Hormigones: características, propiedades y ensayos

HORMIGONES

HORMIGONES

TEMA 1: HORMIGÓN Y COMPONENTES

1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL HORMIGÓN

• Ventajas: facilidad de forma (moldeable), resistencia a compresión, monolitismo (poco adecuado para seismos), conservación, económico, resistente al fuego (muy buen resistente).
• Inconvenientes: dimensionamiento (al ser por ud de peso menos resistente que el acero y madera, conlleva emplear más cantidad para resistir mismo esfuerzo), colocación (encofrado+compactado+fraguado) y entrada en servicio.

2. TIPOS DE HORMIGÓN

• Por su estado

• Fresco: en fase de ejecución, pastoso-plástico, sin resistencia.
• Endurecido: sólido, resiste su propio peso.

• Por su empleo

• Estructural: elementos estructurales.
• Otros: no están destinados a funciones estructurales.

• Por sus armaduras

• En masa: no tiene armaduras, o si tiene no tienen función resistente (rellenos, recredidos, solares).
• Armado: armaduras pasivas resistentes (vigas, zapatas, forjados, muros).
• Pretensado: armadura activa (viguetas pretensadas, anclajes).

• Por el árido

• Ordinario: áridos pétreos con granulometría continua (áridos gruesos y finos en proporciones adecuadas).
• Sin finos: no tiene árido fino, son porosos y filtran el agua.
• Ciclópeo: ordinario al que se añade durante puesta en obra áridos Φ>100mm. Usado en cimentaciones muy profundas.
• Unimodular: árido de un solo tamaño. Hormigón muy poroso.
• Ligero: el árido grueso es de baja densidad (pumita, escorias granuladas).
• Pesado: conglomerante + árido de alta densidad. Usado en estructuras o muros que quieran impedir rediacciones.
• Refractario: resiste altas temperaturas, abrasión en caliente. Fabricado con cemento de aluminio de calcio + áridos refractarios.

• Por su densidad

• Ligeros: 1200/2000kg/m3
• Normales: 2000/2800kg/m3
• Pesados: >2800kg/m3

• Hormigones especiales

• Ligeros (orgánicos, inorgánicos, sin finos, celulares), poliméticos, proyectados, autocompactactes, alta resistencia, con fibras (metálicas, polipropileno, de vidrio), drenantes, translúcidos, reciclados y pesados.

TEMA 2: CARACTERÍSTICAS DEL HORMIGÓN FRESCO

1. CONSISTENCIA

Es la resistencia que opone el material a experimentar deformaciones. Se divide en: seca, plástica, blanda, fluida y líquida (como de abrahms).

ENSAYO DE ASENTAMIENTO: cono de Abrams. Tiene como objeto determinar la consistencia del hormigón fresco en el momento de ser puesto en obra. Se rellena y se enrasa el cono, al retirarse el cono se mide el descenso en cm.

2. DOCILIDAD

Conjunto de propiedades que facilitan la puesta en obra del hormigón. Depende del cemento (aumenta con la cantidad y finura), árido (el árido fino aumenta la docilidad, pero también la relación w/c, por lo tanto hay disminución de resistencia), agua (a más cantidad mayor docilidad, pero con menos resistencia) y aditivos (aumenta con los plastificantes y superplastificantes).

3. HOMOGENEIDAD

Al fabricar un hormigón debemos mezclar un líquido con varios sólidos de naturaleza y tamaño distintos, y debe ser homogénea. En este periodo puede aparecer la segregación, que es la aparición de los elementos del hormigón, según sus dimensiones. Este peligro aumenta con la cantidad de agua y tamaño de árido. También puede darse la exudación, donde el agua tiende a elevarse hacia la superficie del hormigón a consecuencia de la incapacidad de los áridos de arrastrarla con ellos durante la compactación.

