el hormigon 1

N 22 SEPTIEMBRE DE 2009

C/ Recogidas N 45 - 6A 18005 Granada [email protected]

ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007

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DESARROLLO TECNOLGICO EN LA HISTORIA DE LA HUMANIDAD: INVENTORES E INVENTOS. HENNEBIQUE

Y EL HORMIGN ARMADO AUTORA

FRANCISCO M. PORCEL GRANADOS TEMTICA

TECNOLOGA ETAPA

E. SECUNDARIA

Resumen Hennebique se puede considerar como el inventor del hormign armado. Dicho invento ha supuesto un gran avance tecnolgico para la humanidad, concretamente en el campo de la construccin. Dicho avance ha supuesto una mejora en la adaptacin del ser humano al medio en el que se desarrolla.

Palabras clave - Hennebique. - Hormign armado. 1. EL INVENTOR:

Franois Hennebique (Neuville-Saint-Vaast, 26 de abril de 1842 - Pars, 7 de marzo de 1921) fue un ingeniero, arquitecto y constructor francs autodidacta, inventor de un sistema de construccin con hormign armado, que permiti la rpida difusin de este material en Europa a principios del siglo XX.

Biografa

Tras formarse en albailera, Hennebique se instal por cuenta propia como constructor en Bruselas, especializndose en la reconstruccin de iglesias como la de Saint-Martin de Courtrai en 1865.

Durante los aos 1870, Hennebique, que en 1867 haba conocido la aplicacin de Joseph Monier con hormign reforzado con mallas metlicas, trabaj en el desarrollo de una nueva tcnica de construccin



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para suelos empleando hierro forjado como material de refuerzo ignfugo que aplic por primera vez en 1879 en la construccin de un edificio residencial en Bruselas.

Hennebique ayud a comprender tericamente la naturaleza del sistema al sugerir en 1886 que las fuerzas de compresin de los bloques de hormign para suelo eran soportadas por el refuerzo metlico de manera que se haca posible economizar materiales en la fabricacin de bloques.

Hennebique desarroll entonces una variante de hormign armado en bloques reforzados con barras de hierro longitudinales en su cara inferior que patent en Francia y Blgica en 1892 y que ampli a todo un sistema de construccin aplicado a pilares, suelos y paredes. Su empresa experiment desde entonces un rpido crecimiento ampliando su plantilla de 5 empleados a 22, lo que le llev a instalarse en Pars desde donde concedi licencias para el uso de su sistema. Algunas de las sociedades que aplicaron la tcnica fueron la de L.G. Mouchel en el Reino Unido, y Eduard Zublin en Alemania, donde competa con la empresa de G. A. Wayss que haba comprado la patente de Joseph Monier en 1879.

Entre 1892 y 1902, ms de 7.000 edificaciones fueron construidas con el sistema de Hennebique especialmente aplicado en puentes, torres de agua y otros edificios como el Grand Palais de Pars, la mayora a travs de licencias. Hennebique dirigi o dise l mismo algunas de ellas, como la del puente de Wiggen, en Suiza, en 1894 o el "puente Camille de Hogues" de Chtellerault en 1899. Tras publicar un artculo en la revista Bton arm en 1896, present un proyecto para la presa de Assuan en 1899. Posteriormente, contruy un complejo residencial en Bourg-la-Reine en 1904 y en 1910, el puente del Risorgimento de Roma.

En 1903, al oficina de patentes desestim la presentada por Hennebique en favor de la de Monier presentada en 1878.

2. EL INVENTO: La tcnica del hormign est muy desarrollada permitiendo soluciones muy complejas. El hormign permite rellenar un molde o encofrado con una forma previamente establecida.

El hormign, tambin denominado concreto en algunos pases de Iberoamrica, es el material resultante de la mezcla de cemento (u otro conglomerante) con ridos (grava, gravilla y arena) y agua. La mezcla de cemento con arena y agua se denomina mortero.

El cemento, mezclado con agua, se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornndose en un material de consistencia ptrea.

La principal caracterstica estructural del hormign es que resiste muy bien los esfuerzos de compresin, pero no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (traccin, flexin,



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Adems, para poder modificar algunas de sus caractersticas o comportamiento, se pueden aadir aditivos y adiciones, existiendo una gran variedad de ellos: colorantes, aceleradores, retardadores de fraguado, fluidificantes, impermeabilizantes, fibras, etc.

Cuando se proyecta una estructura de hormign armado se establecen las dimensiones de los elementos, el tipo de hormign, los aditivos, y el acero que hay que colocar en funcin de los esfuerzos que deber soportar y de las condiciones ambientales a que estar expuesto.

