Tecnología del Hormigón Profesor: Gastón Soto Becar. Tecnología del hormigón Definición El hormigón es un material cuya composición básica es generalmente una mezcla de agregados pétreos (finos y gruesos) y un aglomerante, que es la pasta de cemento, formada por cemento, agua y/o aditivos, que entre sí dan estructura al material. Clasificación de los hormigones a. Según su resistencia a compresión La Norma chilena Nch170of.85 establece una clasificación del hormigón en grado según sea la resistencia especificada a la ruptura por compresión a los 28 días, medida en probetas cúbicas de 20 cm de arista. Tabla Nº 1: Compresión Grado de Hormigón Resistencia [MPa] Especificada Fc [kg/cm2] H5 5 50 H10 10 100 H15 15 150 H20 20 200 H25 25 250 H30 30 300 H35 35 350 H40 40 400 H45 45 450 H50 50 500 Clasificación de los hormigones b. Según resistencia a flexotracción La Norma chilena Nch 170 Of.85 también establece una clasificación del hormigón en grados según su resistencia especificada a la flexotracción a 28 días y medida en probetas prismáticas de 15x15 cm. de sección y 50 a 60 cm. de longitud. Tabla Nº 2: Flexotracción Grado del hormigón Resistencia Ft [Mpa] Especificada [kg/cm2] HF3 3 30 HF3,5 3,5 35 HF4 4 40 HF4,5 4.5 45 HF5 5 50 HF5,5 5,5 55 HF6 6 60 Clasificación de los hormigones c. Según presencia de armaduras de Refuerzo Hormigón simple – Sin armaduras. Hormigón armado – Con armaduras. Hormigón Precomprimido – Armadura principal (tensada) y armadura secundaria. Clasificación de los hormigones d. Según su densidad aparente Hormigón liviano o ligero: densidad aparente entre 300 y 1800 kg/m3. Hormigón corriente: densidad aparente entre 2000 y 2800 kg/m3. Hormigón Pesado: densidad aparente entre 3000 y 4500 kg/m3. Requisitos que debe cumplir el Hormigón a.Docilidad: Llamada también trabajabilidad; consiste en la aptitud que posee para ser transportado y colocado sin que se agregue, y de ser compactado adecuadamente. b. Resistencia: Al endurecer debe cumplir los requisitos de resistencia exigidos para soportar la acción de las cargas. Requisitos que debe cumplir el Hormigón c. Durabilidad: Debe permanecer inalterable en el tiempo, soportar la abrasión, la humedad, ambientes químicamente agresivos, heladas, etc. d. Economía: Es necesario que el costo del hormigón diseñado para cumplir con los requisitos anteriores sea de un costo razonable. Limitaciones del Hormigón El hormigón tiene: Baja resistencia a la tracción. Sufre cambios por efectos térmicos y de humedad. Impermeabilidad, importante en el hormigón armado. Funciones de los materiales componentes Pasta de cemento Es el componente activo del hormigón y tiene dos funciones principales: a. b. Llenar los huecos entre partículas del árido, aglomerándolas. En estado fresco la pasta hace las veces de lubricante, desminuyendo el roce entre partículas y brinda cohesión a la mezcla. Funciones de los materiales componentes Áridos Los áridos son el componente inerte del hormigón y tienen dos funciones principales: a. b. Proveer una masa de partículas apta para resistir la acción de cargas aplicadas, la abrasión, el paso de la humedad y la acción climática. Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento y de los cambios de humedad de la pasta de cemento. Características del Hormigón fresco Docilidad: Aptitud que presenta un hormigón para ser transportado, colocado y compactado adecuadamente, sin que pierda homogeneidad. ( Nch 171 of75) Segregación: Es la separación de los componentes del hormigón ya amasado. Características del Hormigón fresco Exudación: Consiste en que parte del agua del amasado tiende a subir hacia la superficie del hormigón ya colocado y compactado debido a la sedimentación de los sólidos por su mayor peso especifico. Retracción Plástica: La evaporación del agua va produciendo un secado progresivo del hormigón desde su superficie hacia el interior, por lo que se produce que las capas superiores tienden a contraerse y las inferiores todavía saturadas de humedad se lo impiden. Características del Hormigón Endurecido Resistencia La resistencia del hormigón a compresión es el factor que se emplea frecuentemente para definir su calidad. También se puede medir a tracción, flexión y tracción indirecta. Influencia de los materiales y del método de fabricación Cemento La calidad del cemento mejora la resistencia del hormigón, un cemento grado alta resistencia produce a 28 días un aumento del 20 a 30 % en el valor de la resistencia en relación al cemento de grado corriente. Agua La calidad del agua influye en la resistencia al perturbar el fraguado y endurecimiento. Influencia de los materiales y del método de fabricación Áridos Los áridos contaminados o con altos contenidos de cloruros y sulfatos disminuyen la resistencia del hormigón. Método de fabricación Un tiempo de amasado largo mejora la resistencia, aunque puede producir segregaciones y perdidas de asentamiento. El amasado insuficiente eventualmente produce hormigones no homogéneos con resultados deficientes. Influencia de los materiales y del método de fabricación Influencia de la razón Agua/cemento Razón Agua/Cemento= Peso del agua libre Peso del cemento A medida que aumenta el agua libre la resistencia del hormigón decrece. Al disminuir el agua libre aumenta la resistencia, pero la mezcla se hace mas seca y difícil de compactar. ( GRAFICO) Influencia de los materiales y del método de fabricación Influencia de la edad en la resistencia del Hormigón A medida que transcurre el tiempo contado de su confección, el hormigón va adquiriendo mayor resistencia. Durabilidad La durabilidad es la cualidad que poseen los hormigones de soportar las condiciones para las cuales fueron diseñados, sin sufrir deterioros durante la vida util prevista. Influencia de los materiales y del método de fabricación Permeabilidad La permeabilidad del hormigón es uno