4. DENSIDAD O PESO ESPECÍFICO DEL HORMIGÓN FRESCO

La densidad (kg/m3) da una idea de la calidad del hormigón, a mayor densidad, mejor es el hormigón. Disminuye a medida que el contenido de agua aumenta, o a medida que aumentan los poros. Aumenta al aumentar el contenido de cemento, disminuir relación w/c o disminuir contenido de poros.

5. CONTENIDO DE AIRE OCLUIDO

Se produce por el uso de aditivos aireantes, que introducen burbujas de aire 2/6% del volumen del hormigón para que sea eficaz. Baja la resistencia del hormigón, pero se ve compensado por bajar la relación w/c mejorando la puesta en obra.

6. RETRACCIÓN PLÁSTICA

Es la disminución de volumen que sufre el hormigón en la fase de fraguado. La contracción química se debe a la diferencia de volumen entre los productos de reacción y los materiales base. La contracción plástica se produce en la etapa inicial de fraguado, hasta final de fraguado, debida a la evaporación de agua dando como resultado una contracción que cuando es muy rápida y superficial produce "afogarado" caracterizado por muchas fisuras cercanas dando el aspecto de piel de cocodrilo, pero que no llegan a tener profundidad. Se produce por una diferencia de hidratación.

I. Factores que influyen

• Mayor dosificación de cemento, provoca posible retracción.
• Mayor superficie de la pieza por unidad de volumen.
• Calor y presencia de vientos.
• Uso de aditivos que reduzcan contracción.

TEMA 3: HORMIGÓN ENDURECIDO. PROPIEDADES FÍSICAS

1. DENSIDAD

La densidad será mayor cuanto mayor sea la relación w/c, con el uso de aditivos aireantes y cuanto menor sea la energía de compactación.

2. COMPACIDAD

Es la reacción entre el volumen de la parte sólida y el volumen aparente. Su valor será mayor cuanto menor sea el volumen de poros, menor porosidad. La compacidad está muy ligada a la densidad y depende de los mismos factores que esta. A mayor compacidad, mayor densidad y mayores resistencias físicas (heladas).

3. PERMEABILIDAD

La facilidad que tiene a ser atravesado por un fluido y es consecuencia de la porosidad que posee la pasta hidratada y los áridos, de una falta de compactación adecuada e incluso de la exudación. La permeabilidad puede determinarse con ensayos de hormigón endurecido. Debemos tener en cuenta que la EHE obliga a realizar este ensayo en los hormigones armados o pretensados que vayan a ser situados en clases de exposición III, IV, Q, E, H y F. Esta determinación se realizará cuando lo indique la norma.

I. Ensayo de penetración de agua bajo presión: se aplica agua a presión a la superficie de una probeta de hormigón endurecido. A continuación se divide la probeta en dos y se mide la penetración del agua.

4. PROPIEDADES TÉRMICAS

I. Coeficiente de dilatación térmica: depende de composición y estado de humedad. El hormigón es un material formado por componentes con coeficiente de dilatación térmica distintos (áridos - pasta de cemento).

II. Conductividad térmica: el coeficiente de conductividad térmica λ del hormigón seco tiene valor entre 0,09/2,02 w/mºK. Los granos de arena actúan como puentes térmicos dentro del hormigón.

5. RETRACCIÓN Y ENTUMECIMIENTO

Retracción: contracción del hormigón durante el fraguado y 1º edad del endurecimiento del hormigón, especialmente si hay falta de agua. El entumecimiento es la expansión de los geles (tobermorita) precedentes del cemento hidratado.

I. Retracción de secado: debido al fraguado en un ambiente no saturado, es irreversible a consecuencia de la pérdida de agua en la pasta de cemento. Esto supone un cambio volumétrico que crea tensiones pudiendo llegar a romper por tracción si se supera la propia resistencia a tracción del hormigón. Esta retracción está influenciada por el tamaño máximo del árido (a mayor, menor retracción), la relación w/c, condiciones del curado, contaminación de áridos por arcillas (aumenta la retracción por las propiedades de las arcillas).