Su empleo es habitual en obras de arquitectura e ingeniera, tales como edificios, puentes, diques, puertos, canales, tneles, etc. Incluso en aquellas edificaciones cuya estructura principal se realiza en acero, su utilizacin es imprescindible para conformar la cimentacin.

Etimologa

Hormign procede del trmino formic, palabra latina que alude a la cualidad de moldeable o dar forma. El trmino concreto tambin es originario del latn: concretus, que significa crecer unidos, o unir. Su uso en idioma espaol se transmite por va de la cultura anglosajona, como anglicismo (o calco semntico), siendo la voz inglesa original: concrete.

Historia del hormign Precedentes

La historia del hormign constituye un captulo fundamental de la historia de la construccin. Cuando el hombre opt por levantar edificaciones utilizando materiales arcillosos o ptreos, surgi la necesidad de obtener pastas o morteros que permitieran unir dichos mampuestos para poder conformar estructuras estables. Inicialmente se emplearon pastas elaboradas con arcilla, yeso o cal, pero se deterioraban rpidamente ante las inclemencias atmosfricas. Se idearon diversas soluciones, mezclando agua con rocas y minerales triturados, para conseguir pastas que no se degradasen fcilmente. As, en el Antiguo Egipto se utilizaron diversas pastas obtenidas con mezclas de yesos y calizas disueltas en agua, para poder unir slidamente los sillares de piedra; como las que aun perduran entre los bloques calizos del revestimiento de la Gran Pirmide de Giza.

Hormigones de cementos naturales

En la Antigua Grecia, hacia el ao 500 a. C., se mezclaban compuestos de caliza calcinada con agua y arena, aadiendo piedras trituradas, tejas rotas o ladrillos, dando origen al primer hormign de la historia, usando tobas volcnicas extradas de la isla de Santorini. Los antiguos romanos emplearon tierras o cenizas volcnicas, conocidas tambin como puzolana, que contienen slice y almina, que al

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combinarse qumicamente con la cal daban como resultado el denominado cemento puzolnico (obtenido en Pozzuoli, cerca del Vesubio). Aadiendo en su masa jarras cermicas o materiales de baja densidad (piedra pmez) obtuvieron el primer hormign aligerado, con este material se comenz por construir por sobre todo tuberas e instalaciones portuarias fabricaciones las cuales se han encontrado restos hasta el da de hoy. Y en las que destacan construcciones como los diversos arcos del Coliseo romano, los nervios de la bveda de la Baslica de Majencio, con luces de ms de 25 metros, las bvedas de las Termas de Caracalla, y la cpula del Panten de Agripa, de unos cuarenta y tres metros de dimetro, la de mayor luz durante siglos.

Hormign medieval

Tras la cada del Imperio Romano, el hormign fue poco utilizado, posiblemente debido a la falta de medios tcnicos y humanos, la mala calidad de la coccin de la cal, y la carencia o lejana de tobas volcnicas; no se encuentran muestras de su uso en grandes obras hasta el siglo XIII, en que se vuelve a utilizar en los cimientos de la Catedral de Salisbury, o en la clebre Torre de Londres, en Inglaterra. Durante el renacimiento su empleo fue escaso y muy poco significativo.

Civilizaciones precolombinas

En algunas ciudades y grandes estructuras, construidas por Mayas y Aztecas en Mxico o las de Machu Pichu en el Per, se utilizaron materiales cementantes.

El siglo XVIII

En el siglo XVIII se reaviva el afn por la investigacin. John Smeaton, un ingeniero de Leeds fue comisionado para construir por tercera vez un faro en el acantilado de Edystone, en la costa Cornwall, empleando piedras unidas con un mortero de cal calcinada para conformar una construccin monoltica que soportara la constante accin de las olas y los hmedos vientos; fue concluido en 1759 y la cimentacin aun perdura.

El siglo XIX: cemento portland y hormign armado

El cemento Portland

Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland Cement, obtenido de caliza arcillosa y carbn calcinados a alta temperatura denominado as por su color gris verdoso oscuro, muy similar a la piedra de la isla de Prtland. Isaac Johnson obtiene en 1845 el prototipo del cemento moderno elaborado de una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura, hasta la formacin del clinker; el proceso de industrializacin y la introduccin de hornos rotatorios propiciaron su uso para gran variedad de aplicaciones, hacia finales del siglo XIX.

El hormign armado



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El hormign, por sus caractersticas ptreas, soporta bien esfuerzos de compresin, pero se fisura con otros tipos de solicitaciones (flexin, traccin, torsin, cortante); la inclusin de varillas metlicas que soportaran dichos esfuerzos propici optimizar sus caractersticas y su empleo generalizado en mltiples obras de ingeniera y arquitectura.

