Acero: Temperatura de Transición.

A medida que el acero se prueba a temperaturas más bajas, se puede observar un cambio en el comportamiento de falla, este cambio es abrupto en un rango de temperaturas muy estrecho, a dicho rango se le conoce como la temperatura de transición, y es aquí donde la falla pasa de ser una falla dúctil a ser una fractura frágil. Este fenómeno es de suma importancia para el diseñador, ya que no basta con diseñar para una falla dúctil,  sino que se debe tomar en cuenta las condiciones climáticas bajo las que trabajará la estructura. Esto quiere decir que el acero se comportará de manera dúctil en el verano pero perderá mucho de su tenacidad o capacidad para absorber energía mediante la deformación en el invierno, todo depende de que tanto baje la temperatura.

La temperatura de transición cobra mucha importancia cuando algún elemento de acero debe  ser  diseñado  para  resistir  esfuerzos  bajo  condiciones  de  impacto,  generalmente  la temperatura de transición se obtiene mediante pruebas de impacto, sometiendo a las probetas a diferentes condiciones de temperatura antes de ensayarlas. Las pruebas de tensión resultan muy lentas y no permiten apreciar fácilmente la temperatura de transición.

La prueba de impacto se realiza por medio de un Péndulo que por impacto produce la falla de un espécimen con una ranura en forma de v en la parte media, la prueba se ilustra
esquemáticamente en la Figura 11.8.

Figura 11.8. Prueba de Impacto, Una Medida de la Tenacidad.

El rango de temperatura de transición se muestra en la Figura 11.9, donde se aprecia la enorme influencia que la variación de temperatura puede tener en el comportamiento del acero, esto no se presenta en todos los metales, pero en el acero por ser una estructura atómica del tipo bcc los efectos son notables.


Figura 11.9. Concepto de Temperatura de Transición en el Acero.

Módulo de Corte o de Rigidez Transversal del Acero.

Cuando el acero es sometido a fuerzas cortantes donde las fuerzas actuantes son paralelas al área del material, se tiende a producir un dislocamiento lateral de la estructura atómica del material,  véase  la  Figura  11.6,  el  movimiento  lateral  de  los  átomos  describe  un  ángulo  de deformación, la tangente de ese ángulo se denomina deformación cortante, y se representa por ?,

Figura 11.7. Tenacidad de un Metal Frágil (izquierda) y de un Metal Dúctil (derecha).

 El módulo de corte (G) se obtiene con la expresión
, donde t  es el esfuerzo cortante, y  Y es la deformación cortante. El módulo de corte  se correlaciona con el módulo de elasticidad  mediante la siguiente expresión:

Donde v es el módulo de Poisson con valor de 0.29 tanto para el hierro como para el acero.

Acero: Tenacidad.

La tenacidad se define como la energía requerida para que se presente la falla del metal por fractura. Una fractura frágil requiere una energía menor, en tanto que una fractura dúctil requiere una energía apreciablemente mayor, en este último caso la energía es consumida durante la deformación plástica hasta lograr la separación de átomos a lo largo de la fractura. En cualquier caso la cantidad de energía requerida para lograr la falla por unidad de volumen es igual al área bajo la curva esfuerzo-deformación. La Figura 11.7 muestra esquemáticamente los casos de falla frágil y dúctil, así como las energías representadas por las áreas bajo las curvas en los dos casos.

Acero: Dureza.

Esta propiedad de los metales ferrosos y no ferroso, se verifica por medio de pruebas de penetración ya sea con puntas en forma de diamante o con balines de alta resistencia sobre la superficie del material por ensayar.

Entre más profunda es la penetración, más suave o menos reistente será el metal. Este tipo de prueba se considera como una prueba no destructiva ya que en un  área  muy  pequeña  se  evalúa  la  resistencia  del  material  sin  causarle  ningún  daño.  La penetración lograda se puede correlacionar con parámetros del metal, como la resistencia a la tensión y otros, de tal manera que resulta muy práctico ahorrarse el costo y la dificultad de una prueba de tensión o de algún otro tipo una vez que se cuenta con una correlación confiable.
Existen dos pruebas de penetración normalizadas por la ASTM, la prueba Brinell que se realiza según la norma ASTM E-10, y la prueba Rockwell con designación ASTM E-8. La prueba Brinell emplea un balín de 10 mm de diámetro y puede proporcionar cargas de 500, 1500 y 3000 Kg (usualmente la estándar), una vez hecha la penetración, se calcula el área de la huella y se divide la carga entre el área para encontrar el número de dureza Brinell. La prueba de Rockwell permite emplear cuatro balines de diferentes diámetros y una punta en forma de diamante, las cargas que se pueden aplicar son: 15, 30, 45, 60, 100 y 150 kg. En la prueba

Rockwell se mide la profundidad de penetración y luego se convierte al número de dureza, simplemente restándole a un valor estándar la profundidad de penetración. Ambas pruebas presentan la desventaja de que el material se evalúa sólo en la superficie y en un área muy pequeña.

Acero: Ductilidad.

Como se puede observar en la Figura 11.5, una vez que se alcanza el límite de fluencia se presenta una reducción progresiva de la sección transversal del espécimen como consecuencia del alargamiento  del  mismo  hasta  alcanzar  la  ruptura,  estos  dos  hechos  se  interpretan  como  la ductilidad que posee el material. A medida que en los aceros se detecte un aproximamiento del límite  de  fluencia  con  el  límite  de  ruptura  (en  la  figura  C  se  acercaría  a  A)  la  ductilidad disminuye. En la metalurgia se pueden lograr aceros con alta capacidad a la tensión pero poca ductilidad, basta con aumentar el contenido de carbono o con alear al acero con otros metales.

En la ingeniería civil se acostumbra diseñar estructuras tanto metálicas como de concreto reforzado para que se comporten de una manera dúctil antes de que un incremento excesivo en las cargas les provoquen la falla. Este comportamiento dúctil da como señal inequívoca de peligro, deflexiones y deformaciones visibles a simple vista, de tal manera que el usuario puede desalojar la estructura antes de que se presente el colapso total. Lo anterior no significa que un acero de alta resistencia pueda ser malo, sino que el diseñador debe considerar cuidadosamente que influencia tendrá  la  baja  ductilidad  en  el  comportamiento  de  la  estructura  una  vez  que  se  exceda  la capacidad de carga de diseño.

El fenómeno de ductilidad en los metales es bastante complejo, al parecer esto se logra cuando la intensidad de la carga provoca que algunos átomos de la estructura atómica (lattice) se deslicen con respecto a otros. El fenómeno de ductilidad se relaciona estrechamente con la dislocación de los átomos de la estructura atómica del material, en el acero, como ya se ha mencionado, se tiene una estructura bcc, ésta estructura no es la más compacta, por eso en su estado  puro  presenta  una  gran  cantidad  de  grados  de  libertad  para  alojar  fenómenos  de dislocación  muy  variados,  la  Figura  11.6  muestra  esquemáticamente  y  de  manera  muy simplificada una secuencia de dislocación por cortante.