I. Retracción por carbonatación: en fase de endurecimiento, en las zonas de oscilación de mareas en las que puede dar lugar a fisuración superficial de los elementos.

III. Entumecimiento: aumento de volumen que experimenta el hormigón al estar sumergido en agua como consecuencia de la absorción de agua. Cuanto más finamente esté molido el cemento, mayores son los valores de entumecimiento a consecuencia de mayores geles, mientras que mayor relación w/c menor entumecimiento.

TEMA 4: HORMIGÓN ENDURECIDO - PROPIEDADES MECÁNICAS

1. RESISTENCIA A COMPRESIÓN

Es 10 veces mayor a la resistencia a tracción y depende de:

• Influencia de los materiales: tipo y clase resistente del cemento, de áridos adecuados, evitar sustancias nocivas y que el agua sea apta para hormigones.
• Influencia de la relación w/c: a mayor relación menor resistencia, pero el defecto de agua producirá mala compactación, gran cantidad de huecos y que el hormigón sea menos durable.
• Influencia del TMA: lo óptimo es usar el TMA que sea compatible con el resto de características.
• Influencia del método y duración del curado: el curado se prolonga hasta que alcanza el 50% de fck, debiendo elegir los métodos apropiados según el ambiente en el que se encuentre el elemento a hormigonar. Cuando no se produce, el efecto es mayor fisuración por retracciones que afectarán a resistencia y durabilidad del elemento hormigonado.
• Influencia de la edad del hormigón: aumenta según el tiempo.

2. RESISTENCIA A TRACCIÓN

I. Resistencia a la tracción indirecta (Ensayo brasileño): se somete probeta a compresión en banda estrecha en toda su longitud.

II. Ensayo flexo-tracción: probetas prismáticas a 28 días.

3. ELASTICIDAD: el hormigón no es un cuerpo elástico de deformación longitudinal.

4. FLUENCIA: deformación plástica que experimenta el hormigón a lo largo del tiempo. Es menor si el hormigón está sumergido. Pérdida de tensión "relajación": a medida que avanza el tiempo, el hormigón va perdiendo su capacidad de recuperación elástica.

TEMA 5: HORMIGÓN ENDURECIDO – DURABILIDAD

1. CONDICIONES AMBIENTALES – ACCIONES FÍSICAS

I. Acción de ciclo hielo-deshielo: afectado tanto por la helada en sí (expansión), como por el agotamiento de hielo – deshielo, debido al aumento de volumen intermitente. Este sistema de ciclos es el seguido en los ensayos de laboratorio.

Prevenciones:

• Emplear cementos adecuados.
• Usar áridos compactos, limpios y con buena rugosidad superficial.
• Emplear aditivos aireantes.
• Cuidar el curado húmedo del hormigón.

II. Abrasión del hormigón: se produce cuando roza otro cuerpo sobre él o cuando sufre percusión. Este desgaste puede estar producido también por agua o aire.

Prevenciones:

• Áridos duros, textura superficial rugosa y buena granulometría.
• Duplicar la duración del curado.

Acción del fuego sobre el hormigón

Cuando el hormigón está sometido al fuego sufre modificaciones importantes:

• A 100ºC se evapora el agua libre.
• De 200/300ºC la pérdida de agua capilar es completa.
• De 300/400ºC se produce pérdida de agua del gel del cemento.
• A 400ºC una parte de hidróxido cálcico procedente de la hidratación de los silicatos se transforma en cal viva.
• A los 600ºC, los áridos se expanden fuertemente. Los áridos calizos son junto con los ligeros los menos afectados por el fuego ya que tienen un coeficiente de dilatación térmica bajo. Los hormigones con buena granulometría y gran proporción árido/cemento se comportan mucho mejor frente al fuego.

