tecnologia del concreto
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Historia del concreto
Egipto Antiguo
Los egipcios usaron el yeso calcinado para dar al ladrillo o a las estructuras de piedra una capa lisa.
Grecia antigua
Una aplicación similar de piedra caliza calcinada fue utilizada por los Griegos antiguos.
Antigua Roma
El Coliseo Romano
Los Romanos utilizaron con frecuencia el agregado quebrado del ladrillo embutido en una mezcla de la masilla de la cal con polvo del ladrillo o la ceniza volcánica. Construyeron una variedad amplia de estructuras que incorporaron la piedra y concreto, incluyendo los caminos, los acueductos, los templos y los palacios.
Los Romanos antiguos utilizaron losas de concreto en muchas de sus estructuras públicas grandes como el Coliseo y el Partenón. El concreto también fue utilizado en la pared de la defensa que abarca Roma, más muchos caminos y los acueductos que todavía existen hoy. Los Romanos utilizaron muchas técnicas innovadoras para manejar el peso del concreto. Para aligerar el peso de estructuras enormes, encajonaron a menudo tarros de barro vacíos en las paredes. También utilizaron barras de metal como refuerzos en el concreto cuando fueron construidos techos estrechos sobre callejones.
1774El Faro de Smeaton
John Smeaton había encontrado que combinar la cal viva con otros materiales creaba un material extremadamente duro que se podría utilizar para unir juntos otros materiales. Él utilizó este conocimiento para construir la primera estructura de concreto desde la Roma antigua.
"John Smeaton, uno de los grandes ingenieros del siglo dieciocho, logró un triunfo al construir el faro de Eddystone en Inglaterra. Los faros anteriores en este punto habían sido destruidos por las tormentas y el sitio estaba expuesto a la extrema fuerza del mar. Pero Smeaton utilizó un sistema en la construcción de su cantería que la limita junta en un todo extremadamente tenaz. Él bloqueó las piedras unas en otras y para las fundaciones y el material de junta utilizó una mezcla de la cal viva, arcilla, arena y escoria de hierro machacada – concreto, eso es. Esto ocurrió en 1774... [y] es el primer uso del concreto desde el período romano." (Citado de Espacio, Tiempo y Arquitectura: el crecimiento de una nueva tradición, por Sigfried Giedion, Harvard University Press, 1954. Aguafuerte del informe de Smeaton sobre el faro, una narrativa del edificio y una descripción de la construcción del faro de Eddystone.)
1816
El primer puente de concreto (no reforzado) fue construido en Souillac, Francia.
1825
Paso del canal
El primer concreto moderno producido en América se utiliza en la construcción del canal de Erie. Se utilizó el cemento hecho de la "cal hidráulica" encontrada en los condados de Madison en Nueva York, de Cayuga y de Onondaga.
Primero llamado "La zanja de Clinton", el canal de Erie se abrió en 1825. Fue un instrumento en la apertura de la expansión a través de la región de Los Grandes
Lagos. Su éxito comercial fue atribuido a menudo al hecho de que el coste de mantenimiento de los pasos de concreto era muy bajo. El volumen del concreto usado en su construcción le hizo el proyecto de construcción de concreto más grande de sus días.
1897
Sears Roebuck ofreció el artículo #G2452, un barril de "Cemento, natural" en $1,25 por barril y el artículo #G2453, "cemento Portland, importado" en $3,40 por barril de 50 galones.
1901
Abrazadera de columna
Arthur Henry Symons diseñó una abrazadera de columna que se utilizaría con las formas de concreto trabajo – construidas.
Arthur Henry Symons diseñó una abrazadera de columna para encofrado de concreto en su departamento de herrero en la ciudad de Kansas. Era ajustable y mantenía las formas cuadradas, dos características apreciadas por los contratistas de concreto. La abrazadera llegó a ser rápidamente popular y los contratistas pidieron que él hiciera más equipo para resolver sus necesidades en la construcción de concreto. Pronto, A.H. Symons hacía una variedad amplia de equipo para la cada vez mayor industria de la construcción en concreto.
1902
August Perret diseñó y construyó un edificio de apartamentos en París que usa las aplicaciones qué él llamó "sistema trabeated para el concreto reforzado". Fue estudiado y también imitado ampliamente y además influenció profundamente la construcción en concreto por décadas.
August Perret diseñó los apartamentos en la 25bis el rue Franklin con vistas maravillosas hacia el Río Sena y la Torre Eiffel. Su área agrandada de ventanas con las pequeñas masas de soporte fue radical en sus días. Se considera una estructura seminal en el temprano movimiento arquitectónico moderno porque utilizó la fuerza extraordinaria del concreto reforzado para crear un edificio que tenía un marco de soporte que no dependía del espesor de las paredes.
1905
Templo Unity
Frank Lloyd Wright comenzó la construcción del famoso templo de la Unidad en Oak Park, Illinois. Tomando tres años para terminar, Wright diseñó la masiva estructura con cuatro caras idénticas de modo que su costoso encofrado se pudiera utilizar múltiples veces.
Falling Waters
Frank Lloyd Wright creyó que el concreto era un material de construcción importante que debe ser utilizado en muchas maneras. Él lo utilizó como vigas ocultas de ayuda, losas, paredes y techos en la mayoría de sus trabajos desde 1903 en adelante.
El templo de la unidad se hizo casi enteramente de concreto reforzado; la famosa casa "Falling Waters" usa las losas de concreto para soporte y efecto dramático; en muchos de sus trabajos posteriores usó sus bloques de concreto diseñados para soporte y efecto decorativo.
1908
Edison con casa modelo
Thomas Alva Edison construyó 11 hogares de concreto moldeados en sitio en Union, Nueva Jersey. Esos hogares aún siguen siendo utilizados. Él también puso la primera milla del camino en concreto cerca de New Village, Nueva Jersey.
Thomas Edison creyó que el concreto era el material que revolucionaría los hogares. Él quería que el trabajador promedio pudiera vivir en casas finas, que el concreto haría rentable. Este modelo adornado era similar a los 11 hogares que él construyó. Usando concreto y formas avanzados, cada hogar era vertido de piso a techo en un día.
1914
La construcción del Canal de Panamá
El Canal de Panamá fue abierto después de décadas de construcción. Ofrece tres pares de exclusas de concreto con suelos tan gruesos como 20 pies y las paredes tan gruesas como 60 pies en el fondo.
El Canal de Panamá tomó más de 30 años para terminarse a un costo de $347 millones. Los desafíos de ingeniería encontrados fueron enormes. Las condiciones geológicas difíciles, la obtención de las materias primas necesarias y mano de obra, más la enorme escala del equipo requirieron la innovación ilimitada. Las formas de acero para las superficies interiores de las exclusas fueron 80 pies de alto y 36 pies de ancho.
1917
El local en Chicago
Symons se mudó a un local más grande en Chicago para acomodar el crecimiento.
Arthur Henry Symons mudó su negocio desde la ciudad de Kansas a Chicago en 1917 para acomodar el crecimiento del negocio. El estar más cerca al buen transporte para la adquisición de la materia prima y distribución del producto, trabajo experto y un mercado que crecía estimuló más crecimiento.
1918
Anuncio
Symons lanzó su primer anuncio en la Engineering News-Review (ENR). Esto extendió la palabra sobre sus productos y dió lugar incluso a mayor crecimiento y expansión de los productos y servicios de Symons.
"La abrazadera de columna SYMONS" dice el título en el primer anuncio de Symons en la Engineering News-Review (ENR). Este anuncio apareció en la edición de ENR del 14 agosto de 1918 y se han estado publicando anuncios allí desde entonces.
1921
Hangar de aeronaves
Los vastos y parabólicos hangares de dirigibles en el aeropuerto de Orly en París fueron terminados.
Los hangares extensos de los dirigibles de Eugene Freyssinet (comenzados en 1916) fueron construidos de costillas parabólicas pretensadas. La forma permitió la más grande y posible fuerza estructural para el enorme volumen necesario para contener los dirigibles. La naturaleza incombustible del concreto fue el factor principal que convenció al equipo de Orly a que aprobara el diseño altamente inusual.
1933
Alcatraz
La Penitenciaría de Alcatraz fue abierta. Los primeros internos fueron la cuadrilla de trabajo de la prisión que la construyó.
Esta prisión federal en la isla de Alcatraz fue cerrada por el ejército en 1933 y se convirtió oficialmente en una Penitenciaría en 1934. El agregado para el concreto en muchos de los edificios es ladrillo machacado de la prisión militar.
1946
Symons comenzó la fabricación Wood-Ply®, un sistema de formación modular que consistió en formas de madera reutilizables con la dotación física de acero.
1955
Fue introducido Steel-Ply®, el sistema de formación de concreto más popular de Symons. Utilizado en operaciones "handset" y "gangform", provee a los contratistas la máxima flexibilidad de forma con grados fiables de la carga.
El sistema de Steel-Ply combina los resistentes carrioles de acero y los travesaños con el chapeado especial de Symons de ½" de plywood HDO para un grado de 1000 psf. Este grado de la carga:
reduce los requisitos de unión comparados al encofrado típico trabajo-construído.
aumenta la productividad
1973
La Casa de Ópera
Se inaugura la casa de ópera en Sydney, Australia. Sus distintivos picos de concreto se convirtieron rápidamente en un símbolo para la ciudad.
La distribución internacional de los productos de Symons comienza.
La línea dramática de la azotea en la Casa de Ópera en Sydney es una perdurable imagen de Sydney, Australia. Las múltiples áreas de presentaciones dentro de los picos son reconocidas por sus exquisitas calidades acústicas.
1982
La línea química de productos de concreto de Symons de amplía con la introducción de desbloqueadores líquidos, compuestos para curar, selladores de acrílico y endurecedores.
1987
Se introducen el "Room Tunnel" molde para el formado repetitivo de cuartos y el sistema de formación de concreto "Flex-Form" para paredes curvas.
El sistema de formado Room Tunnel es un sistema de "medio túnel" que es más simple, más ligero y más rápido de manejar que productos competidores de "túnel entero". El diseño del "medio túnel" también proporciona una mayor flexibilidad dimensional para la potencial reutilización en otros proyectos.
El "Room Tunnel" está diseñado con un revestimiento de placa 3/16" de acero respaldada con costillas de acero. Este robusto diseño reduce al mínimo el apoyo interior para lograr un área despejada. El diseño también proporciona un acabado liso
sin desviación. Los asentamientos magnéticos rápidos y eficientes reducen los costos para los bordes y los "blockouts" de la losa, mejorando la duración del ciclo.
El sistema "Room Tunnel" se ha utilizado para "un cuarto, por día, por forma". Eso significa horarios más rápidos para la terminación del proyecto y costos reducidos para el contratista y el propietario.
Los paneles de "Flex-Form" se entregan al sitio del trabajo pre-ensamblados al radio requerido. No hay costosos modelos trabajo-construidos necesarios para poner este sistema patentado de formación en uso.
El sistema de "Flex-Form" consiste en un panel flexible 3/16" de acero que sigue la forma de una costilla rodada en ángulo. La costilla se emperna a los refuerzos del panel para llevar a cabo con seguridad la forma al radio especificado. Cambiar el radio de formación para diversas condiciones del proyecto es tan simple como cambiar la costilla.
El sistema de formación de concreto "Flex-Form" produce una excelente superficie de concreto que no requiere normalmente ningún acabado adicional. Debido a que el panel de "Flex-Form" se dobla para formar el radio, las estrías se eliminan virtualmente.
1993
Museo JFK
El Museo John F. Kennedy en Boston fue terminado. La dramática estructura de concreto y cristal fue diseñada por el reconocido arquitecto I. M. Pei.
La ceremonia de dedicatoria para el Museo John Fitzgerald Kennedy fue presidida por el presidente Clinton. Él comentó de su reunión en su infancia con el presidente Kennedy y cómo éste influenció su vida.
El museo por sí mismo es una estructura dramáticamente angular de cristal verde y concreto blanco que se aprovecha del inclinado terreno costero con dramáticas vistas del mar y de la ciudad.
1996
Symons introduce la manija "Quick-Hook"™ en paneles y rellenores de "Steel-Ply". Esta manija innovadora e integral proporciona agarraderas convenientes para los paneles móviles y para enganchar la protección de caída de personal. La manija "Quick-Hook" tiene una capacidad de 5,000 libras que cumple con los requisitos de seguridad del OSHA.
La manija de "Quick-Hook" es una parte integral de cada panel de "Steel-Ply" y de varias tallas del llenador. Provee a los trabajadores las puntas de conexión convenientes para el harness de seguridad al subir y trabajar con el "Steel-Ply" que forma el sistema.
Cuando los paneles de "Steel-Ply" con la manija "Quick-Hook" se utilizan en una aplicación gangforming, las manijas nunca están más de 3 pies separadas. Un trabajador puede moverse fácilmente arriba, abajo y a través de la cuadrilla alternativamente enganchando y soltando los ganchos de seguridad asociados al equipo de protección de caídas.
NATURALEZA DEL CONCRETO
El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica y moldeable y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes, lo que hace un material ideal para la construcción.
La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el agua. Se le considera la fase continua del concreto, ya que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto.
El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas partículas no están unidas o en contacto unas con otras, si no se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta reducida.
Las propiedades del concreto están determinadas fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus componentes, pudiendo ser mejor comprendidas si se analiza la naturaleza del concreto.(UGG)
CONCRETO ESTRUCTURAL
El CONCRETO, también denominado hormigón, es un material artificial, creado de materiales comunes: piedra, arena y cemento, de gran resistencia a la compresión, pero muy poca a la tensión. Es el material estructural más usado en el país para construcción de estructuras de edificios de oficinas y vivienda y puentes.
El concreto es un material muy durable, resistente al fuego y a la intemperie; muy versátil, y puede adoptar cualquier forma, dependiendo de la formaleta usada. Posee una resistencia a la compresión buena, con valores típicos en el país entre 210 y 350 kgf/cm2 (21-35 Mpa). Sin embargo, se producen actualmente concretos de «alta resistencia» con valores de resistencia hasta de 1200 kgf/cm2 (120 Mpa).
También tiene desventajas, como su poca resistencia a la tracción, aproximadamente la décima parte de la de compresión y tal vez su peso. Además, sus propiedades mecánicas pueden ser muy variables, ya que dependen de la calidad, la dosificación de los materiales, del proceso de producción, transporte, colocación y curado.
La fisuración por tracción del concreto se presenta en casi todos los miembros de concreto reforzado a flexión, excepto en aquellos que están poco cargados o los que funcionan básicamente a compresión. La ausencia de fisuras también se da en las estructuras de «concreto preesforzado», en las cuales se mantiene un estado controlado de esfuerzos internos de compresión, o pequeños de tracción, con el fin de contrarrestar los esfuerzos de tensión producidos por las cargas externas.
La deficiente resistencia a tensión del concreto simple dificulta su uso como material en vigas o elementos a flexión. Es necesario combinarlo con acero que tiene alta resistencia a la tensión, dando origen al concreto reforzado (con varillas) y al concreto preesforzado, que introduce esfuerzos de compresión que contrarrestan los esfuerzos de tensión (tracción) en las secciones donde se presentan.
ANTECEDENTES HISTORICOS DEL CONCRETO.
La historia del cemento es la historia misma del hombre en la busqueda de un espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible. Desde que el ser humano supero la epoca de las cabernas, a aplicado sus mayores esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus necesidades de vivienda y después levantando construcciones con requerimientos específicos.
Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las bases para el progreso de la humanidad.
El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero – mezcla de arena con materia cementoza – para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus asombrosas construcciones.
Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producian un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada.
Un material volcánico muy apropiado para estar aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo conocemos como pozoluona.
Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a principios del año pasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de caliza dura, molida y calcinada con arcilla, al agregarsele agua, producia una pasta que de nuevo se calcinaba se molia y batia hasta producir un polvo fino que es el antescedente directo de nuestro tiempo.
El nombre del cemento Portland le fue dado por la similitud que este tenia con la piedra de la isla de Portland del canal ingles.
La aparición de este cemento y de su producto resultante el concreto a sido un factor determinante para que el mundo adquiere una fisionomía diferente.
Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales, fabricas, talleres y casas, dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos dan un mundo nuevo de comodidad, de protección y belleza donde realizar nuestros mas anciados anhelos, un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para progresar, para vivir.
1824: - James Parker, Joseph Aspdin patentan al Cemento Portland, materia que obtuvieron de la calcinación de alta temperatura de una Caliza Arcillosa.
1845: - Isaac Johnson obtiene el prototipo del cemento moderno quemado, alta temperatura, una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del "clinker".
1868: - Se realiza el primer embarque de cemento Portland de Inglaterra a los Estados Unidos.
1871: - La compañía Coplay Cement produce el primer cemento Portland en lo Estados Unidos.
1904: -La American Standard For Testing Materials (ASTM), publica por primera ves sus estandares de calidad para el cemento Portland.
1906: - En C.D. Hidalgo Nuevo Leon se instala la primera fabrica para la producción de cemento en Mexico, con una capacidad de 20,000 toneladas por año.
1992: - CEMEX se considera como el cuarto productor de cemento a nivel MUNDIAL con una producción de 30.3 millones de toneladas por año.
FUNDAMENTOS SOBRE EL CONCRETO.
El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes:
Agregado y pasta. La pasta, compuesta de Cemento Portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el Cemento y el agua.
Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.
La pasta esta compuesta de Cemento Portland, agua y aire atrapado o aire incluido intencionalmente. Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del concreto. La figura " A " muestra que el volumen absoluto del Cemento esta comprendido usualmente entre el 7 y el 15 % y el agua entre el 14 y el 21 %. El contenido de aire y concretos con aire incluido puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto, dependiendo del tamaño máximo del agregado grueso.
Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, su saleccion es importante. Los agregados deben consistir en partículas con resistencia adecuada asi como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. Para tener un uso eficiente de la pasta de cemento y agua, es deseable contar con una granulometria continua de tamaños de partículas.
La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado esta completamente cubierta con pasta y también todos los espacios entre partículas de agregado.
Figura 1 – 1 Variacion de las proporciones en volumen absoluto de los materiales usados en el concreto. Las barras 1 y 3 representan mezclas ricas con agregados pequeños. Las barras 2 y 4 representan mezclas pobres con agregados grandes.
Para cualquier conjunto especifico de materiales y de condiciones de curado, la cantidad de concreto endurecido esta determinada por la cantidad de agua utilizada en la relación con la cantidad de Cemento. A continuacion se presentan algunas ventajas que se obtienen al reducir el contenido de agua :
Se incrementa la resistencia a la compresión y a la flexion.
Se tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad y menor absorción.
Se incrementa la resistencia al intemperismo.
Se logra una mejor unión entre capas sucesivas y entre el concreto y el esfuerzo.
Se reducen las tendencias de agregamientos por contracción.
Entre menos agua se utilice, se tendrá una mejor calidad de concreto – a condición que se pueda consolidar adecuadamente. Menores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas mas rígidas; pero con vibración, a un las mezclas mas rígidas pueden ser empleadas. Para una calidad dada de concreto, las mezclas mas rígidas son las mas economicas. Por lo tanto, la consolidación del concreto por vibración permite una mejora en la calidad del concreto y en la economía.
Las propiedades del concreto en estado fresco ( plástico) y endurecido, se puede modificar agregando aditivos al concreto, usualmente en forma liquida, durante su dosificación. Los aditivos se usan comúnmente para (1) ajustar el tiempo de fraguado o endurecimiento, (2) reducir la demanda de agua, (3) aumentar la trabajabilidad, (4) incluir intencionalmente aire, y (5) ajustar otras propiedades del concreto.
Despues de un proporcionamiento adecuado, así como, dosificación, mezclado, colocación, consolidación, acabado, y curado, el concreto endurecido se transforma en un material de construccion resistente, no combustible, durable, resistencia al desgaste y practicamente impermeable que requiere poco o nulo mantenimiento. El concreto tambien es un excelente material de construcción porque puede moldearse en una gran variedad de formas, colores y texturizados para ser usado en un numero ilimitado de aplicaciones.
CONCRETO RECIEN MEZCLADO
El concreto recién mezclado debe ser plástico o semifluido y capaz de ser moldeado a mano. Una mezcla muy húmeda de concreto se puede moldear en el sentido de que puede colocarse en una cimbra, pero esto no entra en la definición de " plástico " aquel material que es plegable y capaz de ser moldeado o formado como un terrón de arcilla para moldar.
En una mezcla de concreto plástico todos los granos de arena y las piezas de grava o de piedra que eran encajonados y sostenidos en suspensión. Los ingredientes no están predispuestos a segregarse durante el transporte; y cuando el concreto endurece, se transforma en una mezcla homogénea de todos los componentes. El concreto de consistencia plástica no se desmorona si no que fluye como liquido viscoso sin segregarse.
El revenimiento se utiliza como una medida de la consistencia del concreto. Un concreto de bajo revenimiento tiene una consistencia dura. En la practica de la construcción, los elementos delgados de concreto y los elementos del concreto fuertemente reforzados requieren de mezclas trabajables, pero jamás de mezclas similares a una sopa, para tener facilidad en su colocación. Se necesita una mezcla plástica para tener resistencia y para mantener su homogeneidad durante el manejo y la colocación. Mientras que una mezcla plástica es adecuada para la mayoría con trabajos con concreto, se puede utilizar aditivos superfluidificantes para adicionar fluidez al concreto en miembros de concretos delgados o fuertemente reforzados.
MEZCLADO
Los 5 componentes básicos del concreto se muestran separadamente en la figura " A " para asegurarse que estén combinados en una mezcla homogénea se requiere de
esfuerzo y cuidado. La secuencia de carga de los ingredientes en la mezcladora representa un papel importante en la uniformidad del producto terminado. Sin embargo, se puede variar esa secuencia y aun así producir concreto de calidad. Las diferentes secuencias requieren ajustes en el tiempo de adicionamiento de agua, en el numero total de revoluciones del tambor de la mezcladora, y en la velocidad de revolución.
Otros factores importantes en el mezclado son el tamaño de la revoltura en la relación al tamaño del tambor de la mezcladora, el tiempo transcurrido entre la dosificación y el mezclado, el diseño, la configuración y el estado del tambor mezclador y las paletas. Las mezcladoras aprobadas, con operación y mantenimiento correcto, aseguran un intercambio de materiales de extremo a extremo por medio de una acción de rolado, plegado y amasado de la revoltura sobre si misma a medida que se mezcla el concreto.
TRABAJABILIDAD
La facilidad de colocar, consolidar y acabar al concreto recién mezclado. se denomina trabajabilidad.
El concreto debe ser trabajable pero no se debe segregar excesivamente. El sangrado es la migración de el agua hacia la superficie superior del concreto recién mezclado provocada por el asentamiento de los materiales Sólidos – Cemento, arena y piedra dentro de la masa. El asentamiento es consecuencia del efecto combinado del la vibración y de la gravedad.
Un sangrado excesivo aumenta la relación Agua - Cemento cerca de la superficie superior, pudiendo dar como resultado una capa superior débil de baja durabilidad, particularmente si se lleva acabo las operaciones de acabado mientras esta presente el agua de sangrado. Debido a la tendencia del concreto recién mezclado a segregarse y sangrar, es importante transportar y colocar cada carga lo mas cerca posible de su posición final. El aire incluido mejor a la trabajabilidad y reduce la tendencia del concreto fresco de segregarse y sangrar.
CONSOLIDACIÓN
La vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades movilies de un fluido denso. La acción vibratoria permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado en el concreto, habrá que llenar pasta un menor volumen y existirá una menor área superficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento es necesaria. con una consolidación adecuada de las mezclas mas duras y ásperas pueden ser empleadas, lo que tiene como resultado una mayor calidad y economía.
Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. De hecho, tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. Solo al emplear mezclas mas duras y ásperas se adquieren todos los beneficios de l vibrado.
El vibrado mecánico tiene muchas ventajas. Los vibradores de alta frecuencia posibilitan la colocación económica de mezclas que no son facilites de consolidar a mano bajo ciertas condiciones.
HIDRATACIÓN, TIEMPO DE FRAGUADO, ENDURECIMIENTO
La propiedad de liga de las pastas de cemento Portland se debe a la reaccion química entre el cemento y el agua llamada hidratación.
El cemento Portland no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o mas de el peso del cemento Portland y son: el silicato tricalcico, el silicato dicalcico, el aluminiato tricalcico y el aluminio ferrito tetracalcico. Ademas de estos componentes principales, algunos otros desempeñan papeles importantes en el proceso de hidratación. Los tipos de cemento Portland contienen los mismos cuatro compuestos principales, pero en proporciones diferentes.
Cuando el Clinker (el producto del horno que se muele para fabricar el cemento Portland) se examina al microscopio, la mayoría de los compuestos individuales del cemento se pueden identificar y se puede determinar sus cantidades. Sin embargo, los granos mas pequeños evaden la detección visual. El diámetro promedio de una particula de cemento tipica es de aproximadamente 10 micras, o una centésima de milímetro. Si todas las partículas de cemento fueran las promedio, el cemento Portland contendría aproximadamente 298,000 millones de granos por kilogramo, pero de hecho existen unos 15 billones de partículas debido al alto ronago de tamaños de particula. Las particulas en un kilogramo de cemento Portland tiene una area superficial aproximada de 400 metros cuadrados.
Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este ultimo es con mucho el componente cementante mas importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, - fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional - principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la medula del concreto.
La composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable, pero contiene cal (CaO) y silice (Si02), en una proporción sobre el orden de 3 a 2. el area superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos 3000 metros cuadrados por gramo. Las particulas son tan diminutas que solamente ser vistas en microscopio electrónico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partículas forman uniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; tambien se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el conjunto. La formación de esta estructura es la accion cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento y del desarrollo de resistencia.
Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia esta en la parte solida de la pasta, en su mayoría en el hidrato de silicato de calcio y en las faces cristalinas.
Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho mas resistente es el concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concreto plástico y trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se requiere para la completa hidratación del cemento. La relación mínima Agua – Cemento (en peso) para la hidratación total es aproximadamente de 0.22 a 0.25.
El conocimiento de la cantidad de calor liberan do a medida de que el cemento se hidrato puede ser util para planear la construcción. En invierno, el calor de hidratación ayudara a proteger el concreto contra el daño probocado por temperaturas de congelecion. Sin embargo, el calor puede ser en estructuras masivas, tales como presas, porque puede producir esfuerzos indeseables al enfriarse luego de endurecer. El cemento Portland tipo 1 un poco mas de la mitad de su calor total de hidratación en tres días. El cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo procentaje de su calor en mucho menos de tres dias. El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera menos calor total que los otros y deben pasar mas
de tres dias para que se libere unicamente la mitad de ese calor. El uso de cemento tipo 4, cemente Portland de bajo calor de hidratación, se debe de tomar en cosideracion donde sea de importancia fundamental contar con un bajo calor de hidratación.
Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque la velocidad de terminada el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conseda tiempo al transporte y colocasion del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rapido. El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del Clinker, actua como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento Portland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado.
CONCRETO ENDURECIDO
CURADO HUMEDO
El aumento de resistencia continuara con la edad mientras este presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanesca favorable la temperatura del concreto. Cuando la humedad relativa dentro del concreto cae aproximadamente al 80% o la temperatura del concreto desciende por debajo del punto de congelación, la hidratación y el aumento de resistencia virtualmente se detiene.
Si se vuelve a saturar el concreto luego de un periodo de secado, la hidratación se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar. Sin embargo lo mejor es aplicar el curado húmedo al concreto de manera continua desde el momento en que se ha colocado hasta cuando haya alcanzado la calidad deseada debido a que el concreto es difícil de resaturar. VELOCIDAD DE SECADO DEL CONCRETO
El cocreto ni endurece ni se cura con el secado. El concreto (o de manera precisa, el cemento en el contenido) requiere de humedad para hidratarse y endurecer. El secado del concreto unicamente esta relacionado con la hidratación y el endurecimiente de manera indirecta. Al secarse el concreto, deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicación de que haya experimentado la suficiente hidratación para lograr las propiedades fisicas deseadas.
