Concreto de consistencia seca
Jaime Gomezjurado Sarria
El concreto de consistencia seca es denominado también concreto sin asentamiento, con asentamiento cero o con asentamiento negativo. Se ha desarrollado para aplicaciones en las cuales es posible la transferencia de alta energía durante la colocación del concreto, tales como la elaboración de prefabricados, así como en los casos en que es deseable bajos contenidos de material cementante para reducir fenómenos ocasionados por el calor de hidratación del cemento y la contracción del concreto, tales como la construcción de presas con concreto compactado con rodillo.
La evaluación para determinar los casos en que es más favorable la utilización de concreto de consistencia seca está asociada con los costos de cada proyecto, en los que se suman los costos de la materia prima, los costos de la mano de obra y los costos de los equipos requeridos. En el caso de proyectos con elementos repetitivos o prefabricados de concreto resulta más favorable el uso de concreto de consistencia seca porque se reduce sensiblemente el costo de materias primas por la menor dosificación de cemento, el costo de mano de obra se puede reducir por la estandarización de tareas y aunque se incrementa el costo de los equipos requeridos, este se puede diferir en muchas unidades.
La mayoría de consideraciones para diseñar concreto de consistencia seca son iguales a las de concreto de consistencia plástica y por lo tanto se requiere dosificar la mínima cantidad de agua acorde con los requerimientos de colocación, consolidación y acabado para tener influencia favorable en resistencia y durabilidad. La cantidad de agua en las mezclas secas para proporcionar una consistencia determinada es función de la combinación de agregados y no varía de acuerdo con el contenido de cemento.
La guía ACI 211.3 establece una metodología para el diseño de concreto sin asentamiento igual a la del concreto de consistencia plástica, en la que a partir de la consistencia deseada, se determina la cantidad de agua teniendo en cuenta el tamaño máximo del agregado, se establece el volumen de agregados, se elige la relación agua/cementante y por último se define el contenido de cemento.
En productos prefabricados de concreto de consistencia seca se requiere cohesividad para que el concreto retenga su forma después de que los moldes son retirados, por lo que además de consideraciones sobre el contenido de pasta se debe tener en cuenta que la gradación sea continua y que el contenido de arena sea el mínimo posible. Las normas para producción de concreto de consistencia seca son menos exigentes en cuanto a los requisitos de gradación de los agregados, pero más exigentes en cuanto a la variabilidad de la misma, por lo que generalmente se requiere realizar con mayor frecuencia ajustes en la proporción de los agregados.
Las consideraciones de durabilidad son aplicables según el tipo de producto y el medio ambiente en el que estará en contacto, por lo que se debe verificar al momento de diseño los siguientes requisitos:
- Relación agua/material cementante
- Resistencia a compresión
- Uso del mayor tamaño máximo consistente con la disponibilidad, colocación y resistencia.
- Dosificación para que pueda ser eficientemente consolidado
- Geometría de los elementos
- Contenido de ion cloruro en la mezcla
- Tipo de cemento y materiales cementante acordes con la exposición
- Recubrimiento mínimo del acero
Aplicaciones del concreto de consistencia seca
El concreto de consistencia seca se utiliza principalmente para construcción de presas y carreteras mediante compactación con rodillo o para producción de prefabricados de concreto mediante equipos vibro-compactadores, extrusores o centrífugos, que transmiten alta energía durante el proceso de compactación. También se utiliza para hacer elementos permeables con concreto poroso, el cual es fabricado sin o con muy poca cantidad de arena.
El concreto compactado con rodillo, tiene especificaciones particulares, tales como las enumeradas en la recomendación ACI 207.5 para concreto masivo y, ACI 325.10 para pavimentos, las cuales no se tratarán aquí. El concreto para prefabricados, tiene aplicaciones tales como, estructuras pretensadas, tubería, dovelas, box culvert, bloques, adoquines, losetas y tejas.
Ventajas del concreto de consistencia seca
Algunas de las ventajas que tiene la utilización de concreto de consistencia seca en la elaboración de prefabricados son las siguientes:
Se reduce el tiempo de ejecución de proyectos, lo cual incide directamente en los costos.
Se utiliza tecnología que permite mayor precisión en los elementos a fabricar, por ejemplo en la elaboración de dovelas para conformar anillos de túneles, la tolerancia dimensional es ± 1. 5 m.
Aunque se requiere mano de obra especializada, se requiere menor cantidad de personal tanto en la producción como en la fase de montaje.