 Figura 11.6. Fenómeno de Dislocación Cristalográfica.

Existen otros metales que presentan una estructura atómica más compacta que el acero, como el magnesio, el zinc, el cadmio, el cobalto y el titanio, que poseen una estructura hexagonal fuertemente compacta (close packed hexagonal structure, hcp). Estos metales presentan menos grados de libertad para aceptar dislocaciones,  esto se refleja en su gran estabilidad y resistencia, de hecho son metales que combinados con el acero le dan a éste una gran capacidad de carga, aunque a costa de una menor ductilidad.

Resistencia a la Tensión del Acero (Especificaciones para Aceros Estructurales).

Las propiedades mecánicas del acero dependen de la composición química del metal, aunque existe una gran cantidad de aceros, no todos ellos son de uso común en la construcción. La Tabla 11.1 presenta algunos aceros que se emplean en la industria incluyendo el acero de uso estructural.

Tabla 11.1. Diversos Tipos de Acero Según su Contenido de Carbono.
En México son de uso común los siguientes aceros: ASTM A-7 y ASTM A-572 grado 50. Como se observará a continuación, las especificaciones ASTM no señalan un contenido específico en el contenido de carbono u otra sustancia, sin embargo estos aceros deben cumplir con los requisitos enunciados en la Tabla 11.2.

Los valores presentados en la tabla se pueden interpretar fácilmente con ayuda de una gráfica esfuerzo-deformación obtenida  de  una  prueba de tensión, la  Figura  11.5  muestra esquemáticamente las diversas etapas involucradas en el ensaye. La curva muestra una zona elástica denotada por el segmento OA, la pendiente del segmento elástico define el módulo de elasticidad (E) del acero (esfuerzos proporcionales a las deformaciones). El final de la zona elástica denotada por el punto A, se conoce como esfuerzo de fluencia (límite de fluencia), a partir de este límite el acero se deforma permanentemente produciéndose durante la prueba una reducción de sección transversal del espécimen de prueba hasta alcanzar su resistencia máxima, la cual se denota por el punto B, este valor es de poca importancia desde el punto de vista estructural. Al proseguir la prueba, dentro de la zona BC se produce una estrangulamiento de la sección transversal, hasta que el material alcanza su esfuerzo de ruptura, denotado en la curva por el punto C.

Tabla 11.2. Especificaciones para Aceros Estructurales de Uso Común en México.

La prueba típica mediante la cual se obtiene la información anterior emplea un espécimen de 1.27 cm (0.5 pulgadas) en diámetro, perfectamente torneado para presentar una superficie lisa y de sección constante. El espécimen se acostumbra maquinar con la longitud adecuada para alojar las marcas iniciales ya sea de 2” o de 8” según sea el caso, los extremos del espécimen pueden ser roscados para afianzarlos mediante un dispositivo adecuado a la máquina universal (ASTM E-8) o simplemente puede ser sujetado con mordazas. Una vez colocado el espécimen se procede a cargarlo incrementando la carga hasta la falla, conforme la prueba prosigue se registra la carga y la deformación producida, para esto último se puede emplear un extensómetro especial que resista la falla del espécimen y así proporcionar la información completa. Tanto los esfuerzos como  las  deformaciones  unitarias  se  evalúan  a  intervalos  regulares.  El  esfuerzo  se  calcula simplemente dividiendo la carga entre el área, y la deformación unitaria se obtiene dividiendo el incremento de
deformación entre la longitud inicial marcada, ya sea 2 u 8 pulgadas.

Figura 11.5. Curva típica Esfuerzo- Deformación de un Acero Estructural.

Propiedades Mecánicas del Acero.

Estructura del Acero.

Conforme el acero obtenido del proceso de refinamiento se va enfriando, sus átomos se arreglan dé tal manera que de acuerdo a la temperatura toman una posición que obedece a la ley de la menor energía de cristalización. Esto ocurre de tal forma que si se considerara al metal fundido en un recipiente, pasaría lentamente del estado líquido al sólido, en esta secuencia el material se enfría primero en las esquinas, luego en los bordes y posteriormente en el interior, los átomos se entrelazan unos con otros formando una estructura dendrítica como la que se muestra esquemáticamente en la Figura 11.2.
Figura 11.2. Esquema Microscópico de solidificación del acero.

La estructura policristalina que se observa en la figura anterior revela que los granos del material sólido varían entre sí, y en cada grano los átomos se arreglan de forma regular en una estructura conocida como estructura atómica. Para el acero existen dos estructuras principales, la estructura cúbica centrada en la cara (face centred cubic structure, fcc) y la estructura cúbica centrada en el cuerpo (body centred cubic structure, bcc).

La Figura 11.3 muestra las dos estructuras, donde los átomos se simbolizan por puntos o bolas. En el caso del acero, la estructura atómica fcc se produce arriba de los 910 °C, y la bcc se produce abajo de los 910 °C, estos cambios son fundamentales en la tecnología metalúrgica del acero. Estas estructuras no son las más densas que puede tener un metal, existe la estructura hexagonal compacta (close packed hexagonal structure, hcp), que caracteriza al magnesio, zinc, cobalto y titanio, sin embargo la estructura  del  acero  es  lo suficientemente  fuerte  para  resolver  un  sinfín  de  problemas estructurales.

Figura 11.3. Fases de Estructura Atómica del Acero.

Arriba, Estructura Cúbica Centrada en la Cara (fcc). Abajo, Estructura Cúbica Centrada en el Rara vez se emplea a los metales en su estado puro, generalmente se les alea con otros. La aleación se basa en la disolución del metal base con la aleación, durante la aleación, algunos átomos del metal base pueden ser sustituidos por los de la aleación,   o algunos átomos de la aleación pueden ocupar espacios intersticiales entre los átomos del metal base, La Figura 11.4 muestra como encajan los átomos de materiales como el carbono o el nitrógeno con átomos Cuerpo (bcc). mayores.


Figura 11.4. Aleación Intersticial de átomos de Carbono o Nitrógeno.

Producción del Acero.

La producción del acero consiste en una depuración de la cantidad de carbono contenida en el hierro de bajo grado, esto se logra con una nueva fundición, logrando por medio de procesos de oxidación controlada, bajar el contenido de carbono a cerca del 0.2 %. Las consideraciones teóricas para llevar esto a cabo son complejas e involucran a la térmica y a la química, pero si supusiéramos que el hierro de bajo grado se representa por Fe3C (carburo de fierro), la pérdida de carbono se puede representar por:

Fe3 C + O Fe + CO 
En la expresión anterior el monóxido de carbono se pierde en la atmósfera, el proceso de refinamiento se aplica tantas veces como sea necesario, en la actualidad el proceso aún no se mejora, pero en el futuro seguramente se hará, y de una misma hornada se podrá obtener tanto acero como hierro.