El conocimiento de la velocidad de secado es útil para comprender las propiedades o la condición física del concreto. Por ejemplo, tal como se menciono, el concreto debe seguir reteniendo suficiente humedad durante todo el perido de curado para que el cemento pueda hidratarse. El concreto recién colado tiene agua abundante, pero a medida de que el secado progresa desde la superficie hacia el interior, el aumento de resistencia continuara a cada profundidad únicamente mientras la humedad relativa en ese punto se mantenga por encima del 80%.
La superficie de un piso de concreto que no a tenido suficiente curado húmedo es una muestra común. Debido a que se seca rápidamente, el concreto de la superficie es débil y se produce descascaramiento en partículas finas provocado por el transito. Asimismo, el concreto se contrae al, secarse, del mismo modo que lo hacen la madera, papel y la arcilla (aunque no tanto). La contraccion por secado es una causa fundamental de agrietamiento, y le ancho de las grietas es función del grado del secado.
En tanto que la superficie del concreto se seca rápidamente, al concreto en el interior le lleva mucho mas tiempo secarse.
Note que luego de 114 días de secado natural el concreto aun se encuentra muy húmedo en su interior y que se requiere de 850 días para que la humedad relativa en el concreto descendiera al 50%.
El contenido de humedad en elementos delgados de concreto que han sido secado al aire con una humedad relativa de 50% a 90% durante varios meses es de 1% a 2% en peso del concreto, del contenido original de agua, de las condiciones de secado y del tamaño del elemento de concreto.
El tamaño y la forma de un miembro de concreto mantiene una relación importante como la velocidad de secado. Los elementos del concreto de gra area superficial en relacion a su volumen (tales como losas de piso) se secan con mucho mayor rapidez que los grandes volumenes de concreto con ares superficiales relativamente pequeñas (tales como los estribos de puentes).
Muchas otras propiedades del concreto endurecido se ven también afectadas por su contenido de humedad; en ellas incluye la elasticidad, flujo plástico, valor de aislamiento, resistencia al fuego, resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, durabilidad.
RESISTENCIA
La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’ c. Para de terminar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas especimenes de mortero o de concreto; en los Estados Unidos, a menos de que se especifique de otra manera, los ensayes a compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm. en tanto que los ensayes a compresión del concreto se efectúan sobre cilindros que miden 15 cm de diámetro y 30 cm de altura.
La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física fundamental, y es frecuentemente empleada el los cálculos para diseño de puente, de edificios y otras estructuras. El concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm cuadrado. un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420 kg/cm cuadrado. resistencia de 1,400 kg/cm cuadrado se ha llegado a utilizar en aplicaciones de construcción .
La resistencia a la flexión del concreto se utiliza generalmente al diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, una ves que entre ellas se ha establecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión. La resistencia a la flexión, también llamada modulo de ruptura, para un concreto de peso normal se aproxima a menudo de1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión.
El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a 12% de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.
La resistencia a la torsión para el concreto esta relacionada con el modulo de ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto.
La resistencia al cortante del concreto puede variar desde el 35% al 80% de la resistencia a compresión. La correlación existe entre la resistencia a la compresión y resistencia a flexión, tensión, torsión, y cortante, de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en que se encuentre.
El modulo de elasticidad, denotando por medio del símbolo E, se puedes definir como la relación del esfuerzo normal la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del limite de proporcionalidad de un material. Para
concretos de peso normal, E fluctúa entre 140,600 y 422,000 kg/cm cuadrado, y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.
Los principales factores que afectan a la resistencia son la relación Agua – Cemento y la edad, o el grado a que haya progresado la hidratación. Estos factores también afectan a la resistencia a flexión y a tensión, así como a la adherencia del concreto con el acero.
Las relaciones Edad – Resistencia a compresión. Cuando se requiera de valores mas precisos para el concreto se deberán desarrollar curvas para los materiales específicos y para las proporciones de mezclado que se utilicen en el trabajo.
Para una trabajabilidad y una cantidad de cemento dadas, el concreto con aire incluido necesita menos agua de mezclado que el concreto sin aire incluido. La menor relación Agua – Cemento que es posible lograr en un concreto con aire incluido tiende a compensar las resistencias mínimas inferiores del concreto con aire incluido, particularmente en mezclas con contenidos de cemento pobres e intermedios.
PESO UNITARIO
El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en otras estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 kg por metro cúbico (kg/m3). El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la densidad relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado o intencionalmente incluido, y de los contenidos de agua y de cemento, mismos que a su vez se ven influenciados por el tamaño máximo del agregado. Para el diseño de estructuras de concreto, comúnmente se supone que la combinación del concreto convencional y de las barras de refuerzo pesa 2400 kg/m3.
El peso del concreto seco iguala al peso del concreto recién mezclado menos el peso del agua evaporable. Una parte del agua de mezclado se combina químicamente con el cemento durante el proceso de hidratación, transformando al cemento en gel de cemento. También un poco de agua permanece retenida herméticamente en poros y capilares y no se evapora bajo condiciones normales. La cantidad de agua que se evapora al aire a una humedad relativa del 50% es de aproximadamente 2% a 3% del peso del concreto, dependiendo del contenido inicial de agua del concreto, de las características de absorción de los agregados, y del tamaño de la estructura.
Además del concreto convencional, existe una amplia variedad de otros concretos para hacer frente a diversas necesidades, variando desde concretos aisladores ligeros con pesos unitarios de 240 kg/m3, a concretos pesados con pesos unitarios de 6400 kg/m3, que se emplean para contrapesos o para blindajes contra radiaciones.
RESISTENCIA A CONGELACION Y DESHIELO
Del concreto utilizado en estructuras y pavimentos, se espera que tenga una vida larga y un mantenimiento bajo. Debe tener buena durabilidad para resistir condiciones de exposición anticipadas. El factor de intemperismo mas destructivo es la congelación y el deshielo mientras el concreto se encuentra húmedo, particularmente cuando se encuentra con la presencia de agentes químicos descongelantes. El deterioro provocado por el congelamiento del agua en la pasta, en las partículas del agregado o en ambos.
Con la inclusión de aire es sumamente resistente a este deterioro. Durante el congelamiento, el agua se desplaza por la formación de hielo en la pasta se acomoda de tal forma que no resulta perjudicial; las burbujas de aire en la pasta suministran cámaras donde se introduce el agua y asi se alivia la presión hidráulica generada.
Cuando la congelación ocurre en un concreto que contenga agregado saturado, se pueden generar presiones hidráulicas nocivas dentro del agregado. El agua desplazada desde las partículas del agregado durante la formación del hielo no puede escapar lo suficientemente rápido hacia la pasta circundante para aliviar la presión. Sin embargo, bajo casi todas las condiciones de exposición, una pasta de buena calidad (de baja relación Agua – Cemento) evitara que la mayor parte de las partículas de agregado se saturen. También, si la pasta tiene aire incluido, acomodara las pequeñas cantidades de agua en exceso que pudieran ser expulsadas por los agregados, protegiendo así al concreto contra daños por congelación y deshielo.
(1): El concreto con aire incluido es mucho mas resistente a los ciclos de congelación y deshielo que el concreto sin aire incluido, (2): el concreto con una relación Agua – Cemento baja es mas durable que el concreto con una relación Agua – Cemento alta, (3) un periodo de secado antes de la exposición a la congelación y el deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la congelación y deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la congelación y el deshielo del concreto con aire incluido , pero no beneficia de manera significativa al concreto sin aire incluido. El concreto con aire incluido con una relación Agua – Cemento baja y con un contenido de aire de 4% a 8% soportara un gran numero de ciclos de congelación y deshielo sin presentar fallas.
La durabilidad a la congelación y deshielo se puede determinar por el procedimiento de ensaye de laboratorio ASTM C 666, " Estándar Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing". A partir de la prueba se calcula un factor de durabilidad que refleja el numero de ciclos de congelación y deshielo requeridos para producir una cierta cantidad de deterioro. La resistencia al descascaramiento provocado por compuestos descongelantes se puede determinar por medio del procedimiento ASTC 672 "Estándar Test Method for Scaling Resistance of Concrete Surface Exposed to Deicing Chemicals".
PERMEABILIDAD Y HERMETICIDAD
El concreto empleado en estructuras que retengan agua o que esten expuestas a mal tiempo o a otras condiciones de exposición severa debe ser virtualmente impermeable y hermético. La hermeticidad se define a menudo como la capacidad del concreto de refrenar o retener el agua sin escapes visibles. La permeabilidad se refiere a la cantidad de migración de agua a través del concreto cuando el agua se encuentra a presión, o a la capacidad del concreto de resistir la penetración de agua u atrás sustancias (liquido, gas, iones, etc.). Generalmente las mismas propiedades que covierten al concreto menos permeable también lo vuelven mas hermético.
La permeabilidad total del concreto al agua es una función de la permeabilidad de la pasta, de la permeabilidad y granulometria del agregado, y de la proporción relativa de la pasta con respecto al agregado. la disminución de permeabilidad mejora la resistencia del concreto a la resaturacion, a l ataque de sulfatos y otros productos químicos y a la penetración del ion cloruro.
La permeabilidad también afecta la capacidad de destrucción por congelamiento en condiciones de saturación. Aquí la permeabilidad de la pasta es de particular importancia porque la pasta recubre a todos los constituyentes del concreto. La permeabilidad de la pasta depende de la relación Agua – Cemento y del agregado de hidratación del cemento o duracion del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere de una relación Agua – Cemento baja y un periodo de curado húmedo adecuado. Inclusion de aire ayuda a la hermeticidad aunque tiene un efecto mínimo sobre la permeabilidad aumenta con el secado.
La permeabilidad de una pasta endurecida madura mantuvo continuamente rangos de humedad de 0.1x10E- 12cm por seg. para relaciones Agua – Cemento que variaban de 0.3 a 0.7. La permeabilidad de rocas comúnmente utilizadas como agregado para
concreto varia desde aproximadamente 1.7 x10E9 hasta 3.5x10E-13 cm por seg. La permeabilidad de un concreto maduro de buena calidad es de aproximadamente 1x10E- 10cm por seg.
Los resultados de ensayes obtenidos al sujetar el discos de mortero sin aire incluido de 2.5cm de espesor a una presión de agua de 1.4 kg/cm cuadrado. En estos ensayes, no existieron fugas de agua a través del disco de mortero que tenia relación Agua – Cemento en peso iguales a 0.50 o menores y que hubieran tenido un curado húmedo de siete días. Cuando ocurrieron fugas, estas fueron mayores en los discos de mortero hechos con altas relaciones Agua – Cemento. También, para cada relación Agua – Cemento, las fugas fueron menores a medida que se aumentaba el periodo de curado húmedo. En los discos con una relación agua cemento de 0.80 el mortero permitía fugas a pesar de haber sido curado durante un mes. Estos resultados ilustran claramente que una relación Agua - cemento baja y un periodo de curado reducen permeabilidad de manera significativa.
Las relaciones Agua – Cemento bajas también reducen la segregación y el sangrado, contribuyendo adicionalmente a la hermeticidad. Para ser hermético, el concreto también debe estar libre de agrietamientos y de celdillas.
Ocasionalmente el concreto poroso – concreto sin finos que permite fácilmente el flujo de agua a traves de si mismo – se diseña para aplicaciones especiales. En estos concretos, el agregado fino se reduce grandemente o incluso se remueve totalmente produciendo un gran volumen de huecos de aire. El concreto poroso ha sido utilizado en canchas de tenis, pavimentos, lotes para estacionamientos, invernaderos estructuras de drenaje. El concreto excluido de finos también se ha empleado en edificios a sus propiedades de aislamiento térmico. RESISTENCIA AL DESGASTE
Los pisos, pavimentos y estructuras hidráulicas están sujetos al desgaste; por tanto, en estas aplicaciones el concreto debe tener una resistencia elevada a la abrasion. Los resultados de pruebas indican que la resistencia a la abrasion o desgaste esta estrechamente relacionada con la resistencia la compresión del concreto. Un concreto de alta resistencia a compresión tiene mayor resistencia a la abrasion que un concreto de resistencia a compresión baja. Como la resistencia a la compresión depende de la relación Agua – Cemento baja, así como un curado adecuado son necesarios para obtener una buena resistencia al desgaste. El tipo de agregado y el acabado de la superficie o el tratamiento utilizado también tienen fuerte influencia en la resistencia al desgaste. Un agregado duro es mas resistente a la abrasion que un agregado blando y esponjoso, y una superficie que ha sido tratada con llana de metal resistente mas el desgaste que una que no lo ha sido.
Se pueden conducir ensayes de resistencia a la abrasion rotando balines de acero, ruedas de afilar o discos a presión sobre la superficie (ASTM 779). Se dispone también de otros tipos de ensayes de resistencia a la abrasion (ASTM C418 y C944).
ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA
El concreto endurecido presenta ligeros cambios de volumen debido a variaciones en la temperatura, en la humedad en los esfuerzos aplicados. Estos cambios de volumen o de longitud pueden variar de aproximadamente 0.01% hasta 0.08%. En le concreto endurecido los cambios de volumen por temperatura son casi para el acero.
El concreto que se mantiene continuamente húmedo se dilatara ligeramente. Cuando se permite que seque, el concreto se contrae. El principal factor que influye en la magnitud de la contracción por el secado aumenta directamente con los incrementos de este contenido de agua. La magnitud de la contracción también depende de otros factores, como las cantidades de agregado empleado, las propiedades del agregado,
tamaño y forma de la masa de concreto, temperatura y humedad relativa del medio ambiente, método de curado, grado de hidratación, y tiempo. El contenido de cemento tiene un efecto mínimo a nulo sobre la contracción por secado para contenidos de cemento entre 280 y 450 kg por metro cúbico.
Cuando el concreto se somete a esfuerzo, se forma elásticamente. Los esfuerzos sostenidos resultan en una deformación adicional llamada fluencia. La velocidad de la fluencia (deformación por unidad de tiempo ) disminuye con el tiempo.
CONTROL DE AGRIETAMIENTO
Las dos causas básicas por las que se producen grietas en el concreto son (1) esfuerzos debidos a cargas aplicadas y (2) esfuerzos debidos a contracción por secado o a cambios de temperatura en condiciones de restricción
La contracción por secado es una propiedad inherente e inevitable del concreto, por lo que se utiliza acero de refuerzo colocado en una posicion adecuada para reducir los anchos de grieta, o bien juntas que predetermine y controlen la ubicación de las grietas. Los esfuerzos provocados por las fluctuaciones de temperatura pueden causar agrietamientos, especialmente en edades tempranas.
Las grietas por contracción del concreto ocurren debido a restricciones. Si no existe una causa que impida el movimiento del concreto y ocurren contracciones, el concreto no se agrieta. Las restricciones pueden ser provocadas por causas diversas. La contracción por de secado siempre es mayor cerca de la superficie del concreto; las porciones húmedas interiores restringen al concreto en las cercanías de la superficie con lo que se pueden producir agrietamientos. Otras causas de restricción son el acero de refuerzo embebido e el concreto, las partes de una estructura interconectadas entre si, y la fricción de la subrasante sobre la cual va colocado el concreto.
Las juntas son el método mas efectivo para controlar agrietamientos. Si una extensión considerable de concreto (una pared, losa o pavimento) no contiene juntas convenientemente espaciadas que alivien la contracción por secado y por temperatura, el concreto se agrietara de manera aleatoria.
Las juntas de control se ranuran, se Forman o se aserran en banquetas, calzadas, pavimentos, pisos y muros de modo que las grietas ocurran en esas juntas y no aleatoriamente. Las juntas de control permiten movimientos en el plano de una losa o de un muro. Se desarrollan aproximadamente a un cuarto del espesor del concreto.
Las juntas de separación aíslan a una losa de otros elementos e otra estructura y le permiten tanto movimiento horizontales como verticales. Se colocan en las uniones de pisos con muros, columnas, bases y otros puntos donde pudieran ocurrir restricciones. Se desarrollan en todo el espesor de la losa e incluyen un relleno premoldeado para la junta.
Las juntas de construcción se colocan en los lugares donde ha concluido la jornada de trabajo; separan áreas de concreto colocado en distintos momentos. En las losas para pavimentos, las juntas de construcción comúnmente se alinean con las juntas de control o de separación, y funcionan también como estas ultimas.
AGUA DE MEZCLADO PARA EL CONCRETO
Casi cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser adecuadas para el concreto.
Se puede utilizar para fabricar concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109 ), producidos con ella alcanzan resistencia alos siete días iguales a al menos el 90% de especímenes testigo fabricados con agua potable o destilada.
Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo de fraguado y la resistencia de el concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia, manchado, corrosion del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad.
El agua que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente pueden ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga mas de 2,000 ppm de sólidos disueltos debera ser ensayada para investigar su efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado.
CARBONATOS Y BICARBONATOS ALCALINOS
El carbonato de sodio puede causar fraguados muy rápidos, en tanto que lo bicarbonatos pueden acelerar o retardar el fraguado. En concentraciones fuertes estas sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del concreto. Cuando la suma de las sales disueltas exceda 1,000 ppm, se deberan realizar pruebas para analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días. También se debera considerar la posibilidad que se presenten reacciones alcali – agregado graves.
CLORUROS
La inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de mezclado, se debe principalmente al posible efecto adverso que lo iones de cloruro pudieran tener en la corrosion del acero de refuerzo, o de los torones del presfuerzo. Los iones cloruro atacan la capa de oxido protectora formada en el acero por el medio químico altamente alcalino (pH 12.5) presente en el concreto.
Los cloruros se pueden introdicir en el concreto, ya sea con los ingredientes separados – aditivos, agregados, cemento, y agua – o atraves de la exposición a las sales anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas.
El agua que se utilice en concreto preforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no debera contener cantidades nocivas de ion cloruro. Las aportaciones de cloruros de los ingredientes distintos al agua también se deberán tomar en consideración. Los aditivos de cloruro de calcio se deberán emplear con mucha precaución.
El Reglamento de Construcción del American Concrete Institute, ACI 318, limita el contenido de ion cloruro soluble al agua en el concreto, a los siguientes porcentajes en peso del cemento.
Concreto preforzado.
Concreto reforzado expuesto a cloruros durante su servicio.
Concreto reforzado que vaya a estar seco o protegido contra la humedad durante su servicio.
Otras construcciones de concreto reforzado.
SULFATOS
El interés respecto a un elevado contenido de sulfatos en el agua, se debe a las posibles reacciones expansivas y al deterioro por ataque de sulfatos, especialmente en aquellos lugares donde el concreto vaya a quedar expuesto a suelos o agua con contenidos elevados de sulfatos. Aunque se a empleado satisfactoriamente aguas que contenían 10,000 ppm de sulfatos de sodio.
OTRAS SALES COMUNES
Los carbonatos de calcio y de magnesio no son muy solubles en el agua y rara ves se les encuentra en concentraciones suficientes para afectar la resistencia del concreto. En algunas aguas municipales se pueden encontrar bicarbonatos de calcio y de magnesio. No se consideran dañinas las concentraciones inferiores o iguales a 400 ppm de bicarbonato en estas formas.
Se han obtenido buenas resistencias con concentraciones hasta de 40,000 ppm de cloruro de magnesio. Las concentraciones e sulfato de magnesio deberán ser inferiores a 25,000 ppm.
SALES DE HIERRO
Las aguas freaticas naturales rara vez contienen mas de 20 a30 ppm de hierro; sin embargo, las aguas de mina acidas pueden contener cantidades muy grandes. Las sales de hierro en concentraciones hasta 40,000 ppm normalmente no afectan de manera adversa al desarrollo de la resistencia.
DIVERSAS SALES INORGANICAS
Las sales de magnesio, estaño, zinc, cobre y plomo presentes en el agua pueden provocar una reducción considerable en la resistencia y también grandes variaciones en el tiempo de fraguado. De estas, las mas activas son las sales de zinc, de cobre y de plomo. Las sales que son especialmente activas como retardantes, incluyen el yodato de sodio, fosfato de sodio, arsenato de sodio y borato de sodio.
Generalmente se pueden tolerar en el agua de mezclado concentraciones de estas sales hasta de 500 ppm.
Otra sal que puede ser dañina al concreto es el sulfuro de sodio; aun la presencia de 100 ppm requiere de ensayes.
AGUA DE MAR
Aun cuando un concreto hecho con agua de mar puede tener una resistencia temprana mayor que un concreto normal, sus resistencias a edades mayores (después de 28 días) pueden ser inferiores. Esta reducción de resistencia puede ser compensada reduciendo la relación agua – cemento.
El agua de mar no es adecuada para producir concreto reforzado con acero y no debera usarse en concreto preforzados debido al riesgo de corrosion del esfuerzo, particularmente en ambientes cálidos y humedos.
El agua de mar que se utiliza para producir concreto, también tiende a causar eflorescencia y humedad en superficies de concreto expuestas al aire y al agua.
AGUAS ACIDAS
En general, el agua de mezclado que contiene acidos clorhídrico, sulfúrico y otros acidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000 ppm no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores pH menores que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la medida de lo posible.
AGUAS ALCALINAS
Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio de 0.5% el peso del cemento, no afecta en gran medida a la resistencia del concreto toda vez que no ocasionen un fraguado rápido. Sin embargo, mayores concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto.
El hidróxido de potasio en concentraciones menores a 1.2% por peso de cemento tiene poco efecto en la resistencia del concreto desarrollada por ciertos cementos,
pero la misma concentracion al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente la resistencia a los 28 días.
AGUAS DE ENJUAGUE
La Agencia de Proteccion Ambiental y las agencias estatales de los EEUU prohiben descargar en las vías fluviales, aguas de enjuague no tratadas que han sido utilizadas para aprovechar la arena y la grava de concretos regresados o para lavar las mezcladoras.
AGUAS DE DESPERDICIOS INDUSTRIALES
La mayor parte de las aguas que llevan desperdicios industriales tienen menos de 4,000 ppm de sólidos totales. Cuando se hace uso de esta agua como aguas de mezclado para el concreto, la reducción en la resistencia a la compresión generalmente no es mayor que del 10% al 15%.
AGUAS NEGRAS
Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia organica. Luego que esta aguas se han diluido en un buen sistema de tratamiento, la concentración se ve reducida aproximadamente 20 ppm o menos. Esta cantidad es demasiado pequeña para tener efecto de importancia en la resistencia.
IMPUREZAS ORGANICAS
El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas naturales puedan tener en el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la resistencia ultima del concreto, es un problema que presenta una complejidad considerable. Las aguas que esten muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas en que sean visibles algas verdes o cafes deberán ser vistas con desconfianza y en consecuencia ensayadas.
AZUCAR
Una pequeña cantidad de sacarosa, de 0.03% a 0.15% del peso del cemento, normalmente retarda el fraguado del cemento. El limite superior de este rango varia respecto de los distintos cementos. La resistencia a 7 dias puede verse reducida, en tanto que la resistencia a los 28 días podría aumentar. El azucar en cantidades de 0.25% o mas del peso del cemento puede provocar un fraguado rapido y una reducción sustancial de la resistencia a los 28 días. Cada tipo de azúcar afecta al tiempo de fraguado y a la resistencia de manera distinta.
Menos de 500 ppm de azucar en el agua de mezclado, generalmente no producen un efecto adverso en el desarrollo de la resistencia, pero si la concentración sobrepasa esta cantidad, se deberán realizar ensayes para analizar el tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia.
SEDIMENTOS O PARTÍCULAS EN SUSPENSION
Se puede tolerar en el agua aproximadamente 2,000 ppm de arcilla en suspension o de partículas finas de roca. Cantidades mayores podría no afectar la resistencia, pero bien podrían influir sobre otras propiedades de algunas mezclas de concreto. Antes ser empleada, cualquier agua lodosa debera pasar a través de estanques de sedimentación o deberá ser clarificada por cualquier otro medio para reducir la cantidad de sedimentos y de arcilla agregada a la mezcla. Cuando se regresan finos de cemento al concreto en aguas de enjuague recicladas, se pueden tolerar 50,000 ppm.
AGREGADO PARA CONCRETO
Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y endurecido, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, rió, lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino.
1): Un material es una sustancia sólida natural que tiene estructura interna ordenada y una composición química que varia dentro de los limites muy estrechos. Las rocas (que dependiendo de su origen se pueden clasificar como ígneas, sedimentarias o metamorficas), se componen generalmente de varios materiales. Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otro cuantos minerales; la mayor parte de las calizas consisten en calcita, dolomita y pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla. El intemperismo y la erosión de las rocas producen partículas de piedra, grava, arena, limo, y arcilla.
El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible de agregados y una realidad económica donde escaseen agregados de calidad.
Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia la pasta del cemento. Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregado que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones.
GRANULOMETRIA
La granulometria es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por análisis de tamices (norma ASTM C 136). El tamaño de partícula del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre aberturas cuadradas. Los siete tamices estándar ASTM C 33 para agregado fino tiene aberturas que varian desde la malla No. 100(150 micras) hasta 9.52 mm.
Los números de tamaño (tamaños de granulometria), para el agregado grueso se aplican a las cantidades de agregado (en peso), en porcentajes que pasan a traves de un arreglo de mallas. Para la construcción de vías terrestres, la norma ASTM D 448 enlista los trece números de tamaño de la ASTM C 33, mas otros seis números de tamaño para agregado grueso. La arena o agregado fino solamente tine un rango de tamaños de partícula.
La granulometria y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones relativas de los agregados así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción y durabilidad del concreto.
GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS FINOS
Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas mas pobres, o cuando se emplean agregados gruesos
de tamaño pequeño, la granulometria que mas se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo mas conveniente para lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relación agua – cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometria sin tener un efecto apreciable en la resistencia.
Entre mas uniforme sea la granulometria , mayor sera la economía.
Estas especificaciones permiten que los porcentajes minimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0.30mm (No. 50) y de 15mm (No. 100) sean reducidos a 15% y 0%, respectivamente, siempre y cuando:
1): El agregado que se emplee en un concreto que contenga mas de 296 Kg de cemento por metro cubico cuando el concreto no tenga inclusion de aire.
2): Que el modulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, el agregado fino se deberá rechazar a menos de que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones el agregado fino y grueso.
Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas de 0.30 mm (No. 50) y de 1.15 mm (No. 100), afectan la trabajabilidad, la textura superficial, y el sangrado del concreto.
El modulo de finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene, conforme a la norma ASTM C 125, sumando los porcentajes acumulados en peso de los agregados retenidos en una serie especificada de mallas y dividiendo la suma entre 100.
El modulo de finura es un índice de la finura del agregado entre mayor sea el modo de finura, mas grueso sera el agregado.
El modulo de finura del agregado fino es útil para estimar las proporciones de los de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto.
GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS
El tamaño máximo del agregado grueso que se utiliza en el concreto tiene su fundamento en la economía. Comúnmente se necesita mas agua y cemento para agregados de tamaño pequeño que para tamaños mayores, para revenimiento de aproximadamente 7.5 cm para un amplio rango de tamaños de agregado grueso.
El numero de tamaño de la granulometría (o tamaño de la granulometría). El numero de tamaño se aplica a la cantidad colectiva de agregado que pasa a través de un arreglo mallas.
El tamaño máximo nominal de un agregado, es el menor tamaño de la malla por el cual debe pasar la mayor parte del agregado. La malla de tamaño máximo nominal, puede retener de 5% a 15% del del agregado dependiendo del numero de tamaño. Por ejemplo, el agregado de numero de tamaño 67 tiene un tamaño máximo de 25 mm y un tamaño máximo nominal de 19 mm. De noventa a cien por ciento de este agregado debe pasar la malla de 19 mm y todas sus partículas deberán pasar la malla 25 mm.
Por lo común el tamaño máximo de las partículas de agregado no debe pasar:
1): Un quinto de la dimensión mas pequeña del miembro de concreto.
2): Tres cuartos del espaciamiento libre entre barras de refuerzo.
