto en estado fresco (Toma de muestra NTC 454, temperatura
NTC 3357, asentamiento NTC 396, Masa unitaria y rendimiento Volumétrico NTC 1926, y
elaboración y curado de especímenes de concreto NTC 550).

 Selección de un laboratorio idóneo.

 Todos los procesos de calidad estén debidamente documentados y firmados.
Propiedades del concreto fresco

Las características en estado fresco del concreto deben ser tales que se permita llenar
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo, así como también
obtener una masa homogénea sin grandes burbujas de aire o agua atrapada
Algunas propiedades del concreto en estado fresco pueden ser determinadas mediante una
inspección visual y mediante ensayos de obra así:
Propiedades del concreto fresco

INSPECCIÓN VISUAL
 Segregación
 Exudación
ENSAYOS DE OBRA
 Trabajabilidad
 Masa Unitaria
 Contenido de aire
 Tiempo de fraguado
Propiedades del concreto fresco

SEGREGACIÓN
Se define como la tendencia de separación de las partículas gruesas de la fase mortero del
concreto y la colección de esas partículas deficientes de mortero en el perímetro del concreto
colocado, debido a falta de cohesividad, de tal manera que su distribución y comportamiento
deja de ser uniforme y homogéneo. Esto conduce a que la no segregación es una condición
implícita del concreto para mantener una trabajabilidad adecuada.
Propiedades del concreto fresco

SEGREGACIÓN
Propiedades del concreto fresco

SEGREGACIÓN
¿Cómo se previene?

 Dosificación adecuada
 Transporte mínimo
 Flujo de mezcla suave
 Evitar obstáculos
 No exceder el tiempo de vibración
 Densidades diferenciales entre los agregados
 Cemento con mayor finura
Propiedades del concreto fresco

 Exudación
Es una forma de segregación o sedimentación, en la cual, parte del agua de mezclado tiende a
elevarse a la superficie de una mezcla de concreto recién colocado. Esto se debe a que los
constituyentes sólidos de la mezcla no pueden retener toda el agua cuando se asientan durante
el proceso de fraguado.
La exudación del concreto esta influenciada por las proporciones de la mezcla y las
propiedades de los materiales, el contenido de aire, forma y textura de los agregados, calidad
del cemento y el uso de los aditivos.
Propiedades del concreto fresco

 Exudación
Cuando este proceso se presenta en una alta tasa, se convierte en poco deseable, especialmente
para bombear y dar acabados al concreto, adicionalmente traen otras consecuencias como el
debilitamiento, mayor porosidad, menor resistencia a la abrasión y ataque de agentes agresivos
presentes en el medio ambiente
Cuando la exudación es excesiva, debe prestarse especial atención a las características de los
agregados, la calidad de cemento y diseño de la mezcla.
Propiedades del concreto fresco

 Exudación
Propiedades del concreto fresco

 Trabajabilidad
Es la capacidad del concreto que le permite ser colocado y compactado apropiadamente sin
que se produzca segregación alguna. La trabajabilidad esta ligada al grado de compatibilidad,
cohesividad, plasticidad y consistencia.
Compatibilidad: Es la facilidad con la que el concreto es compactado o consolidado para
reducir el volumen de vacíos y, por lo tanto, el aire atrapado.
Cohesividad: Aptitud que tiene el concreto para mantenerse como una masa estable y sin
segregación.
Propiedades del concreto fresco

Plasticidad: Condición del concreto que le permite deformarse continuamente sin romperse.
Consistencia: Habilidad del concreto fresco para fluir, es decir, la capacidad de adquirir la
forma de los encofrados que lo contienen y de llenar espacios vacíos alrededor de elementos
embebidos.
Propiedades del concreto fresco