La invencin del hormign armado se suele atribuir al constructor William Wilkinson, quien solicit en 1854 la patente de un sistema que inclua armaduras de hierro para la mejora de la construccin de viviendas, almacenes y otros edificios resistentes al fuego. El francs Joseph Monier patent varios mtodos en la dcada de 1860, pero fue Franois Hennebique quien ide un sistema convincente de hormign armado, patentado en 1892, que utiliz en la construccin de una fbrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.

Diseo de estructuras de hormign armado

Hennebique y sus contemporneos, basaban el diseo de sus patentes en resultados experimentales, mediante pruebas de carga; los primeros aportes tericos los realizan prestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desarrolla en 1899 la teora del Reticulado de Ritter-Mrsch. Los estudios tericos fundamentales se gestarn en el siglo XX.

El siglo XX: auge de la industria del hormign

A principios del siglo XX surge el rpido crecimiento de la industria del cemento, debido a varios factores: los experimentos de los qumicos franceses Vicat y Le Chatelier y el alemn Michalis, que logran producir cemento de calidad homognea; la invencin del horno rotatorio para calcinacin y el molino tubular; y los mtodos de transportar hormign fresco ideados por Juergen Hinrich Magens que patenta entre 1903 y 1907. Con estos adelantos pudo elaborarse cemento portland en grandes cantidades y utilizarse ventajosamente en la industria de la construccin.

Maillart proyecta en 1901 un puente en arco de 38 metros de luz sobre el ro Inn, en Suiza, construido con vigas cajn de hormign armado; entre 1904 y 1906 disea el puente de Tavanasa, sobre el ro Rin, con 51 metros de luz, el mayor de Suiza. Claude A.P. Turner realiza en 1906 el edificio Bovex de Minneapolis (USA), con los primeros pilares fungiformes (de amplios capiteles).

Le Corbusier, en los aos 1920, reclama en Vers une Architecture una produccin lgica, funcional y constructiva, despojada de retricas del pasado; en su diseo de Casa Domino, de 1914, la estructura est conformada con pilares y forjados de hormign armado, posibilitando fachadas totalmente difanas y la libre distribucin de los espacios interiores.

Los hangares de Orly (Pars), diseados por Freyssinet entre 1921 y 1923, con 60 metros de luz, 9 de flecha y 300 de longitud, se construyen con lminas parablicas de hormign armado, eliminando la divisin funcional entre paredes y techo. En 1929 Frank Lloyd Wright construye el primer rascacielos en hormign.



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Hormigones de altas prestaciones

En la dcada de 1960 aparece el hormign reforzado con fibras, incorporadas en el momento del amasado, dando al hormign isotropa y aumentando sus cualidades a flexin, traccin, impacto, fisuracin, etc. En los aos 1970, los aditivos permiten obtener hormigones de alta resistencia, de 120 a ms de 200 MPa; la incorporacin de monmeros, genera hormigones casi inatacables por los agentes qumicos o indestructibles por los ciclos hielo-deshielo, aportando mltiples mejoras en diversas propiedades del hormign.

Ms alto, ms largo, ms ancho y ms bello.

Los grandes progresos en el estudio cientfico del comportamiento del hormign armado y los avances tecnolgicos, posibilitaron la construccin de rascacielos ms altos, puentes de mayor luz, amplias cubiertas e inmensas presas. Su empleo sera insustituible en edificios pblicos que deban albergar multitudes: estadios, teatros, cines, etc. Muchas naciones y ciudades competirn por erigir la edificacin de mayor dimensin, o ms bella, como smbolo de su progreso que, normalmente, estar construida en hormign armado.

Los edificios ms altos del mundo poseen estructuras de hormign y acero, tales como las Torres Petronas, en Kuala Lumpur, Malasia (452 metros, 1998), el edificio Taipei 101 en Taiwn (509 metros, 2004), o el Burj Dubai de la ciudad de Dubi (818 metros, 2009), en el siglo XXI.

El siglo XXI: la cultura medioambiental

El uso de materiales reciclados como ingredientes del hormign est ganando popularidad debido a la cada vez ms severa legislacin medioambiental. Los ms utilizados son las cenizas volantes, un subproducto de las centrales termoelctricas alimentadas por carbn. Su impacto es significativo pues posibilitan la reduccin de canteras y vertederos, ya que actan como sustitutos del cemento, y reducen la cantidad necesaria para obtener un buen hormign. Como la produccin de cemento genera grandes volmenes de dixido de carbono, la tecnologa de sustitucin del cemento desempea un importante papel en los esfuerzos por aminorar las emisiones de dixido de carbono.