3): Un tercio del peralte de las losas
AGREGADO CON GRANULOMETRIA DISCONTINUA
Consisten en solo un tamaño de agregado grueso siendo todas las partículas de agregado fino capaces de pasar a traves de los vacios en el agregado grueso
compactado. Las mezclas con granulometria discontinua se utilizan para obtener texturas uniformes en concretos con agregados expuestos. También se emplean en concretos estructurales normales, debido a las posibles mejoras en densidad, permeabilidad, contracción, fluencia, resistencia, consolidación, y para permitir el uso de granulometria de agregados locales.
Para un agregado de 19.0 mm de tamaño máximo, se pueden omitir las partículas de 4.75 mm a 9.52 mm sin hacer al concreto excesivamente aspero o propenso a segregarse. En el caso del agregado de 38.1 mm, normalmente se omiten los tamaños de 4.75 mm a 19.0 mm.
Una elección incorrecta, puede resultar en un concreto susceptible de producir segregación o alveolado debido a un exceso de agregado grueso o en un concreto de baja densidad y alta demanda de agua provocada por un exceso de agregado fino. Normalmente el agregado fino ocupa del 25% al 35% del volumen del agregado total. Para un acabado terso al retirar la cimbra, se puede usar un porcentaje de agregado fino respecto del agregado total ligeramente mayor que para un acabado con agregado expuesto, pero ambos utilizan un menor contenido de agregado fino que las mezclas con granulometria continua. El contenido de agregado fino depende del contenido del cemento, del tipo de agregado, y de la trabajabilidad.
Para mantener la trabajabilidad normalmente se requiere de inclusion de aire puesto que las mezclas con granulometria discontinua con revenimiento bajo hacen uso de un bajo porcentaje de agregado fino y a falta de aire incluido producen mezclas asperas.
Se debe evitar la segregación de las mezclas con granulometria discontinua, restringiendo el revenimiento al valor mínimo acorde a una buena consolidación. Este puede variar de cero a 7.5 cm dependiendo del espesor de la sección, de la cantidad de refuerzo, y de la altura de colado.
Si se requiere una mezcla áspera, los agregados con granulometria discontinua podrían producir mayores resistencias que los agregados normales empleados con contenidos de cemento similares.
Sin embargo, cuando han sido proporcionados adecuadamente, estos concretos se consolidan fácilmente por vibración.
FORMA DE PARTÍCULA Y TEXTURA SUPERFICIAL
Para producir un concreto trabajable, las partículas elongadas, angulares, de textura rugosa necesitan mas agua que los agregados compactos, redondeados y lisos. En consecuencia, las partículas de agregado que son angulares, necesitan un mayor contenido de cemento para mantener la misma relación agua – cemento.
La adherencia entre la pasta de cemento y un agregado generalmente aumenta a medida que las partículas cambian de lisas y redondeadas a rugosas y angulares.
PESO VOLUMETRICO Y VACIOS
El peso volumétrico (también llamado peso unitario o densidad en masa) de un agregado, es el peso del agregado que se requiere para llenar un recipiente con un volumen unitario especificado.
PESO ESPECIFICO
El peso especifico (densidad relativa) de un agregado es la relación de su peso respecto al peso de un volumen absoluto igual de agua (agua desplazada por inmersión). Se usa en ciertos cálculos para proporcionamiento de mezclas y control, por ejemplo en la determinacion del volumen absoluto ocupado por el agregado.
ABSORCIÓN Y HUMEDAD SUPERFICIAL
La absorción y humedad superficial de los agregados se debe determina de acuerdo con las normas ASTM C 70, C 127, C128 y C 566 de manera que se pueda controlar el contenido neto de agua en el concreto y se puedan determinar los pesos correctos de cada mezcla.
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMAL
El objetivo al diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar la combinación mas practica y económica de los materiales con los que se dispone, para producir un concreto que satisfaga los requisitos de comportamiento bajo las condiciones particulares de su uso. Para lograr tal objetivo, una mezcla de concreto Ben proporcionada deberá poseer las propiedades siguientes:
1): En el concreto fresco, trabajabilidad aceptable.
2): En el concreto endurecido, durabilidad, resistencia y presentación uniforme.
3): Economía.
ELECCION DE LAS CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA
En base al uso que se propone dar al concreto, a las condiciones de exposición, al tamaño y forma de lo miembros, y a las propiedades físicas del concreto (tales como la resistencia), que se requieren para la estructura.
RELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN AGUA – CEMENTO Y LA RESISTENCIA
A pesar de ser una caracteristica importante, otras propiedades tales como la durabilidad, la permeabilidad, y la resistencia al desgaste pueden tener igual o mayor importancia.
El concreto se vuelve mas resistente con el tiempo, siempre y cuando exista humedad disponible y se tenga una temperatura favorable. Por tanto, la resistencia a cualquier edad particular no s tanto función de la relación agua – cemento como lo es del grado de hidratación que alcance el cemento
CONCLUSIÓN
Aunque desde los primeros casos del concreto siempre hubo interés por su durabilidad fue en las ultimas décadas cuando adquirió mayor relevancia por las erogaciones requeridas para dar mantenimiento a las numerosas estructuras que se deterioraron prematuramente. Durante algún tiempo, este problema se asocio principalmente con los efectos dañinos al resultar de los ciclo de congelación y deshielo del concreto, por lo cual no se le considero la debida importancia en las regiones que por su situación geográficos no experimenta clima invernal severo.
La moderna tecnología del concreto exige que la estructura del concreto resulte tan resistente como se desee y que a la vez soporte las condiciones de exposición y servicios a la que severa sometido durante su vida útil.
Para lograr lo anterior se requiere de los conocimientos del comportamiento de todos los ingredientes que interviene en el concreto y su correcta dosificación
LOS CONSTITUYENTES DEL HORMIGÓN
1 .1 El CEMENTO
Generalidades
El cemento es un ligante hidráulico, o sea una sustancia que mezclada con el agua, está en condiciones de endurecer ya sea en el aire, como debajo del agua. La piedra de cemento en vía de formación presenta resistencias elevadas y no se disuelve en el agua.
Historia
Los romanos utilizaban en la antigüedad una mezcla hidráulica compuesta de calcáreos arcillosos con agregados de puzolanas o bien harina de laterita. Con los agregados apropiados, ellos estaban en condiciones de producir el Opus Caementitium o“cemento romano”, precursor de nuestro hormigón y que dio origen al término cemento.
En 1824, el ingles J.Aspin, elaboró y patentó un producto similar al cemento, obtenido mediante la cocción de una mezcla de calcáreos y arcilla finamente molida. Este ligante permitiría confeccionar un hormigón similar al obtenido con la piedra Pórtland (calcáreo muy resistente de la isla de Portland) comúnmente utilizado en Inglaterra para la construcción. De aquí la denominación “ Cemento Portland”.
Fabricación
La fabricación del cemento Portland consiste en la preparación de una mezcla de materias primas con granulometría definida, sometida a cocción hasta el umbral del punto de fusión y finalmente molida a polvo fino y reactivo: el cemento.
Globalmente se puede distinguir cuatro etapas en la fabricación del cemento:
1. Extracción y triturado de la materia prima: Para producir una tonelada de cemento es necesario utilizar por lo menos una tonelada y media de materia prima -calcáreos- y arcilla que liberan agua y dióxido de carbono durante la cocción. La piedra bruta es pretriturada en la cantera hasta el tamaño de un puño.
2. Mezclado y reducción de la materia prima hasta una finura similar a la de la harina: Esta etapa prevé el mezclado de las diversas materias primas en las proporciones correspondientes a la composición química óptima. El material que se encuentra en el molino a bolas o vertical es simultáneamente secado y triturado en fino polvo. A la salida se obtiene la harina cruda que será mezclada en los silos de homogeneización hasta la obtención de una composición uniforme.
3. Cocción de la Harina y transformación del clinker: El proceso de cocción a una temperatura de aproximadamente 1.450ºC es la operación principal en la fabricación del cemento. Antes de entrar en el horno rotativo, la harina pasa a través de un cambiador térmico y se calienta a casi 1.000ºC. A la salida el material se presenta bajo la forma de clinker incandescente que será rápidamente enfriado al aire. Los combustibles utilizados son: carbón, petróleo, gas natural y, cada vez más frecuentemente, materiales recuperados como solventes, aceites usados o neumáticos viejos.
4. Molienda del clinker con yeso y aditivos: Para obtener el material reactivo deseado, el clinker es molido en la unidad de molienda con una pequeña cantidad de yeso que actúa como regulador de fraguado.
Según el tipo de cemento se agregan al clinker, durante la molienda, compuestos
minerales (calcáreos, puzolanas, escorias de alto horno, cenizas volantes) para formar los llamados cementos Portland con adiciones.
Hidratación del cemento
El cemento mezclado con agua reacciona hidratándose. Esta reacción libera una cierta cantidad de calor y provoca el progresivo endurecimiento de la pasta de cemento.
La hidratación proporciona esencialmente dos productos principales. (Fig. 1.1.5):
Agujas (silicatos de calcio hidratados o CSH) de lento crecimiento con tendencia pronunciada a la compactación, responsable de la formación de una matriz densa y resistente.
Pequeñas placas de hidróxido de calcio (Ca(OH)2), muy alcalinas, sin aporte de resistencia pero adecuadas para proteger a la armadura de la corrosión.
Almacenamiento y conservación del cemento
El cemento puede conservarse indefinidamente, sin deteriorarse, en la medida en que esté protegido de la humedad, incluyendo la existente en el aire. En las plantas de hormigón, en las obras y en el transporte de larga duración, el cemento tiende a deteriorarse, por lo que deben observarse ciertas precauciones para su almacenamiento.
Cemento en bolsas
El almacenamiento del cemento embolsado debe hacerse en un depósito cerrado impermeable. Se recomienda observar las siguientes reglas:
Apilar las bolsas sobre una plataforma elevada sobre el piso del local y separar las pilas de las paredes.
Apilar las bolsas de modo de minimizar la circulación de aire entre ellas.
Cubrir las pilas con láminas de plástico resistente.
Almacenar las bolsas de modo de ir utilizándolas en el mismo orden en que se las fue recibiendo.
Evitar periodos de almacenamiento superiores a los 60 días.
No arrojar las bolsas desde lo alto ni arrastrarlas por el piso.
Las bolsas inferiores pueden presentar grumos blandos de compactación.
Cemento a granel
El cemento almacenado en los grandes silos de las plantas de cemento de distribución puede permanecer largos períodos sin deteriorarse.
Para minimizar la formación de grumos duros durante el transporte y almacenamiento a granel, se recomienda:
Inspeccionar periódicamente la estanqueidad de las compuertas cerradas de los vehículos de trasporte a granel.
Mantener las compuertas cerradas cuando no se las usa.
Usar sistemas de aire comprimido con trampas de agua.
Inspeccionar regularmente los silos por posibles grumos o pegas.
Indicaciones de seguridad
El cemento es un ligante hidráulico. En contacto con el agua o con la humedad se produce una reacción alcalina. Dentro de lo posible se debe evitar el contacto con la piel. En el caso de contactos con los ojos, enjuagar inmediatamente con abundante agua y consultar al medico.
1.2 El AGUA DE AMASADO Y/O CURADO
Generalidades
Se entiende por agua de amasado la cantidad de agua total contenida en el hormigón fresco. Esta cantidad es utilizada para el cálculo de la relación agua/cemento ( A/C).
El agua de amasado está compuesta por :
El agua agregada a la mezcla.
Humedad superficial de los agregados
Una cantidad de agua proveniente de los aditivos.
El agua de amasado cumple una doble función en la tecnología del hormigón: por un lado permite la hidratación del cemento y por el otro es indispensable para asegurar la trabajabilidad y la buena compactación del hormigón.
.3 LOS AGREGADOS
Generalidades
Generalmente se entiende por “agregado” a la mezcla de arena y piedra de granulometría variable. El hormigón es un material compuesto básicamente por agregados y pasta cementicia, elementos de comportamientos bien diferenciados:
Los agregados conforman el esqueleto granular del hormigón y son el elemento mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de hormigón, por lo que son responsables de gran parte de las características del mismo. Los agregados son generalmente inertes y estables en sus dimensiones.
La pasta cementicia ( mezcla de cemento y agua ) es el material activo dentro de la masa de hormigón y como tal es en gran medida responsable de la resistencia, variaciones volumétricas y durabilidad del hormigón. Es la matriz que une los elementos del esqueleto granular entre sí.
Cada elemento tiene su rol dentro de la masa de hormigón y su proporción en la mezcla es clave para lograr las propiedades deseadas, esto es: trabajabilidad, resistencia, durabilidad y economía.
Influencia de los áridos en las propiedades del hormigón
El esqueleto granular está formado por los agregados que son elementos inertes, generalmente más resistentes que la pasta cementicia y además económicos. Por lo tanto conviene colocar la mayor cantidad posible de agregados para lograr un hormigón resistente, que no presente grandes variaciones dimensionales y sea económico.
Pero hay un límite en el contenido de agregados gruesos dado por la trabajabilidad del hormigón.
Si la cantidad de agregados gruesos es excesiva la mezcla se volverá difícil de trabajar y habrá una tendencia de los agregados gruesos a separarse del mortero (segregación). Llegado este caso se suele decir que el hormigón es “áspero”, “pedregoso” y “poco dócil”.
En el hormigón fresco, es decir recién elaborado y hasta que comience su fraguado, la pasta cementicia tiene la función de lubricar las partículas del agregado, permitiendo la movilidad de la mezcla. En este aspecto también colabora el agregado fino (arena).
La arena debe estar presente en una cantidad mínima que permita una buena trabajabilidad y brinde cohesión a la mezcla. Pero no debe estar en exceso porque perjudicará las resistencias.
Se debe optimizar la proporción de cada material de forma tal que se logren las propiedades deseadas al mismo costo.
Clasificación
En general los agregados se pueden dividir en estos tipos
Forma
Aridos naturales Aridos triturados
Esférica Alargada/aplanada Cúbica Alargada/aplanada
Angulosidad Redondeada Angulosa
Superficie Lisa Aspera
Necesidad de agua Creciente
TrabajabilidadDecreciente
Compactación
Tabla 1.3.1 Relación entre la forma y la características de los granos.
El tamiz que separa un agregado grueso de uno fino es el de 4,75 mm. Es decir, todo agregado menor a 4,75 mm es un agregado fino (arena).
Todos estos agregados pueden ser utilizados para los hormigones convencionales, aunque las arenas de trituración deben ser necesariamente mezcladas con arena de río.
Cualquiera sea el tipo de material utilizado, sus partículas deben ser duras y resistentes, ya que el hormigón, como cualquier otro material se romperá por su elemento más débil. Si el agregado es de mala calidad sus partículas se romperán antes que la pasta cementicia,o el mortero.
Granulometría
Se denomina así a la distribución por tamaños de las partículas que constituyen un agregado y se expresa como el porcentaje en peso de cada tamaño con respecto al peso total.
Las diferentes fracciones de agregados gruesos se identifican con dos números que hacen referencia al tamaño mínimo y máximo de las mismas (generalmente en mm). Ejemplo: 6-19, 19-30, 10-30 , etc.
Las arenas suelen caracterizarse con un módulo de finura, que es un número que da una idea de la granulometría del material. A mayor módulo de finura, más gruesa es la arena. En la tabla 1.3.2. se muestra el cálculo de este módulo:
Tamices
IRAM
Retenido
Individual
(g)
Retenido
Acumulado
(g)
Retenido
Individual
(%)
Retenido
Acumulado
(%)
Pasante
Acumulado
(%)
9.5 mm 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0
4.75 mm 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0
2.36 mm 30.0 30.0 6.0 6.0 94.0
1.18 mm 158.0 188.0 31.6 37.6 62.4
600 µm 148.0 336.0 29.6 67.2 32.8
300 µm 97.0 433.0 19.4 86.6 13.4
150 µm 43.5 476.5 8.7 95.3 4.7
Fondo 23.5 500.0 4.7 100.0 0.0
Tabla 1.3.2 Cálculo del módulo de finura de una arena
Qué es el Cemento?
En sentido genérico, el cemento se puede definir como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la capacidad de unir fragmentos sólidos, para formar un material resistente y durable. Sin embargo, el término aplicado a la construcción se refiere a los materiales conglomerantes hidráulicos, que tienen la peculiaridad de endurecerse con le agua.
Historia
Desde tiempos remotos, egipcios, griegos y romanos descubrieron esta propiedad especialmente en el yeso y la caliza calcinados. En 1824 Josef Aspdin descubrió lo que se conoce como Cemento Pórtland. Una mezcla de materiales calcáreos y arcilla se muele finamente y luego se lleva a un horno donde, a temperaturas que llegan hasta los 1500°C, se produce un material, clínker, el cual finamente molido, con adiciones, que permitirán controlar el fraguado es el cemento Pórtland.
Producción
El cemento se obtiene a partir de materias primas abundantes en la naturaleza, pero como es difícil encontrar las calizas con la cantidad precisa de arcilla, la industria recurre a la dosificación artificial de estos insumos en proporciones determinadas, utilizando para ello dos procesos por vía seca y por vía húmeda.
Tipos de Cemento
La industria cementera dispone de dos alternativas para producir diferentes tipos de cemento. La primera consiste en combinar las materias primas para que el clínker resultante tenga una composición alta o baja en determinados componentes, que permitan darle las propiedades al cemento. La segunda alternativa es introducir adiciones durante el proceso de molienda del clínker y yeso, de modo tal que, dependiendo del tipo y cuantía de adición, el cemento resultante puede tomar diferentes denominaciones.
Cemento
Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava, más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece al reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia pétrea, denominado hormigón o concreto. Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil, siendo su principal función la de aglutinante.
Contenido
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1 Historia
2 Tipos de cemento
o 2.1 El cemento portland
2.1.1 Cementos portland especiales
2.1.1.1 Portland férrico
2.1.1.2 Cementos blancos
o 2.2 Cementos de mezclas
2.2.1 Cemento puzolánico
2.2.2 Cemento siderúrgico
o 2.3 Cemento de fraguado rápido
o 2.4 Cemento aluminoso
2.4.1 Reacciones de hidratación
3 Proceso de fabricación
4 Almacenamiento del cemento
5 Referencias
6 Véase también
7 Enlaces externos
Historia
Desde la antigüedad, se emplearon pastas y morteros elaborados con arcilla, yeso o cal para unir mampuestos en las edificaciones. Fue en la Antigua Grecia cuando empezaron a usarse tobas volcánicas extraídas de la isla de Santorini, los primeros cementos naturales. En el siglo I a. C. se empezó a utilizar el cemento natural en la Antigua Roma, obtenido en Pozzuoli, cerca del Vesubio. La bóveda del Panteón es un ejemplo de ello. En el siglo XVIII John Smeaton construye la cimentación de un faro en el acantilado de Edystone, en la costa Cornwall, empleando un mortero de cal calcinada. El siglo XIX, Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland
Cement, denominado así por su color gris verdoso oscuro. Isaac Johnson, en 1845, obtiene el prototipo del cemento moderno, con una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura. En el siglo XX surge el auge de la industria del cemento, debido a los experimentos de los químicos franceses Vicat y Le Chatelier y el alemán Michaélis, que logran cemento de calidad homogénea; la invención del horno rotatorio para calcinación y el molino tubular y los métodos de transportar hormigón fresco ideados por Juergen Hinrich Magens que patenta entre 1903 y 1907.
Tipos de cemento]
Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:
1. de origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente;
2. de origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origen orgánico o volcánico.
Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos.
Desde el punto de vista químico se trata en general de una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio, obtenidos a través del cocido de calcáreo, arcilla y arena. El material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se hidrata y solidifica progresivamente. Puesto que la composición química de los cementos es compleja, se utilizan terminologías específicas para definir las composiciones.
El cemento portland ]
El tipo de cemento más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón o concreto es el cemento portland.
Cuando el cemento portland es mezclado con el agua, se obtiene un producto de características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su resistencia característica.
Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios.
Normativa
La calidad del cemento portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150.
Cementos portland especiales
Los cementos portland especiales son los cementos que se obtienen de la misma forma que el portland, pero que tienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los componentes que lo forman.
Portland férrico
El portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de 0,64. Esto significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene introduciendo cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de composición comporta por lo tanto, además de una mayor presencia de Fe2O3, una menor presencia de 3CaOAl2O3 cuya hidratación es la que desarrolla más calor. Por este motivo estos cementos son particularmente apropiados para ser utilizados en climas cálidos. Los mejores cementos férricos son los que tienen un módulo calcareo bajo, en efecto estos contienen una menor cantidad de 3CaOSiO2, cuya hidratación produce la mayor cantidad de cal libre (Ca(OH)2). Puesto que la cal libre es el componente mayormente
atacable por las aguas agresivas, estos cementos, conteniendo una menor cantidad, son más resistentes a las aguas agresivas.
Cementos blancos
Contrariamente a los cementos férricos, los cementos blancos tienen un módulo de fundintes muy alto, aproximadamente 10. Estos contienen por lo tanto un porcentaje bajísimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a la falta del hierro que le da una tonalidad grisácea al Portland normal y un gris más obscuro al cemento ferrico. La reducción del Fe2O3 es compensada con el agregado de fluorita (CaF2) y de criolita (Na3AlF6), necesarios en la fase de fabricación en el horno.para bajar la calidad del tipo de cemento que hoy en día hay 4: que son tipo I 52,5, tipo II 52,5, tipo II 42,5 y tipo II 32,5;también llamado pavi) se le suele añadir una adición extra de caliza que se le llama clinkerita para rebajar el tipo, ya que normalmente el clinker molido con yeso sería tipo I
Cementos de mezclas
Los cementos de mezclas se obtienen agregando al cemento Portland normal otros componentes como la puzolana. El agregado de estos componentes le da a estos cementos nuevas características que lo diferencian del Portland normal.
Cemento puzolánico
Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en la región del Lazio y la Campania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitrubio describía cuatro tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.
Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua.
Esta propiedad permite el empleo innovador del hormigón, como ya habían entendido los romanos: El antiguo puerto de Cosa fue construido con puzolana mezclada con cal apenas antes de su uso y colada bajo agua, probablemente utilizando un tubo, para depositarla en el fondo sin que se diluya en el agua de mar. Los tres muelles son visibles todavía, con la parte sumergida en buenas condiciones después de 2100 años.
La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolánico contiene aproximadamente:
55-70% de clinker Portland
30-45% de puzolana
2-4% de yeso
Puesto que la puzolana se combina con la cal (Ca(OH)2), se tendrá una menor cantidad de esta última. Pero justamente porque la cal es el componente que es atacado por las aguas agresivas, el cemento puzolánico será más resistente al ataque de éstas. Por otro lado, como el 3CaOAl2O3 está presente solamente en el componente constituido por el clinker Portland, la colada de cemento puzolánico desarrollará un menor calor de reacción durante el fraguado. Este cemento es por lo tanto adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos o para coladas de grandes dimensiones.
Cemento siderúrgico
La puzolana ha sido sustituida en muchos casos por la ceniza de carbón proveniente de las centrales termoeléctricas, escoria de fundiciones o residuos obtenidos calentando el cuarzo. Estos componentes son introducidos entre el 35 hasta el 80%. El
porcentaje de estos materiales puede ser particularmente elevado, siendo que se origina a partir de silicatos, es un material potencialmente hidráulico. Esta debe sin embargo ser activada en un ambiente alcalino, es decir en presencia de iones OH-. Es por este motivo que debe estar presente por lo menos un 20 % de cemento Portland normal. Por los mismos motivos que el cemento puzolanico, el cemento siderurgico también tiene buena resistencia a las aguas agresivas y desarrolla menos calor durante el fraguado. Otra característica de estos cementos es su elevada alcalinidad natural, que lo rinde particularmente resistente a la corrosión atmosférica causada por los sulfatos.
Cemento de fraguado rápido
El cemento de fraguado rápido, también conocido como "cemento romano ó prompt natural", se caracteriza por iniciar el fraguado a los pocos minutos de su preparación con agua. Se produce en forma similar al cemento Portland, pero con el horno a una temperatura menor (1.000 a 1.200 ºC).1 Es apropiado para trabajos menores, de fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes obras porque no se dispondría del tiempo para efectuar una buena colada. Aunque se puede iniciar el fraguado controlado mediante retardantes naturales (E-330) como el ácido cítrico, pero aun así si inicia el fraguado aproxm. a los 15 minutos(temperatura a 20ºC). La ventaja es que al pasar aproxm. 180 minutos de inciado del fraguado, se consigue una resitencia muy alta a la compresión (entre 8 a 10 MPa), por lo que se obtiene gran prestación para trabajos de intervención rápida y definitivos. Hay cementos rápidos que pasados 10 años, obtienen resistencia a la compresión superior algunos hormigones armados (pasan en la gráfica de 60 MPa).
Cemento aluminoso
El cemento aluminoso se produce a partir principalmente de la bauxita con impurezas de óxido de hierro (Fe2O3), óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2). Adicionalmente se agrega calcáreo o bien carbonato de calcio. El cemento aluminoso, también llamado «cemento fundido», por lo que la temperatura del horno alcanza hasta los 1.600°C y se alcanza la fusión de los componentes. El cemento fundido es colado en moldes para formar lingotes que serán enfriados y finalmente molidos para obtener el producto final.
El cemento aluminoso tiene la siguiente composición de óxidos:
35-40% óxido de calcio
40-50% óxido de aluminio
5% óxido de silicio
5-10% óxido de hierro
1% óxido de titanio
Por lo que se refiere a sus reales componentes se tiene:
60-70% CaOAl2O3
10-15% 2CaOSiO2
4CaOAl2O3Fe2O3
2CaOAl2O3SiO2
Por lo que se refiere al óxido de silicio, su presencia como impureza tiene que ser menor al 6 %, porque el componente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2) tiene pocas propiedades hidrófilas (poca absorción de agua).
Reacciones de hidratación
CaOAl2O3+10H2O → CaOAl2O310H2O (cristales hexagonales)2(CaOAl2O3)+11H2O → 2CaOAl2O38H2O + Al(OH)3 (cristales + gel)2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2 (cristales + gel)
Mientras el cemento Portland es un cemento de naturaleza básica, gracias a la presencia de cal Ca(OH)2, el cemento aluminoso es de naturaleza sustancialmente neutra. La presencia del hidróxido de aluminio Al(OH)3, que en este caso se comporta como ácido, provocando la neutralización de los dos componentes y dando como resultado un cemento neutro.
El cemento aluminoso debe utilizarse con temperaturas inferiores a los 30°C, por lo tanto en climas fríos. En efecto, si la temperatura fuera superior la segunda reacción de hidratación cambiaría y se tendría la formación de 3CaOAl2O36H2O (cristales cúbicos) y una mayor producción de Al(OH)3, lo que llevaría a un aumento del volumen y podría causar fisuras el cemento portland es el mejor
Proceso de fabricación
Existe una gran variedad de cementos según la materia prima base y los procesos utilizados para producirlo, que se clasifican en procesos de vía seca y procesos de vía húmeda.
El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:
1. Extracción y molienda de la materia prima
2. Homogeneización de la materia prima
3. Producción del Clinker
4. Molienda de cemento.
La materia prima para la elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos sistemas de explotación y equipos. Una vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados por los molinos de crudo.
La etapa de homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el clínker a temperaturas superiores a los 1500 °C. En el proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de maquinarias especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínker requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas.
El clínker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.
Almacenamiento del cemento
El cemento es una sustancia particularmente sensible a la acción del agua y de la humedad, por lo tanto para salvaguardar sus propiedades, se deben tener algunas precauciones muy importantes, entre otras: Inmediatamente después de que el cemento se reciba en el área de las obras si es cemento a granel, deberá almacenarse en depósitos secos, diseñados a prueba de agua, adecuadamente ventilados y con instalaciones apropiadas para evitar la absorción de humedad.
Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias.
El hormigón, también denominado concreto en algunos países de Iberoamérica, es el material resultante de la mezcla de cemento (u otro conglomerante) con áridos (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 tornándose en un material de consistencia pétrea.