El  acero  obtenido  de  las  etapas  de  refinamiento  guarda  aún  algunas  impurezas,  sin embargo ya se le puede emplear en la construcción gracias a su resistencia a la corrosión, su ductilidad y su facilidad para darle forma.

Obtención del Hierro de Bajo Grado o Hierro Sucio.

La producción de los metales ferrosos inicia con la obtención del hierro de bajo grado o hierro sucio, esto se logra en un alto horno, la Figura 11.1 muestra un ejemplo del horno. Esta estructura tiene en su interior una cubierta de tabique refractario, indispensable para soportar las altas temperaturas que se requieren en la fundición de los ingredientes básicos. El horno es una estructura muy grande, con un diámetro mayor de unos 15 m y una altura aproximada a los 30 m. Los ingredientes básicos se alimentan al horno por la parte superior, formando series de capas, en cada serie se coloca el coque (carbón quemado, con este tratamiento el carbón pierde impurezas y arde a más altas temperaturas), a continuación se coloca una capa de caliza triturada o dolomita, y al último se coloca una capa del mineral de fierro de que se trate. El mineral de hierro puede ser: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (Fe2O3  + nH2O), o algún otro disponible en la región.  Se  quema  el  coque  y  se  mantiene  el  calor  inyectando  aire  caliente  al  sistema,  la temperatura  que  alcanza  los  850  °C  funde  el  mineral  de  fierro,  el  hierro  fundido  en  su movimiento hacia abajo se mezcla con la caliza fundida y en ella quedan atrapadas impurezas formando lo que se conoce como la escoria, en el proceso se desprende monóxido de carbono, éste gas en su ascenso le imparte al hierro el contenido de carbono que poseerá al final de la etapa de fundición. En la parte inferior del horno, donde las temperaturas alcanzan los 1200 °C, se recoge en el nivel más bajo el hierro en forma líquida y a un nivel ligeramente más alto se recoge la escoria, según se aprecia en la Figura 11.1.

El hierro obtenido del proceso de fundición descrito anteriormente no es puro, de ahí el nombre de hierro de bajo grado, éste metal contiene cantidades altas de carbono por lo que industrialmente es de poca utilidad, también contiene otros minerales como silicón, manganeso y azufre.  En  estas  condiciones  el  hierro  se  somete  a  una  nueva  fundición  mezclándolo  con desperdicios de hierro y de acero, y por medio de un proceso de oxidación controlado a base de un chorro de aire se le reduce el porcentaje de carbono hasta lograr de un 2 a un 4 %, el resultado se vacía en moldes de arena o metal, por esta razón se le llama hierro colado.
 Figura 11.1. Obtención del Hierro en un Alto Horno.

El hierro colado se emplea muy poco en la construcción, una de sus aplicaciones es el colado de tubería para bajadas de drenaje sanitario. El problema con este tipo de tubería es que por ser pesada, es difícil de manejar y ensamblar, además el material es frágil a los impactos y fácilmente se puede fracturar con un golpe. Por estas razones el hierro colado prácticamente ha sido desplazado por los plásticos, en este caso la mejor alternativa es el cloruro de polivinilo (PVC).

Una variedad del hierro es el hierro forjado este hierro contiene un porcentaje muy bajo de carbón, no mayor del 0.09 %, por esta razón el material es muy maleable y solo se le emplea en la construcción con propósitos de hornato, no tiene ninguna aplicación estructural.

Los Metales Ferrosos en la Construcción.

Al hierro y al acero se les considera como metales ferrosos por ser materiales derivados del procesamiento industrial de los minerales de fierro. Estos materiales, de los cuales el acero cobra especial importancia por ser el de mayor uso en la construcción, se consideran como muy homogéneos debido a su riguroso control de producción, esto permite determinar sus propiedades mecánicas con mucha confianza, otros materiales como la madera y el concreto generalmente presentan una mayor dispersión en sus propiedades.
El hierro prácticamente no se emplea para edificar estructuras, ya que su composición química (alto contenido de carbono e impurezas) lo hace muy resistente a la compresión pero poco  dúctil,  por  el  contrario,  el  acero  al  combinar  resistencia  y  ductilidad  permite  crear estructuras que se deformen antes de fallar, lo cual permite salvar la vida de los usuarios. Cada vez se hace un uso más extensivo del acero, especialmente en zonas sísmicas donde se requieren grandes factores de seguridad en las estructuras, esto se logra gracias a la gran rigidez que se puede lograr con este material. Otra de las grandes ventajas del acero es que se pueden fabricar de antemano todo tipo de formas geométricas que después se ensamblan en el lugar de la obra a base de soldadura o de remaches. Desafortunadamente el material requiere de cuidados en su manejo especialmente a la hora del ensamble y  también requiere de protección adecuada contra su enemigo número uno, la corrosión.

Adición al Concreto de Repelentes al Agua.

Los aditivos repelentes al agua se componen de una suspensión de algún producto plástico como el estearato y otros compuestos. El aditivo se adiciona al concreto durante el mezclado para lograr un tratamiento integral de la masa de concreto, esto se logra gracias a que el estearato es una sustancia insoluble, que al pegarse en las paredes de los poros y oquedades repele el agua. Dentro de los beneficios que proporciona el aditivo además de reducir la cantidad de agua que se puede filtrar al través del concreto o mortero donde se emplee se tienen:

1. Aumenta la resistencia al intemperismo

- humedecimiento-secado
- congelamiento-deshielo

2. Aumenta la resistencia al ataque químico

3. Reduce la eflorescencia debida a la humedad (salitre)

4. Reduce las probabilidades de corrosión en el acero de refuerzo


La cantidad de aditivo a emplear depende de la impermeabilidad deseada, se han empleado de 190 a 390 ml por cada 100 Kg de cemento.

Inhibidores de Corrosión del Acero.

Los aditivos inhibidores de corrosión son productos químicos a base de nitrito de calcio, que se adicionan al concreto en el momento de la dosificación, y que interactúa con el acero de refuerzo embebido en el concreto para contrarrestar el efecto de las sales que pueden acelerar la corrosión del acero. Este tipo de aditivo se recomienda para todo tipo de concreto postensado o preesforzado. Algunos de estos aditivos se presentan en estado líquido, diluidos en agua, por lo que se debe ajustar la cantidad de agua de mezcla considerando que el aditivo contribuirá con algo. Las dosis del aditivo dependen del fabricante, pero se han empleado de 10 a 30 litros por metro cúbico de concreto.

Edificio Málaga se Derrmbó: Envían 17 rescatistas a Santa Cruz.

Un ingeniero civil especialista en estructuras, un coordinador y 15 personas entrenadas en tareas de rescate del Grupo de Atención de Emergencias Municipales (GAEM) se trasladaron ayer a Santa Cruz para coadyuvar en las tareas de rescate de las personas que se encuentran atrapadas debajo de los escombros del ex edificio Málaga, que colapsó la noche del lunes 24 de Enero.