Caractersticas y comportamiento del hormign Nociones generales

El hormign es el material resultante de unir ridos con la pasta que se obtiene al aadir agua a un conglomerante. El conglomerante puede ser cualquiera, pero cuando nos referimos a hormign, generalmente es un cemento artificial, y entre estos ltimos, el ms importante y habitual es el cemento portland.



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Los ridos proceden de la desintegracin o trituracin, natural o artificial de rocas y, segn la naturaleza de las mismas, reciben el nombre de ridos silceos, calizos, granticos, etc. El rido cuyo tamao es superior a 5 mm se llama rido grueso o grava, mientras que el inferior a 5 mm se llama rido fino o arena.

La pasta formada por cemento y agua es la que confiere al hormign su fraguado y endurecimiento, mientras que el rido es un material inerte sin participacin en el fraguado y endurecimiento.

El cemento se hidrata en contacto con el agua, inicindose complejas reacciones qumicas que lo convierten en un producto maleable con buenas propiedades adherentes, que en el transcurso de unas horas, derivan en el fraguado y endurecimiento progresivo de la mezcla, obtenindose un material de consistencia ptrea.

Una caracterstica importante del hormign es poder adoptar formas distintas, a voluntad del proyectista. Al colocarse en obra es una masa plstica que permite rellenar un molde, previamente construido con una forma establecida, que recibe el nombre de encofrado.

Caractersticas estructurales

La principal caracterstica estructural del hormign es resistir muy bien los esfuerzos de compresin. Sin embargo, tanto su resistencia a traccin como al esfuerzo cortante son relativamente bajas, por lo cual se debe utilizar en situaciones donde las solicitaciones por traccin o cortante sean muy bajas.

Para superar este inconveniente, se "arma" el hormign introduciendo barras de acero, conocido como hormign armado, o concreto reforzado, permitiendo soportar los esfuerzos cortantes y de traccin con las barras de acero. Es usual, adems, disponer barras de acero reforzando zonas o elementos fundamentalmente comprimidos, como es el caso de los pilares. Los intentos de compensar las deficiencias del hormign a traccin y cortante originaron el desarrollo de una nueva tcnica constructiva a principios del siglo XX, la del hormign armado.

Posteriormente se investig la conveniencia de introducir tensiones en el acero de manera deliberada y previa al fraguado del hormign de la pieza estructural, desarrollndose las tcnicas del hormign pretensado y el hormign postensado.

As, introduciendo antes del fraguado alambres de alta resistencia tensados en el hormign, este queda comprimido al fraguar, con lo cual las tracciones que surgiran para resistir las acciones externas, se convierten en descompresiones de las partes previamente comprimidas, resultando muy ventajoso en muchos casos. Para el pretensado se utilizan aceros de muy alto lmite elstico, dado que el fenmeno denominado fluencia lenta anulara las ventajas del pretensado.

Los aditivos permiten obtener hormigones de alta resistencia; la inclusin de monmeros y adiciones para hormign aportan mltiples mejoras en las propiedades del hormign.



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Cuando se proyecta un elemento de hormign armado se establecen las dimensiones, el tipo de hormign, la cantidad, calidad, aditivos, adiciones y disposicin del acero que hay que aportar en funcin los esfuerzos que deber resistir cada elemento.

Un diseo racional, la adecuada dosificacin, mezcla, colocacin, consolidacin, acabado y curado, hacen del hormign un material idneo para ser utilizado en construccin, por ser resistente, durable, incombustible, casi impermeable, y requerir escaso mantenimiento. Como puede ser moldeado fcilmente en amplia variedad de formas y adquirir variadas texturas y colores, se utiliza en multitud de aplicaciones.

Caractersticas fsicas del hormign

Las principales caractersticas fsicas del hormign, en valores aproximados, son:

Densidad: en torno a 2350 kg/m3 Resistencia a compresin: de 150 a 500 kg/cm2 (15 a 50 MPa) para el hormign ordinario.

Existen hormigones especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2000 kg/cm2 (200 MPa). Resistencia a traccin: proporcionalmente baja, es del orden de un dcimo de la resistencia a

compresin y, generalmente, poco significativa en el calculo global. Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, variando en funcin de la temperatura y la

humedad del ambiente exterior. Tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros

parmetros. o De 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia mxima; en una semana 3/4 partes,

y en 4 semanas prcticamente la resistencia total de clculo. Dado que el hormign se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen

parecido coeficiente de dilatacin trmico, resulta muy til su uso simultneo en obras de construccin; adems, el hormign protege al acero de la oxidacin al recubrirlo.