La principal característica estructural del hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión, pero no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (tracción, flexión, cortante, etc.), por este motivo es habitual usarlo asociado al acero, recibiendo el nombre de hormigón armado, compoptándose el conjunto muy favorablemente cfte las diversaq solicitaciones.
Además, para poder modificar algunas de sus características o comportamiento, se pueden añadir aditivos y adiciones, existiendo una gran variedad de ellos: colorantes, aceleradores, retardadores de fraguado, fluidificantes, impermeabilizantes, fibras, etc.
Cuando se proyecta una estructura de hormigón armado se establecen las dimensiones de los elementos, el tipo de hormigón, los aditivos, y el acero que hay que colocar en función de los esfuerzos que deberá soportar y de las condiciones ambientales a que estará expuesto.
Su empleo es habitual en obras de arquitectura e ingeniería, tales como edificios, puentes, diques, puertos, canales, túneles, etc. Incluso en aquellas edificaciones cuya estructura principal se realiza en acero, su utilización es imprescindible para conformar la cimentación.
Contenido
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1 Etimología
2 Historia del hormigón
o 2.1 Hormigones de cementos naturales
o 2.2 El siglo XIX: cemento portland y hormigón armado
o 2.3 El siglo XX: auge de la industria del hormigón
o 2.4 El siglo XXI: la cultura medioambiental
3 Características y comportamiento del hormigón
o 3.1 Fraguado y endurecimiento
o 3.2 Resistencia
o 3.3 Consistencia del hormigón fresco
o 3.4 Durabilidad
4 Tipos de hormigón
5 Características de los componentes del hormigón
o 5.1 Cemento
5.1.1 Cemento portland
5.1.2 Otros cementos
o 5.2 Áridos
o 5.3 Agua
o 5.4 Otros componentes minoritarios
6 Diseño, fabricación y puesta en obra
o 6.1 Normativa
o 6.2 Cálculo y proyecto
o 6.3 Fabricación
o 6.4 Puesta en obra
7 Producción mundial de hormigón
o 7.1 Producción mundial de cemento
8 Notas y referencias
o 8.1 Notas
o 8.2 Referencias bibliográficas
o 8.3 Referencias digitales
9 Véase también
10 Enlaces externos
Etimología
Hormigón procede del término formicō, palabra latina que alude a la cualidad de «moldeable» o «dar forma». El término concreto también es originario del latín: concretus, que significa «crecer unidos», o «unir». Su uso en idioma español se transmite por vía de la cultura anglosajona, como anglicismo (o calco semántico), siendo la voz inglesa original: concrete.
Historia del hormigón[
La historia del hormigón constituye un capítulo fundamental de la historia de la construcción. Cuando el hombre optó por levantar edificaciones utilizando materiales arcillosos o pétreos, surgió 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 rápidamente ante las inclemencias atmosféricas. Se idearon diversas soluciones, mezclando agua con rocas y minerales triturados, para conseguir pastas que no se degradasen fácilmente. Así, en el Antiguo Egipto se utilizaron diversas pastas obtenidas con mezclas de yesos y calizas disueltas en agua, para poder unir sólidamente los sillares de piedra; como las que aun perduran entre los bloques calizos del revestimiento de la Gran Pirámide de Giza.
Hormigones de cementos naturales
En la Antigua Grecia, hacia el año 500 a. C., se mezclaban compuestos de caliza calcinada con agua y arena, añadiendo piedras trituradas, tejas rotas o ladrillos, dando origen al primer hormigón de la historia, usando tobas volcánicas extraídas de la isla de Santorini. Los antiguos romanos emplearon cenizas volcánicas que contienen sílice y alúmina, que al combinarse químicamente con la cal daban como resultado el denominado cemento puzolánico (obtenido en Pozzuoli, cerca del Vesubio). Añadiendo en su masa jarras cerámicas o materiales de baja densidad (piedra pómez) obtuvieron el primer hormigón aligerado,1 con el que fueron construidos diversos arcos del Coliseo romano, los nervios de la bóveda de la Basílica de Majencio, con luces de más de 25 metros,2 las bóvedas de las Termas de Caracalla, y la cúpula del Panteón de Agripa, de unos cuarenta y tres metros de diámetro, la de mayor luz durante siglos.3
Hormigón medieval
Tras la caída del Imperio Romano, el hormigón fue poco utilizado, posiblemente debido a la falta de medios técnicos y humanos, la mala calidad de la cocción de la cal, y la carencia o lejanía de tobas volcánicas; 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 célebre 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 México o las de Machu Pichu en el Perú, se utilizaron materiales cementantes.1
El siglo XVIII
En el siglo XVIII se reaviva el afán por la investigación. 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 construcción monolítica que soportara la constante acción de las olas y los húmedos vientos; fue concluido en 1759 y la cimentación aun perdura.
El siglo XIX: cemento portland y hormigón armado
El cemento Portland
Joseph Aspdin y James Parker patentaron en 1824 el Portland Cement, obtenido de caliza arcillosa y carbón calcinados a alta temperatura –denominado así por su color gris verdoso oscuro, muy similar a la piedra de la isla de Pórtland. Isaac Johnson obtiene en 1845 el prototipo del cemento moderno elaborado de una mezcla de caliza y arcilla calcinada a alta temperatura, hasta la formación del clinker; el proceso de industrialización y la introducción de hornos rotatorios propiciaron su uso para gran variedad de aplicaciones, hacia finales del siglo XIX.4
El hormigón armado
El hormigón, por sus características pétreas, soporta bien esfuerzos de compresión, pero se fisura con otros tipos de solicitaciones (flexión, tracción, torsión, cortante); la inclusión de varillas metálicas que soportaran dichos esfuerzos propició optimizar sus características y su empleo generalizado en múltiples obras de ingeniería y arquitectura.
La invención del hormigón armado se suele atribuir al constructor William Wilkinson, quien solicitó en 1854 la patente de un sistema que incluía armaduras de hierro para «la mejora de la construcción de viviendas, almacenes y otros edificios resistentes al fuego». El francés Joseph Monier patentó varios métodos en la década de 1860, pero fue François Hennebique quien ideó un sistema convincente de hormigón armado, patentado en 1892, que utilizó en la construcción de una fábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.5
Diseño de estructuras de hormigón armado
Hennebique y sus contemporáneos, basaban el diseño de sus patentes en resultados experimentales, mediante pruebas de carga; los primeros aportes teóricos los realizan prestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desarrolla en 1899 la teoría del «Reticulado de Ritter-Mörsch». Los estudios teóricos fundamentales se gestarán en el siglo XX.
A principios del siglo XX surge el rápido crecimiento de la industria del cemento, debido a varios factores: los experimentos de los químicos franceses Vicat y Le Chatelier y el alemán Michaélis, que logran producir cemento de calidad homogénea; la invención del horno rotatorio para calcinación y el molino tubular; y los métodos de transportar hormigón 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 construcción.1
Maillart proyecta en 1901 un puente en arco de 38 metros de luz sobre el río Inn, en Suiza, construido con vigas cajón de hormigón armado; entre 1904 y 1906 diseña el puente de Tavanasa, sobre el río 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 años 1920, reclama en Vers une Architecture una producción lógica, funcional y constructiva, despojada de retóricas del pasado; en su diseño de Casa Domino, de 1914, la estructura está conformada con pilares y forjados de hormigón armado, posibilitando fachadas totalmente diáfanas y la libre distribución de los espacios interiores.6
Los hangares de Orly (Paris), diseñados por Freyssinet entre 1921 y 1923, con 60 metros de luz, 9 de flecha y 300 de longitud, se construyen con láminas parabólicas de hormigón armado, eliminando la división funcional entre paredes y techo. En 1929 Frank Lloyd Wright construye el primer rascacielos en hormigón.
Hormigones de altas prestaciones
En la década de 1960 aparece el hormigón reforzado con fibras, incorporadas en el momento del amasado, dando al hormigón isotropía y aumentando sus cualidades a
flexión, tracción, impacto, fisuración, etc. En los años 1970, los aditivos permiten obtener hormigones de alta resistencia, de 120 a más de 200 MPa; la incorporación de monómeros, genera hormigones casi inatacables por los agentes químicos o indestructibles por los ciclos hielo-deshielo, aportando múltiples mejoras en diversas propiedades del hormigón.
Más alto, más largo, más ancho y más bello.
Los grandes progresos en el estudio científico del comportamiento del hormigón armado y los avances tecnológicos, posibilitaron la construcción de rascacielos más altos, puentes de mayor luz, amplias cubiertas e inmensas presas. Su empleo sera insustituible en edificios públicos que deban albergar multitudes: estadios, teatros, cines, etc. Muchas naciones y ciudades competirán por erigir la edificación de mayor dimensión, o más bella, como símbolo de su progreso que, normalmente, estará construida en hormigón armado.
Los edificios más altos del mundo poseen estructuras de hormigón y acero, tales como las Torres Petronas, en Kuala Lumpur, Malasia (452 metros, 1998), el edificio Taipei 101 en Taiwán (509 metros, 2004), o el Burj Dubai de la ciudad de Dubái (818 metros, 2009), en el siglo XXI.
El siglo XXI: la cultura medioambiental
El uso de materiales reciclados como ingredientes del hormigón está ganando popularidad debido a la cada vez más severa legislación medioambiental. Los más utilizados son las cenizas volantes, un subproducto de las centrales termoeléctricas alimentadas por carbón. Su impacto es significativo pues posibilitan la reducción de canteras y vertederos, ya que actúan como sustitutos del cemento, y reducen la cantidad necesaria para obtener un buen hormigón. Como la producción de cemento genera grandes volúmenes de dióxido de carbono, la tecnología de sustitución del cemento desempeña un importante papel en los esfuerzos por aminorar las emisiones de dióxido de carbono.
Características y comportamiento del hormigón
Nociones generales
El hormigón es el material resultante de unir áridos con la pasta que se obtiene al añadir agua a un conglomerante.7 El conglomerante puede ser cualquiera, pero cuando nos referimos a hormigón, generalmente es un cemento artificial, y entre estos últimos, el más importante y habitual es el cemento portland.7
La función de la Planta de hormigón es aportar el cemento, el agua y los varios tamaños de áridos en la proporciones adecuadas. El camión hormigonera transporta el hormigón fresco en su cuba rotativa donde mediante un amasado continuo se mezclan íntimamente todos los componentes.
Armadura de acero para una pila inclinada y su cimiento. Los puntales provisionales de madera mantienen la armadura en su posición.
Hormigón postesado: cuatro cordones, formados cada uno por veinte alambres de acero de alta resistencia, preparados en el tablero de un puente para tesar. Se ponen en tensión mediante gatos hidráulicos.
Los áridos proceden de la desintegración o trituración, natural o artificial de rocas y, según la naturaleza de las mismas, reciben el nombre de áridos silíceos, calizos, graníticos, etc. El árido cuyo tamaño es superior a 5 mm se llama árido grueso o grava, mientras que el inferior a 5 mm se llama árido fino o arena.8
La pasta formada por cemento y agua es la que confiere al hormigón su fraguado y endurecimiento, mientras que el árido es un material inerte sin participación en el fraguado y endurecimiento.8
El cemento se hidrata en contacto con el agua, iniciándose complejas reacciones químicas 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, obteniéndose un material de consistencia pétrea.
Una característica importante del hormigón es poder adoptar formas distintas, a voluntad del proyectista. Al colocarse en obra es una masa plástica que permite rellenar un molde, previamente construido con una forma establecida, que recibe el nombre de encofrado.7
Características estructurales
La principal característica estructural del hormigón es resistir muy bien los esfuerzos de compresión. Sin embargo, tanto su resistencia a tracción como al esfuerzo cortante son relativamente bajas, por lo cual se debe utilizar en situaciones donde las solicitaciones por tracción o cortante sean muy bajas.
Para superar este inconveniente, se "arma" el hormigón introduciendo barras de acero, conocido como hormigón armado, o concreto reforzado, permitiendo soportar los esfuerzos cortantes y de tracción con las barras de acero. Es usual, además, disponer barras de acero reforzando zonas o elementos fundamentalmente comprimidos, como es el caso de los pilares. Los intentos de compensar las deficiencias del hormigón a tracción y cortante originaron el desarrollo de una nueva técnica constructiva a principios del siglo XX, la del hormigón armado.
Posteriormente se investigó la conveniencia de introducir tensiones en el acero de manera deliberada y previa al fraguado del hormigón de la pieza estructural, desarrollándose las técnicas del hormigón pretensado y el hormigón postensado.
Así, introduciendo antes del fraguado alambres de alta resistencia tensados en el hormigón, este queda comprimido al fraguar, con lo cual las tracciones que surgirían 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 límite elástico, dado que el fenómeno denominado fluencia lenta anularía las ventajas del pretensado.
Los aditivos permiten obtener hormigones de alta resistencia; la inclusión de monómeros y adiciones para hormigón aportan múltiples mejoras en las propiedades del hormigón.
Cuando se proyecta un elemento de hormigón armado se establecen las dimensiones, el tipo de hormigón, la cantidad, calidad, aditivos, adiciones y disposición del acero que hay que aportar en función los esfuerzos que deberá resistir cada elemento.
Un diseño racional, la adecuada dosificación, mezcla, colocación, consolidación, acabado y curado, hacen del hormigón un material idóneo para ser utilizado en construcción, por ser resistente, durable, incombustible, casi impermeable, y requerir escaso mantenimiento. Como puede ser moldeado fácilmente en amplia variedad de formas y adquirir variadas texturas y colores, se utiliza en multitud de aplicaciones.
Características físicas del hormigón
Las principales características físicas del hormigón, en valores aproximados, son:
Densidad : en torno a 2350 kg/m3
Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm2 (15 a 50 MPa) para el hormigón ordinario. Existen hormigones especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2000 kg/cm2 (200 MPa).
Resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un décimo de la resistencia a compresión y, generalmente, poco significativa en el calculo global.
Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior.
Tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros.
o De 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima; en una semana 3/4 partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total de cálculo.
Dado que el hormigón se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatación térmico, resulta muy útil su uso simultáneo en obras de construcción; además, el hormigón protege al acero de la oxidación al recubrirlo.
Fraguado y endurecimiento
Diagrama indicativo de la resistencia (en %) que adquiere el hormigón a los 14, 28, 42 y 56 días.
La pasta del hormigón se forma mezclando cemento artificial y agua debiendo embeber totalmente a los áridos. La principal cualidad de esta pasta es que fragua y endurece progresivamente, tanto al aire como bajo el agua.9
El proceso de fraguado y endurecimiento es el resultado de reacciones químicas de hidratación entre los componentes del cemento. La fase inicial de hidratación se llama fraguado y se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al estado sólido. Esto se observa de forma sencilla por simple presión con un dedo sobre la superficie del hormigón. Posteriormente continúan las reacciones de hidratación alcanzando a todos los constituyentes del cemento que provocan el endurecimiento de la masa y que se caracteriza por un progresivo desarrollo de resistencias mecánicas.9
El fraguado y endurecimiento no son más que dos estados separados convencionalmente; en realidad solo hay un único proceso de hidratación continuo.9
En el cemento portland, el más frecuente empleado en los hormigones, el primer componente en reaccionar es el aluminato tricálcico con una duración rápida y corta (hasta 7-28 días). Después el silicato tricálcico, con una aportación inicial importante y continua durante bastante tiempo. A continuación el silicato bicálcico con una aportación inicial débil y muy importante a partir de los 28 días.9
El fenómeno físico de endurecimiento no tiene fases definidas. El cemento está en polvo y sus partículas o granos se hidratan progresivamente, inicialmente por contacto del agua con la superficie de los granos, formándose algunos compuestos cristalinos y una gran parte de compuestos microcristalinos asimilables a coloides que forman una película en la superficie del grano. A partir de entonces el endurecimiento continua
dominado por estas estructuras coloidales que envuelven los granos del cemento y a través de las cuales progresa la hidratación hasta el núcleo del grano.9
El hecho de que pueda regularse la velocidad con que el cemento amasado pierde su fluidez y se endurece, lo hace un producto muy útil en construcción. Una reacción rápida de hidratación y endurecimiento dificultaría su transporte y una cómoda puesta en obra rellenando todos los huecos en los encofrados . Una reacción lenta aplazaría de forma importante el desarrollo de resistencias mecánicas. En las fábricas de cemento se consigue controlando la cantidad de yeso que se añade al clinker de cemento. En las plantas de hormigón, donde se mezcla la pasta de cemento y agua con los áridos, también se pueden añadir productos que regulan el tiempo de fraguado.9
En condiciones normales un hormigón portland normal comienza a fraguar entre 30 y 45 minutos después de que ha quedado en reposo en los moldes y termina el fraguado trascurridas sobre 10 ó 12 horas. Después comienza el endurecimiento que lleva un ritmo rápido en los primeros días hasta llegar al primer mes, para después aumentar más lentamente hasta llegar al año donde prácticamente se estabiliza.10 En el cuadro siguiente se observa la evolución de la resistencia a compresión de un hormigón tomando como unidad la resistencia a 28 días, siendo cifras orientativas:11
Evolución de la Resistencia a compresión de un Hormigón Portland normal
Edad del Hormigón en días
3 7 28 90 360
Resistencia a compresión
0,40 0,65 1,00 1,20 1,35
Resistencia
Para comprobar que el hormigón colocado en obra tiene la resistencia requerida se rellenan con el mismo hormigón unos moldes cilíndricos normalizados y se calcula su resistencia en un laboratorio realizando ensayos de rotura a compresión.
En el proyecto previo de los elementos, la Resistencia característica (fck) del hormigón es aquella que se adopta en todos los cálculos como resistencia a compresión del mismo, y dando por hecho que el hormigón que se ejecutará resistirá ese valor se dimensionan las medidas de todos los elementos estructurales.12
La Resistencia característica de proyecto (fck) establece por tanto el límite inferior, debiendo cumplirse que cada amasada de hormigón colocada tenga esa resistencia como mínimo. En la práctica, en la obra se realizan ensayos estadísticos de resistencias de los hormigones que se colocan y el 95% de los mismos debe ser superior a fck , considerándose que con el nivel actual de la tecnología del hormigón, una fracción defectuosa del 5% es perfectamente aceptable.
La resistencia del hormigón a compresión se obtiene en ensayos de rotura a compresión de probetas cilíndricas normalizadas realizados a los 28 días de edad y fabricadas con las mismas amasadas puestas en obra.12 La Instrucción española (EHE) recomienda utilizar la siguiente serie de resistencias características a compresión a 28 días (medidas en Newton/mm²): 20; 25; 30, 35; 40; 45 y 50.12 Por ello, las Plantas de fabricación de hormigón suministran habitualmente hormigones que garantizan estas resistencias.
Ensayo de consistencia en hormigón fresco mediante el Cono de Abrams que mide el asiento que se produce en una forma troncocónica normalizada cuando se desmoldea
Consistencia del hormigón fresco
La consistencia es la mayor o menor facilidad que tiene el hormigón 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 también el tamaño máximo del árido, la forma de los áridos y su granulometría.13
La consistencia se fija antes de la puesta en obra, analizando cual es la más adecuada para la colocación según los medios que se dispone de compactación. Se trata de un parámetro fundamental en el hormigón fresco.
Entre los ensayos que existen para determinar la consistencia, el más empleado es el cono de Abrams. Consiste en rellenar con hormigón fresco un molde troncocónico de 30 cm de altura. La pérdida de altura que se produce cuando se desmoldea es la medida que define la consistencia.13
Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plásticos, blandos y y fluidos tal como se indica en la tabla siguiente:14
Consistencia de los Hormigones frescos
ConsistenciaAsiento en cono de Abrams (cm)
Compactación
Seca 0-2 Vibrado
Plástica 3-5 Vibrado
Blanda 6-9 Picado con barra
Fluida 10-15 Picado con barra
Durabilidad
Se define en la Instrucción española EHE, la durabilidad del hormigón como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas y químicas agresivas a lo largo de la vida útil de la estructura protegiendo también las armaduras y elementos metálicos embebidos en su interior.15
Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones, sino también las condiciones físicas y químicas 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 corrosión de las armaduras, ambientes químicos agresivos, zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo, etc.15
Para garantizar la durabilidad del hormigón y la protección de las armaduras frente a la corrosión es importante realizar un hormigón con una permeabilidad reducida, realizando una mezcla con una relación agua/cemento baja, una compactación idónea, un peso en cemento adecuado y la hidratación suficiente de éste añadiendo agua de curado para completarlo. De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y así se reducen los ataques al hormigón.15
En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales. Para prevenir la corrosión de armaduras hay que cuidar el recubrimiento mínimo de las mismas.15
Tipos de hormigón
En la Instrucción española (EHE), publicada en 1998, los hormigones están tipificados según el siguiente formato siendo obligatorio referirse de esta forma en los planos y demás documentos de proyecto, así como en la fabricación y puesta en obra:16
Hormigón T – R / C / TM / A
T: se denominará HM cuando sea hormigón en masa, HA cuando sea hormigón armado y HP cuando sea hormigón pretensado.R: resistencia característica del hormigón expresada en N/mm².C: letra inicial del tipo de consistencia: S Seca, P plástica, B Blanda y F Fluida.TM: tamaño máximo del árido expresado en milímetros.A: designación del ambiente a que estará expuesto el hormigón.
Tipos de Hormigón
Hormigón ordinario
También se suele referir a él denominándolo simplemente hormigón. Es el material obtenido al mezclar cemento portland, agua y áridos de varios tamaños, superiores e inferiores a 5 mm, es decir, con grava y arena.17
Hormigón en masa
Es el hormigón que no contiene en su interior armaduras de acero. Este hormigón solo es apto para resistir esfuerzos de compresión.17
Hormigón armado
Es el hormigón que en su interior tiene armaduras de acero, debidamente calculadas y situadas. Este hormigón es apto para resistir esfuerzos de compresión y tracción. Los esfuerzos de tracción los resisten las armaduras de acero. Es el hormigón más habitual.17
Hormigón pretensado
Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de acero especial sometida a tracción.17 Puede ser pre-tesado si la armadura se ha tesado antes de colocar el hormigón fresco o post-tesado si la armadura se tesa cuando el hormigón ha adquirido su resistencia.
MorteroEs una mezcla de cemento, agua y arena (árido fino), es decir, un hormigón normal sin árido grueso.7
Hormigón ciclópeo
Es el hormigón que tiene embebidos en su interior grandes piedras de dimensión no inferior a 30 cm.17
Hormigón sin finos
Es aquel que sólo tiene árido grueso, es decir, no tiene arena (árido menor de 5 mm).17
Hormigón aireado o celular
Se obtiene incorporando a la mezcla aire u otros gases derivados de reacciones químicas, resultando un hormigón baja densidad.17
Hormigón de Fabricados con áridos de densidades superiores a los habituales
alta densidad(normalmente barita, magnetita, hematita...) El hormigón pesado se utiliza para blindar estructuras y proteger frente a la radiación.
Características de los componentes del hormigón [editar]
Cemento
Los cementos son productos que amasados con agua fraguan y endurecen formándose nuevos compuestos resultantes de reacciones de hidratación que son estables tanto al aire como sumergidos en agua.18
Hay varios tipos de cementos. Las propiedades de cada uno de ellos están íntimamente asociadas a la composición química de sus componentes iniciales, que se expresa en forma de sus óxidos, y que según cuales sean formaran compuestos resultantes distintos en las reacciones de hidratación. 18
Cada tipo de cemento está indicado para unos usos determinados; también las condiciones ambientales determinan el tipo y clase del cemento afectando a la durabilidad de los hormigones. Los tipos y denominaciones de los cementos y sus componentes están normalizados y sujetos a estrictas condiciones. La norma española establece los siguientes tipos: cementos comunes, los resistentes a los sulfatos, los resistentes al agua de mar, los de bajo calor de hidratación, los cementos blancos, los de usos especiales y los de aluminato de calcio. Los cementos comunes son el grupo más importante y dentro de ellos el portland es el habitual. En España sólo pueden utilizarse los cementos legalmente comercializados en la Unión Europea y están sujetos a lo previsto en leyes específicas.19
Además del tipo de cemento, el segundo factor que determina la calidad del cemento, es su clase o resistencia a compresión a 28 días. Esta se determina en un mortero normalizado y expresa la resistencia mínima, la cual debe ser siempre superada en la fabricación del cemento. No es lo mismo, ni debe confundirse la resistencia del cemento con la del hormigón, pues la del cemento corresponde a componentes normalizados y la del hormigón dependerá de todos y cada uno de sus componentes. Pero si el hormigón está bien dosificado a mayor resistencia del cemento corresponde mayor resistencia del hormigón.18 La norma española establece las siguientes clases de resistencias:19
Especificaciones de las diversas clases de cementos
Clase de resistencia
Resistencia (N/mm²) FraguadoExpansión (mm)
a 2 días a 7 días a 28 díasInicio (minutos)
Final (horas)
32,5N >16,0 >32,5 <52,5 >75,0 <12,0 <10,0
32,5R >10,0 >32,5 <52,5 >75,0 <12,0 <10,0
42,5N >10,0 >42,5 <62,5 >60,0 <12,0 <10,0
42,5R >20,0 >42,5 <62,5 >60,0 <12,0 <10,0
52,5N >20,0 >52,5 >45,0 <12,0 <10,0
52,5R >30,0 >52,5 >45,0 <12,0 <10,0
N = Resistencia inicial normal. R = Alta resistencia inicial.Este cuadro es aplicable a los cementos comunes, es decir, al portland,a los portland con adiciones, a los siderúrgicos, a los puzolánicos y a los compuestos.
El cemento se encuentra en polvo y la finura de su molido es determinante en sus propiedades conglomerantes, influyendo decisivamente en la velocidad de las reacciones químicas de su fraguado y primer endurecimiento. Al mezclarse con el agua los granos de cemento se hidratan sólo en una profundidad de 0,01 mm, por lo que si los granos fuesen muy gruesos el rendimiento de la hidratación sería pequeño al quedar en el interior un núcleo inerte. Sin embargo una finura excesiva provoca una retracción y calor de hidratación elevados. Además dado que las resistencias aumentan con la finura hay que llegar a una solución de compromiso, el cemento debe estar finamente molido pero no en exceso.18
El almacenamiento de los cementos a granel se realiza en silos estancos que no permitan la contaminación del cemento y deben estar protegidos de la humedad. En los cementos suministrados en sacos, el almacenamiento debe realizarse en locales cubiertos, ventilados, protegidos de la lluvia y del sol.19 Un almacenamiento prolongado puede provocar la hidratación de las partículas más finas por meteorización perdiendo su valor hidráulico y que supone un retraso del fraguado y disminución de resistencias.20
Cemento portland
El cemento portland se obtiene al calcinar a unos 1.500ºC mezclas preparadas artificialmente de calizas y arcillas. El producto resultante, llamado clinker, se muele añadiendo una cantidad adecuada de regulador de fraguado, que suele ser piedra de yeso natural.21
Esquema de un horno rotativo donde se mezcla y calcina la caliza y la arcilla para formar el clinker de cemento.
La composición química media de un portland, según Calleja, está formada por un 62,5% de CaO (cal combinada), un 21% de SiO2 (sílice), un 6,5% de Al2O3 (alúmina), un 2,5% de Fe2O3 (hierro) y otros minoritarios. Estos cuatro componentes son los principales del cemento, de carácter básico la cal y de carácter ácido los otros tres. Estos componentes no se encuentran libres en el cemento, sino combinados formando silicatos, aluminatos y ferritos cálcicos, que son los componentes hidráulicos del mismo o componentes potenciales. Un clinker de cemento portland de tipo medio contiene:21
Silicato tricálcico (3CaO·SiO2) .................................. 40% a 50%
Silicato bicálcico (2CaO·SiO2) .................................. 20% a 30%
Aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) ............................ 10% a 15%
Aluminatoferrito tetracálcico (4CaO·Al2O3·Fe2O3) ....... 5% a 10%
Clinker de cemento antes de su molienda.