de los principales factores que influyen en su durabilidad, ya que determina la posibilidad de acceso al interior de la masa de hormigón de agentes agresivos disueltos que pueden ocasionar daño tanto al hormigón como a las armaduras. Influencia de los materiales y del método de fabricación Corrosión de las armaduras La corrosión de las armaduras tiene un doble efecto contra la durabilidad del hormigón; el primero es precisamente la corrosión de las armaduras, que pueden llegar a disminuir su diámetro, e incluso a hacerlas desaparecer; el segundo efecto se produce debido a que el oxido que se forma genera un aumento de volumen del orden de 2,2 veces el volumen original, dando origen a grietas y rompiendo el recubrimiento del hormigón debido a la sobrepresión que produce. La corrosión se evita empleando áridos sanos exentos de cloruros y utilizando razones agua/cemento bajas. Además la compactación debe ser muy bien realizada y proveerse un buen recubrimiento de las armaduras. Influencia de los materiales y del método de fabricación Ciclos de congelación y deshielo Cuando el hormigón se encuentra a la temperatura de congelacion, el agua contenida en los poros capilares de la pasta y de los áridos se congela, aumentando su volumen en 9%, produciendo una rotura inicialmente pequeña y superficial. Con los hielos-deshielos, estas fisuras se llenaran de agua que al congelarse ocupan un creciente mayor volumen, produciendo un efecto acumulativo que ira destruyendo cada vez más el hormigón. Este efecto se evita utilizando áridos poco absorbentes, empleando razones agua/cemento bajas, compactando muy bien el hormigón, y sobretodo aire al hormigón mediante aditivos. En este caso las burbujas que se forman bloquean los capilares y proporcionan espacios que alivian la expansión del hielo. Influencia de los materiales y del método de fabricación Erosión Las principales causas de la perdida de durabilidad por erosión son la abrasión e impactos del tránsito peatonal y vehicular, las corrientes de agua que arrasan materiales abrasivos, y la cavitacion. Para incrementar la resistencia a la erosión debe emplearse hormigones de alta resistencia, con baja razón agua/cemento, muy bien compactados y que contengan áridos duros y el mínimo posible de finos. Influencia de los materiales y del método de fabricación Ataques del fuego El hormigón es un material incombustible. El efecto del calor sobre la resistencia del hormigón es mínimo si la temperatura esta por debajo de 300ºC, pero sobre ese valor se verifica una perdida apreciable de resistencia, que puede llegar al 50% a los 500ºC. No obstante, en general el hormigón posee excelentes propiedades en cuanto a la resistencia al fuego, ya que resiste la penetración de las llamas y mantiene aisladas a las armaduras metálicas, dada su baja conductividad térmica. Debe darse importancia a la secuencia de hormigonado, tratando de no hormigonar áreas adyacentes al mismo tiempo, siguiendo un método de colocación de fajas alternas, de manera que áreas contiguas estén separadas por algunos días. En el hormigón armado estas deformaciones y las de origen térmico son absorbidas por las armaduras, y es la razón por la cual se exigen cuantías mínimas. Influencia de los materiales y del método de fabricación Expansión Los hinchamientos son debidos al ataque de sulfatos, reacción álcali-árido y ala congelacion del agua que ocupa los huecos entre los áridos y la pasta. La corrosión de las armaduras en el hormigón armado genera una expansión de estas. Influencia de los materiales y del método de fabricación Retracción – Expansión Alternados Las variaciones térmicas y el contenido de humedad del hormigón producen dilaciones y contracciones. Al igual que todos los materiales, el hormigón se dilata o contrae según la variación de la temperatura a que esta sometido. El valor de su coeficiente de dilatación térmica esta comprendido entre 8x10 y 12x10. A su vez, las variaciones de humedad en el hormigón generan aumentos o disminuciones de volumen conforme se incremente o reduzca el contenido de humedad de la masa del hormigón. Obviamente este factor es de mayor relevancia cuando los hormigones son porosos y mala calidad, o bien, si está expuesto a fuertes variaciones de humedad. Influencia de los materiales y del método de fabricación Cambio de volumen Los cambios de que afectan al hormigón pueden tener diversos orígenes como sedimentación, retracción hidráulica, reacciones químicas expansivas, acción de cargas, variaciones de temperatura y variaciones de humedad. Retracción Las variaciones de volumen debidas a la hidratación del cemento y a las variaciones de humedad se conocen con el nombre de retracción, y pueden presentarse mientras el hormigón esta plástico, ya también cuando esta endurecido. En ambos casos se puede producir agrietamiento. Influencia de los materiales y del método de fabricación Retracción del hormigón endurecido La retracción del hormigón después de fraguado es generalmente mucho mas importante que cuando esta plástico. Los movimientos del hormigón endurecido están restringidos por el suelo de fundación, por las armaduras de refuerzo y por el hormigón adyacente que ya no esta plástico, generándose esfuerzos de tracción que si el hormigón no puede soportar, se agrieta. Para controlar la retracción del hormigón endurecido, debe emplearse dosis de agua compatibles con la compactación y reducidas dosis de cementos compatibles con la resistencia exigida, evitar al máximo la exudación, e impedir el secado prematuro del hormigón, por medio de un curado eficiente. Por otra parte , debe darse gran atención a los procedimientos de amasado y de colocación en obras, evitando la vibración excesiva que podría originar segregación. También debe controlarse el tamaño de los tramos de hormigón, incluyendo juntas de contracción a distancias adecuadas.