El alcalde Luis Revilla, que se encontraba en la capital oriental para asistir a una reunión de la Asociación de Municipios de Bolivia (AMB), informó en la víspera que un grupo de cinco técnicos especializados en rescate ya están apoyando a los técnicos en la zona del desastre, y que otros 12 viajaron anoche en un avión que trasladó insumos y agua para las labores de rescate.

GAEM

El GAEM es el grupo de 40 rescatistas especializados en trabajos de alto riesgo. Fue creado en 2003 y tiene casi ocho años de vida velando por la seguridad de los habitantes del municipio de La Paz, cuyas características topográficas requieren de este tipo de servicios.

Su misión es intervenir en acciones inmediatas de búsqueda, salvamento, rescate, prevención y atención de emergencias, para minimizar el sufrimiento de las personas, reducir las pérdidas humanas y materiales. Capacitar a personas con alta vocación de servicio para prevenir, atender y apoyar durante y después de las emergencias o desastres.

ANUNCIO

“En unas horas más llegará un grupo de 12 personas de La Paz para coadyuvar en esta situación que definitivamente es muy difícil. Hemos hecho una inspección y se ha constatado que son varios pisos los que han colapsado y es necesario intensificar las tareas de rescate en el lugar porque se sabe que todavía hay personas debajo de los escombros y hay mucha preocupación de los familiares”, explicó.

El burgomaestre dijo que en el tema de construcciones, la Alcaldía de La Paz cuenta con normas y reglamentos para edificaciones que datan de hace 10 años, pero que el Concejo Municipal trabaja en su actualización. Sin embargo, agregó que fuera de las tareas de fiscalización que realizan los técnicos de las subalcaldías, es preciso que los profesionales del rubro sean responsables con su trabajo, porque de ello depende la vida de muchas personas.

Gracias a una acción conjunta con Defensa Civil y el Gobierno Autónomo Municipal de La Paz, los rescatistas del GAEM realizaron el “Curso de Especialización” en rescate vertical, vehicular y en aguas rápidas, con el Comando Sur de los Estados Unidos. Especialidades aplicadas en la atención de emergencias.

Fuente: http://www.fmbolivia.com.bo

Concreto Reforzado con Fibras de Acero.


El concreto reforzado con fibras de acero las cuales se adicionan en el momento del mezclado presenta una serie de ventajas con respecto al concreto simple, algunas de estas ventajas se enlistan a continuación:

1. ventajas económicas:
 
-Eliminación de mallas electrosoldadas o armado de varillas (pisos industriales, aeropistas, pavimentos, cubiertas de puentes, piezas prefabricadas ...).

-Reducción del espesor de concreto (pavimentos y cubiertas).

-Disminución del número de juntas (pavimentos y cubiertas).

-Disminución de gastos de mantenimiento (todo tipo de superficies sometidas a fuerzas abrasivas).

-Menor costo de almacenamiento (requiere espacios reducidos)

-Mano de obra no especializada (bajo costo).

-Refuerzo uniforme sin importar el tipo de sección.

-Disminución del riesgo de fracturas en él desmolde (piezas prefabricadas, tubos de concreto).

-Disminución del costo de colocación (especialmente en el concreto lanzado se coloca al mismo tiempo el refuerzo).

-Aumenta  el  tiempo  de  servicio  (mayor  vida  útil  en  todo  tipo  de  concreto, especialmente en concreto refractario).

2. Ventajas técnicas:

-Disminuye la propagación de microfisuras (todo tipo de obra).

-Proporciona una resistencia mayor al impacto y a las cargas estáticas y dinámicas

(pisos industriales y pavimentos en general, tuberías).

-Proporciona una mayor resistencia a la flexión (todo tipo de obra, relevante en pavimentos y cubiertas).

-Gran capacidad de deformación (piezas prefabricadas, tubos).
 
-Aumento drástico de la resistencia a choques térmicos y mecánicos (concreto refractario).

-Resistencia a la corrosión cuando la fibra es de acero inoxidable (todo tipo de obra en contacto con el agua, tubería, canales, pilotes ... ).

-gran uniformidad en la adherencia fibra-concreto en el concreto lanzado (cuando el concreto se lanza contra mallas de acero se crean bolsas detraes de las mallas)

Como se puede apreciar las fibras de acero pueden emplearse en una gran variedad de obras de concreto, incluyendo el concreto lanzado, en todos los casos se debe proporcionar la mezcla más adecuada para evitar que la adición de las fibras pueda representar una baja en la ligeramente torcidas en los extremos, las hay en diversos grosores y longitudes (la relación largo a diámetro. L/D, se conoce como relación de esbeltez). 

Generalmente el fabricante recomienda las cantidades  a  emplear  por  cada  metro  cúbico  de  concreto, éstas  cantidades  son  útiles  para posteriores refinamientos según el caso. El Comité ACI 544 establece que el concreto reforzado con  fibras  de  acero  se  especifica  usualmente  por  su  resistencia  y  su  contenido de  fibras. Normalmente  en  las  obras  de  pavimentación  se  especifica  la  resistencia  a  la  flexión,  y  en aplicaciones estructurales se especifica la resistencia a la compresión.

Fibras de Polipropileno.

Las fibras de polipropileno son productos sintéticos que se emplean cada día más, debido principalmente a que reducen considerablemente el agrietamiento del concreto, estos productos  plásticos  se  fabrican  en  diversos tamaños  y  grosores.  Normalmente  las  fibras  se adicionas un poco antes de vaciar el concreto de los camiones premezcladores, dando tiempo suficiente a que se distribuyan uniformemente en la mezcla de concreto (es usual mezclar por 5 minutos o dar 70 revoluciones). Las dosis de fibra dependen del tipo de aplicación, o sea del propósito particular de la fibra. En muchas ocasiones la fibra proporciona protección en las primeras 24 horas para evitar el agrietamiento, en otras puede reemplazar totalmente la malla de refuerzo no estructural que se acostumbra para evitar que las grietas de concreto se abran, en ningún momento las fibras pueden reemplazar el acero de refuerzo estructural. Las fibras de plástico  son  de  particular  ayuda para  evitar  el  agrietamiento en  losas,  pavimentos,  muros, sobrecarpetas de concreto, aplanados, texturizados, concreto lanzado, paneles prefabricados y concreto preesforzado.

Algunos fabricantes de fibras de polipropileno las fabrican en dos versiones: 
a) fibras para  parar  el agrietamiento  y 
b)  fibras  que  además  de  parar  el  agrietamiento  proporcionan beneficios adicionales para el concreto como mejor flexibilidad y resistencia al impacto. Esta última fibra debe los beneficios adicionales a una mayor densidad, mayor adherencia a la pasta de cemento y mayor capacidad a la tensión. Para el ejemplo de fibras que se mencionan, las dosis según el fabricante serían de 0.6 a 2.0 kg/m3 para la fibra que solo detiene el agrietamiento, y de 3 a 20 kg/m3 para la otra fibra.