Las dos principales reacciones de hidratación, que originan el proceso de fraguado y endurecimiento son:
2(3CaO·SiO2) + (x+3)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO·SiO2) + (x+1)H2O → 3CaO·2SiO2 x H2O + Ca(OH)2
El silicato tricálcico es el compuesto activo por excelencia del cemento pues desarrolla una resistencia inicial elevada y un calor de hidratación también elevado. Fragua lentamente y tiene un endurecimiento bastante rápido. En los cemento de endurecimiento rápido y en los de alta resistencia aparece en una proporción superior a la habitual.21
El silicato bicálcico es el que desarrolla en el cemento la resistencia a largo plazo, es lento en su fraguado y en su endurecimiento. Su estabilidad química es mayor que la del silicato tricálcico, por ello los cementos resistentes a los sulfatos llevan un alto contenido de silicato bicálcico.21
El aluminato tricálcico es el compuesto que gobierna el fraguado y las resistencias a corto. Su estabilidad química es buena frente al agua de mar pero muy débil a los sulfatos. Al objeto de frenar la rápida reacción del aluminato tricálcico con el agua y regular el tiempo de fraguado del cemento se añade al clinker piedra de yeso.21
El aluminatoferrito tetracálcico no participa en las resistencia mecánicas, su presencia es necesaria por el aporte de fundentes de hierro en la fabricación del clinker.21
Otros cementos
En España existen los llamados cementos portland con adiciones activas que además de los componente principales de clinker y piedra de yeso, contienen uno de estos componentes adicionales hasta un 35% del peso del cemento: escoria siderúrgica, humo de sílice, puzolana natural, puzolana naturalcalcinada, ceniza volante silícea, ceniza volante calcárea, esquistos calcinados o caliza.19
Los cementos de alta resistencia inicial, los resistentes a los sulfatos, los de bajo calor de hidratación o los blancos suelen ser portland especiales y para ellos e limitan o potencian alguno de los cuatro componentes básicos del clinker.22
El cemento siderúrgico se obtiene por molturación conjunta de clinker de portland y regulador de fraguado en proporción de 5-64% con escoria siderúrgica en proporción de 36-95%.19 Constituye la familia de los cementos fríos. La escoria se obtiene enfriando bruscamente en agua la ganga fundida procedente de procesos siderúrgicos; en este enfriamiento la escoria se vitrifica y se vuelve activa hidraúlicamente por su contenido en cal combinada. La escoria por si sola fragua y endurece lentamente, por lo que para acelerarlo se añade el clinker de portland.22
El cemento puzolánico es una mezcla de clinker de portland y regulador de fraguado en proporción de 45-89% con puzolana en proporción del 11-55%.19 La puzolana natural tiene origen volcánico y aunque no posee propiedades conglomerantes contiene sílice y alúmina capaces de fijar la cal en presencia de agua formando compuestos con propiedades hidráulicas. La puzolana artificial tiene propiedades análogas y se encuentran en las cenizas volantes, la tierra de diatomeas o las arcillas activas.22
El cemento aluminoso se obtiene por fusión de caliza y bauxita. El constituyente principal de este cemento es el aluminato monocálcico.22
Áridos
Acopio de áridos de tamaño 6-10 mm para la fabricación de hormigón.
Los áridos deben poseer por lo menos la misma resistencia y durabilidad que se exija al hormigón. No se deben emplear calizas blandas, feldespatos, yesos, piritas o rocas
friables o porosas. Para la durabilidad en medios agresivos serán mejores los áridos silíceos, los procedentes de machaqueo de rocas volcánicas o los de calizas sanas y densas.23
El árido que tiene mayor responsabilidad en el conjunto es la arena. Según Jiménez Montoya no es posible hacer un buen hormigón sin una buena arena. Las mejores arenas son las de río, que normalmente son cuarzo puro, por lo que aseguran su resistencia y durabilidad.23
Con áridos naturales rodados, los hormigones son más trabajables y requieren menos agua de amasado que los áridos de machaqueo, teniéndose además la garantía de que son piedras duras y limpias. Los áridos machacados procedentes de trituración, al tener más caras de fractura cuesta más ponerlos en obra, pero se traban mejor y se refleja en una mayor resistencia.23
Si los áridos rodados están contaminados o mezclados con arcilla, es imprescindible lavarlos para eliminar la camisa que envuelve los granos y que disminuiría su adherencia a la pasta de hormigón. De igual manera los áridos de machaqueo suelen estar rodeados de polvo de machaqueo que supone un incremento de finos al hormigón, precisa más agua de amasado y darán menores resistencias por lo que suelen lavarse.23
Los áridos que se emplean en hormigones se obtienen mezclando tres o cuatro grupos de distintos tamaños para alcanzar una granulometría óptima. Tres factores intervienen en una granulometría adecuada: el tamaño máximo del árido, la compacidad y el contenido de granos finos. Cuando mayor sea el tamaño máximo del árido, menores serán las necesidades de cemento y de agua, pero el tamaño máximo viene limitado por las dimensiones mínimas del elemento a construir o por la separación entre armaduras, ya que esos huecos deben quedar rellenos por el hormigón y, por tanto, por los áridos de mayor tamaño. En una mezcla de áridos una compacidad elevada es aquella que deja pocos huecos; se consigue con mezclas pobres en arenas y gran proporción de áridos gruesos, precisando poca agua de amasado; su gran dificultad es conseguir compactar el hormigón, pero si se dispone de medios suficientes para ello el resultado son hormigones muy resistentes. En cuanto al contenido de granos finos, estos hacen la mezcla más trabajable pero precisan más agua de amasado y de cemento. En cada caso hay que encontrar una fórmula de compromiso teniendo en cuenta los distintos factores. Las parábolas de Fuller y de Bolomey dan dos familias de curvas granulométricas muy utilizadas para obtener adecuadas dosificaciones de áridos.23
Agua
El agua de amasado interviene en las reacciones de hidratación del cemento. La cantidad de la misma debe ser la estricta necesaria, pues la sobrante que no interviene en la hidratación del cemento se evaporará y creará huecos en el hormigón disminuyendo la resistencia del mismo. Puede estimarse que cada litro de agua de amasado de exceso supone anular dos kilos de cemento en la mezcla. Sin embargo una reducción excesiva de agua originaría una mezcla seca, poco manejable y muy difícil de colocar en obra. Por ello es un dato muy importante fijar adecuadamente la cantidad de agua.24
Durante el fraguado y primer endurecimiento del hormigón se añade el agua de curado para evitar la desecación y mejorar la hidratación del cemento.24
Ambas, el agua destinada al amasado, como la destinada al curado deben ser aptas para cumplir su función. El agua de curado es muy importante que sea apta pues puede afectar más negativamente a las reacciones químicas cuando se está endureciendo el hormigón. Normalmente el agua apta suele coincidir con la potable y
están normalizados una serie de parámetrgs que debe cumplir. Así en la normativa está ligitado el pH, el contenido en sulfatos, gf ión cloro y lgs hidratos de carbono.24
Cuando una masa es excesivamente fluida o muy seca hay peligro de que se produzca el fenómeno de la segregación (separación del hormigón en sus componentes: áridos, cemento y agua). Suele presentarse cuando se hormigona con caídas de material superiores a los 2 metros.14
Otros componentes minoritarios
Los componentes básicos del hormigón son cemento, agua y áridos; otros componentes minoritarios que se pueden incorporar son: adiciones, aditivos, fibras, cargas y pigmentos.
Pueden utilizarse como componentes del hormigón los aditivos y adiciones, siempre que mediante los oportunos ensayos, se justifique que la sustancia agregada en las proporciones y condiciones previstas produce el efecto deseado sin perturbar excesivamente las restantes características del hormigón ni representar peligro para la durabilidad del hormigón ni para la corrosión de las armaduras.25
Las adiciones son materiales inorgánicos, puzolánicos o con hidraulicidad latente que, finamente molidos, pueden ser añadidos al hormigón en el momento de su fabricación, con el fin de mejorar alguna de sus propiedades o conferirle propiedades especiales. La EHE recoge únicamente la utilización de las cenizas volantes y el humo de sílice, determinando sus limitaciones.
Los aditivos son sustancias o productos que se incorporan al hormigón, antes o durante el amasado, produciendo la modificación de alguna de sus características, de sus propiedades habituales o de su comportamiento. La EHE establece una proporción no superior al 5% del peso del cemento y otros condicionantes.
Diseño, fabricación y puesta en obra
Normativa
Introducción
En el siglo XVIII, la resistencia de los elementos estructurales de hormigón armado era calculada experimentalmente. Navier, a principios del siglo XIX, planteó la necesidad de conocer y establecer los límites hasta donde las estructuras se comportaban elásticamente, sin deformaciones permanentes, para poder obtener modelos físico-matemáticos fiables y formulas coherentes. Posteriormente, dada la complejidad del comportamiento del hormigón, se requirió utilizar métodos basados en el cálculo de probabilidades para lograr resultados más realistas. En la primera mitad del siglo XX, se calculaban los elementos estructurales por el método de las Tensiones admisibles.
Seguridad estructural
Las estructuras de los edificios, cuya función es resistir las acciones a que están sometida, suelen ser de hormigón armado.
En los años 1960, se inició el desarrolló la teoría de la seguridad estructural respecto de los Estados límites, estableciéndose valores máximos en las flechas y en la fisuración de los elementos estructurales, acotando los riesgos.
Estados límites
El concepto de Estado límite tuvo su auge en los años 1970, como conjunto de requerimientos que debía satisfacer un elemento estructural para ser considerado apto. Los reglamentos se centraron en dos tipos: los Estados límites de servicio y los Estados límites de solicitación.
Coeficientes de seguridad
Los reglamentos de los años 1970, para poder simplificar los complejos cálculos de probabilidades, establecieron los Coeficientes de seguridad, en función de la calidad de los materiales, el control de la ejecución de la obra y la dificultad del proyecto. Se introdujeron los Coeficientes de mayoración de cargas o acciones, y los Coeficientes de minoración de resistencia de los componentes materiales.26
Reglamentos
A mediados del siglo XX los Reglamentos tenían decenas de páginas, en el siglo XXI poseen cientos. La introducción de programas informáticos posibilita cálculos muy complejos, rápidos y soluciones más precisas. Los Reglamentos hacen especial hincapié en estados últimos de servicio (fisuración, deformaciones) comportamiento (detalles constructivos) y durabilidad (recubrimientos, calidades), limitando la resolución experimental con múltiples condicionantes. Así, el Eurocódigo 1 establece situaciones usuales y accidentales (como sismos), que implican Coeficientes de seguridad parciales para las más variadas solicitaciones y resistencias.
Cálculo y proyecto
Antes de construir cualquier elemento de hormigón deben calcularse las cargas a que estará sometido y, en función de las mismas, se determinarán las dimensiones de los elementos y calidad de hormigón, la disposición y cantidad de las armaduras en los mismos.
El cálculo de una estructura de hormigón consta de varias etapas. Primero se realizan una serie de simplificaciones en la estructura real transformándola en una estructura ideal de cálculo. Después se determinan las cargas que va a soportar la estructura, considerando en cada punto la combinación de cargas que produzca el efecto más desfavorable. Por último se dimensiona cada una de las secciones para que pueda soportar las solicitaciones más desfavorables.
Una vez calculada la estructura se redacta el proyecto, que es el conjunto de documentos que sirve para la realización de la obra y que detalla los elementos a construir. En el proyecto están incluidos los cálculos realizados. También incluye los planos donde figuran las dimensiones de los elementos a ejecutar, la tipificación de los hormigones previstos y las características resistentes de los aceros a emplear.
Fabricación
Es muy importante conseguir la mezcla óptima en las proporciones precisas de áridos de distintos tamaños, cemento y agua. No hay una mezcla óptima que sirva para todos los casos.27 Para establecer la dosificación adecuada en cada caso se debe tener en cuenta la resistencia mecánica, factores asociados a la fabricación y puesta en obra, así como el tipo de ambiente a que estará sometido.28
Hay muchos métodos para dosificar previamente el hormigón, 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 métodos teóricos.29
Se señalan brevemente los aspectos básicos que hay que determinar:
La Resistencia característica (fck) se fija en el proyecto.29
La selección del tipo de cemento se establece en función de las aplicaciones del hormigonado (en masa, armado, pretensado, prefabricado, de alta resistencia, desencofrado rápido, hormigonados en tiempo frío o caluroso, etc.) y del tipo de ambiente a que estará expuesto.30
El tamaño máximo del árido interesa que sea el mayor posible, pues a mayor tamaño menos agua necesitará ya que la superficie total de los granos de áridos a rodear será más pequeña. Pero el tamaño máximo estará limitado por
los espacios que tiene que ocupar el hormigón fresco entre dos armaduras cercanas o entre una armadura y el encofrado.29
La consistencia del hormigón se establece en función del tamaño de los huecos que hay que rellenar en el encofrado y de los medios de compactación previstos.29
La cantidad de agua por metro cúbico de hormigón. Conocida la consistencia, el tamaño máximo del árido y si la piedra es canto rodado o de machaqueo es inmediato establecer la cantidad de agua que se necesita.29
La relación agua/cemento depende fundamentalmente de la resistencia del hormigón, influyendo también el tipo de cemento y los áridos empleados.
Conocida la cantidad de agua y la relación agua /cemento, determinamos la cantidad de cemento.29
Conocida la cantidad de agua y de cemento, el resto serán áridos.
Determinar la composición granulométrica del árido, que consiste en determinar los porcentajes óptimos de los diferentes tamaños de áridos disponibles. Hay varios métodos, unos son de granulomettría continua, lo que significa que interviene todos los tamaños de áridos, otros son de granulometría discontinua donde falta algún tamaño intermedio de árido.29
Determinada la dosificación más adecuada, en la planta de hormigón hay que medir los componentes, el agua en volumen, mientra que el cemento y áridos se miden en peso.31
Los materiales se amasan en hormigonera o amasadora para conseguir una mezcla homogénea de todos los componentes. El árido debe quedar bien envuelto por la pasta de cemento. Para conseguir esta homogeneidad, primero se vierte la mitad de agua, después el cemento y la arena simultáneamente, luego el árido grueso y por último el resto de agua.31
Para el transporte al lugar de empleo se deben emplear procedimientos que no varien la calidad del material, normalmente camiones hormigonera. El tiempo transcurrido no debe ser superior a hora y media desde su amasado.30 Si al llegar donde se debe colocar el hormigón, este ha empezado a fraguar debe desecharse.31
Puesta en obra]
En el hormigón armado se emplea habitualmente acero de alta resistencia de adherencia mejorada o barras corrugadas. El corrugado está normalizado por la forma del resalto en el perímetro de la barra, su altura, anchura y separación.
Colocación de armaduras
Las armaduras deben estar limpias y sujetarse al encofrado y entre sí de forma que mantegan la posición prevista sin moverse en el vertido y compactación del hormigón. Para ello se colocan calzos o distanciadores en número suficiente que permitan mantener la rigidez del conjunto.32
Las distancias entre las diversas barras de armaduras deben mantener una separación mínima que está normalizada para permitir una correcta colocación del hormigón entre las barras de forma que no queden huecos o coqueras durante la compactación del hormigón.32
De igual manera el espacio libre entre las barras de acero y el encofrado, llamado recubrimiento, debe mantener una separación mínima, también normalizada, que permita el relleno de este espacio por el hormigón. Este espacio se controla por medio de separadores que se colocan entre la armadura y el encofrado.32
Encofrado
El encofrado debe contener y soportar el hormigón fresco durante su endurecimiento manteniendo la forma deseada sin que se deforme. Suelen ser de madera o metálicos y se exige que sean rígidos, resistentes, estancos y limpios. En su montaje deben quedar bien sujetos de forma que durante la consolidación posterior del hormigón no se produzcan movimientos.33
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 hormigón.33
Colocación y compactación
El vertido del hormigón fresco en el interior del encofrado debe efectuarse evitando que se produzca la segregación de la mezcla. Para ello se debe evitar verterlo desde gran altura, hasta un máximo de dos metros de caída libre y no se debe desplazar horizontalmente la masa.34
Se coloca por capas o tongadas horizontales de espesor reducido para permitir una buena compactación (hasta 40 cm en hormigón en masa y 60 cm en hormigón armado). Las distintas capas o tongadas se consolidan sucesivamente, trabando cada capa con la anterior con el medio de compactación que se emplee y sin que haya comenzado a fraguar la capa anterior.34
Para conseguir un hormigón compacto, eliminando sus huecos y para que se obtenga un completo cerrado de la masa, hay varios sistemas de consolidación. El picado con barra, que se realiza introduciéndola sucesivamente, precisa hormigones de consistencias blandas y fluidas y se realiza en obras de poca importancia resistente. La compactación por golpeo repetido de un pisón se emplea en capas de 15 o 20 cm de espesor y mucha superficie horizontal. La compactación por vibrado es la habitual en hormigones resistentes y es apropiada en consistencias secas.34
El vibrador más utilizado es el de aguja, un cilindro metálico de 35 a 125 mm de diámetro cuya frecuencia varía entre 3.000 y 12.000 ciclos por minuto. La aguja se dispone verticalmente en la masa de hormigón fresco, introduciéndose en cada tongada hasta que la punta penetre en la capa anterior y cuidando de no tocar las armaduras pues la vibración podría separar la masa de hormigón de la armadura. Mediante el vibrado se reduce el aire contenido en el hormigón sin compactar que se estima del orden del 15 al 20% hasta un 2-3% después del vibrado.34
Curado
El curado es una de las operaciones más 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 pérdidas de agua por evaporación, formándose huecos capilares en el hormigón que disminuyen su resistencia. En particular el calor, la sequedad y el viento provocan una evaporación rápida del agua incluso una vez compactado. Es preciso compensar estas pérdidas curando el hormigón añadiendo abundante agua que permita que se desarrollen nuevos procesos de hidratación con aumento de la resistencia.33
Hay varios procedimientos habituales para curar el hormigón. Desde los que protegen del sol y del viento mediante tejadillos moviles, plásticos; mediante riegos de agua en la superficie; la inmersión en agua empleada en prefabricación; los productos de curado aplicados por pulverización; los pulverizados a base de resinas forman una película que impide la evaporación del agua, se trata de uno de los sistemas más eficaces y más costosos.33
Desencofrado y acabados
La retirada de los encofrados se realiza cuando el hormigón ha alcanzado el suficiente endurecimiento. En los portland normales suele ser un periodo que oscila entre 3 y 7 días.33
Una vez desencofrado hay que reparar los pequeños defectos superficiales normalmente huecos o coqueras superficiales. Si estos defectos son de grandes dimensiones o están en zonas críticas resistentes puede resultar necesario la demolición parcial o total del elemento construido.33
Es muy difícil que queden bien ejecutadas las aristas vivas de hormigón, por ello es habitual biselarlas antes de su ejecución. Esto se hace incorporando en las esquinas de los encofrados unos biseles de madera llamados berenjenos.33
Técnicas constructivas del hormigón
En la actualidad las avanzadas técnicas de ejecución de hormigón permiten plantearse retos de envergadura como atravesar grandes masas de agua, levantar esbeltas pilas o construir tableros en curva a gran altura.
Producción mundial de hormigón
La producción mundial del cemento fue de más de 2.500 millones de toneladas en 2007. Estimando una dosificación de cemento entre 250 y 300 kg de cemento por metro cúbico de hormigón, significa que se podrían producir de 8.000 a 10.000 millones de metros cúbicos, que equivalen a 1,5 metros cúbicos de hormigón por persona. Ningún material de construcción ha sido usado en tales cantidades y en un futuro no parece existir otro material de construcción que pueda competir con el hormigón en magnitud de volumen.35
Hormigón: Propiedades
Las principales Propiedades Generales que afectan al Hormigón Fresco son:
Trabajabilidad
Es la facilidad con la que puede distribuirse el Hormigón dentro de los encofrados.
Debe tener la necesaria consistencia, para lo cual afectarán: la cantidad de agua, la forma y medida de los áridos, la cantidad de Cemento, la existencia de aditivos, y la presencia de cenizas.
También la correspondiente cohesión, que es la resistencia del material a segregarse.
Homogeneidad
Se dice del material que tiene las mismas propiedades en todos los puntos. En el Hormigón se consigue mediante un buen amasado.
Y las que afectan al Hormigón Endurecido:
Densidad
Es la cantidad de peso por unidad de volumen ( densidad=peso/volumen) Variará con la clase de áridos y con la forma de colocación en obra.
La densidad de los Hormigones Ligeros oscilará entre los 200 y los 1500 kg/m3.
En los Hormigones Ordinarios:
Apisonados: 2000 a 2200 kg/m3
Vibrados: 2300 a 2400 kg/m3
Centrifugados: 2.400 a 2500 kg/m3
Proyectados 2500 a 2600 kg/m3
Los Hormigones Pesados pueden alcanzar los 4000 kg/m3. Este tipo de Hormigón es el utilizado para construir pantallas de protección contra las radiaciones.
Resistencia Mecánica
Es la capacidad que tiene el Hormigón para soportar las cargas que se apliquen sin agrietarse o romperse.
Es diferente según el tipo de esfuerzos de que se trate: su resistencia a la compresión es unas diez veces mayor que su resistencia a la tracción. Esta baja resistencia a la tracción es la que llevó a incorporar varillas de Hierro o Acero al Hormigón, para conformar el Hormigón Armado.
Durabilidad
Es la capacidad para resistir el paso del tiempo.
Porosidad
La porosidad se considera la proporción de huecos respecto de la masa total. Influye en la resistencia, la densidad, y la permeabilidad del Hormigón.
Permeabilidad
Es la capacidad de un un material de ser atravesado por líquidos o gases. La impermeabilidad del Hormigón es importante para su resistencia a los ataques químicos. Esta impermeabilidad depende en parte del exceso de agua en el amasado y del posterior curado del Hormigón.
Hormigón: Fabricación
Para la Fabricación del Hormigón es muy importante la proporción de sus componentes, que deberán ser los adecuados a los esfuerzos a los cuales estará sometido.
Áridos
Deberán estar limpios, con la mínima cantidad de Arcilla o impurezas que alteren la hidratación del Cemento.
Los áridos ocupan entre 60 y un 75 % del volumen del Hormigón e influyen sobremanera en las Propiedades del Hormigón Fresco y del Hormigón Endurecido.
Agua
El Agua no tendrá contaminación salina u orgánica. Se recomienda utilizar agua potable.
Cemento
Deberá elegirse el Cemento apropiado teniendo en cuenta el contenido de sales y humedad en el suelo. Éste se almacenará en sitio seco y protegido de la humedad, clasificándose por expediciones y clase.
Encofrado
El Encofrado se colocará firmemente y bien estanco para impedir la pérdida de Mortero. Se recubrirá con aceite o productos indicados para facilitar el posterior desencofrado y su reutilización. Si es de Madera se humedecerá previamente a la colocación del Hormigón, para no absorber la humedad de la mezcla. También pueden ser de contrachapados, metálicos, de Caucho o Plástico, según sea la superficie a hormigonar.
Mezclado
Puede realizarse de diferentes maneras, pero en todas deberá asegurarse un resultado final homogéneo. En obras pequeñas, el material podrá ser mezclado a mano, o con hormigoneras. En obras medianas o grandes, se utilizará Hormigón fabricado en planta, y trasladado a obra.
Colocación
El Hormigón debe ser aprisionado en los moldes, para evitar que queden huecos, para lo cual se recomienda la utilización de vibradores, o bien, en obras pequeñas, una varilla.
Otro procedimiento de colocación es el de proyección a presión. Los materiales son lanzados mediante aire comprimido, por una tubería, y al salir, son humedecidos.
Curado
El Hormigón alcanzará toda su resistencia si la mezcla no pierde humedad rápidamente, para lo cual debe protegerse su superficie para impedir que seque antes de tiempo.
Se recomienda que cuando las temperaturas se encuentren por debajo de los 2ºC y por sobre los 35ºC, deberán tomarse precauciones especiales para un buen curado. Si ésto no es posible, la resistencia final del Hormigón podría resentirse y estar un 30% debajo de lo esperado.
Desencofrado
Se realiza cuando el Hormigón ha alcanzado el grado de resistencia suficiente como para soportar el triple de la carga que haya de resistir. En losas será recomendable mantenerlo durante al menos 15 días, dejando los apuntalamientos necesarios.
Resistencia
Se realizan pruebas de resistencia después de transcurridos 28 días. Con ello se verifica la calidad del Hormigón.
Hormigón: Aditivos
Los Aditivos del Hormigón son productos que, introducidos en pequeña porción en el material, modifican algunas de sus propiedades originales, se presentan en forma de polvo, líquido o pasta y la dosis varia según el producto y el efecto deseado entre un 0,1 % y 5 % del peso del Cemento.
El empleo de los aditivos permite controlar algunas propiedades del Hormigón, tales como las siguientes:
Trabajabilidad y Exudación en estado fresco
Plastificantes, Reductores de Agua
Incorporadores de aire
Polvos minerales plastificantes
Estabilizadores
Tiempo de Fraguado y Resistencia Inicial
Aceleradores de Fraguado y/o Endurecimiento
Retardadores de Fraguado
Resistencia, Impermeabilidad y Durabilidad en estado endurecido
Incorporadores de Aire
Anticongelantes
Impermeabilizantes
Fisuras en el Hormigón
Las Fisuras en el Hormigón, son roturas que aparecen generalmente en la superficie del mismo, debido a la existencia de tensiones superiores a su capacidad de resistencia. Cuando la fisura atraviesa de lado a lado el espesor de una pieza, se convierte en grieta.
Las fisuras se originan en las variaciones de longitud de determinadas caras del hormigón con respecto a las otras, y derivan de tensiones que desarrolla el material mismo por retracciones térmicas o hidráulicas o entumecimientos que se manifiestan generalmente en las superficies libres.
La retracción térmica se produce por una disminución importante de la temperatura en piezas de hormigón cuyo empotramiento les impide los movimientos de contracción, lo que origina tensiones de tracción que el hormigón no está capacitado para absorber. En general, no conllevan riesgos estructurales y deben ser estudiados caso por caso, por ser atípicos.
Tabla de contenidos
[esconder]
1 Identificación de las Grietas
2 Tratamiento de las Grietas
3 Identificación de las Fisuras
4 Prevención de las Fisuras
o 4.1 En Sub bases y Encofrados
o 4.2 En Hormigón
o 4.3 En Acabado
o 4.4 En Curado
o 4.5 En Juntas
o 4.6 Recubrimiento de las Armaduras
o 4.7 Riego
o 4.8 Agregados
o 4.9 Aditivos
o 4.10 Agua
5 Tratamiento de las Fisuras
6 Artículos Relacionados
7 Enlaces Externos
Identificación de las Grietas
Grietas paralelas a la dirección del esfuerzo:
Se producen por esfuerzo de compresión. Son muy peligrosas, especialmente en columnas porque "no avisan", ya que son producto de un agotamiento de la capacidad de carga del material, y el colapso puede producirse en cualquier momento.
Grietas normales a la dirección del esfuerzo:
Indicativas de que éste es de tracción.
Grietas verticales en el centro de la luz de una viga:
En las secciones de máximos momentos flectores, se originan en esfuerzos de flexión y se deben generalmente a armaduras insuficientes.
Grietas horizontales o a 45º en vigas:
Son debidas al esfuerzo de corte y se deben a secciones insuficientes de hormigón en los apoyos, y/o secciones insuficientes de armaduras de refuerzo en estribos y en hierros doblados en los apoyos.
Grietas que rodean la pieza de hormigón:
Con una tendencia a seguir líneas a 45º, son debidos a esfuerzos de torsión y denotan armaduras de refuerzo insuficientes para contrarrestarlos.
Tratamiento de las Grietas
Por su naturaleza misma, ya que las grietas son debidas generalmente a fallas de diseño con insuficientes secciones de hormigón y/o armaduras de refuerzo, exigen trabajos importantes que incluyen re-calcular la estructura dañada y luego reforzar la misma.
Identificación de las Fisuras
Fisura en la parte superior de las vigas:
Siguiendo la línea de los estribos. Se debe al calentamiento de los hierros por el sol, que hace perder la humedad a la mezcla en la zona de contacto con los mismos.