Fraguado y endurecimiento

La pasta del hormign se forma mezclando cemento artificial y agua debiendo embeber totalmente a los ridos. La principal cualidad de esta pasta es que fragua y endurece progresivamente, tanto al aire como bajo el agua.

El proceso de fraguado y endurecimiento es el resultado de reacciones qumicas de hidratacin entre los componentes del cemento. La fase inicial de hidratacin se llama fraguado y se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al estado slido. Esto se observa de forma sencilla por simple presin con un dedo sobre la superficie del hormign. Posteriormente continan las reacciones de hidratacin alcanzando a todos los constituyentes del cemento que provocan el endurecimiento de la masa y que se caracteriza por un progresivo desarrollo de resistencias mecnicas.



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El fraguado y endurecimiento no son ms que dos estados separados convencionalmente; en realidad solo hay un nico proceso de hidratacin continuo.

En el cemento portland, el ms frecuente empleado en los hormigones, el primer componente en reaccionar es el aluminato triclcico con una duracin rpida y corta (hasta 7-28 das). Despus el silicato triclcico, con una aportacin inicial importante y continua durante bastante tiempo. A continuacin el silicato biclcico con una aportacin inicial dbil y muy importante a partir de los 28 das.

El fenmeno fsico de endurecimiento no tiene fases definidas. El cemento est en polvo y sus partculas o granos se hidratan progresivamente, inicialmente por contacto del agua con la superficie de los granos, formndose algunos compuestos cristalinos y una gran parte de compuestos microcristalinos asimilables a coloides que forman una pelcula en la superficie del grano. A partir de entonces el endurecimiento contina dominado por estas estructuras coloidales que envuelven los granos del cemento y a travs de las cuales progresa la hidratacin hasta el ncleo del grano.

El hecho de que pueda regularse la velocidad con que el cemento amasado pierde su fluidez y se endurece, lo hace un producto muy til en construccin. Una reaccin rpida de hidratacin y endurecimiento dificultara su transporte y una cmoda puesta en obra rellenando todos los huecos en los encofrados . Una reaccin lenta aplazara de forma importante el desarrollo de resistencias mecnicas. En las fbricas de cemento se consigue controlando la cantidad de yeso que se aade al clinker de cemento. En las plantas de hormign, donde se mezcla la pasta de cemento y agua con los ridos, tambin se pueden aadir productos que regulan el tiempo de fraguado.

En condiciones normales un hormign portland normal comienza a fraguar entre 30 y 45 minutos despus de que ha quedado en reposo en los moldes y termina el fraguado trascurridas sobre 10 12 horas. Despus comienza el endurecimiento que lleva un ritmo rpido en los primeros das hasta llegar al primer mes, para despus aumentar ms lentamente hasta llegar al ao donde prcticamente se estabiliza. Para comprobar que el hormign colocado en obra tiene la resistencia requerida se rellenan con el mismo hormign unos moldes cilndricos normalizados y se calcula su resistencia en un laboratorio realizando ensayos de rotura a compresin.

En el proyecto previo de los elementos, la Resistencia caracterstica (fck) del hormign es aquella que se adopta en todos los clculos como resistencia a compresin del mismo, y dando por hecho que el hormign que se ejecutar resistir ese valor se dimensionan las medidas de todos los elementos estructurales.

La Resistencia caracterstica de proyecto (fck) establece por tanto el lmite inferior, debiendo cumplirse que cada amasada de hormign colocada tenga esa resistencia como mnimo. En la prctica, en la obra se realizan ensayos estadsticos de resistencias de los hormigones que se colocan y el 95% de los



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mismos debe ser superior a fck , considerndose que con el nivel actual de la tecnologa del hormign, una fraccin defectuosa del 5% es perfectamente aceptable.

La resistencia del hormign a compresin se obtiene en ensayos de rotura a compresin de probetas cilndricas normalizadas realizados a los 28 das de edad y fabricadas con las mismas amasadas puestas en obra. La Instruccin espaola (EHE) recomienda utilizar la siguiente serie de resistencias caractersticas a compresin a 28 das (medidas en Newton/mm): 20; 25; 30, 35; 40; 45 y 50. Por ello, las Plantas de fabricacin de hormign suministran habitualmente hormigones que garantizan estas resistencias.

Consistencia del hormign fresco

La consistencia es la mayor o menor facilidad que tiene el hormign fresco para deformarse y consiguientemente para ocupar todos los huecos del molde o encofrado. Influyen en ella distintos factores, especialmente la cantidad de agua de amasado, pero tambin el tamao mximo del rido, la forma de los ridos y su granulometra.