FACTORES QUE TRABAJAN LA TRABAJABILIDAD

La trabajabilidad está influenciada principalmente por el contenido de agua de mezclado,
contenido de aire, propiedades de los agregados, relación pasta/agregados y las condiciones
climáticas
1. Contenido de agua de mezclado: El agua de mezclado hace parte aproximadamente del
15% del volumen total del concreto, del cual sólo el 5% es para hidratar el cemento y el 10%
restante es el agua evaporable. Esta última es el principal factor que afecta la trabajabilidad, ya
que en la medida que se incrementa su contenido aumenta la fluidez y permite una mayor
lubricación de los agregados.
Propiedades del concreto fresco

2. Contenido de aire: El contenido de aire naturalmente atrapado y/o incorporado

intencionalmente, produce disminución en los requerimientos de agua del concreto para una
misma manejabilidad, al igual que un aumento de las condiciones de cohesividad.
3. Propiedades de los agregados: Las propiedades físicas de los agregados que afectan las
características del concreto en estado fresco son el tamaño máximo, forma y textura de las
partículas, densidad, absorción, contenido de finos y materia orgánica
Propiedades del concreto fresco

4. Relación pasta / agregado: La cantidad de pasta esta relacionada con el área superficial de
los agregados, ya que su función en estado fresco es actuar como lubricante y producir
concretos trabajables. En términos generales a mayor relación pasta/ agregado se incrementa la
cohesividad del concreto, sin embargo, no debe ser tan alta porque se puede presentar
segregación.
5. Condiciones climáticas: Las condiciones climáticas tales como, viento, sol, temperatura y
humedad ambiente afectan la manejabilidad del concreto debido a que pueden producir
pérdidas de agua por evaporación, cambios en la temperatura interna del concreto por
intercambio de calor, cambios volumétricos y modificación en los tiempos de fraguado.
Propiedades del concreto fresco

Ensayo de asentamiento
El asentamiento es una medida de la trabajabilidad del concreto, que se refiere al grado de
fluidez de la mezcla, es decir que indica qué tan seca o fluida está cuando se encuentra en
estado plástico y no constituye por sí mismo una medida directa de la trabajabilidad.
Tiempo de fraguado

Es un proceso donde el concreto pasa de un estado plástico a un estado endurecido. Los

cambios que se observan durante este proceso son el tiempo de fraguado y la contracción
plástica.
La clasificación de acuerdo con el tiempo de fraguado hace concretos de fraguado lento,
normal y rápido. Los fraguados lentos son aquellos que demoran más tiempo en endurecer, los
de fraguado normal son los que endurecen prácticamente con la velocidad de hidratación del
cemento y los concretos de tiempos de fraguado acelerado, son aquellos que endurecen en
menor tiempo y adquieren mayor resistencia en tempranas edades.
Proceso de fraguado
Tiempo de fraguado

Cuando se obtiene el fraguado final, al igual que

sucede con el cemento, se dice que comienza el
proceso de adquisición de resistencia del
concreto
El tiempo de fraguado del concreto depende de
varios factores como el tipo de cemento usado,
el tipo y cuantía de aditivos (si se usan) y la
temperatura ambiente, entre otros.
Concreto endurecido

 Resistencia:
La resistencia del concreto es una habilidad que se manifiesta en la estructura para resistir
esfuerzos de compresión, tracción, torsión, flexión, y corte sin que se produzca falla.
 Relación agua-cemento:
La relación agua/cemento (r) es el cociente entre el peso del agua de mezclado (a) y el peso
del cemento empleado (c).
 Concreto endurecido

Esto sígnica que entre mayor es el contenido de

agua de mezclado, mayor es la cantidad de agua que
no se combina con el cemento y, por consiguiente,
al disiparse la parte de agua evaporable la pasta será
más porosa, menos resistencia, más permeable,
menos densa y menos durable.
Concreto endurecido

 Factores que inciden en la resistencia:

i. Tipo y cantidad de cemento adicionado a la mezcla. A mayor contenido de cemento se

consiguen mayores resistencias, no obstante esta relación tienen un limite que va relacionado
con el tamaño del agregado.
ii. Relación agua cemento.
iii. Granulometría de los agregados.
Concreto endurecido

iv. Para concretos de alta resistencia, a menor tamaño máximo de partícula mayor resistencia.
v. Agua y aditivos
vi. Fraguado y temperatura
vii. Curado del concreto
viii. Edad del concreto
Concreto endurecido