Fisuras de retracción hidráulica por contracción de fraguado:
Se producen en losas no muy gruesas y de espesor uniforme (pavimentos, losas de entresuelos y techos de edificios, etc.) por la rápida desecación superficial con relación a la masa por la acción del sol, la humedad relativa, y especialmente del viento, o por la combinación de ambos, estas fisuras aparecen en la superficie en forma serpenteante, ubicadas al azar y orientadas en cualquier dirección.
Fisuras de retracción hidráulica por secado lento:
Aparecen en piezas estructurales cuyos movimientos de retracción están impedidos por su empotramiento o -en el caso de los pavimentos-, por su adherencia al terreno. En éstos, si no se les hacen las juntas de contracción con las separaciones adecuadas, aparecen espontáneamente, a intervalos regulares, en dirección normal al sentido de marcha y de un espesor regular.
Fisuras de entumecimiento:
Son provocadas por un aumento del volumen del hormigón que puede deberse a materiales expansivos incluidos en la masa. Las más conocidas son las expansiones producidas por la reacción álcali agregado (Alcali-sílice) que destruyen velozmente la estructura; otras más lentas como el ataque por sulfatos, la oxidación de los hierros de
refuerzo o elementos férricos empotrados en la masa del hormigón, y el efecto de congelación y deshielo.
Prevención de las Fisuras
En Sub bases y Encofrados
Se deben eliminar de la superficie, todos los restos de material suelto y partículas blandas. La sub base de las losas debe de ser un suelo bien compactado o a base de un relleno granular compactado con rodillo, vibrado o apisonada. La losa y la base deben tener cierta pendiente para facilitar un buen drenaje. Las sub bases llanas y lisas evitan la formación de fisuras. El encofrado debe de ser construido de manera que pueda resistir la presión del hormigón sin deformarse. Las láminas de curado de polietileno aumentan el sangrado y por tanto el fisurado de hormigones con exceso de agua. Cubrir las láminas de curado con una capa de arena humedecida de 2,5 a 5 cm. de espesor para reducir el sangrado. Humedecer la sub base, el encofrado y las armaduras inmediatamente antes de colocar el hormigón.
En Hormigón
Utilizar hormigón de plasticidad moderada (no más de 12 cm.). Evitar siempre el añadido posterior de agua con amasado suplementario. Si el hormigón debe ser fluido con más de 17 cm. de cono, las proporciones de la mezcla deben modificarse, utilizándose mezclas especiales con superplastificantes que eviten un sangrado excesivo, segregaciones y bajas resistencias. Especificar siempre hormigón aireado para losas al exterior que puedan sufrir heladas.
Evitar el uso de cemento de fraguado o endurecimiento rápido en situaciones climáticas desfavorables.
En Acabado
No realizar operaciones de acabado si hay agua en la superficie. El nivelado inicial debe de ser seguido de un rápido fratasado. Para un mejor agarre en superficies exteriores, efectuar un acabado con escoba. Si la evaporación es excesiva, reducirla en lo posible para evitar la fisuración por retracción plástica. Cubrir el hormigón con una tela húmeda o con hojas de polietileno durante las operaciones de acabado si las condiciones atmosféricas son severas.
En Curado
Inicie el curado tan pronto como sea posible, manteniendo húmeda la superficie de los elementos de hormigón. Rociar la superficie con un líquido de curado o cubrirla con telas húmedas al menos durante tres días.
En Juntas
Para controlar los efectos de contracción y expansión debido a los cambios de temperatura y/o humedad, deben de construirse, mediante sierra, disco o con herramientas adecuadas, unas juntas de construcción del grueso de la losa, con una separación entre ellas no superior a 30 veces el grueso de la misma. Con frecuencia deben de ponerse las juntas próximas unas a las otras para evitar largas áreas estrechas. La longitud de estas no debe de ser mayor de 1,5 veces el ancho. Las juntas perimetrales deben de incluirse en aquellos sitios donde puedan existir restricciones para los movimientos verticales u horizontales, tales como la unión de muros y suelos, columnas o pavimentos. En este caso deben ser profundas y se construyen insertando algún tipo de elemento barrera para prevenir la adhesión entre la losa y los otros elementos.
Recubrimiento de las Armaduras
Las fisuras en el Hormigón Armado debidas a la corrosión de las armaduras por formación y expansión de oxido de hierro, deben evitarse proporcionando el recubrimiento mínimo fijado por normativa.
Riego
Abundante riego previo de la base en pavimentos, y de los encofrados en losas de edificios.
Agregados
Empleo de agregados previamente humedecidos. Evitar un exceso de finos en los agregados del hormigón.
Aditivos
Usar aditivos químicos fluidificantes o retardadores de fraguado que permitan disminuir la necesidad de agua de mezclado y la caída del asentamiento en el Cono de Abrams antes de descargar.
Agua
Evitar exceso de agua de mezclado. No echar agua sobre el hormigón para facilitar la tarea de terminación.
Tratamiento de las Fisuras
El tiempo caluroso con varios días por encima de los 30º C, los vientos secos sostenidos y la baja presión atmosférica, hacen que la fisuración se desarrolle aun antes de haberse secado totalmente el agua de exudación de la superficie del hormigón.
Es un caso extremo en que la experiencia indica que hay que dejar que la fisuración se produzca, y completar con la terminación normal. Luego que terminó el proceso de fraguado (alrededor de 5 horas después de la terminación y hasta 24 horas después) pueden repararse las fisuras preparando una lechada rica en cemento Portland, con una consistencia que le permita penetrar en las fisuras llenándolas íntegramente; se las rellenará manualmente ayudándose con un cepillo o escoba.
Luego que seque este material, se procederá al curado normal de la estructura tal como se tenía previsto. Con este tratamiento, la fisura desaparecerá definitivamente.
FUNDAMENTOS DEL HORMIGON SIMPLE
1.1 INTRODUCCION
El hormigón es una piedra artificial formada al mezclar apropiadamente cuatro componentes básicos: cemento, arena, grava y agua.
Las propiedades del hormigón dependen en gran medida de la calidad y proporciones de los componentes en la mezcla, y de las condiciones de humedad y temperatura, durante los procesos de fabricación y de fraguado.
Para conseguir propiedades especiales del hormigón (mejor trabajabilidad, mayor resistencia, baja densidad, etc.), se pueden añadir otros componentes como aditivos químicos, microsílice, limallas de hierro, etc., o se pueden reemplazar sus componentes básicos por componentes con características especiales como agregados livianos, agregados pesados, cementos de fraguado lento, etc.
El hormigón ha alcanzado importancia como material estructural debido a que puede adaptarse fácilmente a una gran variedad de moldes, adquiriendo formas arbitrarias, de dimensiones variables, gracias a su consistencia plástica en estado fresco.
Al igual que las piedras naturales no deterioradas, el hormigón es un material sumamente resistente a la compresión, pero extremadamente frágil y débil a solicitaciones de tracción. Para aprovechar sus fortalezas y superar sus limitaciones, en estructuras se utiliza el hormigón combinado con barras de acero resistente a la tracción, lo que se conoce como hormigón armado.
1.2 LOS MATERIALES CEMENTANTES
Son materiales aglomerantes que tienen las propiedades de adherencia y cohesión requeridas para unir fragmentos minerales entre sí, formando una masa sólida continua, de resistencia y durabilidad adecuadas.
Dentro de esta categoría, además de los cementos propiamente dichos, se encuentran materiales empleados con menos frecuencia como las cales, los asfaltos y los alquitranes.
Para fabricar hormigón estructural se utilizan únicamente los cementos hidráulicos (utilizan agua para reaccionar químicamente y adquirir sus propiedades cementantes durante los procesos de endurecimiento inicial y fraguado). Entre los diferentes cementos hidráulicos destaca, por su uso extendido, el cemento Portland, existiendo además los cementos naturales y los cementos con alto contenido de alúmina.
El cemento Portland es un polvo muy fino, de color grisáceo, que se compone principalmente de silicatos de calcio y de aluminio, que provienen de la combinación de calizas, arcillas o pizarras, y yeso, mediante procesos especiales. El color parecido a las piedras de la región de Portland, en Inglaterra, dio origen a su nombre
El proceso de manufactura del cemento consiste, esencialmente, en la trituración de los materiales crudos (calizas y arcillas); su mezcla en proporciones apropiadas; y su calcinación a una temperatura aproximada de 1400°C, dentro de un cilindro rotativo, lo que provoca una fusión parcial del material, conformándose bolas del producto llamadas clinker. El clinker es enfriado y luego es molido junto con el yeso hasta convertirlo en un polvo fino llamado cemento Portland.
Existen diversos tipos de cemento Portland:
Tipo I: Se lo conoce como cemento Portland ordinario, que es el de mayor utilización en el mercado. Se lo utiliza en hormigones normales que no estarán expuestos a sulfatos en el ambiente, en el suelo o en el agua del subsuelo.
Tipo II: Son cementos con propiedades modificadas para cumplir propósitos especiales, como cementos antibacteriales que pueden usarse en piscinas; cementos hidrófobos que se deterioran muy poco en contacto con sustancias agresivas líquidas; cementos de albañilería que se los emplea en la colocación de mampostería; cementos impermebilizantes que se los utiliza en elementos estructurales en que se desea evitar las filtraciones de agua u otros fluidos, etc.
Tipo III: Son los cementos de fraguado rápido, que suelen utilizarse en obras de hormigón que están en contacto con flujos de agua durante su construcción o en obras que pueden inestabilizarse rápidamente durante la construcción.
Tipo IV: Son los cementos de fraguado lento, que producen poco calor de hidratación. Se los emplea en obras que contienen grandes volúmenes continuos de hormigón como las presas, permitiendo controlar el calor emitido durante el proceso de fraguado.
Tipo V: Son cementos resistentes a los sulfatos que pueden estar presentes en los agregados del hormigón o en el propio medio ambiente. La presencia de
sulfatos junto con otros tipos de cementos provoca la desintegración progresiva del hormigón y la destrucción de la estructura interna del material compuesto.
1.3 LOS ARIDOS
En los hormigones estructurales, los áridos o agregados ocupan alrededor de las tres cuartas partes del volumen total del hormigón; el volumen restante está constituido por pasta endurecida de cemento, agua sin combinar y burbujas de aire.
Mientras mayor sea el nivel de compactación del hormigón, mejor será su resistencia y más económica será su fabricación; por esta razón resulta importante cuidar la granulometría (tamaño de los granos y distribución estadística de esos tamaños de grano) de los áridos. También es importante que las características mecánicas de los áridos sean adecuadas y que los áridos estén libres de impurezas.
Los áridos naturales se clasifican en finos y gruesos. Los áridos finos o arenas pasan por el tamiz # 4. Los áridos gruesos no atraviesan el tamiz # 4 y se conocen como gravas (ripio en nuestro medio).
Los áridos gruesos presentan mejores propiedades de adherencia con la pasta de cemento cuando son triturados, lo que les dota de aristas (los áridos con superficie redondeada tienen menor adherencia).
1.4 DOSIFICACION DE HORMIGONES
Las proporciones en que se mezclan los componentes básicos y complementarios del hormigón constituyen su dosificación. Las propiedades del hormigón endurecido dependen de la dosificación inicial de los componentes básicos y complementarios, del proceso de mezclado, y del proceso de curado.
En términos generales los agregados dotan al hormigón de una estructura interna en la que los agregados más finos se intercalan entre los agregados más gruesos.
La pasta de cemento (cemento más agua), por su parte, llena los espacios libres entre partículas de áridos, y durante el proceso de fraguado genera cristales hidratados que unen químicamente las partículas de agregados. La formación de estos cristales es una reacción química exotérmica (genera calor) que siempre requiere de agua para que tenga lugar, siendo mucho más intensa la reacción (la creación de los cristales cohesivos) en los primeros días posteriores a la fabricación del hormigón, y luego va disminuyendo progresivamente en su intensidad con el tiempo. Normalmente, dentro del hormigón, una parte del cemento no alcanza a combinarse con el agua, por lo que permanece como cemento no hidratado.
Para asegurar que las reacciones de fraguado continúen, a partir del endurecimiento inicial del hormigón (que normalmente se produce en las primeras doce horas después del mezclado), se requiere dotar continuamente de agua de curado al hormigón, la que sirve para reponer el agua de amasado evaporada por el calor emanado como producto de las reacciones químicas. Esta agua de curado usualmente se la proporciona humedeciendo la superficie de los elementos de hormigón.
La propiedad de diseño más importante del hormigón constituye su resistencia; la propiedad constructiva más importante es su trabajabilidad. Usualmente estas dos propiedades son mutuamente conflictivas durante la construcción.
En general una relación agua/cemento (a/c) baja, medida al peso, que mantenga una adecuada trabajabilidad en el hormigón fresco, conduce a hormigones de mayor resistencia y mejor calidad.
Se requiere aproximadamente una relación a/c mínima de 0.25 para que todo el cemento presente en la mezcla reaccione químicamente con el agua formando pequeños puentes cristalizados entre las superficies de las partículas de áridos. Estos cristales son los responsables de la cohesividad entre las partículas y de la resistencia del hormigón en general.
Cualquier exceso de agua durante el amasado, por encima de la relación a/c de 0.25, se convertirá, luego del fraguado inicial, en espacios vacíos por la evaporación del agua (o espacios con agua que no alcanza a escapar de los poros luego del fraguado) que disminuyen considerablemente la resistencia del hormigón, y también provocará que los puentes cristalizados tengan mayor longitud y sean menos resistentes.
Lamentablemente una relación a/c cercana a 0.25 (que en teoría nos proporcionaría la mayor resistencia), no puede ser conseguida en un hormigón normal, pues la disminución de agua de amasado provoca una pérdida importante de trabajabilidad e inclusive puede llegar a imposibilitar la consecución de una mezcla apropiada. Para asegurar una mezcla homogénea y una trabajabilidad razonable en un hormigón normal (sin aditivos) serán necesarias relaciones a/c mínimas del orden de 0.60
La falta de agua de curado durante el fraguado del hormigón (particularmente en los primeros días en que las reacciones son más intensas) tiene efectos adversos sobre la resistencia final del hormigón, pues provoca que las partículas de cemento no reaccionen totalmente, dando lugar a pocos cristales de unión entre partículas de áridos, con lo que disminuye la cohesión.
1.5 LOS ADITIVOS
Existen aditivos químicos que, en proporciones adecuadas, cambian (mejoran) las características del hormigón fresco, del hormigón endurecido y del proceso de fraguado.
Los aditivos plastificantes son los más utilizados en nuestro medio, y permiten que la trabajabilidad del hormigón fresco mejore considerablemente, por lo que se los suele utilizar en hormigones que van a ser bombeados y en hormigones que van a ser empleados en zonas de alta concentración de armadura de hierro. Estos mismos aditivos pueden conseguir que, manteniendo la trabajabilidad de un hormigón normal, se reduzca la cantidad de agua de amasado mejorando con ello la resistencia del hormigón.
Existen aditivos superplastificantes (también se los conoce en el mercado como reductores de agua de alto rango) que pueden convertir a un hormigón normal en un hormigón fluido, que no requiere de vibración para llenar todos los espacios de las formaletas, inclusive en sitios de difícil acceso para el hormigón. Así mismo, si se mantiene una trabajabilidad normal, estos aditivos permiten la reducción de la relación agua/cemento hasta valores cercanos a 0.30, consiguiéndose hormigones de mediana resistencia (entre 350 Kg/cm2 y 420 Kg/cm2) y hormigones de alta resistencia (mayores a 420 Kg/cm2).
Los aditivos acelerantes permiten que el endurecimiento y fraguado de los hormigones se produzca más rápidamente en la fase inicial. Usualmente se los emplea cuando se desea desencofrar en menor tiempo las formaletas. Un efecto similar puede obtenerse utilizando cementos de fraguado rápido o mediante un proceso de curado con vapor de agua circulante.
Existen aditivos de fraguado extra rápido que se emplean en casos en que se requiera un endurecimiento y fraguado del hormigón en pocos minutos, como en la fundición de elementos dentro de cauces de ríos, en el mar o en túneles.
Los aditivos retardantes retrasan el endurecimiento inicial del hormigón, manteniendo por más tiempo su consistencia plástica. Se los suele utilizar en climas cálidos para evitar el fraguado anticipado por evaporación del agua de amasado, y en obras masivas de hormigón en que se quiere controlar la cantidad de calor emitida por el proceso de fraguado.
La aceleración o desaceleración del proceso de fraguado mediante aditivos o mediante cementos apropiados, a más de afectar la velocidad de obtención de resistencia del hormigón a corto plazo, tiene efecto sobre la resistencia del hormigón a largo plazo.
La aceleración inicial del proceso conduce a resistencias menores a largo plazo, pues el agua de curado tiene menor nivel de penetración por el endurecimiento del hormigón.
La desaceleración inicial del proceso determina resistencias mayores a largo plazo, pues el curado se vuelve más eficiente.
Hay aditivos introductores de aire que producen burbujas de aire dentro del hormigón, los que se utilizan en estructuras que están sometidas a procesos de congelamiento y descongelamiento periódico, poco frecuentes en nuestro medio (se los suele utilizar en refugios para ascencionismo). Los introductores de aire tienen como efecto colateral la disminución de la resistencia del hormigón aproximadamente en un 5% por cada 1% de burbujas de aire introducidas.
Existen sustancias especiales, como la ceniza volcánica pulverizada (fly ash) o la cáscara de arroz quemada y pulverizada, que por su composición química apropiada y por su granulometría aún más pequeña que la del cemento, mejoran la resistencia del hormigón a largo plazo.
El uso de aditivos requiere de mezclas de prueba en laboratorio o en obra, antes de ser utilizados en las estructuras, porque ocasionalmente pueden provocar reacciones indeseables con ciertos tipos de cemento y con otros aditivos.
DISEÑO Y FABRICACION DE HORMIGONES
2.1 INTRODUCCION
El objetivo de un diseño de hormigones es el de obtener una mezcla que posea un mínimo de determinadas propiedades tanto en estado fresco como endurecido, al menor costo de producción posible.
Las propiedades del concreto endurecido son especificadas por el proyectista de la estructura, y las propiedades del concreto fresco están definidas básicamente por el tipo de construcción y por las técnicas de colocación y transporte.
El costo de elaboración del concreto depende del costo de los materiales, del equipo y de la mano de obra. Dentro de los materiales, es la cantidad de cemento la que normalmente define el costo final, aunque el uso de aditivos especiales puede tener una incidencia importante.
2.2 CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
a. CEMENTO:
El cemento es el material ligante de los diferentes componentes del hormigón. El cemento para hormigones estructurales debe ser Portland.
Existen varios tipos de cemento Portland; entre los más importantes se pueden mencionar:
Tipo I: De fraguado normal
Tipo II: De propiedades modificadas
Tipo III: De fraguado rápido
Tipo IV: De fraguado lento
Tipo V: Resistente a los sulfatos
En nuestro medio se dispone permanentemente de cemento Portland tipo I y ocasionalmente (cuando se ejecutan proyectos de uso masivo de hormigón como presas) de tipo IV. Otros tipos de cemento siempre requieren de importación.
El cemento utilizado en la fabricación de hormigón debe estar totalmente seco y suelto, y no debe presentar grumos de fraguado anticipado.
Para asegurar buenas condiciones en el cemento, debe ser almacenado en un sitio cubierto, seco, con ventilación apropiada que se puede conseguir mediante vigas de madera colocadas sobre el piso y un entablado superior que evite el contacto con el piso de los sacos de cemento colocados encima.
Los sacos de cemento no deben conformar pilas de más de 10 unidades de altura para evitar el fraguado por presión.
Deben proveerse mecanismos de almacenamiento que permitan la rotación adecuada del cemento, para conseguir que el producto más antiguo siempre esté accesible para su utilización inmediata, lo que se suele lograr mediante un apropiado diseño de la circulación dentro de la bodega.
Como alternativa puede utilizarse cemento a granel en lugar de cemento en sacos, el que debe ser almacenado en silos protegidos contra la humedad (silos herméticos). El cemento a granel puede llegar a ser entre un 20% y un 25% más económico que el cemento en saco, pero requiere de procesos de control de la cantidad de cemento empleada en obra.
b. AGREGADOS:
Más del 75% del volumen del concreto está ocupado por los agregados, por lo que las propiedades de los mismos tienen influencia definitiva sobre el comportamiento del hormigón.
De acuerdo al tamaño de las partículas, los agregados se clasifican en agregados gruesos (tamaño mayor a 5 mm) y agregados finos (tamaño entre 0.07 mm y 5 mm).
Una buena graduación de los agregados da lugar a hormigones de mejores características y más económicos. Para conseguir una granulometría apropiada se mezclan en proporciones adecuadas al menos dos tipos de agregados.
Los agregados pueden ser utilizados en su estado natural o pueden provenir de un proceso de trituración. El agregado grueso triturado presenta mejores características de adherencia que el agregado natural, por lo que sus hormigones pueden alcanzar mayor resistencia.
Los agregados deben estar libres de partículas orgánicas, sales, limos y arcillas que puedan afectar las reacciones químicas de fraguado o produzcan porosidades indeseables.
Dependiendo del tipo de hormigón que se desee fabricar, se pueden emplear agregados ligeros, agregados normales o agregados pesados. También pueden utilizarse agregados artificiales.
c. AGUA:
El agua utilizada en el hormigón debe ser potable en lo posible o al menos debe estar libre de impurezas. Nunca debe usarse agua de mar.
d. ADITIVOS:
Son compuestos químicos que, añadidos en pequeñas cantidades, modifican las propiedades del hormigón. Entre los más conocidos existen los acelerantes, retardantes, plastificantes, impermeabilizantes. Los aditivos siempre deben ser probados previamente a su utilización en obra, por la gran variabilidad de la calidad del cemento que disponemos en el país.
2.3 ESPECIFICACIONES DEL HORMIGON
Las especificaciones técnicas son el punto de partida para el diseño de los hormigones. Entre las propiedades más importantes que deben considerarse se tiene:
Resistencia a la compresión
Trabajabilidad del hormigón fresco
Velocidad de Fraguado
Peso Específico
a. RESISTENCIA DEL HORMIGON
La resistencia a la compresión del hormigón normalmente se la cuantifica a los 28 días de fundido el concreto, aunque en estructuras especiales como túneles y presas, o cuando se emplean cementos especiales, pueden especificarse tiempos menores o
mayores a esos 28 días. En túneles es bastante frecuente utilizar la resistencia a los 7 días o menos, mientras en presas se suele utilizar como referencia la resistencia a los 56 días o más.
La resistencia del hormigón se determina en muestras cilíndricas estandarizadas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, llevadas hasta la rotura mediante cargas incrementales relativamente rápidas.
La resistencia característica a la compresión de un hormigón (f'c), utilizada en diseño estructural, se mide en términos probabilísticos, definiéndose que solamente un pequeño porcentaje de las muestras (normalmente el 5%) puedan tener resistencias inferiores a la especificada, lo que da lugar a que la resistencia media de las muestras (fm) siempre sea mayor que la resistencia característica.
Si se asume una distribución normalizada (campana de Gauss) de los ensayos de rotura de cilindros de hormigón, la resistencia característica puede calcularse a partir de la resistencia media y la desviación estándar (s ), mediante la siguiente expresión:
f'c = fm - 1.65s
La resistencia a la compresión de hormigones normales (210 - 280 Kg/cm2) y de mediana resistencia (350-420 Kg/cm2) está dominada por la relación agua/cemento (a menor relación agua/cemento mayor resistencia) y por el nivel de compactación (a mayor compactación mayor resistencia), pero también son factores importantes la cantidad de cemento (a mayor cantidad de cemento mayor resistencia) y la granulometría de los agregados (mejores granulometrías dan lugar a mayores resistencias).
En hormigones de alta resistencia (f’c > 420 Kg/cm2), a más de los factores antes mencionados, tiene especial importancia la resistencia del material constituyente de los agregados (roca de origen), pues este parámetro impone un tope máximo a la resistencia del concreto (el hormigón jamás podrá alcanzar una resistencia superior a la de la roca de origen del agregado grueso).
Uno de los requisitos más importantes que debe reunir un hormigón en zonas sísmicas es su ductilidad, lo que en nuestro medio limita la utilización de hormigones de resistencia media fm superior a 500 Kg/cm2, por ser sumamente frágiles (tienen muy poca deformabilidad en el rango de comportamiento plástico).
b. TRABAJABILIDAD DEL HORMIGON FRESCO:
Trabajabilidad es la facilidad que presenta el hormigón fresco para ser colocado y vibrado en cualquier molde. Los hormigones con baja trabajabilidad presentan problemas de mezclado y problemas de compactación dentro de los moldes, lo que puede redundar en una disminución de la resistencia.
La trabajabilidad del hormigón se suele categorizar en función del asentamiento del cono de Abrams o de la medición de la dispersión diametral en la mesa de flujo.
Para mejorar la trabajabilidad de un hormigón, se puede añadir agua con la consiguiente disminución de resistencia, o se pueden incluir aditivos plastificantes que no disminuirán su resistencia final.
c. VELOCIDAD DE FRAGUADO:
Las características propias de la estructura que se desea fundir pueden dar lugar a la necesidad de acelerar o retardar el fraguado del hormigón, para lo cual pueden utilizarse cementos especiales (muy poco utilizados en nuestro país) o aditivos acelerantes y retardantes.
d. PESO ESPECIFICO:
La necesidad de disponer de un hormigón ligero o pesado requerirá la utilización de agregados ligeros o pesados respectivamente. Los hormigones ligeros podrían ser utilizados en losas de edificios altos, mientras que los hormigones pesados podrían emplearse en anclajes de puentes colgantes, como bunkers de cobertura de materiales radioactivos, o para almacenar materiales explosivos.
2.4 PROCESO DE DISEÑO DE MEZCLAS
Existen una gran cantidad de métodos empíricos de diseño de mezclas para obtener hormigones con características específicas, sin embargo todos estos métodos deben ser tomados solamente como referenciales pues siempre requieren de pruebas de laboratorio para su afinamiento.A continuación se presenta el método propuesto por el ACI, en la norma 211.1-70, el mismo que se ilustra con un ejemplo.
EJEMPLO 2.1:
Se desea dosificar un metro cúbico de hormigón de resistencia característica f'c = 300 Kg/cm2 para una obra donde existe un buen control de calidad de producción, con asentamiento de 50 mm en el cono de Abrams (hormigón magro). Se empleará cemento Portland ordinario (tipo I). El tamaño máximo del agregado grueso es 40 mm y su peso volumétrico aparente (incluidos los espacios vacíos) es 1600 kg/m3; su densidad es 2.64 gr/cm3. El agregado fino tiene un módulo de finura de 2.60 (suma de porcentajes totales retenidos en cada tamiz desde 0.141 mm hasta el diámetro máximo del agregado fino, dividido para cien) y una densidad de 2.58 gr/cm3.
a. Se determina la variabilidad de la resistencia del hormigón, en base al nivel de control de calidad del proceso de mezclado en obra, para lo que se puede utilizar la siguiente tabla:
TIPO DE CONTROL DESVIACION ESTANDAR ( )
Muy bueno 0.07 fm
Bueno 0.14 fm
Regular 0.21 fm
Deficiente 0.28 fm
Un control de calidad muy bueno se obtiene solamente en laboratorios especializados que dosifican sus mezclas al peso, tienen control de la humedad antes del mezclado, utilizan agregados seleccionados y controlan la trabajabilidad del hormigón fresco.
Un control de calidad bueno se consigue en obras que emplean hormigón premezclado en fábricas especializadas y controlan el asentamiento del cono de Abrams; o en obras que mecanizan la producción de mezclas al peso, realizan corrección de dosificaciones por la humedad, emplean agregados de calidad y verifican la trabajabilidad de la mezcla.
Un control de calidad regular se obtiene con dosificaciones volumétricas y control frecuente de la cantidad de agua mediante el asentamiento del cono de Abrams.
Un nivel de control inferior al regular se cataloga como control de calidad deficiente.