La consistencia se fija antes de la puesta en obra, analizando cual es la ms adecuada para la colocacin segn los medios que se dispone de compactacin. Se trata de un parmetro fundamental en el hormign fresco.

Entre los ensayos que existen para determinar la consistencia, el ms empleado es el cono de Abrams. Consiste en rellenar con hormign fresco un molde troncocnico de 30 cm de altura. La prdida de altura que se produce cuando se desmolda es la medida que define la consistencia.

Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plsticos, blandos y fluidos.

Durabilidad

Se define en la Instruccin espaola EHE, la durabilidad del hormign como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fsicas y qumicas agresivas a lo largo de la vida til de la estructura protegiendo tambin las armaduras y elementos metlicos embebidos en su interior.

Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones, sino tambin las condiciones fsicas y qumicas a las que se expone. Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosin de las armaduras, ambientes qumicos agresivos, zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo, etc.

Para garantizar la durabilidad del hormign y la proteccin de las armaduras frente a la corrosin es importante realizar un hormign con una permeabilidad reducida, realizando una mezcla con una relacin agua/cemento baja, una compactacin idnea, un peso en cemento adecuado y la hidratacin



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suficiente de ste aadiendo agua de curado para completarlo. De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y as se reducen los ataques al hormign.

En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales. Para prevenir la corrosin de armaduras hay que cuidar el recubrimiento mnimo de las mismas.

Tipos de hormign

En la Instruccin espaola (EHE), publicada en 1998, los hormigones estn tipificados segn el siguiente formato siendo obligatorio referirse de esta forma en los planos y dems documentos de proyecto, as como en la fabricacin y puesta en obra:

Hormign T R / C / TM / A

T: se denominar HM cuando sea hormign en masa, HA cuando sea hormign armado y HP cuando sea hormign pretensado. R: resistencia caracterstica del hormign expresada en N/mm. C: letra inicial del tipo de consistencia: S Seca, P plstica, B Blanda y F Fluida. TM: tamao mximo del rido expresado en milmetros. A: designacin del ambiente a que estar expuesto el hormign.

Diseo, fabricacin y puesta en obra Normativa

Introduccin

En el siglo XVIII, la resistencia de los elementos estructurales de hormign armado era calculada experimentalmente. Navier, a principios del siglo XIX, plante la necesidad de conocer y establecer los lmites hasta donde las estructuras se comportaban elsticamente, sin deformaciones permanentes, para poder obtener modelos fsico-matemticos fiables y formulas coherentes. Posteriormente, dada la complejidad del comportamiento del hormign, se requiri utilizar mtodos basados en el clculo de probabilidades para lograr resultados ms realistas. En la primera mitad del siglo XX, se calculaban los elementos estructurales por el mtodo de las Tensiones admisibles.

Seguridad estructural



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En los aos 1960, se inici el desarroll la teora de la seguridad estructural respecto de los Estados lmites, establecindose valores mximos en las flechas y en la fisuracin de los elementos estructurales, acotando los riesgos.

Estados lmites

El concepto de Estado lmite tuvo su auge en los aos 1970, como conjunto de requerimientos que deba satisfacer un elemento estructural para ser considerado apto. Los reglamentos se centraron en dos tipos: los Estados lmites de servicio y los Estados lmites de solicitacin.

Coeficientes de seguridad

Los reglamentos de los aos 1970, para poder simplificar los complejos clculos de probabilidades, establecieron los Coeficientes de seguridad, en funcin de la calidad de los materiales, el control de la ejecucin de la obra y la dificultad del proyecto. Se introdujeron los Coeficientes de mayoracin de cargas o acciones, y los Coeficientes de minoracin de resistencia de los componentes materiales.

Reglamentos

A mediados del siglo XX los Reglamentos tenan decenas de pginas, en el siglo XXI poseen cientos. La introduccin de programas informticos posibilita clculos muy complejos, rpidos y soluciones ms precisas. Los Reglamentos hacen especial hincapi en estados ltimos de servicio (fisuracin, deformaciones) comportamiento (detalles constructivos) y durabilidad (recubrimientos, calidades), limitando la resolucin experimental con mltiples condicionantes. As, el Eurocdigo 1 establece situaciones usuales y accidentales (como sismos), que implican Coeficientes de seguridad parciales para las ms variadas solicitaciones y resistencias. Algunas normativas especficas por mbitos geogrficos son EHE (Espaa), Eurocdigo 2 (Europa), ASCE/SEI (Estados Unidos).

Clculo y proyecto

Antes de construir cualquier elemento de hormign deben calcularse las cargas a que estar sometido y, en funcin de las mismas, se determinarn las dimensiones de los elementos y calidad de hormign, la disposicin y cantidad de las armaduras en los mismos.