Relación con la trabajabilidad
A partir del concepto tradicional de “trabajabilidad”, entendido como la propiedad que determina la facilidad con la cual el concreto puede ser mezclado, colocado, consolidado y acabado, se podría clasificar equivocadamente al concreto de consistencia seca como una mezcla sin trabajabilidad. Sin embargo, cuando se consideran en este concepto los métodos de vibración que transfieren a la mezcla energía para la colocación, se concluye que el concreto de consistencia seca tiene diferentes grados de trabajabilidad, los cuales pueden ser determinados a partir de la consistencia por su habilidad relativa para fluir y por ello el concreto cero se puede clasificar en seco, muy seco y extremadamente seco, en relación con la trabajabilidad.
Métodos para medir la consistencia
El asentamiento del concreto de consistencia seca medido en el cono de Abrams es de 0 a 25 mm, rango en el cual este ensayo no es aplicable. Los métodos para medir la consistencia de las mezclas secas son el aparato Vebe, el factor de compactación, la mesa de Thaulow y en últimas la máquina que hace productos prefabricados.
El aparato Vebe, que se muestra en la figura 1, es el más ampliamente utilizado y es especialmente útil para el control de la consistencia del concreto compactado con rodillo. El método de ensayo está descrito en la norma ASTM 1170, la cual presenta un método para medir la consistencia y la densidad del concreto, utilizando una mesa vibratoria con sobrecarga en el que se determina el tiempo requerido para que una masa dada de concreto se consolide por vibración en un molde de forma cilíndrica. La densidad se determina de manera directa dividiendo la masa sobre volumen. Dependiendo de la consistencia del concreto se puede utilizar una sobrecarga de 22,7 kg para mezclas muy secas o extremadamente secas o una sobrecarga de 12,5 kg para mezclas secas en que el tiempo sea menor a 20 segundos. El tiempo Vebe es influenciado por factores tales como la condición de humedad de los agregados, el tiempo después de mezclado y las condiciones climáticas.
El factor de compactación, que se presenta en la figura 2, está descrito en la norma BS1881:parte103 y consiste en una batería vertical de dos secciones troncocónicas invertidas y un cilindro colocado debajo de ellos. El concreto se coloca sin compactación en el cono superior, se abre una compuerta inferior y se deja caer la mezcla por gravedad hasta el cono siguiente de menor volumen; posteriormente se abre la parte inferior de este cono para que el concreto caiga dentro del cilindro hasta llenarse, se determina la masa y se aplica vibración exterior, después se llena y se determina nuevamente la masa. La relación entre la masa inicial sobre la final es el factor de compactación.
El procedimiento de Thaulow es similar al ensayo en la mesa de Vebe, con la diferencia de que el cilindro de concreto es remoldeado sobre una mesa de flujo. La medida utilizada para medir la consistencia es el número de revoluciones producida por la manivela, la cual tiene cuatro golpes por revolución. La medición de esta mesa no es tan precisa como la que se puede obtener con la mesa Vebe, por lo que, aunque resulta práctico por la no dependencia de corriente eléctrica, casi no se usa.
Figura 2. Factor de compactación
Finalmente la forma de determinar si la consistencia adecuada para la aplicación, es la máquina que hace los prefabricados, pues independiente de que esta sea una vibrocompactadora centrifuga o extrusora, es muy sensible a los cambios en la consistencia, los cuales se ven reflejados en variación de características tales como la textura, el tiempo de llenado o moldeado, el asentamiento plástico o la segregación de la mezcla. Cada máquina tiene un rango de consistencia en el que trabaja bien, el cual varía según los productos y el fabricante.
La tabla 1, en la que se combinó la información del ACI 211.3 y ACI 301, muestra que para mezclas secas son aplicables las medidas de consistencia, con el ensayo de asentamiento Vebe, Thaulow, y el factor de compactación. El asentamiento no se puede utilizar para mezclas secas y extremadamente secas, en las cuales el ensayo más indicado es el aparato de Vebe, porque aunque se puede usar la mesa de Thaulow, como ya se dijo esta es menos precisa.
Tabla 1. Medias de consistencia y asentamiento en el aparato Vebe
Descripción consistencia | Asentamiento (mm) | Tiempo Vebe (segundos) | Thaulow (revoluciones) | Factor compactación (%) |
Extremadamente seca | – | 32 a 18 | 112-56 | – |
Muy seco | – | 18 a 10 | 56-28 | 0,70 |
Seco | 0 a 25 | 10 a 5 | 28-14 | 0,75 |
Plástico- seco | 25 a 75 | 5 a 3 | 14 -7 | 0,85 |
Plástico | 75 a 125 | 3 a 0 | < 7 | 0,90 |
Muy plástico | 125 a 190 | – | – | – |
Métodos tomar muestras para resistencia
Aunque las muestras de concreto para resistencia a compresión se toman en los moldes tradicionales para este ensayo, se requiere aplicar una energía de compactación mayor que la que se consigue mediante el apisonado con varilla tradicional; de manera que las normas NTC 1377 y NTC 550 para la preparación de muestras en laboratorio y en campo, indican que para el concreto de consistencia seca se debe compactar los cilindros con vibración externa en tres capas y sobrecarga en la superficie hasta que aparezca pasta de cemento entre la sobrecarga y el molde. Algunas normas como las ASTM C 497 especifican con mayor detalle que la camisa se debe ajustar a la mesa vibratoria, para que no se pierda energía de vibración y que el sobrepeso debe generar una presión de 2,4 kPa, agregan que la frecuencia de vibración debe ser mayor a 800 rpm. La norma ASTM C 1176 para la elaboración de cilindros para concreto compactado con rodillo, especifica el procedimiento para elaborar cilindros en una mesa vibratoria Vebe en la que se coloca un cilindro de concreto y aplica una sobrecarga de 9 kg.
