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Boletín Técnico / Mayo 2011 / Número 22
Control de la calidad del concreto (1 ra Parte)
Pavimentos Pavimento s de concreto: Reparaciones rápidas
¿Sabía usted?
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Control de la calidad del concreto (1ra Parte) Introducción En boletines anteriores se abordó el tema del Aseguramiento de la Calidad del Concreto en Obra, que a fin de cuentas puede resumirse en un plan de ejecución de obras consistente todas y cada una de las actividades involucradas en la producción, transporte, armado, colocación, acabado y curado del concreto donde se aborden, desde un punto de vista de calidad integral (sistema de calidad). Por otro lado, el control de calidad en el concreto se refiere a constatar un requerimiento establecido en el contrato, en las normas y/o especificaciones del proyecto mediante una técnica específica, que para nuestro caso pueden citarse las normas de ensaye de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés). Asimismo, es de vital importancia remarcar que todos y cada uno de los ensayes de control de calidad del concreto concreto deben realizarse según lo establecido en la normas, ya que una mala ejecución de los procedimientos puede significar una alteración significativa de los resultados. En este sentido, aunque uno de los parámetros más importantes de control de calidad es la resistencia del concreto, existen otros parámetros que deben tomarse en cuenta tanto para los materiales componentes componentes como para el concreto mismo: granulometría de los agregados, revenimiento y temperatura de colocación del concreto, por mencionar algunos.
Ilustración 1 Componentes del concreto.
Influencia de los agregados en la calidad del concreto El concreto es el producto final de la mezcla de cemento, agua, agregados pétreos (arena y grava) y posibles aditivos, fibras y adiciones cementicias. De esta mezcla, se dice que la resistencia final del concreto queda definida por la relación agua/material cementante obtenida en la dosificación de la mezcla, sin embargo, a esta afirmación debe agregarse que la calidad final, y por ende la resistencia del concreto, también está influenciada directamente por los agregados utilizados en su elaboración. Es de todos conocido, que el volumen de la mezcla de concreto se encuentra ocupado en su mayoría por los agregados, los cuales pueden llegar a ocupar entre el 60% y 80% ciento del volumen total de la mezcla (Uribe Afif, 2004) (Ver Ilustración 1). Por esta razón, su influencia en la calidad final del concreto es sumamente determinante; por ejemplo, la trabajabilidad del concreto fresco se ve afectada por el tamaño máximo del agregado, su granulometría, forma y textura (Neville, 1999). Asimismo, otras propiedades del concreto en estado fresco y endurecido se encuentran gobernadas o ampliamente influenciadas por las propiedades intrínsecas de los materiales utilizados como agregados. Por esta razón, el estudio, comprensión y control de tales propiedades son indispensables para la correcta selección y utilización de dichos materiales en la fabricación del concreto.
Ilustración 2 Planta de producción de agregados.
Page 2 of 6 Control de calidad de los agregados para concreto Las pruebas o ensayes realizados a los agregados pueden clasificarse como pruebas de control rutinario y pruebas de aceptación, sin embargo no son excluyentes unas de otras (una misma prueba puede estar en los dos grupos). Las pruebas rutinarias de control tienen el objetivo de monitorear el comportamiento de la producción de los agregados a lo largo del tiempo, para determinar las posibles correcciones que deban o no realizarse en los procesos de producción, almacenamiento y transporte de los mismos. Entre las pruebas rutinarias de control más comúnmente utilizadas se encuentran la granulometría, limpieza (contenido de finos), forma de las partículas, contenido de humedad e impurezas orgánicas. El ACI 221R presenta una lista de pruebas que pueden realizarse en los agregados para concreto, en dependencia de las propiedades de los mismos y su influencia en la mezcla fresca y endurecida. Las pruebas de aceptación determinan el cumplimiento de los requerimientos de las especificaciones. Generalmente la prueba de aceptación de agregados para la producción de concreto más utilizada es la granulometría, sin embargo, en dependencia de las exigencias o de las condiciones de la obra, otras pruebas también pueden ser tomadas en cuenta.