El clculo de una estructura de hormign consta de varias etapas. Primero se realizan una serie de simplificaciones en la estructura real transformndola en una estructura ideal de clculo. Despus se determinan las cargas que va a soportar la estructura, considerando en cada punto la combinacin de cargas que produzca el efecto ms desfavorable. Por ltimo se dimensiona cada una de las secciones para que pueda soportar las solicitaciones ms desfavorables.

Una vez calculada la estructura se redacta el proyecto, que es el conjunto de documentos que sirve para la realizacin de la obra y que detalla los elementos a construir. En el proyecto estn incluidos los



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clculos realizados. Tambin incluye los planos donde figuran las dimensiones de los elementos a ejecutar, la tipificacin de los hormigones previstos y las caractersticas resistentes de los aceros a emplear.

Fabricacin

Es muy importante conseguir la mezcla ptima en las proporciones precisas de ridos de distintos tamaos, cemento y agua. No hay una mezcla ptima que sirva para todos los casos. Para establecer la dosificacin adecuada en cada caso se debe tener en cuenta la resistencia mecnica, factores asociados a la fabricacin y puesta en obra, as como el tipo de ambiente a que estar sometido.

Hay muchos mtodos para dosificar previamente el hormign, pero son solo orientativos. Las proporciones definitivas de cada uno de los componentes se suelen establecer mediante ensayos de laboratorio, realizando correcciones a lo obtenido en los mtodos tericos.

Se sealan brevemente los aspectos bsicos que hay que determinar:

La Resistencia caracterstica (fck) se fija en el proyecto. La seleccin del tipo de cemento se establece en funcin de las aplicaciones del hormigonado

(en masa, armado, pretensado, prefabricado, de alta resistencia, desencofrado rpido, hormigonados en tiempo fro o caluroso, etc.) y del tipo de ambiente a que estar expuesto.

El tamao mximo del rido interesa que sea el mayor posible, pues a mayor tamao menos agua necesitar ya que la superficie total de los granos de ridos a rodear ser ms pequea. Pero el tamao mximo estar limitado por los espacios que tiene que ocupar el hormign fresco entre dos armaduras cercanas o entre una armadura y el encofrado.

La consistencia del hormign se establece en funcin del tamao de los huecos que hay que rellenar en el encofrado y de los medios de compactacin previstos.

La cantidad de agua por metro cbico de hormign. Conocida la consistencia, el tamao mximo del rido y si la piedra es canto rodado o de machaqueo es inmediato establecer la cantidad de agua que se necesita.

La relacin agua/cemento depende fundamentalmente de la resistencia del hormign, influyendo tambin el tipo de cemento y los ridos empleados.

Conocida la cantidad de agua y la relacin agua /cemento, determinamos la cantidad de cemento.

Conocida la cantidad de agua y de cemento, el resto sern ridos. Determinar la composicin granulomtrica del rido, que consiste en determinar los porcentajes

ptimos de los diferentes tamaos de ridos disponibles. Hay varios mtodos, unos son de granulometra continua, lo que significa que interviene todos los tamaos de ridos, otros son de granulometra discontinua donde falta algn tamao intermedio de rido.

Determinada la dosificacin ms adecuada, en la planta de hormign hay que medir los componentes, el agua en volumen, mientras que el cemento y ridos se miden en peso.



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Los materiales se amasan en hormigonera o amasadora para conseguir una mezcla homognea de todos los componentes. El rido debe quedar bien envuelto por la pasta de cemento. Para conseguir esta homogeneidad, primero se vierte la mitad de agua, despus el cemento y la arena simultneamente, luego el rido grueso y por ltimo el resto de agua.

Para el transporte al lugar de empleo se deben emplear procedimientos que no varen la calidad del material, normalmente camiones hormigonera. El tiempo transcurrido no debe ser superior a hora y media desde su amasado. Si al llegar donde se debe colocar el hormign, este ha empezado a fraguar debe desecharse.

Puesta en obra

Colocacin de armaduras

Las armaduras deben estar limpias y sujetarse al encofrado y entre s de forma que mantengan la posicin prevista sin moverse en el vertido y compactacin del hormign. Para ello se colocan calzos o distanciadores en nmero suficiente que permitan mantener la rigidez del conjunto.

Las distancias entre las diversas barras de armaduras deben mantener una separacin mnima que est normalizada para permitir una correcta colocacin del hormign entre las barras de forma que no queden huecos o coqueras durante la compactacin del hormign.

De igual manera el espacio libre entre las barras de acero y el encofrado, llamado recubrimiento, debe mantener una separacin mnima, tambin normalizada, que permita el relleno de este espacio por el hormign. Este espacio se controla por medio de separadores que se colocan entre la armadura y el encofrado.