La compactación en el laboratorio es diferente a la que sucede en la maquinaria que produce los elementos fundidos con concreto de consistencia seca, de manera que, en los casos en que se están graduando vibradores puede ser conveniente elaborar los cilindros sobre los vibradores de la máquina para determinar el punto en que se presenta la mejor eficiencia de compactación. Otra manera de determinar la eficiencia de compactación es mediante la extracción de núcleos para ensayos de resistencia, densidad, absorción y porosidad abierta, en los que además de la eficiencia de compactación se están evaluando las condiciones de curado a que fueron sometidos los elementos.
Los cilindros para evaluar la resistencia a compresión, se deben almacenar en condiciones de temperatura y humedad de laboratorio, a excepción de los que usan para determinar la resistencia a compresión a edades tempranas con el propósito de definir si se pueden mover los elementos o se puede transferir las cargas de preesfuerzo en concreto pretensado, los cuales se pueden curar en las mismas condiciones que los elementos fundidos.
Mezclado de concreto de consistencia seca
Las mezcladoras planetarias de rotación vertical y las mezcladoras de espiral con rotación horizontal son las más efectivas para el concreto de consistencia seca, porque para combinar de manera homogénea las materias primas requieren menor tiempo y no se presentan segregaciones dentro de la mezcla. Las mezcladoras giratorias o de eje horizontal no son tan efectivas para el concreto de consistencia seca porque, además de requerir más tiempo de mezclado, el material fino tiende a pegarse en las paletas y en los extremos. Generalmente las mezcladoras para concreto de consistencia seca pueden ser acondicionadas para dosificar aditivos y fibras plásticas y metálicas de manera automática.
En cualquier caso, para evitar variaciones en la humedad y mantener los agregados lo más secos posible, es conveniente que el sistema de dosificación de agregados cuente con tolvas o silos cerrados que protejan el material de la lluvia, así como también es necesario disponer de sistemas de drenaje que ayuden a escurrir el agua, porque en el caso de que el material esté muy húmedo no se podrá producir concreto sin asentamiento, ya que el agregado proporcionará mayor cantidad de agua de la que el concreto necesita para alcanzar la consistencia seca requerida.
Debido a que la consistencia del concreto es un factor importante para asegurar que el concreto se compactará de manera eficiente en un equipo y mantendrá su forma después de extruido o de retirada su formaleta, muchas mezcladoras traen sensores de humedad para ajustar la cantidad de agua en cada bachada y algunas tienen, adicionalmente, sensores que durante el mezclado permiten dosificar la cantidad exacta de agua para asegurar la consistencia deseada.
Transporte de concreto de consistencia seca
A diferencia de las mezclas plásticas las mezclas de concreto de consistencia seca no se pueden transportar en camiones mezcladores ni agitadores, su transporte se puede hacer en volquetas, teniendo precaución de que se proteja el concreto de la pérdida de humedad y de las altas temperaturas. El tiempo de transporte es un parámetro crítico para controlar, pero se pueden utilizar retardantes en los casos en que se requiera mayor tiempo de trabajabilidad.
En el caso de concreto sin asentamiento para prefabricados, el transporte al punto de colocación se puede hacer mediante bandas transportadores o vagonetas que se mueven por rieles aéreos o a nivel. En este caso es conveniente revisar las pendientes de la geometría de bandas transportadoras para evitar segregación, así como la mejor disposición de los equipos.
Curado de concreto de consistencia seca
El curado del concreto de consistencia seca es igual de importante que el de las mezclas de consistencia plástica y por lo tanto se deben tomar las mismas precauciones para garantizar el desarrollo de las propiedades del concreto, tales como: la colocación de barreras de viento, el humedecimiento permanente, los compuestos curadores o la colocación de plástico durante los primeros días. En el caso de los prefabricados frecuentemente es conveniente acelerar las resistencias del concreto mediante la aplicación de curado con vapor, caso en el que es conveniente establecer una curva de aplicación de vapor, que depende de la masa de concreto, en la cual no se exceda de un gradiente de temperatura de 15º C por hora y no se rebase de 65º C.