Ilustración 3 Requerimientos granulométricos para concreto con tamaño nominal máximo de 1 in (ASTM C 33).
la Dado que el aseguramiento y control mismo de calidad son actividades complementarias, la ejecución de las pruebas rutinarias de control y aceptación de los agregados deben plasmarse dentro del plan de ejecución de obras o de producción de la planta de agregados, de manera que los ensayes, los métodos de prueba y las frecuencias de muestreo queden claramente establecidos previo al inicio de las actividades.
Por otro lado, los requerimientos de calidad y tamaño de los agregados para la producción de concreto se rigen por la norma ASTM C 33 “Especificación estándar para los agregados del concret o”, la cual presenta una serie de parámetros referidos al tamaño, cantidad y durabilidad de los agregados para que sean aptos en la fabricación del concreto. La Ilustración 3 muestra los límites especificados en la norma antes referida, de la cantidad de material que debe pasar por las mallas para un agregado con tamaño nominal de 1 in.
Pruebas básicas para el control de calidad de los agregados utilizados en el concreto Aunque las pruebas efectuadas en los agregados para concreto son muchas, generalmente para la dosificación y mezcla del concreto solamente se requiere conocer el tamaño máximo (granulometría), el contenido de humedad y el peso específico de los agregados, pruebas como la limpieza (contenido de finos) e impurezas orgánicas son complementarias y pueden formar parte de las pruebas de aceptación del material.
Ilustración 4 Cuarteador mecánico de muestras para agregado grueso.
Muestreo de los agregados Un punto importante en el control de los agregados es el muestreo o método de muestreo utilizado, el cual debe garantizar la representatividad de las muestras tomadas mediante la selección al azar de las mismas, de tal manera que las muestras exhiban la naturaleza y condición de los materiales a los cuales representan. La norma ASTM D 75 “Práctica estándar para muestreo de agregados”, presenta la práctica para el muestreo de agregados gruesos y finos. Adicionalmente, esta norma establece la cantidad de material necesaria para las pruebas a realizar, según el tamaño del agregado. Por otro lado, la norma ASTM C 702 “Práctica estándar para la reducción de muestras de agregado a tamaños de prueba presenta diferentes métodos para la reducción de muestras grandes de agregado al tamaño apropiado para la prueba a realizar (Ver Ilustraciones 4, 5 y 6). ”
Ilustración 5 Cuarteador mecánico de muestras para agregado fino.
Granulometría Luego de la selección y reducción de la muestra, se debe realizar un análisis de agregado grueso y fino conforme la norma ASTM C 136 “Método de ensaye estándar para análisis por malla de agregados finos y grueso s”, el cual consiste en pasar el material seco por una serie de mallas con aberturas estandarizadas y comparar el peso retenido en cada malla con el peso total de la muestra, para obtener porcentajes de los tamaños individuales del agregado (Ver Ilustraciones 7 y 8). Para agregado fino, el 90% de la muestra debe pasar por la malla No. 4; asimismo, se debe evitar el dominio de dos tamaños de partí culas, ya que causa grandes huecos y aumenta el consumo de pasta de cemento. Para agregado grueso es deseable una granulometría continua de tamaño de partícula. El agregado fino se gradúa utilizando el módulo de finura, el cual es un factor que se obtiene sumado los porcentajes acumulados retenidos en las mallas No. 4 a No. 100 y
Ilustración 6 Cuarteo manual de muestras de agregado.
Page 3 of 6 dividiendo tal resultado entre 100. Se considera que el módulo de finura de una arena adecuada para producir concreto debe estar entre 2 y 3.1 (Fahl, 2006), donde un valor menor que 2,0 indica una arena fina, 2.5 una arena de finura media y más de 3.0 una arena gruesa. El agregado grueso se caracteriza por el tamaño máximo nominal, definido como el menor tamaño de la malla por la cual pasa la mayor parte del agregado, con un porcentaje retenido acumulado usualmente no mayor del 10%.
Contenido de humedad El contenido de humedad evaporable en los agregados es sumamente importante para la dosificación de las mezclas porque influye directamente en la cantidad de agua a utilizar en la fabricación del concreto, en la relación agua/material cementante y por ende en la resistencia del concreto. La determinación del contenido de humedad de los agregados se realiza conforme la norma ASTM C 566 “Método de ensaye estándar para contenido de humedad total evaporable del agregado por secado ”. Para los agregados finos también se puede determinar mediante la norma ASTM C 70 “Método de ensaye estándar para la humedad superficial en el agregado fino . ”
El método por secado consiste en pesar el material húmedo, secarlo en un horno y posteriormente pesar el material nuevamente, el diferencial en masa presentado como porcentaje del peso seco de la muestra representa el contenido de humedad del material.