Microsílice.

La microsílice es un desperdicio que se genera en los hornos de arco eléctrico que se emplean en la industria de los metales silicoferrosos o sus aleaciones, al reducir el cuarzo a silicio con  temperaturas  hasta  de  2,000 °C  se  producen  vapores  de  SiO  los  cuales  al  oxidarse  y condensarse forma pequeñas esferas con diámetro de 0.1 µ m y superficie específica entre 2,000 y 2,500 m2/kg. Por el proceso de formación también se llama a la microsílice “humo de sílice”, su tamaño considerablemente menor que el de los granos de cemento le confiere una reactividad altamente puzolánica. Estas pequeñas partículas son extremadamente peligrosas en estado suelto, por lo que en la actualidad se le ha comercializado en dos presentaciones: a) empaquetada (bolsas degradables en el mezclado) y b) en solución (con agua y otros aditivos, generalmente reductores de agua de alto rango).

La microsílice es un aditivo que reacciona en un ambiente húmedo con el hidróxido de calcio resultado de la hidratación del cemento, esta reacción genera nuevos productos de silicato de calcio que proporcionan una mayor resistencia y durabilidad. Las partículas extremadamente finas de la microsílice ocupan fácilmente los espacios entre los granos de cemento creando también una estructura más impermeable. Estas son algunas de las razones por las cuales la microsílice se emplea en la producción de lo que se conoce como concretos de alto desempeño, los cuales se caracterizan por ser de muy alta resistencia y de exhibir propiedades superiores a las de un concreto convencional. La cantidad de microsílice a emplear en el concreto depende de los beneficios que se pretendan, generalmente se recomienda partir de dosis recomendadas por los fabricantes o distribuidores del aditivo.

Aditivos Inclusores de Aire.

El aditivo inclusor de aire permite generar durante el mezclado del concreto un sistema de pequeñas burbujas de 0.025 a 0.1 mm espaciadas uniformemente en toda la masa del concreto. El sistema de burbujas provee al concreto de una resistencia especial contra el intemperismo, en particular  protege  al  concreto  del deterioro  producido  por  las  heladas  o  los  ciclos  de congelamiento y deshielo, por esta razón se dice que el aire introducido mejora la durabilidad del concreto. La cantidad de aire que se debe introducir depende de la protección deseada, en el caso de la protección contra el problema de congelamiento-deshielo se emplea de 4 a 6% de aire en volumen. La cantidad de aditivo que se debe usar depende de la cantidad de aire a introducir, esto también depende de la marca y del tipo de producto químico, para el caso de la resina vinsol, uno de los aditivos más comunes, se puede emplear de 0.5 a 2 ml. por cada kilogramo de cemento para proporcionar la protección contra el congelamiento-deshielo.

El aire introducido no debe confundirse con el aire atrapado, este último se produce tanto en el mezclado como en el proceso de colocación, llegando a ser un volumen considerable si el concreto no es vibrado adecuadamente, aun contando con un vibrado eficiente siempre queda algo de aire atrapado pudiendo llegar a ser hasta de un 2 % para este caso. El aire atrapado se caracteriza por ser perjudicial a la impermeabilidad del concreto ya que las burbujas son grandes y  dispersas  en  forma  heterogénea  en  la  masa  de  concreto.  Por  otro  lado  las  burbujas  que caracterizan al concreto con aire introducido son notoriamente más pequeñas y están separadas (no se conectan) un promedio de 0.2 mm en la pasta de cemento.


El aditivo inclusor de aire se ha empleado con éxito en concretos donde se desea mejorar la trabajabilidad, especialmente en concretos con consistencias secas como el empleado en la pavimentación, aquí el propósito es hacer más fluida la mezcla sin detrimento en la resistencia, por lo que las cantidades de aditivo que se emplean son bajas y no preocupa que al final del trabajo el sistema de burbujas haya desaparecido (se va desintegrando en el manejo del concreto).
La eficiencia de algunos aditivos inclusores de aire se disminuye cuando se emplean cenizas volantes en la elaboración del concreto, esto se debe a que la ceniza es un polvo fino que rompe las burbujas durante el mezclado y el manejo, en estos casos se acostumbra emplear dosis más generosas del aditivo. En la actualidad ya existen inclusores de aire que no son tan sensibles a la presencia de las cenizas, además de que al combinarlos con algún reductor de agua o reductor-retardador se puede disminuir la dosis del inclusor de aire.

El control en la calidad de los aditivos inclusores de aire se basa en la norma ASTM C-260 “Especificaciones para  Aditivos  Inclusores  de  Aire  en  Concreto”,  donde  se  cubren  las especificaciones para las sustancias químicas que se pueden emplear como aditivos inclusores de aire.

Aditivos Acelerantes.

Los  aditivos  acelerantes  tienen  el  propósito  de  lograr  que  el  concreto  desarrolle resistencia rápidamente, por lo tanto aceleran el proceso de fraguado del cemento. El empleo de este aditivo es útil cuando se desea descimbrar rápido para acelerar el programa de construcción, en ocasiones la falta de cimbra hace que se use este aditivo con el objeto de descimbrar rápido para volver a usar la cimbra en el siguiente colado. En ocasiones cuando se tiene que colar en un ambiente frío también se usan acelerantes para contrarestar los efectos de las bajas temperaturas, las cuales normalmente retrasan el fraguado del concreto, con el peligro adicional de que si la temperatura continúa bajando el concreto puede llegar a congelarse.
En la actualidad existen dos tipos de acelerantes, los basados en el cloruro de calcio (CaCl2), y los acelerantes sin cloruros. El cloruro de calcio actúa de una forma compleja con el agua y el cemento, el fenómeno de reacción aún no está perfectamente claro, parece que el cloruro se involucra con las reacciones del C3A, el yeso y el C4AF y actúa también como catalizador del C3S y del C2S acelerando la formación del gel. El cloruro de calcio se adiciona en porcentajes  no  mayores  al  2  %  por  peso  del  cemento,  además  de  observarse  una  ganancia significativa de resistencia a edades tempranas se presentan los siguientes efectos secundarios:

1. Aumenta un poco la trabajabilidad.
2. Combinado con un aditivo inclusor de aire provoca un aumento del contenido de aire.
3. Retiene la humedad en los agregados disminuyendo el sangrado.

4. Favorece la corrosión del concreto reforzado, no se debe usar en el concreto preesforzado.
5. Aumenta ligeramente la contracción por secado del concreto.
6. Disminuye la durabilidad a largo plazo.
7. Disminuye la resistencia a los sulfatos en el largo plazo.
8. Después de la ganancia rápida en resistencia hay una baja en la evolución de la misma.

Los aditivos acelerantes sin cloruros presentan una gran ventaja puesto que no provocan corrosión, el cloruro de calcio llega a corroer no solamente al concreto reforzado sino también cualquier superficie metálica con la que pueda tener contacto, como por ejemplo el dispensario donde se almacena el propio aditivo. Dependiendo de la marca, el acelerante sin cloruros se puede dosificar para usos normales de 6.5 a 52 ml. por cada kilogramo de cemento.