En el presente caso tendríamos la siguiente información:f’c = 300 Kg/cm2 dato del ejemplo = 0.14 fm se toma de la tabla para un control de calidad de fabricación buenof’c = fm - 1.65 para un 5 % de muestras que no alcancen la resistencia especificadaReemplazando el valor de en la última expresión:f’c = fm -1.65 x ( 0.14 fm )f’c = fm - 0.231 fmf’c = 0.769 fmSe calcula la resistencia media del hormigón fm, que siempre será superior a su resistencia característica.
fm = 390 Kg/cm2
b. Se determina la cantidad de agua que se requiere por m3 de hormigón, y el porcentaje de volumen de aire atrapado, en función del tamaño máximo del agregado (40 mm) y del asentamiento en el cono de Abrams (50 mm), mediante la siguiente tabla:
Cantidad aproximada de agua de mezclado para diferentes asentamientos
y tamaños máximos de los agregados
Asentamiento Cantidad de agua
(Kg/m3 de concreto para agregados de tamaño máximo)
(mm) 10 12.5 20 25 40 mm 50 70 150 mm
mm mm mm mm mm mm
30 a 50 205 200 185 180 160 155 145 125
80 a 100 225 215 200 195 175 170 160 140
150 a 180 240 230 210 205 185 180 170 ¾
Contenido de aire atrapado (porcentaje)
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 0.2
Cantidad de agua por metro cúbico de hormigón = 160 Kg (se toma de la tabla anterior)
Porcentaje de volumen de aire atrapado = 1% (se toma de la tabla anterior)
c. La relación agua / cemento de la mezcla (medida al peso) se puede estimar de la siguiente figura tomada del libro Propiedades del Concreto de A. M. Neville, que se detalla a continuación, para una resistencia media de 390 Kg/cm2, medida a los 28 días.
peso de agua / peso de cemento = 0.44
d. El contenido de cemento será:
peso de cemento = peso de agua / 0.44 = 160 Kg / 0.44 = 364 Kg
e. Se calcula el volumen aparente de agregado grueso mediante la siguiente tabla, en función del módulo de finura del agregado fino (2.60) y el tamaño máximo del agregado grueso (40 mm).
Tamaño máximo del agregado
Volumen de agregado grueso compactado con varilla , por volumen de concreto para mñdulo de finura de la arena de:
(mm) 2.40 2.60 0.80 3.00
10 0.50 0.48 0.46 0.44
12.5 2&59 0.57 0.55 0&53
20 0.66 0.64 0.62 0.60
25 0.71 0.69 0.67 0.65
40 0.75 0.73 0.71 0.69
50 0.78 0.76 0.74 0.72
70 0.82 0.80 0.78 0.76
150 0.87 0.85 0.83 0.81
volumen aparente del agregado grueso = 0.73 m3 (se toma de la tabla anterior)
f. El peso del agregado grueso se obtiene multiplicando su volumen aparente por su peso específico aparente.
Peso agregado grueso = 0.73 m3 x 1600 Kg/m3 = 1168 Kg.
g. Se calculan los volúmenes efectivos de cemento, agua, agregado grueso y aire atrapado:
Volumen de aire atrapado = 0.01 x 1 m3 = 0.01 m3
i. Se calcula el volumen de agregado fino.
Volumen agregado fino = 1.000 m3 - 0.116 m3 - 0.160 m3 - 0.442 m3 - 0.010 m3
Volumen agregado fino = 0.272 m3
j. Se calcula el peso de agregado fino.
Peso agregado fino = (0.272 m3) . (2.58 x 1000 Kg/ m3) = 702 Kg
MATERIAL
VOLUMEN NETO
PESO
Cemento
0.116 m3
364 Kg
Agregado fino
0.272 m3
702 Kg
Agregado grueso
0.442 m3
1168 Kg
Agua
0.160 m3
160 Kg
Aire atrapado
0.010 m3
0 Kg
Este diseño sirve de base para iniciar pruebas de comprobación en laboratorio que permitirán su ajuste. Algunos criterios básicos para corrección del diseño, en laboratorio, pueden ser los siguientes:
Si la mezcla resulta demasiado seca, debería incorporarse un aditivo plastificante.Si la mezcla presenta oquedades internas (hormigueros), debería incrementarse proporcionalmente la cantidad de arena, cemento y agua.
Si la mezcla presenta segregación, debería disminuirse proporcionalmente la cantidad de arena, cemento y agua.
Para poder definir una dosificación al volumen, que a pesar de no ser técnicamente apropiada es la más empleada en nuestro medio, sería necesario determinar adicionalmente, en laboratorio, la densidad aparente del agregado grueso y del cemento.
2.5 CONTROL EN OBRA
El control en obra del proceso de fabricación de los hormigones constituye un aspecto fundamental. Debe prestarse especial atención a los siguientes puntos:
Respetar las proporciones de los componentes del hormigón obtenidas en laboratorio, a menos que se produzcan cambios en sus características, en cuyo caso deberán efectuarse ajustes al diseño.Controlar la humedad de los agregados, particularmente apilándolos en lugares protegidos contra la lluvia. En caso de no ser posible controlar los cambios de humedad se debe verificar periódicamente su contenido.No utilizar agregados que contengan sales o materiales orgánicos.No utilizar cemento que denote inicios de un proceso de fraguado.Controlar constantemente que el asentamiento del cono de Abrams se encuentre dentro de límites aceptables. El propio cono de Abrams puede ser utilizado para ajustar un diseño si los agregados se han humedecido por permanecer a la intemperie, en cuyo caso se deberá modificar fundamentalmente la cantidad de agua añadida.Si se usan aditivos, deben hacerse previamente mezclas de prueba para asegurarse de su buen comportamiento.
Se deberá tener especial cuidado con el transporte del hormigón para no producir segregación.
Se deberá tomar un número suficiente de muestras cilíndricas para poder realizar ensayos a los 7, 14 y 28 días. Se deberán reservar muestras para poder ensayarlas ocasionalmente a los 56 días.
DISEÑO DE LOSAS DE HORMIGON ARMADO
7.1 INTRODUCCION
Las losas son elementos estructurales bidimensionales, en los que la tercera dimensión es pequeña comparada con las otras dos dimensiones básicas. Las cargas que actúan sobre las losas son esencialmente perpendiculares al plano principal de las mismas, por lo que su comportamiento está dominado por la flexión.
7.2 TIPOS DE LOSAS
Las losas pueden estar soportadas perimetral e interiormente por vigas monolíticas de mayor peralte, por vigas de otros materiales independientes o integradas a la losa; o soportadas por muros de hormigón, muros de mampostería o muros de otro material, en cuyo caso se las llama Losas Sustentadas sobre Vigas o Losas Sustentadas sobre Muros, respectivamente.
Las losas pueden sustentarse directamente sobre las columnas, llamándose en este caso Losas Planas, que en su forma tradicional no son adecuadas para zonas de alto riesgo sísmico como las existentes en nuestro país, pues no disponen de capacidad resistente suficiente para incursionar dentro del rango inelástico de comportamiento de los materiales, con lo que se limita considerablemente su ductilidad. Pueden utilizarse capiteles y ábacos para mejorar la integración de las losas planas con las columnas, y para mejorar la resistencia de las losas al punzonamiento.
Las losas planas pueden mejorar relativamente su comportamiento ante los sismos, mediante la incorporación de vigas embebidas o vigas banda, con ductilidades apropiadas, en cuyo caso se llaman Losas Planas con Vigas Embebidas, que pueden ser útiles para edificios de hasta 4 pisos, con luces y cargas pequeñas y medianas.
Si la geometría de la losa y el tipo de apoyo determinan que la magnitud de los esfuerzos en dos direcciones ortogonales sean comparables, se denominan Losas Bidireccionales. Si los esfuerzos en una dirección son preponderantes sobre los esfuerzos en la dirección ortogonal, se llaman Losas Unidireccionales.
Cuando el hormigón ocupa todo el espesor de la losa se la llama Losa Maciza, y cuando parte del volumen de la losa es ocupado por materiales más livianos o espacios vacíos se la llama Losa Alivianada o Losa Aligerada.
Las losas alivianadas son las más populares en nuestro país por lo que, a pesar de que los códigos de diseño prácticamente no las toman en consideración, en este documento se realizará un análisis detallado de las especificaciones que les son aplicables.
Los alivianamientos se pueden conseguir mediante mampuestos aligerados de hormigón (son los de mayor uso en nuestro medio), cerámica aligerada, formaletas plásticas recuperables o formaletas de madera.
Las dimensiones estándar y los pesos de los bloques aligerados de hormigón disponibles en el mercado son:
Dimensiones del bloque Peso unitario
a b c
20 cm 40 cm 10 cm 8 Kg
20 cm 40 cm 15 cm 10 Kg
20 cm 40 cm 20 cm 12 Kg
20 cm 40 cm 25 cm 14 Kg
a. LOSAS UNIDIRECCIONALES:
Las Losas Unidireccionales se comportan básicamente como vigas anchas, que se suelen diseñar tomando como referencia una franja de ancho unitario (un metro de ancho). Existen consideraciones adicionales que serán estudiadas en su momento.
Cuando las losas rectangulares se apoyan en dos extremos opuestos, y carecen de apoyo en los otros dos bordes restantes, trabajan y se diseñan como losas unidireccionales.
Cuando la losa rectangular se apoya en sus cuatro lados (sobre vigas o sobre muros), y la relación largo / ancho es mayor o igual a 2, la losa trabaja fundamentalmente en la dirección más corta, y se la suele diseñar unidireccionalmente, aunque se debe proveer un mínimo de armado en la dirección ortogonal (dirección larga), particularmente en la zona cercana a los apoyos, donde siempre se desarrollan momentos flectores negativos importantes (tracción en las fibras superiores). Los momentos positivos en la dirección larga son generalmente pequeños, pero también deben ser tomados en consideración.
b. LOSAS BIDIRECCIONALES:
Cuando las losas se sustentan en dos direcciones ortogonales, se desarrollan esfuerzos y deformaciones en ambas direcciones, recibiendo el nombre de Losas Bidireccionales.
La ecuación general que describe el comportamiento de las losas bidireccionales macizas, de espesor constante, es conocida como la Ecuación de Lagrange o Ecuación de Placas, que se presenta a continuación:
Donde:
w : ordenada de la elástica de deformación de la placa en un punto de coordenadas (x, y)
D : rigidez a la flexión de la placa, análoga al producto E . I en vigas
E : módulo de elasticidad longitudinal del hormigón
h : espesor de la placa
m : coeficiente de Poisson del hormigón (su valor está comprendido entre 0.15 y 0.20)
La ecuación de Lagrange utiliza como fundamento la Ley de Deformación Plana de Kirchhoff que establece que una placa plana delgada, sometida a cargas perpendiculares a su plano principal, se deformará de modo que todos los puntos materiales que pertenecen a una recta normal a la superficie sin deformarse permanecerán dentro de la correspondiente recta normal a la superficie deformada (la versión simplificada para tigas diría que las secciones transversales planis antes de la deformación permanecen plcfas después de fa deformación).
Las solicitaciones unitarias internas que se desarrollan en las placas quedan definidas por las siguientes expresiones.
Donde:
mx : momento flector alrededor del eje x, por unidad de ancho de losa
my : momento flector alrededor del eje y, por unidad de ancho de losa
mxy : momento torsor, por unidad de ancho de losa
vx : esfuerzo cortante en la dirección x, por unidad de ancho de losa
vy : esfuerzo cortante en la dirección y, por unidad de ancho de losa
Es importante notar que las deformaciones producidas por flexión en una de las direcciones generan esfuerzos flexionantes en la dirección perpendicular debido al efecto de Poisson. También debe tomarse en consideración de que simultáneamente a la flexión en las dos direcciones, aparecen momentos torsionantes que actúan sobre la losa.
Las dos primeras ecuaciones son análogas a la Ecuación General de la Flexión en Vigas, pero se incluye la deformación provocada por los momentos flexionantes transversales.
Las solicitaciones de diseño para las losas bidireccionales dependen de las cargas y las condiciones de apoyo. Existen tablas de diseño de losas para las cargas y las condiciones de apoyo (o de carencia de apoyo) más frecuentes (empotramiento o continuidad total; apoyo fijo con posibilidad de rotación; borde libre o voladizo), y en casos de geometrías y cargas excepcionales se pueden utilizar los métodos de las Diferencias Finitas o de los Elementos Finitos.
7.3 ESPECIFICACIONES CODIFICADAS PARA LOSAS
a. DEFLEXIONES MAXIMAS EN LOSAS:
El Código Ecuatoriano de la Construcción y el ACI definen deflexiones máximas calculadas para losas macizas y nervadas que varían desde Ln/180 hasta Ln/480, dependiendo del uso de la losa.
Máximas Deflexiones Permisibles Calculadas en Losas
Tipo de miembro Deflexión que se ha de considerar
Límite de la deflexión
Techos planos que no soportan carga, o fijos a elementos no estructurales que es posible sean dañados por grandes deflexiones
Deflexión inmediata debido a carga viva
Ln/180
Pisos que no soportan carga, o fijos a elementos no estructurales que es posible sean dañados por grandes deflexiones
Deflexión inmediata debido a carga viva
Ln/360
Construcción de techo o piso que soporta o que está fija a elementos no estructurales que sean dañados por grandes deflexiones
Aquella parte de la deflexión total que ocurre después de fijar elementos no estructurales (la suma de la
Ln/480
deflexión a largo plazo debido a las cargas sostenidas y la deflexión inmediata debida a cualquier carga viva adicional)
Para el caso de losas rectangulares apoyadas sobre vigas de mayor peralte cuya relación lado largo / lado corto sea menor que 2, el cálculo de las deflexiones se realiza con tres ecuaciones propuestas por los códigos.
La ecuación básica define una altura mínima genérica para la losa:
Donde:
h: peralte o espesor de la losa maciza o altura de inercia equivalente en la losa nervada
Ln : claro libre en la dirección larga del panel, medido de cara a cara de las columnas en losas sin vigas, y de cara a cara de las vigas en losas sustentadas sobre vigas
Fy : esfuerzo de fluencia del acero en Kg/cm2
a m : promedio de los valores de a para las cuatro vigas en los bordes del panel, donde
a = relación entre E . I de la sección de la viga y E . I del ancho de la losa limitada lateralmente por las líneas de centro de los paneles adyacentes a cada lado de la viga (donde las hubiera)
b : relación de forma del panel = panel largo libre / panel corto libre
b s : relación entre la longitud de los bordes continuos del panel y el perímetro del panel (1 para un panel interior, ½ para un panel esquinero)
Los resultados de la ecuación anterior no deben ser menores que la siguiente expresión:
Así mismo, el valor obtenido con la ecuación básica no necesita ser mayor que la siguiente expresión:
Además de las expresiones anteriores, el Código Ecuatoriano de la Construcción establece que la altura de las losas no debe ser menor que los siguientes valores:
Losas sin vigas o ábacos ................................................. 12 cm
Losas sin vigas pero con ábacos que cubran al menos
un sexto de la luz centro a centro y se proyecten por
debajo de la losa al menos h/4 ........................................ 10 cm
Losas que tengan vigas en los cuatro bordes, con un
valor de a m por lo menos igual a 2.0 ............................... 9 cm
El Código Ecuatoriano de la Construcción y el ACI también especifican un peralte mínimo de las losas armadas en una sola dirección para limitar las deflexiones a valores razonables, cuando no se calculan deflexiones. La siguiente tabla puede ser usada también para losas bidireccionales sobre vigas de mayor peralte cuya relación lado largo / lado corto sea mayor que 2 (trabajan fundamentalmente en la dirección corta), arrojando resultados conservadores.
Altura Mínima de Vigas o Losas en una Dirección Cuando no se Calculan Deflexiones
Miembros Altura mínima h
Libremente
apoyados
Con un extremo
continuo
Ambos extremos
continuos
En voladizo
Losas macizas
en una dirección
Ln/20 Ln /24 Ln /28 Ln /10
Vigas o losas nervadas
en una dirección
Ln /16 Ln /18.5 Ln /21 Ln /8
Donde:
Ln : claro libre en la dirección de trabajo de la losa, medido de cara interna a cara interna de los elementos que sustentan a la losa
b. ARMADURA MINIMA:
En losas de espesor constante (losas macizas), cuando se utilice acero de refuerzo con esfuerzo de fluencia Fy = 2800 Kg/cm2 o Fy =3500 Kg/cm2, la cuantía de armado mínimo para resistir la retracción de fraguado y los cambios de temperatura r mín será de 0.0020, en dos direcciones ortogonales. Esta armadura no debe colocarse con separaciones superiores a 5 veces el espesor de la losa ni 45 cm.
En losas de espesor constante, cuando se utilice acero de refuerzo con Fy = 4200 Kg/cm2, la cuantía mínima para resistir cambios temperatura y retracción de fraguado r mín será de 0.0018, y los espaciamientos serán similares al punto anterior.
En losas nervadas, la cuantía mínima de flexión r mín se calculará mediante la siguiente expresión:
El armado en losas nervadas se calculará tomando como ancho de la franja de hormigón el ancho de los nervios.
En la loseta de compresión de las losas nervadas deberá proveerse de acero de refuerzo para resistir la retracción de fraguado y los cambios de temperatura, de un modo similar a las losas macizas de espesor constante.
La diferencia entre las especificaciones para losas nervadas y para losas macizas se produce por que los nervios de las losas nervadas se comportan fundamentalmente como una malla espacial de vigas, y la loseta de compresión se comporta como una combinación de placa y membrana.
c. ARMADURA MAXIMA:
Con el objeto de asegurar una ductilidad mínima, no se podrá proporcionar más armadura a una losa que el 75% de la cuantía balanceada cuando no resiste sismo, y que el 50% de la cuantía balanceada cuando resiste sismo.
r máx = 0.75 r b (si las losas no resisten sismo)
r máx = 0.50 r b (si las losas resisten sismo)
La cuantía balanceada está definida por:
Donde:
r b: cuantía balanceada
f’c: resistencia característica a la rotura del hormigón
Fy: esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo
Es: módulo de elasticidad del acero
c. RECUBRIMIENTO MINIMO:
El acero de refuerzo en losas fundidas in situ debe tener un recubrimiento mínimo de 2.5 cm.
El acero de refuerzo en losas prefabricadas debe tener un recubrimiento mínimo de 1.5 cm.
d. ABERTURAS EN LOSAS:Se admiten aberturas en losas si se demuestra mediante análisis que la resistencia proporcionada es apropiada. No se requerirá de análisis especial por la presencia de una abertura en la zona central siempre que se
mantenga la cantidad total de refuerzo requerido en el tablero sin la abertura. El refuerzo eliminado por la presencia de la abertura deberá colocárselo alrededor de la abertura, armando nervios o vigas embebidas de borde.
La Tomografía de Hormigón Armado es la única técnica capaz de determinar la conformación de la armadura de vigas con más de media docena de hierros, especialmente si éstos están ordenados en varias capas.
Con la THA se han resuelto centenares de casos, incluyendo vigas de hasta 70 cm de espesor y más de 30 hierros en varias capas.
COMPOSICIÓN DEL CONCRETO SIMPLE
El concreto se elabora con arena y grava (agregado grueso) que constituyen entre el 70 y 75 por ciento del volumen y una pasta cementante endurecida formada por cemento hidráulico con agua, que con los vacíos forman el resto. Usualmente, se agregan aditivos para facilitar su trabajabilidad o afectar las condiciones de su fraguado inicCOMPOSICIÓN DEL CONCRETO SIMPLE ial y contenido de vacíos para mejorar la durabilidad.
La grava (gravilla) varía en tamaños desde 5 mm hasta 50 mm para los concretos usados en edificaciones y puentes; en concretos especiales como los usados en presas de gravedad los tamaños pueden ser mayores. Requiere buena gradación, resistencia al desgaste, durabilidad, superficies libres de impurezas. El tamaño máximo está determinado por el proceso de construcción; especialmente influye la separación del refuerzo y las dimensiones del elemento que se pretende construir.
La arena es el material granular que pasa el tamiz Nº4, y debe estar libre de impurezas, especialmente orgánicas.
El cemento suministra las propiedades adhesivas y cohesivas a la pasta. Se usa el cemento hidráulico tipo Portland. Para su hidratación requiere cerca del 25% de agua. Sin embargo para mejorar la movilidad del cemento dentro de la pasta se requiere un porcentaje adicional del 10 al 15 %. La relación agua-cemento (a/c) mínima es de 0,35; en la práctica es mayor para darle trabajabilidad a la mezcla de concreto. La relación a/c es uno de los parámetros que más afecta la resistencia del concreto, pues a medida que aumenta, aumentan los poros en la masa y por ende disminuye la resistencia.
El agua de la mezcla debe ser limpia y libre de impurezas y en general debe ser potable. El proceso de hidratación genera calor, que produce aumento de temperatura en la mezcla y expansión volumétrica y que debe controlarse sobre todo en vaciados masivos. Con el fin de controlar el exceso de agua en la mezcla, necesario para facilitar la trabajabilidad del concreto fresco, la tecnología moderna del concreto, facilita los aditivos plastificantes, los cuales además de facilitar el proceso constructivo, permiten obtener concretos de resistencia más uniforme.
Las proporciones de los materiales del concreto deben permitir la mayor compactación posible, con un mínimo de cemento. Las proporciones de una mezcla se definen numéricamente mediante fórmulas, v. gr.: 1:2:4 que representa: "1" parte de cemento, "2" partes de arena, "4" partes de grava, al peso o al volumen. Las proporciones (dosificaciones) al peso son las más recomendables.
Las proporciones en volumen son cada vez menos usadas; se usan donde no se requiere una resistencia muy controlada: aplicaciones caseras o poblaciones pequeñas alejadas de los centros urbanos, y siempre presentan grandes variaciones en su resistencia, no siendo modernamente recomendables. En la ciudades grandes la producción se hace generalmente en plantas de premezclado, lo que permite un control de calidad estricto y una resistencia del concreto más uniforme, con reducción en el consumo de cemento. Una mezcla típica de concreto en el país tiene una resistencia de 210 kgf/cm2 (3000 psi), o 21 MPa.
Siendo la compresión la propiedad más característica e importante del concreto, las demás propiedades mecánicas se evalúan con referencia a ella. La resistencia a compresión (f ’c) se mide usualmente mediante el ensayo a compresión en cilindros de 150 mm de diámetro por 300 mm de altura y con 28 días de edad. Últimamente se ha ido popularizando la medida de la compresión con cilindros de menor diámetro, v.gr.:
100 y 75 mm, con las ventajas de menor consumo de concreto para el programa de control de calidad y menor peso para el transporte de los cilindros; en este caso el tamaño máximo del agregado debe limitarse a 2,5 cm (una pulgada).
La resistencia a compresión (f ’c) varía significativamente con la variación de algunos parámetros, tales como: la relación agua-cemento (a/c), el tamaño máximo de la grava, las condiciones de humedad durante el curado, la edad del concreto, la velocidad de carga, la relación de esbeltez de la muestra (en casos de ensayos sobre núcleos extraídos de concretos endurecidos es diferente de 2, que es la relación de los cilindros estándar, usados para determinar la resistencia del concreto).
Ya se mencionó que el concreto posee una resistencia a la tensión baja y cercana al 10% de la resistencia a compresión; en la actualidad esta resistencia se mide mediante el ensayo de los cilindros apoyados en su arista, denominado "ensayo brasileño".
La resistencia a flexión del concreto, denominada Módulo de Ruptura (fR) se evalúa mediante el ensayo a flexión de viguetas de concreto simple de 50 cm de longitud y sección cuadrada de 15 cm de lado, con cargas aplicadas en los tercios de la luz. Este parámetro es usado para controlar el diseño de pavimentos de concreto. La norma NSR-98 sugiere un valor de 2 (kg/cm2).
Módulo de Elasticidad es la pendiente de la parte inicial de la curva esfuerzo-deformación unitaria del concreto y aumenta con la resistencia del concreto a compresión. Se usa normalmente el denominado módulo secante, que se obtiene de la pendiente de la recta que une el origen de la curva de esfuerzos v.s. deformación unitaria del concreto, con un punto correspondiente a un esfuerzo de 0,45 f ’c. Esta propiedad del concreto es muy importante para la predicción de las deflexiones producidas por cargas de corta duración en los elementos a flexión. Aunque es un valor que es variable según la resistencia del concreto a compresión, su valor puede asumirse como 200000 kg/cm2, para muchos casos en que no sea necesaria demasiada precisión. La NSR-98 sugiere un expresión para su cálculo de: Ec = 12500 (kg/cm2)
CONCRETO PREESFORZADO
En las secciones anteriores se ha mencionado la debilidad del concreto para resistir tensión. El refuerzo convencional solo puede usarse económicamente si se acepta fisuración en el concreto. El preesforzado es una solución alterna a este problema y permite que los miembros se mantengan sin fisuración en un rango de cargas más amplio, con ventajas adicionales de deflexiones pequeñas y una durabilidad mucho mayor, por su menor fisuración y la posibilidad de cubrir mayores luces, para la misma altura.
Figura 3.10: mecanismo resistente en el concreto preesforzado
El principio básico del preesforzado consiste en aplicar una fuerza de compresión en la sección, que contrarreste los esfuerzos de tracción producidos por la flexión. Este preesfuerzo es aplicado generalmente mediante una fuerza excéntrica producida por un cable paralelo o con inclinación ligera respecto al eje del elemento. Estos cables de acero de alta resistencia denominados tendones, pasan a lo largo del elemento y transmiten su fuerza generalmente en los extremos; pueden ser alambres o hilos individuales (usualmente de diámetro 5mm) o torones trenzados de 7 hilos (generalmente de diámetros de 3/8, 1/2 o 5/8 pulgadas). Según el momento de aplicación del preefuerzo al concreto se consideran dos clases: concreto pretensado, concreto postensado.
Figura 3.11 Métodos de pretensado
Los tendones en el concreto pretensado están adheridos al concreto a lo largo del elemento, como en el refuerzo no tensionado y transmiten su fuerza por adherencia. Para construir un elemento pretensado es necesario que antes de colocar el concreto se mantengan tensionados los tendones o alambres entre anclajes externos, hasta que el concreto se haya endurecido; entonces se pueden liberar los tendones y se produce la transmisión del preesfuerzo al elemento (figura 2.12).
Los tendones postensados se tensionan después de que el concreto de la viga se ha endurecido y se anclan mecánicamente en los extremos, mediante cuñas.
Figura 3.12 Colocación de ductos en viga postensada
Es necesario que antes de colocar el concreto se haya dejado un ducto con los tendones dentro de la viga; en algunos pocos casos los tendones pueden ir por fuera; este sistema denominado «postensado exterior» es muy usado para la repación o mejoramiento de la capacidad de carga de puentes o estructuras (figura 2.13).
El postensado requiere de un gato portátil y anclajes permanentes; su costo hace que sea empleado para miembros de gran luz, pesados, cuyo transporte no es económico.
En cambio, el pretensado se usa para elementos livianos que se pueden construir en planta y transportar fácilmente.
CALIDAD DE LAS CONSTRUCCIONES
Una mala preparación del concreto afecta la resistencia de las casas
GINNETTE MONGE C. | [email protected]
A la hora de construir una vivienda, muchas personas optan por preparar el concreto en la misma construcción, sin embargo cuando esta mezcla no se realiza de forma adecuada puede afectar la resistencia que tenga la estructura ante un posible movimiento sísmico, así lo reveló un estudio elaborado por el Colegio de Ingenieros y de Arquitectos (CFIA) y el Instituto Costarricense del Cemento y del Concreto (ICCYC).
La investigación, dada a conocer la semana pasada, explica que la forma en que se prepara el concreto estructural en el sitio de la construcción suele tener muchos errores, esto provoca que el material no cumpla con las normas mínimas de resistencia que especifica el Código Sísmico de Costa Rica.
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Olman Vargas, director ejecutivo del CFIA, explicó que en el 2007 se analizaron 25 construcciones en Garabito, en Puntarenas. De ellas, el 56% no cumplió con la medida mínima de 21 megapascales (MPa) que garantiza una resistencia adecuada de la estructura.