 Factores que inciden en la resistencia

Concreto endurecido

 Resistencia a la compresión (NTC 550):

Las probetas son cilindros de cemento de 15 cm de diámetro y 30 cm de alto (relación 1:2).
La elaboración del cilindro se realiza por medio de capas compactadas, dentro de moldes
estándar. Una vez finalizado, el cilindro se deja en reposo durante aproximadamente 24 horas.
Luego de dicho periodo, se retiran del molde y se someten a un curado hasta el momento de
ensayo.
El curado se realiza en tanques de agua con cal a una temperatura de 23ºC, o en una cámara de
vapor.
Concreto endurecido

El tamaño de los cilindros puede variar, sin embargo se debe conservar la relación 1:2 en la
medida de lo posible. Adicionalmente es posible cambiar la geometría de la probeta (cúbicas o
prismáticas), teniendo en cuenta los efectos que esto conlleva.
Concreto endurecido

 Resistencia a la tensión (NTC 722):

Dado que la resistencia a la tensión es difícil de medir por medio de ensayos directos se
desarrolló en Brasil un método que mide indirectamente la tensión.
Concreto endurecido

Por medio photo-elasticidad Hertz (1948) encontró los campos de deformación en un cilindro
sometido tensión indirecta.
Concreto endurecido

 Resistencia a la flexión (NTC 2871 y NTC 1377):

La resistencia a la flexión del concreto es a menudo referida al módulo de rotura. Este factor es
importante en estructuras de concreto simple tales como losas de pavimentos.
Pruebas de campo

 Con el objeto de determinar la resistencia relativa de diferentes localizaciones en la

estructura, como ayuda para la evaluación de resistencia del concreto en el sitio. Se han
desarrollado diferentes pruebas de campo que se clasifican de la siguiente manera

 Pruebas destructivas
 Pruebas no destructivas
Pruebas destructivas

Para tratar de determinar si la resistencia del concreto es realmente baja o alta, es posible
extraer núcleos del elemento de resistencia dudosa, siguiendo el procedimiento de la NTC
3658 y ensayarlos a la compresión. Este método no es recomendable para concretos menor de
28 días de edad.
Pruebas no destructivas

Es posible utilizar ensayos para evaluar la resistencia relativa del concreto endurecido. Las
pruebas no destructivas mas comunes en el medio colombiano son: el ensayo de esclerómetro
y el ensayo de ultrasonido.
Ensayo de esclerómetro:
Esta prueba fue desarrollada en el año 1894 por el ingeniero suizo ERNEST SCHMIDT quien
idea un martillo de prueba para medir la resistencia del concreto. Esta prueba se basa en el
principio de rebote de masa elástica que depende de la dureza de la superficie del concreto.
Pruebas no destructivas

Esclerómetro
Pruebas no destructivas

Ensayo de ultrasonido
Este tipo de ensayo se clasifica como no destructivo y desde el punto de vista teórico, esta
prueba se basa en que unas ondas se propagan en cualquier medio donde existan átomos que
puedan vibrar elásticamente, teniendo en cuenta que a medida en que el medio sea más denso,
más rápida es la velocidad de propagación.
Durabilidad del concreto

Aunque la resistencia a la compresión del concreto es una característica en estado endurecido,

existe otro parámetro que en un momento dado puede ser más importantes y es la durabilidad,
que está estrechamente ligada con las condiciones de exposición al medio ambiente, la cual
puede generar deterioro por causas físicas, mecánicas y/o químicas.
De otra parte, puede haber causas internas, tales como la permeabilidad, materiales
constituyentes o cambios volumétricos debido a diferencias en las propiedades térmicas.
Durabilidad del concreto