Aditivos Retardadores de Fraguado.


Los aditivos retardadores de fraguado se emplean para retrasar el tiempo de fraguado del concreto, dando con esto más tiempo para el manejo del concreto en la obra, especialmente cuando se trata de colados grandes y cuando no se cuenta con suficiente personal. Este tipo de aditivos son de mucha utilidad cuando los trabajos se tienen que realizar en climas calientes y/o cuando se espera que el transporte del concreto tome mucho tiempo. 

El retraso en la hidratación se atribuye a que el aditivo es absorbido por las partículas de cemento dilatando el contacto del agua con el cemento, el fenómeno a nivel de superficie evita por lo tanto que la mezcla se haga rígida en el tiempo de acción del aditivo. Posteriormente, al disminuir el efecto del aditivo, el agua  alcanza  las  partículas  de  cemento  y  la  hidratación  prosigue  en  forma  normal.  Los compuestos químicos más conocidos como retardantes son: los sulfatos de calcio, los azúcares, los ácidos hidroxicarboxílicos, y los compuestos orgánicos basados en fosfatos, boro y sales de magnesio.

Aditivos Reductores de Agua.


Los aditivos reductores de agua reciben este nombre porque permiten una reducción en la cantidad de agua de la mezcla. Para los aditivos reductores de agua llamados de tipo normal, la cantidad de agua que se puede quitar de la mezcla varía entre 5 y 15 %. Estos aditivos están formulados usualmente a base de ácidos lignosulfónicos y sus sales, ácidos hidroxíl-carboxílicos y sus sales, así como carbohidratos procesados. El aditivo reductor de agua permite lograr una mejor resistencia y durabilidad del concreto al reducir la relación agua-cemento, o bien obtener la misma resistencia original reduciendo el consumo de cemento, otra posibilidad de aplicación consiste en dar fluidez a la mezcla sin alterar la relación agua-cemento (la resistencia no cambia).

Una variedad de los reductores de agua que permiten reducir el agua de mezcla en un porcentaje       mayor  al  normal  son llamados reductores de agua de alto rango, superplastificantes, o super reductores de agua. Estos aditivos permiten lograr una reducción del agua de mezcla hasta del 30 % proporcionando la misma consistencia de la mezcla original, por supuesto que logran una gran ganancia en resistencia al disminuir considerablemente la relación agua-cemento, se les emplea con frecuencia en la elaboración de concretos de muy alta resistencia. Cuando se emplean los aditivos superplastificantes se pueden lograr concretos muy fluidos, para los cuales ya no es posible medir el revenimiento pues se colapsan y fluyen en el piso al retirar el cono de revenimiento, sin embargo estos aditivos no favorecen la segregación, como sería en el caso de simplemente aumentar la cantidad de agua en la mezcla. Los aditivos reductores  de  agua  de  alto  rango  se  elaboran  usualmente  a  base  ya  sea  de  lignosulfonatos modificados, sulfonatos de melamina o folmadeidos de naftalina.
Tanto  los  aditivos  reductores  de  agua  de  rango  normal  como  los  de  alto  rango  o superplastificantes trabajan de la siguiente manera: si se mezclaran exclusivamente el cemento y el agua se formarían una especie de grumos difícil de dispersar, salvo que se agregara mucha agua, esto último tendría por supuesto un impacto negativo en la resistencia, al incluir al aditivo en la mezcla, las partículas de cemento absorben el aditivo y tienden a repelerse (las partículas se cargan negativamente, algunos milivoltios son suficientes para provocar un rechazo entre ellas), con lo cual se logra una mezcla fluida donde la cantidad de agua requerida es menor.
La norma ASTM C-494 sugiere la siguiente clasificación para los aditivos reductores de agua y/o químicos controladores del fraguado.

1. Tipo A: Aditivos reductores de agua.
2. Tipo B: Aditivos retardadores de fraguado.
3. Tipo C: Aditivos acelerantes de fraguado.
4. Tipo D: Aditivos reductores de agua y retardantes.
5. Tipo E: Aditivos reductores de agua y acelerantes.
6. Tipo F: Aditivos reductores de agua de alto rango.
7. Tipo G: Aditivos reductores de agua de alto rango y retardadores de fraguado.

Efectos de los Aditivos en el Concreto.

Es muy importante el considerar que el uso de los aditivos no es una panacea, la mayoría de ellos tienen efectos colaterales que deben ser bien comprobados y entendidos, pues pueden ser motivo de errores en la construcción. La Tabla 10.1 muestra algunos tipos de aditivos y sus efectos primarios y secundarios, este tipo de tablas son proporcionadas por los fabricantes y deben ser motivo de investigación cuidadosa para delimitar el alcance de los efectos previstos por ellos.

Como se puede observar en la Tabla 10.1, casi todos los aditivos presentan más de un efecto secundario, lo cual puede parecer muy problemático, sin embargo no lo es tanto si se tiene la precaución de investigar previamente la dosificación de estas sustancias. Generalmente los fabricantes  de  aditivos  recomiendan dosis para  usos  normales,  por  lo  que  no  resulta  muy complicado determinar las cantidades adecuadas para el trabajo en cuestión considerando una determinada  marca.  Como  los  aditivos  producen  los  efectos  deseados  reaccionando  con  el cemento y el agua de mezcla (se supone que los agregados deben ser inertes), es conveniente considerar el efecto que se puede tener con un cambio en el tipo y marca del cemento a usar, puede ser que se logren óptimos resultados revisando estos factores, o también que se detecte alguna incompatibilidad. A continuación se describen separadamente algunos de los aditivos más comunes en la construcción.

Usos de los Aditivos en el Concreto.


Los aditivos se han empleado en el concreto y en los morteros desde hace mucho tiempo, sin embargo cada día surgen nuevos productos a medida que se presentan avances tecnológicos en la química de estas sustancias, por lo que cualquier clasificación de aditivos pudiera quedar obsoleta con el paso del tiempo. Al emplearse un aditivo se debe tomar en cuenta los efectos colaterales  que  puede  generar,  los  efectos colaterales  pueden  ser  no  deseables,  aunque  en ocasiones pueden aprovecharse correctamente si se está prevenido. La siguiente es una lista sugerida por el ACI, incluye algunos de los usos que han tenido los aditivos en la industria de la construcción de estructuras de concreto:

1. Mejorar la trabajabilidad de las mezclas de concreto.- El objetivo general es lograr que el  concreto  pueda  ser  transportado,  colocado,  vibrado  y  acabado  sin  problemas  de segregación.
2. Acelerar la ganancia en resistencia a edades tempranas.- Cualquiera que sea el motivo de carácter constructivo (descimbrado rápido por escasez de cimbra, urgencia por poner la obra en servicio, etc.), se busca en este caso lograr que el concreto gane resistencia rápidamente.
3. Aumentar la resistencia. Generalmente esto se logra   reduciendo la relación agua- cemento (menos agua), sin detrimento en la consistencia de la mezcla.
4. Retardar o acelerar el fraguado inicial.- Especialmente en climas extremosos resulta benéfico el retrasar (clima caluroso), o acelerar (clima frío) el fraguado inicial para dar el tiempo adecuado en los trabajos de colocación y acabado del concreto.
5. Retardar o reducir el calor de hidratación.- Especialmente cuando las condiciones climáticas pueden incidir en la generación de un exagerado calor de hidratación y de un agrietamiento nocivo.
6. Modificación del tiempo de sangrado o la capacidad de sangrado. Los beneficios que se  buscan  están  estrechamente  relacionados  con  las  técnicas  de  acabado  y/o  la uniformidad         que se busca en la capa superficial de concreto.
7. Aumentar la durabilidad.- Se busca en este caso que el concreto resista sin deterioro las inclemencias del tiempo (resistencia al intemperismo), esta protección se debe dar a
los concretos que estarán al aire libre.
8. Control de la expansión producida por la reacción álcali-agregado.
9. Disminuir el flujo capilar del agua en el concreto.
10. Mejorar la impermeabilidad del concreto.
11. Fabricación de concreto celular. El aditivo favorece la creación de una estructura celular (porosa) que disminuye notablemente el peso volumétrico del material, reduce consecuentemente la resistencia del concreto.
12. Favorecer la bombeabilidad del concreto, la penetración en cavidades y la reducción del problema de segregación en los morteros para relleno (grouts).
13. Provocar ligeras expansiones compensadoras en el concreto, especialmente cuando se aplica en morteros que se emplean para el relleno de ductos en concreto preesforzado, en morteros para asentamiento y nivelación de maquinaria, o en todo tipo de rellenos de huecos en el concreto endurecido.
14. Aumento de adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo.
15. Aumento de adherencia entre el concreto viejo y el concreto nuevo.
16. Dar color al concreto o al mortero.
17. Inhibir la corrosión del acero de refuerzo.
18. Controlar el agrietamiento.
19. Favorecer los trabajos de acabado o texturizado en el concreto.

Aditivos para Concreto.

Un   aditivo   se   define   como   cualquier   sustancia   diferente   a   los   ingredientes convencionales del concreto, como son: el agua, los agregados y el cemento. El aditivo puede tener  forma  líquida  o  en  polvo y puede  ser  orgánico  o  inorgánico,  la  sustancia  se  agrega normalmente un poco antes del mezclado o durante el mezclado del concreto. Los aditivos se pueden emplear para propósitos muy diversos, sin embargo generalmente se emplean para hacer al concreto más manejable en su estado fresco, para modificar las etapas de hidratación, o para resaltar alguna propiedad en el estado endurecido. Generalmente el uso de aditivos encarece el producto final, por lo que es recomendable que antes de emplear un aditivo se verifique primero si con  un  cambio  en  las  proporciones  de  los  ingredientes  convencionales  se  obtienen  los resultados deseados. También es recomendable que cuando se haya decidido emplear aditivos, estos  no  se usen directamente  en  la  obra  sin  antes  haber  realizado  ensayes,  puede  resultar desastroso para la obra el descubrir que los aditivos no lograron los efectos deseados, los aditivos al igual que otros materiales son susceptibles de variaciones.

Deformación Progresiva (Creep) del Concreto.

Cuando el concreto es sometido a un estado de esfuerzos sostenido, éste se deforma progresivamente en función del tiempo, la deformación se puede concebir como un acortamiento del elemento. La deformación final del concreto depende del tiempo, pero está integrada por dos partes, una, la que corresponde a la deformación elástica, la otra, corresponde a la deformación progresiva propiamente dicha (creep), la Figura 9.17 ilustra este concepto.

Figura 9.17. Deformación Progresiva del Concreto en Compresión.

Algunas de las causas que se presentan ya sean en forma aislada o conjunta y que influyen en la deformación progresiva del concreto simple son:

1. La deformación (flujo) de los agregados empleados en el concreto, esto depende del tipo de  roca original, por ejemplo los agregados provenientes de areniscas y los que poseen mica son    susceptibles de provocar deformaciones progresivas mayores.

2. La deformación o flujo de la pasta de cemento que rodea los agregados. Cuando los agregados son muy  estables como  es el caso de las calizas densas o el cuarzo, las deformaciones se deben fundamentalmente a la calidad de la pasta de cemento. Pastas
con    relaciones agua-cemento altas favorecen deformaciones mayores.

3. La expulsión del agua de gel debido a las cargas externas favorece las deformaciones.

4. Disminución de la porosidad del concreto.

5. La edad del concreto, los concretos jóvenes que no han desarrollado su máxima resistencia    tienden a presentar un flujo mayor.

6. Las condiciones climáticas, un ambiente húmedo tiende a disminuir la deformación progresiva en el  concreto.

Modelos Se han ideado modelos, por medio de los cuales se pretende evaluar la magnitud de la deformación final producida por el fenómeno, esto debido a que es poco práctico el elaborar pruebas en las que se tenga que esperar por años para conocer los resultados. Uno de estos modelos es el de D. Mc Henry cuya ecuación se presenta enseguida:




El  comité  ACI-209  sugiere  que  la deformación progresiva se puede calcular con la fórmula:

Por otro lado el coeficiente de contracción diferida se debe calcular con la expresión:

El modelo sugerido por el ACI-209 resulta ser muy práctico para predecir el nivel de deformación progresiva que se puede esperar en el concreto simple. El creep o deformación progresiva resulta de vital importancia en el concreto presforzado, para estimar las pérdidas de presfuerzo que se pueden presentar debido el fenómeno, también es de importancia en otros tipos de construcciones como presas y cimentaciones industriales.

Concreto: Módulo de Poisson.

El módulo de Poisson del concreto representa la relación entre la deformación unitaria transversal y la deformación unitaria longitudinal o axial de algún elemento, este parámetro se determina normalmente de acuerdo a la norma ASTM C-469 durante una prueba de compresión de un cilindro estándar. La instrumentación que se emplea en esta prueba queda ilustrada también con la Figura 9.16, donde además de medidor LVDT para medir la deformación axial, se emplean como se aprecia en la figura galgas eléctricas (sólo se observa una de ellas) colocadas a la mitad transversal, los valores que se emplean en el cálculo del módulo de Poisson corresponden a la zona elástica sugerida para el módulo de elasticidad, por esta razón generalmente se determinan ambos en una misma prueba. Los valores del módulo o relación de Poisson varia entre 0.15 y 0.20, pero la mayoría de los investigadores están de acuerdo en que este parámetro no es muy consistente y es posible observar valores fuera del intervalo mencionado. Cabe mencionar que tanto el módulo de elasticidad del concreto como el módulo de Poisson son parámetros que dependen de un gran número de factores entre los que se cuentan los ingredientes del concreto, las condiciones climáticas de los ensayes y los métodos de prueba, por lo que se debe tener mucho cuidado en su determinación y uso.