El pascal es la unidad de presión establecida en el Sistema Internacional de Unidades para medir resistencia. Se define como la presión ejercida por un newton sobre la superficie de un metro cuadrado.
Estos datos preocupan a las autoridades nacionales pues el concreto estructural es uno de los elementos más importantes en cualquier construcción. Se utiliza para chorrear o darle forma a los cimientos de la obra, las columnas y las vigas, es decir aquellos elementos que le dan soporte a la vivienda.
Causas. La investigación realizada por el CFIA y el ICCYC identificó que la principal causa por la cual no se obtiene la resistencia mínima de 21 MPa es que las construcciones realizan la mezcla sin tomar en cuenta las medidas exactas que se necesitan para crear un concreto de calidad.
La ingeniera Karla López, del ICCYC, explicó que el concreto se confecciona al combinar de forma homogénea los siguientes materiales: cemento, arena, piedra gruesa y agua. Para ello es necesario utilizar una fórmula especial –especificada por el ingeniero o arquitecto responsable e la obra –donde se indique la cantidad que se añadirá.
“Antes de edificar una obra, los especialistas diseñan la forma en que se deberá realizar la mezcla, sin embargo muchas veces las personas, por ahorrarse el pago de los profesionales, dejan la tarea en manos del maestro de obras quien no tiene el conocimiento al respecto”, añadió López.
Por otro lado, el estudio también reveló que a la hora de confeccionar el concreto hecho en obra se utiliza un exceso de agua en las mezclas, que es una práctica inapropiada y muy común, que busca tener concretos más manejables para el moldeo.
Además se detectó que cuando la mezcla del concreto se realiza “a pala”, no se genera una consistencia homogénea. Lo ideal sería emplear una una batidora o “mezcladora” en todas las construcciones.
Recomendaciones. El CFIA y el ICCYC consideran importante el concientizar a quienes están pensando construir una vivienda para que estén atentos sobre cuáles acciones pueden contribuir a que el concreto alcance la resistencia exigida por el Código Sísmico.
Los expertos aconsejan contratar a profesionales en ingeniería y arquitectura para que se encarguen de diseñar la fórmula que se empleará para confeccionar el concreto.
Además recomiendan estar vigilantes sobre la forma en que se almacenan los materiales (ver gráfico Preparación correcta del concreto en obra ), ya que si están expuestos al clima o se mezclan con tierra, se disminuye la resistencia final que tendrá el concreto.
Finalmente Vargas hizo un llamado a todos los propietarios de proyectos, para que “soliciten a los profesionales responsables de las obras estudios de resistencia del concreto que determinen si este cumple con la normativa del Código Sísmico”.
RADIOGRAFÍA DEL CONCRETODurante los últimos tres años el CFIA y el ICCYC han unido esfuerzos para investigar la calidad del concreto preparado en obra que se utiliza en nuestro país.2005: Las instituciones realizaron un muestreo en el Área Metropolitana y los resultados revelaron que en el 55% de las construcciones evaluadas no cumplían con las normas establecidas en el Código Sísmico sobre resistencia del material.2006: El estudio se concentró en la zona de Guanacaste, donde el 29% de las muestras analizadas no pasaron la prueba.2007: La investigación se centró en el cantón de Garabito, en Puntarenas, un lugar donde el año anterior se concentró el mayor número de trámites para construcciones nuevas en la provincia. El estudio reveló que el 56% de las muestras tomadas no cumplían con las normas sísmicas de Costa Rica.2008: Se estudiará la calidad del concreto preparado en construcciones de la Zona Norte. Los resultados se presentarían en el transcurso del próximo año.
RESISTENCIAHOJA TECNICA #1
(Preparada por el Comité Técnico de LATEICA)
TOMA DE CILINDROSEl ensayo de elaboración y curado de cilindros para verificacion de resistencia, es uno de los más utilizados para controlar la calidad del concreto.Si este ensayo se hace de manera erronea, ya sea en la toma de la muestra, en la elaboración del cilindro, en el curado, o en el ensayo a compresión, se llegará a resultados erroneos y a controversias que no conducen a nada.Asegure la validez del ensayo, verificando que las personas que toman las muestras, elaboran los cilindros, realizan los ensayos de compresión y elaboran los informes de resultados, estén capacitados para eso. A continuación se indican algunas recomendaciones, que si se cumplen, aseguran que el ensayo se está realizando de manera correcta.
ANTES DE LA ELABORACION DEL CILINDRO VERIFIQUE:
Que el sitio de elaboración de los cilindros no esté expuesto a condiciones severas de sol, lluvia o viento; es ideal un sitio cubierto.
Que la persona que vaya a realizar el ensayo tenga un conocimiento correcto del procedimiento; verifique haciéndole algunas preguntas. Asegúrese que la persona que lo realiza, sea siempre la misma, con la supervisión de un profesional.
Que los moldes metálicos "tengan las dimensiones correctas (150 ± 2 mm de diámetro interior y 300 ± 5 mm de altura) y no contengan residuos de concreto
adheridos en las paredes internas.
Que la varilla de compactación tenga aproximadamente 60 cm. de longitud y 16 mm de diámetro, de acero liso y de extremo redondeado. No utilice la varilla de refuerzo corrugada.
Que la superficie sobre la cual se realiza el ensayo sea plana y libre de vibraciones
DURANTE LA ELABORACION
VERIFIQUE:
Que la toma de cilindros de concreto se realice mínimo una vez por día, o por lo menos una vez por cada 120 m3 de concreto.
Que la muestra del concreto se tome de la parte media de la bachada, ni al principio ni al final de la descarga del camión, ni después de una hora de iniciado el descargue.
Si la toma de la muestra se hace de un mezcladero, la muestra debe extraerse por lo menos de 5 sitios diferentes.
Antes de realizar el descargue verifique el asentamiento del concreto.
Que el sitio de elaboración de los cilindros esté lo más cerca posible del sitio donde se almacenarán durante las primeras 24 horas.
Antes de la elaboración de los cilindros la mezcla se debe remezclar para asegurar su uniformidad.
Se deben elaborar mínimo dos cilindros por cada edad de ensayo.
Que el cilindro se elabore en 3 capas de igual volumen, más o menos 10 cm por capa.
Que a cada capa se le den 25 golpes con la varilla de compactación, procurando no penetrar demasiado en la capa inmediatamente anterior.
Que después de retirar la varilla compactadora se le den golpes suaves a las paredes del molde para cerrar los huecos.
Que el enrase superior del cilindro se haga con un palustre para garantizar una superficie lisa y uniforme.
Que después de enrasados, se cubran con una platina, o con un plástico duro e impermeable. Se permite el uso de una lona húmeda, evitando el contacto con el concreto. El cilindro se cubre para evitar la evaporación del agua.
Que durante el transporte de los cilindros del sitio de elaboración al sitio de almacenamiento, no sean golpeados, inclinados o alterados en su superficie.
Que los cilindros sean debidamente marcados e identificados, sin alterar la superficie. Evitar marcación con puntillas o herramientas que alteren la superficie lisa
DESPUÉS DE LA ELABORACIÓN VERIFIQUE:
Que los cilindros se mantengan durante las primeras 24 horas libres de vibraciones, con humedad de 95% y temperatura entre 16 y 27o C (clima frío o cálido).
Que durante la remoción de los moldes metrálicos, los cilindros no se golpeen.
Que después de remover el molde, se identifiquen los, cilindros con un marcador, sin alterar la superficie.
Que durante el transporte de los cilindros al laboratorio, estos sean bien tratados, para evitar golpes que generen microfisuras.
VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA ENCONCRETOS PREPARADOS CON CEMENTO1P-30 DE DIFERENTES FÁBRICAS EN BOLIVIA
Docente de Laboratorio de Estructuras de Hormigón I:C. Civil Luís Felipe Portillo Terán
Universitarios estudiantes de la Carrera de Ingeniería Civil:Roberto Carlos Aruquipa MirandaManuel Lucio Condori QuispeLuis Gonzalo Mercado Salvatierra
DEPARTEMENTO DE INGENIERIA CIVIL "Quien solo conoce en teoría la rama de la Ingeniería Civil y carece de experiencia práctica, es un peligro público".
UNIVALLE - COCHABAMBA
RESUMEN.- El presente trabajo de investigación trata de verificar la calidad de los cementos que fabrican en nuestro país los cuales son los mas utilizados dentro las estructuras de hormigon los cementos de tipo 1P-30 de las siguientes fabricas COBOCE, FANCESA EMISA y VIACHA.
INTRODUCCION.-
Los Cementos haciendo un poco de historia:
El cemento se invento hace 2000 años aproximadamente por los Romanos de forma fortuita. al hacer fuego en un agujero recubierto de piedra, consiguieron deshidratar y descarbonatar parcialmente las piedras calcáreas, convirtiéndolas en polvo que se deposito entre las piedras, al llover y con el agua dicho polvo formo una masa que unió las piedras entre si.
En 1824, Joseph Aspdin, un constructor de Leeds en Inglaterra, daba el nombre de cemento portland y patentaba un material polvoriento que amasado con agua y con arena se endurecía formando un conglomerado de aspecto parecido a las piedras calizas de la isla de Portland. Probablemente, el material patentado por Aspdin era una caliza
hidráulica.
Los romanos también descubrieron los materiales llamados puzolanicos para producir sus cementos, mezclando cal con ceniza s que provenían de un lugar llamado “ POZZOULI”Puede decirse con acierto que el primer padre del cemento fue Vicat a él se debe el sistema de fabricación que se sigue empleando en la actualidad y que propuso en 1817. Las investigaciones llevadas a cabo por los padres del cemento Michaelis y Le Chatelier, en 1870 y 1880, fueron fundamentales y muy meritorias para el desarrollo de este material. En ellas se apoya toda la investigación actual que emplea técnicas de análisis muy sofisticadas y rápidas.
Se dice que el prototipo del cemento moderno fue producido a escala industrial por Isaac Johnson quien en 1845 logra conseguir temperaturas suficientemente altas para clinkerizar a la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia prima.
Actualmente, el cemento portland ha llegado a una gran perfección y es el material industrializado de construcción de mayor consumo Se puede decir que el cemento es el alma del hormigón, por lo tanto es así tanta la importancia que prácticamente este producto va mejorando en toda su producción por el bien de las obras en construcción civil.
Es importante saber que el cemento 1P-30 en la actualidad de forma genérica define a los materiales que presentan las siguientes características:
Aptitud para reaccionar con el hidróxido cálcico, Ca(OH)2, en presencia de agua.
Aptitud para formar productos hidratados con propiedades aglomerantes.
DIAGRAMA DEL PROCESO DE UNA PLANTA DE CEMENTO
Las principales aplicaciones de las puzolanas son las siguientes:
En vías de comunicación, como áridos antideslizantes, y también como filler en las capas de rodadura.
Como elemento o aditivo filtrante-drenante (en caminos, campos de deporte, jardines, etc.).
Como materia prima para prefabricados: bóbedas, bobedillas, tubos de drenaje, etc.
En suelo-cemento. En zonas con problemas de estanqueidad (inyecciones). En la preparación de áridos ligeros. Como abrasivos. Como aislante, evitando la transmisión de humedad. Fabricación de cementos puzolánicos. Fabricación de hormigones.
CARACTERISTICAS DEL CEMENTO TIPO 1P-30
El cemento corresponde al Tipo 1P, Categoría resistente Media 30 Mpa (306 kg/cm2) de resistencia mínima a la compresión a 28 días según la Norma Boliviana NB-011. C uenta con el Sello de Calidad de IBNORCA.
Designación Cemento Portland con Puzolana
Tipo IP: Componentes Portland mínimo 70%, puzolana máximo 30% Categoría 30: Resistencia mín. 30 MPa. 28d en mortero
normalizado Propiedades: Sus principales propiedades son: resistencia
mecánica media, bajo calor de hidratación, menor retracción y endurecimiento algo más lento.
Usos y Aplicaciones: Utilizado en hormigón armado, pavimentos, prefabricados, hormigones en masa, cimentaciones, obras hidráulicas y en general por su versatilidad para todo tipo de construcción.
Características: Resistencia mecánica media, bajo calor de hidratación, menor fisuración y redacción química, mejor trabajabilidad, mayor resistencia a ataques químicos, mayor impermeabilidad y mayor durabilidad.
Recomendado para: Hormigón armado, hormigón armado de gran espesor, hormigones en Masa en prensas de gravedad, prefabricados curados de vapor, obras sanitarias, cimentaciones, pavimentos, muros de contención, obras expuestas a humedad, morteros, pisos, mampostería y revoques.
OBJETIVO.-
Verificar la composición química física y mecánica de los cementos 1P-30 de los fabricantes proveedores.
Evaluar los resultados y comparar con las especificaciones Técnicas de fabricación Normas Bolivianas NB-011.
Analizar los resultados y comprobar los valores de resistencias a la compresión, elaborando mezclas de hormigón con una “dosificación tipo” utilizando las cuatro marcas de cemento IP-30.
Elaborar las observaciones y recomendaciones sobre el cemento adecuado para obtener buena resistencia y durabilidad del concreto.
METODOLOGÍA
Los métodos utilizados en esta investigación de los materiales de construcción, se basaron estrictamente a las normas internacionales de
la ASTM, y para la dosificación de mezclas se han adoptado a las Normas Internacionales American Society For Testing Materials (ASTM) y la American Institute Of Concrete (ACI – 211).
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
AGUA
El agua de amasado debe ser limpia y exenta de ácidos, álcalis o substancias orgánicas en descomposición, por lo que, es recomendable el uso de agua potable.
El agua utilizada para estas puabas y mezclas de hormigon de calidad Potable exenta de contaminantes que son agresivos al hormigón, proveniente de la red de distribución de UNIVALLE.
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL AGUA UTILIZADO
El agua potable utilizada proveniente de la extracción de pozo perforado de UNIVALLE uso domestico en general. exentos de Carbonatos y bicarbonatos alcalinos.
El Reglamento de construcción del American Concrete Institute, ACI 318, limita el contenido de Ión cloruro soluble y los sulfatos al agua que se utiliza en el hormigón.
ARIDOS
AGREGADOS PARA EL HORMIGÓN
Para esta investigación se ha tomado en cuenta los agregados gruesos y finos lavados proveniente de la zona de la localidad de PANCURUMA ubicada a 25 + 000 kilómetros de la ciudad de Cochabamba sector norte es allí donde clasifican agregados gruesos y finos por vía húmeda es decir lavando.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS ÁRIDOS NATURALES
Granulometrías
Como la granulometría de los agregados es el factor principal que regula el contenido de agua y cemento (lechada) para llenar los vacíos existentes en las mezclas, se ha visto por conveniente utilizar gravas de diámetro máximo de 11/2”y la arena pasa el tamiz de 3/8” en un 100%; La serie de ensayos granulométricos nos determinan la calidad de los áridos, los cuales cumplen con las exigencias de las Especificaciones Técnicas del Pliego, de acuerdo a las normas de la American Society For Testyng Materials. (ASTM) designación C-33. (Ver ensayos granulométricos).
Peso Específico y Absorción
La determinación de la gravedad especifica en los agregados grueso y fino, en condiciones saturadas por espacio de 24 horas sumergidas en agua, obteniendo de esta manera una superficie saturada
superficialmente seca, para determinar la Absorción de los áridos de acuerdo a las normas de la ASTM designación C-127.
Los valores obtenidos son los siguientes:
Peso Unitario de los Agregados
Se determino el peso específico Aparente en los agregados grueso y fino por medio del método compactado varillado, de acuerdo a las normas internacionales de la ASTM C-28 y C-29.
Los valores obtenidos son los siguientes:
Durabilidad de los Áridos
El árido grueso fue sometido a cinco ciclos, mediante el ensayo de Inalterabilidad al sulfato de sodio, de acuerdo a las normas internacionales de la ASTM designación C-88.Los valores son:
CEMENTO
Las características del cemento 1P-30 utilizado en el presente estudio son de las siguientes fabricas COBOCE.
CEMENTO COBOCE1IP-30.-Recomendado en todas las obras que no requieran altas resistencias iniciales, sé usa en: Muros de contención, Mampostería, Canales de drenaje, Pisos, Revoques, cabezales de alcantarillas, Muros de ladrillo, Alcantarillas y Hormigón MasivoComposición del cemento: Clinker = 75%Yeso = 5%Puzolana = 20%
CEMENTO FANCESA 1P-30.- Recomendable para desarrollar resistencias finales buenas, se usa en: Obras hidráulicas en general, Hormigón Armado, Hormigón en masa, Estructuras Pretensazas. Prefabricados, Hormigón simple y armado, pavimentos, Hormigón Compactado.
Composición del cemento: Clinker = 75 % Puzolana = 25%
CEMENTO EMISA 1P-30.-Recomendable para desarrollar resistencias finales buenas, se usa en: Obras hidráulicas en general, Hormigón Armado, Hormigón en masa, Estructuras Pretensazas. Prefabricados, Hormigón simple y armado, pavimentos, Hormigón Compactado.
Composición del cemento: Clinker = 77%Puzolana = 23%
CEMENTO VIACHA IP-30.- CEMENTO VIACHA 1P-30.- Sus principales propiedades son: resistencia mecánica media, bajo calor de hidratación, menor retracción y endurecimiento algo más lento.
Utilizado en hormigón armado, pavimentos, prefabricados, hormigones en masa, cimentaciones, obras hidráulicas y en general por su versatilidad para todo tipo de construcciones.
Resistencia mecánica media, bajo calor de hidratación, menor fisuración y redacción química, mejor trabajabilidad, mayor resistencia a ataques químicos, mayor impermeabilidad, mayor durabilidad.
Recomendado para hormigón armado, hormigón armado de gran espesor, hormigones en masa, prensas, prefabricados curados de vapor, obras sanitarias, cimentaciones, pavimentos, muros de contención, obras expuestas a humedad, morteros, pisos, mampostería, revoques y enlucidos.
Composición del cemento: Clinker = 70% MínimoPuzolana = 30% Máximo
ENSAYOS REALIZADOS EN LABORATORIO
Material que pasa el tamiz Nº 200.-Designación ASTM-C-184
Los valores obtenidos son:
Superficie Específica BlaineDesignación ASTM-C-204-84
Los valores obtenidos son:
Consistencia Normal y Tiempo de FraguadoDesignación ASTM C-191
Los resultados son:
Peso Específico del cemento
Designación ASTM C-188
Los resultados son:
Resistencia a la Compresión en cubos de cemento.-Designación ASTM C-109
Los resultados son:
Análisis Químico de los cementos 1P-30Datos referenciales del Informe de Calidad de los proveedores
DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS PARA HORMIGÓN
Sobre la base de los valores obtenidos en Laboratorio, referente a los materiales que componen el hormigón (áridos, agua, cemento y aditivo) y en cumplimiento a las especificaciones Internacionales, se diseñó la siguiente dosificación para nuestra investigación.
COMPOSICIÓN DE LA MEZCLA DE HORMIGÓNSIMPLE Y ARMADA
Método : A.C.I.Cemento Pórtland : COBOCE Agregados naturales : EL PASOAgua potable : UNIVALLE
DOSIFICACION EN PESO POR METRO CÚBICOCemento : 340 KgAgua : 180 Lts.Arena : 820 Kg.Grava : 1100 Kg.
MEZCLAS EXPERIMENTALES
PREPARACION DE LA MEZCLA Y CUERPOS DE PRUEBA (PROBETAS DE
CONCRETO)
Los valores obtenidos están representados en anexo de cuadros
Roturas de Cuerpos de Prueba (Probetas de Concreto)Designación ASTM C-39Los resultados ver en las planillas anexas
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Considerando los resultados obtenidos sobre los valores de las resistencias a la compresión en cuerpos de prueba (probetas cilíndricas de concreto) preparadas en Laboratorio, cabe recalcar que estos hormigones se prepararon con los materiales por peso sin ninguna variación de la cantidad dosificada.
Aprovechando los resultados comparativos de los cuatro cementos utilizados que también se puede ver en los gráficos, se concluye que el cemento de la fabrica Viacha es el mas recomendable por muchos razones y factores comparativos de los parámetros especificados por la Norma Boliviana (NB-011)
LAS VENTAJAS SON:
a. MAYOR RESISTENCIA A LA COMPRESION b. MAYOR COMPACIDAD (es ue implica menor porosidad y menor
permeabilidad) c. MENOR CALOR DE HIDRATACION d. MAYOR MANEJABILIDAD DE LAS MEZCLAS FRESCAS e. RESISTENCIA A LA ACCION DE LOS SULFATOS f. IMPIDE LA REACTIVIDAD ALCALI - SILICE
Algunos áridos tienen la posibilidad de reaccionar químicamente con los álcalis del cemento, provocando expansiones peligrosas que pueden dañar seriamente las estructuras. La puzolana neutraliza esa acción, eliminándola o haciéndola inocua.
g. RESISTENCIA A AGENTES AGRESIVOS.- Como aguas saladas, suelos sulfatos, aguas servidas y desechos industriales. Siendo el hormigón más compacto e impermeable, se impide el ingreso de las aguas agresivas, y habiendo estabilizado la cal,
h. REDUCCION O ELIMINACION TOTAL DE LA EXUDACION i. MAYOR DURABILIDAD j. MAYOR RESISTENCIA DESPUES DE LOS 28 DIAS DE EDAD
En los hormigones con , debido a la reacción tardía de la puzolana con cal, la resistencia del hormigón sigue aumentando considerablemente hasta los 120 días, obteniéndose, .a las 8 semanas (56 días de edad), de un 20 a un 25% más de resistencia que a los 28 días.
Las estructuras resisten continuamente acciones externas químicas, cargas, cambios de temperatura, humedad y otras acciones que las deterioran, En Colombia la mayoría de las edificaciones están el alto
riesgo de falla por amenaza sísmica, uso inadecuado, falta de mantenimiento y obsolescencia. A las edificaciones se les debe hacer una inspección Estructural cada 5 años si fueron construidas después de 1984 y cada 3 años si fueron construidas con anterioridad.
El principal activo de la gente y las empresas en Colombia son lasEl principal activo de la gente y las empresas en Colombia son las edificaciones, las mayores inversiones se hacen en sus construcciones yedificaciones, las mayores inversiones se hacen en sus construcciones y
albergan lo más valioso, los seres humanos. albergan lo más valioso, los seres humanos. InMediaTest NDT se dedica a conocer la patología de las estructuras, con
lo cual se protege la estabilidad de las obras y se aseguran las inversiones.
En Colombia el control de calidad en obra y la inspección de estructuras se ha hecho limitadamente, con varios agravantes:
- Abusamos normalmente de las edificaciones cambiando su uso con cargas diferentes.
- Las edificaciones construidas antes de 1984 no tienen diseño sísmico. - En muchos casos quien construye pretende ahorrar pagando diseños
baratos de mala calidad lo cual normalmente es mortal para la vida de la edificación.
- Las estructuras se ven sometidas diariamente a ataques químicos debido principalmente a gases de automotores, humedad en el ambiente y otros
agentes agresivos. - Solo inspeccionamos las estructuras cuando se descubre alguna grieta o
asentamiento exagerados.
El sismo no avisa y no da tiempo no lo podemos evitar, podemos estar preparados.
Patología Estructural
Se ejecutan inspecciones integrales a
estructuras de concreto ó metálicas
con personal especializado y equipos de alta tecnología, la
correcta interpretación de los estudios garantizan
el éxito de las medidas correctivas
Pruebas de carga
Se ejecutan pruebas de carga no
destructivas para medir el
comportamiento de estructuras, con
instrumentación para monitoreo de
deformaciones y asentamientos.
Control de Deformaciones
Las deformaciones y asentamientos en las
estructuras son causas y
consecuencias de fallas, su estudio e
interpretación nos da indicios importantes
para tomar decisiones.
Control de agrietamientos
Los elementos estructurales pueden
tener movimientos relativos,
asentamientos, deformaciones ó malformaciones
crecientes los cuales pueden generar en
fallas en la estructura, la detección y
monitoreo de éstos movimientos nos
aportan datos para conocer las causas y predecir las posibles
consecuencias de éstos fenómenos,
tenemos los equipos para medir y monitorear
movimientos en estructuras y grietas
localizadas.
Ultrasonido para Resistencia,
Agrietamientos y deteriorado por
incendios.
El pulso ultrasónico es un método no destructivo de alta tecnología altamente utilizado que permite ejecutar inspecciones de concretos EN OBRA sin destruir los elementos, se inspecciona resistencia, modulo de elasticidad,
localización y profundidad de grietas, hormigueros y concreto dañado por el fuego
Profundidad de Carbonatación
El concreto se ve afectado por atmósferas contaminantes (en parqueaderos, fabricas ect) modificando la alcalinidad del concreto el cual permitiendo la oxidación del refuerzo.
Resistencia por esclerometría
Se obtiene la resistencia del concreto con la prueba de esclerometría.
Extracción de núcleos
El equipo extractor de núcleos maneja diámetros 1”, 1½” , 2” ,2½” ,3” ,3½” y 4”, se hace detección previa de armaduras para no dañar los refuerzos.
Prueba de Tensión Adherida
La prueba de tensión adherida es indispensable cuando se van a ejecutar reforzamientos externos en estructuras ya sea con platinas de acero, fibras de vidrio, carbono, aramida ó cuando se van a adherir elementos como pisos, enchapes
Prueba de Humedad Interna del concreto
Se mide la humedad interna del concreto sin destruirlo y del medio ambiente, la humedad puede causar problemas de adherencia al concreto por lo cual se separan los pisos y recubrimientos, igualmente la detección de humedades identifica filtraciones en tanques de agua y ayuda en contra de los procesos
de corrosión.
Diseño de mezclas
Se ejecutan diseños de mezclas con ensayos que buscan obtener la combinación optima de cemento y agregado para dar una resistencia requerida.
Ensayos Típicos de concreto fresco.
Se mide el volumen de aire contenido en una muestra de concreto, Mediante la prueba de slump se hace el ensayo de asentamiento y manejabilidad del concreto en obra, se verifica la calidad del agua de amasado, fraguado y demás variables necesarias
Detección externa de acero
de refuerzo.
Tenemos los equipos que pueden localizar, medir diámetro y recubrimiento de barras de refuerzo embebidas en concreto.
Medida de Corrosión
La corrosión por oxidación, electroquímica ó galvánica, es un fenómeno muy común en estructuras de concreto en nuestro medio y produce la pérdida de las secciones de las
barras de acero
El tercer laboratorio se abocará al Área de Tecnología del Hormigón, curso que abarca elementalmente los materiales aglomerantes, como lo son cemento, yeso, mortero y el hormigón y sus constituyentes.
Dichos materiales aglomerantes, son empleados en construcción para unir o enlazar los materiales, generalmente pétreos, recubrirlos con enlucidos y revoques o formar pastas mas o menos plásticas, llamadas morteros y hormigones, que permiten ser extendidas y moldeadas convenientemente, adquiriendo, después de endurecidas, el estado sólido.
Los Aglomerantes se clasifican en:
a) a) Aéreo o no hidráulicos: Los que solo endurecen en el aire,
dando morteros no resistentes al agua. Comprenden el yeso,
la cal y la magnesia.
b) b) hidráulicos: Aquellos que se endurecen en forma pétrea
tanto en el aire como en el agua. Pertenecen a este grupo
las cales hidráulicas y los cementos. Se incluyen las
puzolanas, que, aunque por si solas no endurecen o fraguan,
si se mezclan con cales, dan productos hidráulicos.
c) c) hidrocarbonatados : Los forman los hidrocarburos más o
menos líquidos o viscosos, que endurecen por enfriamiento o
evaporación de sus disolventes, como el alquitrán y el betún.
Se analizan algunos ensayos que se realizan a los aglomerados
tales como, control de calidad del cemento, mortero, yeso.
También se analizan las dosificaciones y características del
hormigón fresco y endurecido, así como también aditivos utilizados
para morteros y hormigones.
Control de calidad al cemento Control de calidad a agregados pétreos Control de calidad al mortero Yeso Dosificación Hormigón fresco y endurecido
Hormigones especiales Aditivos para hormigón y mortero