Hormigón de Alta Resistencia, Hormigón Proyectado y Cemento Portland: Propiedades y Fabricación

Hormigón de Alta Resistencia

Un hormigón de alta resistencia se utiliza donde es importante reducir el peso por razones de diseño o utilizar pequeños elementos de apoyo. Además, cuando se usa hormigón de alta resistencia, también se reduce la cantidad de material utilizado y se disminuye el costo total de la estructura.

La principal diferencia entre el hormigón de alta resistencia y el hormigón normal es su resistencia a la compresión. No existe un punto específico de separación entre ambos, pero normalmente se define como hormigón de alta resistencia a aquel con una resistencia mayor a los 6000 PSI (aproximadamente 41 MPa).

Sería difícil producir hormigones de alta resistencia sin utilizar aditivos químicos. Unos de los aditivos más comunes en los hormigones de alta resistencia son los superplastificantes, que dan manejabilidad a la mezcla reduciendo el agua, pero permitiendo a los trabajadores más tiempo para la colocación del hormigón en obra.

La fabricación de un hormigón de alta resistencia implica hacer un uso óptimo de los componentes de la mezcla de un hormigón normal. Los productores de hormigón de alta resistencia saben qué factores afectan la compresión y aprenden a manipular las mezclas para que los factores incidentes logren generar una alta resistencia a la compresión. Además de la selección de un cemento Portland de óptima calidad, los demás componentes también deben estar optimizados, como los agregados y las dosificaciones de las mezclas.

Hormigón Proyectado

Sus propiedades son más o menos parecidas a las del hormigón clásico, notablemente en lo que respecta a la densidad aparente, la resistencia a la compresión, la tracción y el cizallamiento. En cambio, gracias a su estructura particular, el hormigón proyectado es más impermeable y más resistente a las heladas que un hormigón tradicional de la misma composición. Además, el hormigón proyectado presenta una característica notable: se adhiere a la superficie de aplicación y permite obtener la forma de superficie deseada.

Consideraciones Clave para la Selección del Hormigón

En resumen, los puntos clave a considerar son:

1. Tipo de cemento a emplear según la obra a construir.
2. Resistencia característica del hormigón (f_c.k) requerida y, en función de esta, la cantidad de cemento a emplear.
3. Tipo de ambiente: determinarlo para saber qué tipo de hormigón usar (armado, en masa, etc.).
4. En función de la agresividad del medio (ej. erosión), cantidad mínima de cemento a emplear y tipo de hormigón adecuado.

Índices y Módulos del Cemento Portland

El cemento Portland debe cumplir ciertos índices o módulos:

• Módulo silícico: Si es alto, el cemento será resistente. Varía entre 1,2 y 4; lo normal sería 2,5.
• Módulo hidráulico: Cuanto más pequeño, menor resistencia tendrá el cemento. Si es elevado, será resistente pero expansivo. Varía entre 1,7 y 2,7; lo normal sería 2.
• Módulo fundente: Varía entre 1 y 4; lo normal es 2.

Hidratación del Cemento Portland

Cemento Portland = Clinker + Yeso (La hidratación del aluminato tricálcico ocurre con presencia de yeso).

Adiciones al Cemento Portland y sus Propiedades

Se pueden añadir diferentes materiales al clinker durante la molienda para obtener cementos con propiedades específicas. Estas adiciones pueden ser:

• Activas: Se dividen en:
  • Básicas (escorias básicas de alto horno)
  • Ácidas (puzolanas naturales y puzolanas calcinadas)
• Inertes: Filler calizo.

Adiciones Activas

Escorias Básicas

Procedentes del alto horno. Contienen silicato cálcico que fragua al contacto con el agua. Sus óxidos elementales son parecidos a los del Portland, pero con más sílice y menos cal. Actúan como catalizadores, favoreciendo la hidratación.

Puzolanas (Ácidas)

Las puzolanas no tienen carácter hidráulico por sí mismas, no son un conglomerante en sí. Pueden contener sílice activa o alúmina activa.

Acción puzolánica: Es un proceso diferido. Reaccionan con el hidróxido de calcio liberado durante la hidratación del cemento Portland, formando compuestos hidráulicos secundarios. Como consecuencia, se consume el hidróxido de calcio (se pierde el carácter básico inicial); es un proceso a largo plazo que resulta en un endurecimiento lento y mejoras en la durabilidad.

Puzolanas artificiales incluyen: arcillas térmicamente activadas, humo de sílice, cenizas volantes y esquistos calcinados.

Adiciones Inertes

Filler Calizo

Es caliza finamente molida. Sirve como dispersante, mejora la compacidad y la trabajabilidad de la mezcla fresca.

El Cemento: Composición y Fabricación

El cemento es una mezcla de diferentes materiales. Está constituido fundamentalmente por clinker y una pequeña cantidad de yeso. Dependiendo del tipo de cemento, contendrá otras sustancias (adiciones) según la utilidad que se le vaya a dar.

• Cemento Portland: Clinker + Yeso (+/- adiciones).
• Cemento de aluminato de calcio: Clinker de aluminato cálcico (no es Portland, tiene composición y usos diferentes).

Fabricación del Clinker

El clinker se obtiene a partir de materias primas de cantera como caliza y arcilla, aunque también se puede encontrar marga (mezcla natural de caliza y arcilla).

Las materias primas se pueden clasificar según su composición en:

• Caliza
• Caliza margosa
• Marga
• Marga arcillosa
• Arcilla

Proceso de Fabricación

Se extrae el material de la cantera, se tritura y se dosifica cuidadosamente para obtener la composición química deseada (crudo). Luego se muele finamente y se mezcla. Existen dos procesos principales para la mezcla y molienda del crudo:

• Vía Húmeda: Se mezclan las materias primas con agua para formar una pasta. (Menos común hoy en día por su alto consumo energético).
• Vía Seca: Se mezclan los polvos de las materias primas mediante aire. (Proceso más eficiente energéticamente).

Una vez homogeneizado, el crudo se introduce en un horno rotatorio donde se calienta progresivamente a altas temperaturas (hasta ~1450 °C), proceso conocido como clinkerización. Dentro del horno, se evapora el agua, se descarbonata la caliza y ocurren reacciones químicas complejas que forman los compuestos característicos del clinker.

El material incandescente (clinker) que sale del horno se enfría rápidamente para conseguir una estructura predominantemente cristalina pero con fases metaestables, lo que favorece un fraguado reactivo.

Finalmente, el clinker enfriado se muele finamente junto con una pequeña cantidad de yeso (sulfato de calcio, que actúa como regulador de fraguado) para obtener el cemento Portland. A menudo se añaden también las adiciones mencionadas anteriormente durante esta etapa de molienda. Cuanto más fina sea la molienda, generalmente mayor será la reactividad inicial y la resistencia a corto plazo del cemento.