Encofrado

El encofrado debe contener y soportar el hormign fresco durante su endurecimiento manteniendo la forma deseada sin que se deforme. Suelen ser de madera o metlicos y se exige que sean rgidos, resistentes, estancos y limpios. En su montaje deben quedar bien sujetos de forma que durante la consolidacin posterior del hormign no se produzcan movimientos.

Antes de reutilizar un encofrado debe limpiarse bien con cepillos de alambre eliminando los restos de mortero que se hayan podido adherir a la superficie. Para facilitar el desencofrado se suelen aplicar al encofrado productos desencofrantes; estos deben estar exentos de sustancias perjudiciales para el hormign.

Colocacin y compactacin



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El vertido del hormign fresco en el interior del encofrado debe efectuarse evitando que se produzca la segregacin de la mezcla. Para ello se debe evitar verterlo desde gran altura, hasta un mximo de dos metros de cada libre y no se debe desplazar horizontalmente la masa.

Se coloca por capas o tongadas horizontales de espesor reducido para permitir una buena compactacin (hasta 40 cm en hormign en masa y 60 cm en hormign armado). Las distintas capas o tongadas se consolidan sucesivamente, trabando cada capa con la anterior con el medio de compactacin que se emplee y sin que haya comenzado a fraguar la capa anterior.

Para conseguir un hormign compacto, eliminando sus huecos y para que se obtenga un completo cerrado de la masa, hay varios sistemas de consolidacin. El picado con barra, que se realiza introducindola sucesivamente, precisa hormigones de consistencias blandas y fluidas y se realiza en obras de poca importancia resistente. La compactacin por golpeo repetido de un pisn se emplea en capas de 15 o 20 cm de espesor y mucha superficie horizontal. La compactacin por vibrado es la habitual en hormigones resistentes y es apropiada en consistencias secas.

El vibrador ms utilizado es el de aguja, un cilindro metlico de 35 a 125 mm de dimetro cuya frecuencia vara entre 3.000 y 12.000 ciclos por minuto. La aguja se dispone verticalmente en la masa de hormign fresco, introducindose en cada tongada hasta que la punta penetre en la capa anterior y cuidando de no tocar las armaduras pues la vibracin podra separar la masa de hormign de la armadura. Mediante el vibrado se reduce el aire contenido en el hormign sin compactar que se estima del orden del 15 al 20% hasta un 2-3% despus del vibrado.

Curado

El curado es una de las operaciones ms importantes en el proceso de puesta en obra por la influencia decisiva que tiene en la resistencia del elemento final. Durante el fraguado y primer endurecimiento se producen prdidas de agua por evaporacin, formndose huecos capilares en el hormign que disminuyen su resistencia. En particular el calor, la sequedad y el viento provocan una evaporacin rpida del agua incluso una vez compactado. Es preciso compensar estas prdidas curando el hormign aadiendo abundante agua que permita que se desarrollen nuevos procesos de hidratacin con aumento de la resistencia.

Hay varios procedimientos habituales para curar el hormign. Desde los que protegen del sol y del viento mediante tejadillos mviles, plsticos; mediante riegos de agua en la superficie; la inmersin en agua empleada en prefabricacin; los productos de curado aplicados por pulverizacin; los pulverizados a base de resinas forman una pelcula que impide la evaporacin del agua, se trata de uno de los sistemas ms eficaces y ms costosos.

Desencofrado y acabados



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La retirada de los encofrados se realiza cuando el hormign ha alcanzado el suficiente endurecimiento. En los portland normales suele ser un periodo que oscila entre 3 y 7 das.

Una vez desencofrado hay que reparar los pequeos defectos superficiales normalmente huecos o coqueras superficiales. Si estos defectos son de grandes dimensiones o estn en zonas crticas resistentes puede resultar necesario la demolicin parcial o total del elemento construido.

Es muy difcil que queden bien ejecutadas las aristas vivas de hormign, por ello es habitual biselarlas antes de su ejecucin. Esto se hace incorporando en las esquinas de los encofrados unos biseles de madera llamados berenjenos.

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Autora

Nombre y Apellidos: Francisco M. Porcel Granados Centro, localidad, provincia: Mlaga E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]

DESARROLLO TECNOLGICO EN LA HISTORIA DE LA HUMANIDAD: INVENTORES E INVENTOS. HENNEBIQUE Y EL HORMIGN ARMADOResumenPalabras claveEtimologa Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plsticos, blandos y fluidos.

3.BIBLIOGRAFA.

el hormigon 1

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