Ilustración 7 Agitador mecánico de muestras. Análisis granulométrico.
Limpieza La limpieza del agregado se determina mediante la norma ASTM C 117 “ Método de ensaye estándar para material más fino que la malla No. 200 (75 μm) en agregado mineral por lavado”. El método consiste en pesar previamente el agregado seco, lavarlo por la malla No. 200, secarlo y determinar la masa perdida en el lavado, la cual representa la cantidad de finos menores a 75 μm presentes en la muestra. Es preciso tener presente que una cantidad excesiva de material fino en el concreto aumentará el requerimiento de agua de mezclado, por lo que afectará la relación agua cemento y potenciará los problemas relacionados a la contracción plástica y por secado. La norma ASTM C 33 establece la cantidad de finos permisible según el tipo de concreto.
Impurezas orgánicas El agregado para concreto debe estar limpio y libre de materiales extraños, especialmente de material orgánico. Las impurezas orgánicas en una mezcla de concreto afectan la resistencia, el tiempo de fraguado y el desempeño de los aditivos.
Ilustración 8 Porciones de muestra resultantes del análisis granulométrico.
La norma ASTM C 40 “Método de ensaye estándar para impurezas orgánicas en el agregado fino para concreto , detalla el procedimiento para determinar si la cantidad de material orgánico presente en el agregado fino es perjudicial para el concreto en el que ha de usarse. El método consiste en colocar cierta cantidad de arena dentro de una botella transparente y agregar luego una solución de hidróxido de sodio al 3%, agitar la mezcla y dejar reposar por 24 horas, finalmente se compara el color del líquido de la muestra de ensayo con una tarjeta de color estándar (Ver Ilustración 10). ”
Por otro lado, la norma ASTM C 87 “ Método de ensaye estándar para el efecto de impurezas orgánicas en el agregado fino sobre la resistencia del mortero”, detalla el procedimiento usado para evaluar el efecto de materia orgánica encontrada en el agregado fino sobre la resistencia del concreto. El método consiste en elaborar dos muestras de mortero, una con la arena en cuestión y la otra con la misma arena lavada con una solución de hidróxido de sodio al 3%, luego de 7 días se ensayan a compresión, el agregado fino es aceptable si el mortero hecho con él no tiene menos del 90% de resistencia del mortero hecho con la arena lavada.
Conclusiones Muchos de los problemas del concreto (mayor demanda de agua, contracción plástica, baja resistencia, etc.) están asociados a problemas con los agregados (contenido de finos, limpieza, granulometría, etc.), problemas que con un correcto aseguramiento y control de calidad pueden evitarse. Al ser los agregados una parte sumamente considerable del concreto, la calidad de estos incide directamente en la calidad del concreto, por tal razón, para la fabricación de un buen concreto se requiere asegurar un buen agregado. (Continuará)
Ilustración 9 Pesaje de muestra para determinar el contenido de humedad.
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Bibliografía ACI 221R. Guía para uso de agregados de masa normal y pesada concreto.[Libro]. - México D.F. : Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, 2006. - 968-414-156-7.
en
el
ASTM C 33. Standard Specification for Concrete Aggrega tes. Fahl Thomas P. Concreto: Herramientas, materiales y prácticas de construcción [Libro]. México D.F. : Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C., 2006. - 968-464-163X. Mehta, P. Kumar y Monteiro, Paulo J.M. Concreto: Estructura, propiedades y materiales [Libro]. - México D. F. : Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A. C., 1998. - 968-464-083-8. Muciño Castañeda, René. Concreto para Técnicos de la Construcción [Libro]. - México, D.F. : Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C., 2003. Neville Adam M. Tecnología del concreto [Libro]. - México D.F. : Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C., 1999. Uribe Afif Roberto. Manual de identificación práctica de minerales y rocas para su uso como agregados para concreto [Libro]. - México D.F. : Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C., 2004.
Pavimentos de concreto: Reparaciones rápidas
Ilustración 10 Comparación del color con tarjeta de colores para la determinación de impurezas orgánicas en el agregado fino.