Concreto: Módulo de Elasticidad.

El concreto no es un material eminentemente elástico, esto se puede observar fácilmente si se somete a un espécimen a esfuerzos de compresión crecientes hasta llevarlo a la falla, si para cada nivel de esfuerzo se registra la deformación unitaria del material, se podría dibujar la curva que relaciona estos parámetros, la Figura 9.15 muestra la curva esfuerzo-deformación  (expresada en ocasiones como la curva).


Figura 9.15. Curva Típica Esfuerzo-Deformación para el Concreto Bajo Compresión, y Puntos para Definir el Módulo de Elasticidad según ASTM C-469.

De la Figura 9.15, y de acuerdo a la norma ASTM C-469, el módulo de elasticidad (Ec) se obtiene calculando la pendiente del segmento de recta que pasa por los puntos A y B, para lo cual es necesario obtener del trazo de la curva (o en el transcurso de la prueba) la ordenada correspondiente a las 50 microdeformaciones y la abscisa correspondiente al esfuerzo 0.40f’c. De la figura se observa también que la deformación que corresponde a la resistencia del concreto es 0.002 cm/cm, que corresponde a 2,000 microdeformaciones. Aún después de que el concreto alcanza su resistencia máxima, y si la carga se sostiene (el esfuerzo disminuye) hasta lograr la falla total (el concreto truena), se puede medir la deformación última que soporta el material, ésta deformación es de 0.035 cm/cm.
Pruebas como la del módulo de elasticidad del concreto son bastante tediosas si se realizan con instrumentaciones anticuadas, ya que el factor humano es determinante para la toma secuencial de lecturas tanto de carga como de deformaciones, por ese motivo se aconseja emplear una instrumentación adecuada como la mostrada en la Figura 9.16, donde se observa que se han conectado  al  cilindro  de  prueba  un  medidor  de  deformaciones  electrónico  conocido  LVDT (Linear Variable Differential Transformer) con el cual se miden las deformaciones verticales, estas deformaciones se registran automáticamente por medio de una computadora conectada al medidor, y por medio de un programa se puede graficar la curva  σ -ε y calcular al mismo tiempo el módulo de elasticidad.





Figura 9.16. Determinación del Módulo de Elasticidad del Concreto.


El módulo de elasticidad es un parámetro muy importante en el análisis de las estructuras de concreto ya que se emplea en el cálculo de la rigidez de los elementos estructurales, en algunos lugares como en la ciudad de México y a raíz de los terremotos de 1985, se han echo cambios en el Reglamento de construcciones del Distrito Federal, estos cambios demandan valores mínimos para el módulo de elasticidad dependiendo del tipo de concreto que se emplee en la obra, por lo tanto ahora, además de la f’c se debe garantizar Ec. En algunos estructuristas existe la tendencia a suponer valores de Ec, para lo cual emplean fórmulas sugeridas por diversas instituciones, por ejemplo el Comité Aci-318 sugiere en su reglamento la siguiente ecuación para concretos de 90 a 155 lb/pie3:

Cualquiera que sea la expresión que se use, no se debe perder de vista que el valor que se obtenga es útil solamente a nivel de anteproyecto, para el proyecto final de una obra se debe emplear el módulo de elasticidad del concreto que realmente estará en la obra, esto sólo es posible si el estructurista tiene el cuidado de recabar la información del productor local del concreto, o en su defecto se deben cotizar las pruebas respectivas con cargo al trabajo de análisis y diseño. Es muy peligroso para la seguridad de la estructura emplear indiscriminadamente fórmulas cuando se desconocen las características elásticas del concreto que se puede fabricar en la zona donde se construirá la obra.

Concreto: Resistencia al Intemperismo.

Cuando  el  concreto  va  a  estar  expuesto  a  la  intemperie,  particularmente  en  climas extremosos   (mucho   calor   y/o   mucho   frío),   este   sufre   cambios   volumétricos   cíclicos (contracciones y expansiones) que van minando poco a poco la resistencia del concreto, los efectos de desgaste se acentúan aún más cuando el material se humedece y se seca. Para proteger al   concreto   contra   los   efectos   del   intemperismo   se   acostumbra   a   introducirle   aire intencionalmente con ayuda de aditivos, el aire introducido, a manera de pequeñas burbujas de 0.025 a 0.1 mm en diámetro espaciadas uniformemente en la masa de concreto brindan una excelente protección contra los agentes de deterioro (las burbujas no se interconectan). En lugares donde el concreto se humedece y la temperatura baja hasta el punto de congelación se debe usar concreto con aire introducido. Las pequeñas burbujas en el concreto con aire introducido actúan como espacios disponibles para aliviar las fuerzas destructivas que se producen cuando el agua de los poros se congela (al congelarse el agua aumenta su volumen en un 10% aproximadamente).

La cantidad de aire necesaria para brindarle protección al concreto contra el deterioro provocado por el congelamiento y el deshielo varía entre 4 y 6% por volumen, este tipo de protección se debe dar al concreto en climas muy fríos durante el invierno, como el norte de Estados Unidos, parte de Canadá y algunos países europeos. La ASTM ha normalizado algunas pruebas para evaluar la resistencia del concreto al congelamiento y deshielo, las pruebas aunque no necesariamente se correlacionan bien con las condiciones reales de las estructuras de concreto, si permiten calificar de una manera rigorista la durabilidad del material, las pruebas normalizadas a las que se hará referencia son la ASTM C-666 Método A “Congelamiento y Descongelamiento en agua” y la ASTM C-666 Método B “Congelamiento al Aire y Descongelamiento en Agua”. En ambos casos el concreto se debe saturar en agua antes de proceder a bajar la temperatura hasta -
17.8 °C posteriormente y de acuerdo a la norma y para las condiciones de cada caso se va aumentando la temperatura en forma gradual hasta lograr 4.4 °C, descongelándose el material. Lo anterior  constituiría  un  ciclo  de  prueba,  se  considera  que  el  material  tiene  una  excelente durabilidad cuando resiste 300 ciclos sin mostrar una baja menor al 60% en el módulo de elasticidad dinámico. Las Figuras 9.13 y 9.14 muestran el equipo empleado en las pruebas y el daño causado por las pruebas en vigas moldeadas especialmente para este tipo de ensayes.

 Figura 9.13. Equipo Empleado en los Ensayos de Congelemiento-Deshielo.

Arriba se muestra un Refrigerador, Abajo la Prueba para checar la Reducción en el Módulo de

Elasticidad Dinámico.

Figura 9.14. Concretos Sometidos a Ciclos de Congelamiento-Deshielo ASTM C-666
Método.

Arriba un Concreto sin Aire Introducido (resistió 166 ciclos), Abajo un Concreto con Aire Introducido Después de 300 ciclos.