Cámara Colombiana del Cemento y el Concreto PROCEMCO
El concreto moderno es una mezcla que incorpora materiales cementantes (cemento y adiciones, que ocupan entre el 7 % y el 15% del volumen), agua (de hidratación y lubricación, que ocupa entre el 14 % y el 21% del volumen), aire (natural o incorporado, que ocupa entre el 0,5 % y el 8 % del volumen), agregados finos (que ocupan entre el 24 % y el 30 % del volumen), agregado grueso (que ocupa entre el 30 % y el 51 % del volumen), aditivos (que ocupan entre el 0,1 % y el 2 % del volumen), y complementos, como fibras y polímeros (que ocupan entre el 1 % y el 4 % del volumen).
Así, podría decirse que el concreto moderno es más “completo” si lo comparamos con el concreto de tiempo atrás, y es importante conocerlo para así mismo poder manejarlo bien en la obra. El diseño de mezcla se enfoca en determinar la participación específica de cada ingrediente para obtener determinados resultados.
En este artículo repasaremos algunas situaciones que se pueden presentar, y cuales serían sus consecuencias en el concreto.
La pasta de cemento
En estado fresco la pasta de cemento actúa como lubricante de los agregados, y dependiendo de su fluidez permitirá obtener una mezcla más o menos trabajable, en función de la cantidad de agua y de cemento incorporados.
En estado endurecido, llena los vacíos entre los agregados, lo cual reduce la porosidad y permeabilidad del concreto. Actualmente esto se conoce como Concepto de Hermeticidad, que incluye no solamente el uso del cemento sino de adiciones suplementarias que le ayudan al cemento a cumplir con sus funciones. Por ejemplo, las cenizas aportan a aumentar la hermeticidad del concreto.
Una vez fraguada y endurecida, la pasta -en unión con los agregados- contribuye con la resistencia mecánica del concreto.
¿Qué pasa si se coloca menos cantidad de cemento del especificado en el diseño de una mezcla de concreto?
Disminuir la cantidad de cemento tendría consecuencias, entre ellas:
- Se reduce el volumen de la mezcla, es decir, el contenido de cemento requerido para 1 m3, será menor.
- Se alterará la relación agua/cemento, y, por ende, el diseño de la mezcla. Al haber menos cemento y mayor cantidad de agua libre, habrá mayor A/C.
- Se reducirá el valor de f’cr (resistencia del concreto especificada por el calculista más un factor de seguridad).
- Se deteriora la facilidad de colocación y compactación del concreto, y puede haber tendencia a la segregación, porque está sobrando agua.
- Se puede aumentar el asentamiento, deteriorando la facilidad de acabado.
- Hay menos calor de hidratación
- Se puede aumentar la exudación.
- Hay mayor riesgo de contracción plástica y de asentamiento plástico.
- Hay mayor contracción por secado.
- El concreto queda más poroso y menos durable.
- Se reducen la adherencia en la interfaz pasta – agregado, la resistencia mecánica y l a durabilidad.
- Se disminuye el peso unitario.
- Se deteriora la apariencia del concreto.
¿Qué pasa si se coloca mayor cantidad de cemento del especificado en el diseño de una mezcla de concreto?
Podría pensarse que colocar más cemento no tiene efectos negativos en la mezcla. Sin embargo, esta premisa es cierta si la mayor cantidad de cemento se estipula desde la fase de diseño.
Si se coloca más cemento en la dosificación, nuevamente se alterarán algunas propiedades, entre ellas:
- Se aumenta el volumen de la mezcla porque hay más ingredientes.
- Se reduce la relación agua/material cementante.
- Al haber más cemento, la demanda de agua es mayor, y la tomará del agua de lubricación, por lo que la facilidad de colocación y compactación será menor.
- Se afecta la manejabilidad, impactando el asentamiento y disminuyendo la facilidad del acabado. La cohesión es tan alta que se pierde la capacidad de deformación que debe presentar el espécimen con el que se está haciendo el ensayo de asentamiento.
- Hay más calor de hidratación.
- Se reduce la exudación.
- Hay riesgo de contracción y asentamiento plásticos.
- El concreto queda más poroso, afectando la durabilidad.
- Se mejora la resistencia mecánica.
- Se aumenta el peso unitario.
- Se puede mejorar la apariencia del concreto.
- El concreto será más costoso.
Los agregados
Los agregados ocupan entre el 60 % y 75 % del volumen del concreto. Al ocupar un porcentaje tan alto, su importancia dentro de la mezcla es alta. Estos deben contar con características idóneas para lograr las propiedades mecánicas requeridas para hacer parte del concreto.
Los agregados actúan como material de relleno haciendo más económica la mezcla. En combinación con la pasta fraguada y endurecida, también proporcionan parte de la resistencia mecánica característica a la compresión.
Cuando la mezcla cambia de estado plástico a endurecido, los agregados controlan los cambios volumétricos de la pasta, evitando agrietamientos.
¿Qué pasa si se coloca demasiada arena en la mezcla?
El factor arena agregado es importante en algunos métodos de diseño de mezclas de concreto, y dependerá del ensamble granulométrico que se genere entre los agregados. Aumentar la cantidad de arena alterará el desempeño del concreto y causa algunos problemas, entre ellos:
- Se altera el volumen de la mezcla.