Uno de los paradigmas más arraigados en la mentalidad de los ingenieros sobre los pavimentos de concreto hidráulico es: “Las reparaciones de los pavimentos de concreto son complicadas y tardadas porque se deben esperar 28 días para alcanzar la resistencia esperada y abrir al tránsito . ”
Antes de decir si la afirmación anterior es un mito o una realidad, es preciso analizar los siguientes puntos:
Internacionalmente es reconocido que una de las mayores bondades de la pavimentación en concreto es el mínimo mantenimiento de las carreteras construidas con esta tecnología, por tanto, si no hay mantenimiento o éste es mínimo, las complicaciones y las tardanzas o demoras también lo son. Las intervenciones por mantenimiento en los pavimentos de concreto consisten solamente en reparar o reemplazar las losas dañadas (que son mínimas si se toma en cuenta que para el ciclo de vida se considera un porcentaje máximo del orden del 20% de losas dañadas y el remplazo del sello de las juntas cuando amerite, aunque con las nuevas tecnologías de corte, Soffcut o Greencut, éste (el sello) no es necesario. El avance en la tecnología de los aditivos y de las adiciones cementicias, posibilitan el empleo de técnicas de construcción como el Fast Track, técnica mediante la cual un pavimento puede abrirse al tráfico al término de 24 horas, e inclusive menos, después de ser construido o reparado. Los equipos tanto para la construcción como el mantenimiento de los pavimentos de concreto van desde los más artesanales hasta los de alto rendimiento, por lo que se ajustan fácilmente a las necesidades y características particulares de cada proyecto.
Por estas y otras razones, hablar de lo “difícil y demorado que es reparar o darle mantenimiento a los pavimentos de concreto deja de tener validez técnica y práctica. ”
Ilustración 11 Construcción de un pavimento de concreto con la técnica Fast Track en una vía urbana.
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¿Sabía usted? Que medir el revenimiento del concreto es en realidad una manera indirecta de medir las propiedades reológicas (propiedades de fluir y deformación de la materia) de la mezcla de concreto fresco, por lo que se considera al cono de Abrams como uno de los primeros reómetros para el concreto de la historia. Asimismo, el ensaye de revenimiento o asentamiento del cono de Abrams es el método más empleado para medir la consistencia (capacidad de fluir) del concreto y su procedimiento está regulado por la norma ASTM C 143 (Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete). El procedimiento consiste en llenar el cono en tres capas de igual volumen (no altura) aplicando 25 golpes a cada capa con una barra recta de acero de 5/8 ” de diámetro y 2 4” de largo, con uno de sus extremos (el apisonador) de forma semiesférica. Luego del llenado y el apisonado, se enrasa la parte superior con la misma barra y se levanta el cono de forma vertical y sin movimiento lateral en 5 ± 2 segundos. La operación entera desde el comienzo del llenado hasta el levantamiento del molde debe llevarse a cabo sin interrupciones y en un tiempo de aproximadamente 2.5 minutos. Finalmente, se coloca el molde invertido a la par del concreto y auxiliándose de la barra, colocada de manera horizontal cobre el cono, se procede a leer, mediante una regla, la distancia entre la parte inferior de la barra y el centro desplazado de la superficie original del concreto. La lectura se realiza con una precisión de 5 mm (1/4 ).
Ilustración 12 Ensaye de revenimiento del concreto.
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Noticias y eventos INCYC participa en el "5 to Congreso Centroamericano de Fondos Viales" en "5to El pasado 5 de mayo, el Instituto participó el Congreso Centroamericano de Fondos Viales", organizado por el Fondo de Mantenimiento Vial, FOMAV, con la ponencia "Ventajas de los Pavimentos de Concreto Hidráulico" , presentada por el Ing. Andrés Lee, Director Ejecutivo del INCYC. El Instituto agradece a los organizadores por su invitación a este importante evento.
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INCYC brinda conferencia en UNI-Norte El pasado 26 de mayo, en las instalaciones de la UNI Norte, el INCYC realizó la conferencia "Control de la Calidad del Concreto en Obra" . La conferencia dictada por el Ing. Juan Carlos Villanueva, Gerente Técnico del INCYC, tuvo buena acogida por parte de los estudiantes de esta Alma Mater, el INCYC agradece al Ing. Sergio Navarro Hudiel por su invitación.
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