La durabilidad del concreto se define como su resistencia a la acción del clima, a los ataques
químicos, a la abrasión o cualquier otro proceso de deterioro, de tal manera, que un concreto
durable debe mantener su forma, su calidad y sus propiedades de servicio al estar expuesto a
su medio ambiente.
Generalmente las estructuras de concreto están expuestas no solo a la acción de las cargas si
no también a otros agentes de carácter físico y químico. Para que una estructura sea durable se
requiere que se diseñe no sólo para responder a las cargas sino también a los efectos que tienen
que ver con la calidad del concreto.
Deterioro del concreto por acciones químicas

Dentro de los factores de deterioro atribuibles a las acciones químicas están:

 El ataque de ácidos
 La lixiviación por aguas blandas
 La carbonatación
 La formación de sales expansivas (ataque de sulfatos)
 La expansión destructiva de las reacciones álcali – agregado
Deterioro del concreto por
acciones químicas

Ataque por ácidos

La pasta de cemento Portland endurecida, el elemento que
mantiene adherido el concreto es un material calcáreo y
como tal, muy susceptible al ataque de ácidos. En el caso del
concreto, no existe defensa contra el ataque del ácido, por lo
que estrictamente, estos ácidos deben ser eliminados del
proceso o material que se maneja en una estructura de
concreto, o evitar que entren en contacto con el concreto
mediante algún tipo de barrera impermeable y resistente al
ácido que proteja el concreto.
Deterioro del concreto por acciones químicas

Lixiviación por aguas blandas

La lixiviación del hidróxido de calcio que contiene el concreto, disminuye el contenido de
CaO y trae como consecuencia la degradación de los componentes de la pasta hidratada, como
silicato, aluminatos y ferritos, y por esto el concreto pierde resistencia y se desintegra.
Deterioro del concreto por
acciones químicas

Carbonatación
La formación del proceso de carbonatación en el
concreto depende en gran medida de la humedad
presente en el concreto, de modo tal que el
fenómeno tendrá lugar si la humedad se encuentra
entre un 20 y un 80%; no obstante, el proceso de
corrosión del acero se acelera cuando la humedad
del concreto está entre 50% y 75%. Esto significa
que en concretos totalmente saturados o totalmente
secos no se producirá carbonatación.
Deterioro del concreto
por acciones químicas
Ataque por sulfatos
Los ataques de sulfatos ocurren por una
reacción química entre los sulfatos de
sodio, potasio o magnesio con la pasta
de cemento, resultando en expansiones
considerables. Alternativamente, en
presencia de aguas alcalinas (pH > 8.0)
se pueden llegar a formar cristales de
sulfato en los poros del concreto.
Abrasión

 La abrasión mecánica se produce por el desplazamiento de materiales sólidos sobre la

superficie de una estructura de concreto (i.e., vehículos, materiales transportados por flujos
de agua).
Fuego

En términos generales, el concreto tiene buenas propiedades de resistencia al fuego. Sin

embargo, en caso de exposiciones prolongadas, se generan una perdida continúa de las capas
superficiales hasta alcanzar el acero de refuerzo.
Corrosión del refuerzo

Cuando el acero se oxida y su profundidad llega a aproximadamente 1/3 de su diámetro, se

genera un aumento de volumen de cerca de 2,2 veces su diámetro original, lo cual ocasiona
grietas y descascaramiento de la capa de recubrimiento. El segundo problema que presenta la
corrosión es precisamente la pérdida de diámetro que incluso puede desaparecer la varilla y la
consecuente disminución de resistencia.
Factores que disminuyen el deterioro

Con el objeto de evitar que el concreto se encuentre expuesto a una combinación de humedad
y congelamiento cíclico, es conveniente tener en cuenta al diseñar la estructura, que esta tenga
una geometría tal que se reduzca al mínimo la captación de agua por el concreto y que
adicionalmente se disponga de un buen sistema de drenaje.
Se ha visto que la resistencia, durabilidad y impermeabilidad del concreto están determinados
principalmente por la relación agua-cemento, suponiendo que el concreto sea debidamente
curado. Para que el concreto de peso normal sea resistente al congelamiento, no debe tener una
relación agua-cemento demasiado alta.