- Se disminuye la eficiencia del cemento, ya que en la medida en que el agregado es más fino, se requerirá más pegante para lograr el mismo nivel de resistencia. Es decir, entre más fino sea el agregado, se requerirá mayor cantidad de cemento para adherir esas partículas y lograr la resistencia requerida.
- Se deteriora la facilidad de colocación y compactación ya que la mezcla es de aspecto pastoso y segregable.
- Se altera el asentamiento y se afecta la facilidad del acabado.
- Hay mayor riesgo de contracción plástica y de asentamiento plástico.
- Hay mayor contracción por secado.
- El concreto queda más poroso, afectando la durabilidad.
- Se reduce la resistencia mecánica.
- Se altera el peso unitario.
- Se deteriora la apariencia del concreto.
¿Qué pasa si se coloca demasiado agregado grueso en la mezcla?
En caso de colocar mayor cantidad de agregado grueso, la apariencia del concreto será la de una mezcla piedruda, debido al exceso de agregado grueso y falta de agregado fino. Además:
- Se altera el volumen de mezcla.
- Se disminuye la eficiencia del cemento por mayor número de vacíos.
- Se afecta la facilidad de colocación y compactación, ya que la mezcla tendrá un aspecto pedroso y segregado, alterando la compacidad de la mezcla.
- Se altera el asentamiento y se deteriora la facilidad de acabado.
- Hay mayor riesgo de hormigueros y vacíos.
- Hay mayor contracción por secado.
- El concreto queda más poroso, afectando la durabilidad
- Se reduce la resistencia mecánica.
- Se altera el peso unitario.
- Se deteriora la apariencia del concreto.
En general, se recomienda no variar las proporciones de los agregados, estipuladas en el diseño de mezcla, y hacer las respectivas correcciones por humedad de los agregados.
¿Qué pasa si cambia la cantidad y la calidad de las adiciones?
Existen adiciones de muchos orígenes: cenizas volantes tipo F y tipo C (Según la ASTM C 618-08A), puzolanas artificiales, escorias de alto horno finamente pulverizadas, y aditivos minerales como el metacaolín o el humo de sílice que se pueden adicionar a las mezclas.
Tienen propósitos específicos dentro de las mezclas de concreto, siendo suplementarios al cemento para cumplir con sus funciones. Por esto, es muy importante garantizar su cantidad y calidad.
En el caso de las adiciones, puntualmente escorias – que son las más utilizadas a nivel mundial – se puede adicionar entre el 20 % y 50 % en mezclas convencionales (en mezclas especiales puede llegar hasta el 70 %). En esos volúmenes tan importantes un cambio en la calidad o en las cantidades de los constituyentes va a alterar de manera significativa la mezcla de concreto.
CONCLUSIÓN
En todo caso se deben tener presentes las tolerancias admisibles descritas en la NTC 3318 – Producción de Concreto, que oscilan entre el 1 % y el 3 %, y reflejan que la dosificación del concreto debe ser casi exacta al diseño de mezcla, para así garantizar un comportamiento homogéneo en el tiempo. En caso de emplear concretos especiales (arquitectónicos, autocompactantes, autonivelantes, alta resistencia, etc.), el control de la dosificación y las tolerancias debe ser más estricto que en un concreto convencional.
Un comentario
¿Qué pasas si se coloca mayor cantidad de cemento del especificado en el diseño de una mezcla de concreto?
1. “Se aumenta el volumen de la mezcla porque hay más ingredientes.” No necesariamente hay más agregados y otros materiales. Lógico que sí aumenta el volumen de cemento, pero no necesariamente el de los demás componentes y el volumen de la mezcla. ¡Pendiente por discutir!
2. “Se reduce la relación agua/material cementante.” No necesariamente se reduce. Se puede aumentar la cantidad de cemento sin reducir dicha relación. ¡Pendiente por discutir!
3. “Al haber más cemento, la demanda…” La demanda de agua puede permanecer constante en muchos casos. ¡Pendiente por discutir!
4. “Se afecta la manejabilidad…” La manejabilidad puede mejorar en muchos casos.
5. “Hay más calor de hidratación.” No necesariamente, el calor de hidratación se puede conservar dejando la relación AC constante. ¡Pendiente por discutir!
6. “Se reduce la exudación.” Si se aumenta la relación AC de forma constante, no necesariamente se cumple el enunciado. ¡Pendiente por discutir!
7. “Hay riego de contracción…” No necesariamente, se puede aumentar de forma constante la relación AC sin riesgos de contracción. ¡Pendiente por discutir!
8. “El concreto queda más poroso…” No necesariamente. El concreto de alta resistencia es un caso donde el contenido de aire es cero. ¡Pendiente por discutir!
9. “Se mejora la resistencia mecánica”. ¡De acuerdo!
10. “Se aumenta el peso unitario.” El peso unitario debe disminuir. ¡Pendiente por discutir!
11. “Se puede mejorar la apariencia del concreto” ¡De acuerdo!
12. “El concreto será más costoso. ¡Pendiente por discutir! Eso depende del precio de los demás materiales.
Me gustaría mostrarle la tercera dimensión del concreto.
Saludos