Prevenciones:

• Empleo de áridos de menos coeficiente de dilatación térmica; calizos sobre silíceos.
• Buena granulometría o alta proporción de finos.
• Uso de áridos ligeros o calizos.
• Buena compactación y baja conductividad térmica.
• Contenido bajo de humedad.

2. CONDICIONES AMBIENTALES – ACCIONES QUÍMICAS

La resistencia al ataque químico por determinadas sustancias, e incluso por el agua pura, depende de su permeabilidad y de la distribución y tamaño de los poros. Gases atmosféricos, aguas puras, selenitosas y marinas, sales orgánicas/inorgánicas, reacción árido-álcali.

3. CARBONATACIÓN Y EFECTOS SOBRE LA CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS

El hormigón debido a la alcalinidad (pH=13) que le da la portlandita o Ca(OH)2 procedente de la hidratación del cemento, así como los alcalinos del mismo, produce una pasivación del acero de las barras, en virtud de la cual se crea alrededor de las mismas una película de óxido de hierro gamma que la envuelve, con lo cual el acero queda protegido frente a la corrosión. La pasivación puede perderse debido a la carbonatación y la penetración de iones cloros o sulfatos. En la carbonatación, el anhídrido carbónico atmosférico que se difunde a través de los poros llenos de aire del hormigón reacciona con el hidróxido de calcio dando lugar a carbonato de calcio y haciendo bajar el pH del medio que rodea a la barra a valores próximos a 9. La penetración depende del tiempo y de la porosidad. La carbonatación del hormigón depende de la humedad del aire.

4. FISURACIÓN DE HORMIGÓN

Consecuencia de su baja resistencia a tracción y reducida tenacidad. Las fisuración parece ser la característica más negativa del hormigón.

Factores que provocan esta fisuración:

• Alto contenido de agua en el hormigón. Cuanto mayor es el contenido de agua, mayor es la retracción hidráulica.
• Alta dosificación de cemento. Esta da lugar a la necesidad de tener que emplear más agua.
• Alto calor de hidratación del cemento. Un contenido excesivo de cemento, especialmente si éste es rico en silicato tricálcico, desprende una gran cantidad de calor que puede ocasionar tensiones térmicas diferenciales que sobrepasen la resistencia a tracción del hormigón, especialmente a edades tempranas.
• Los ciclos de sequedad y humedad debidos al sol y la lluvia dan lugar a contracciones y expansiones.
• El viento seco y caliente actuando sobre el hormigón recién puesto en obra provoca una pérdida rápida de agua que da lugar a una retracción superficial.
• Los ciclos hielo-deshielo, además de cambios de temperaturas, producen tensiones internas provocadas por la acción del agua al helarse en los poros del hormigón.

TEMA 10: HORMIGONES ESPECIALES

1. HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA

I. Componentes: cemento I + áridos (rodados o machacados de alta calidad) + agua (la relación w/c lo más baja posible) + aditivos (aditivos superfluidificantes) + adiciones (humo de sílice en forma de microsílice).

II. Características: baja porosidad, alta durabilidad frente a medio químicamente agresivos, mayor resistencia a ciclos de hielo-deshielo que los hormigones convencionales y son recomendadas para ambientes altamente agresivos.

III. Aplicaciones: en edificación permite estructuras con reducción de dimensiones y ahorro de acero, elementos prefabricados para estructuras y elementos de hormigón pretensado.

2. HORMIGÓN AUTOCOMPACTANTE (HAC)

I. Definición: se compacta por la acción de su propio peso, sin necesidad de energía de vibración ni de cualquier otro método de compactación.

II. Componentes: cemento (con menor contenido de aluminato tricálcico) + áridos (arenas de granulometría continua) + agua + aditivos (superplastificante modulador de la viscosidad) + adiciones (cenizas volantes).

III. Propiedades fundamentales: fluidez (determinada por el ensayo del escurrimiento), la resistencia al bloqueo (método de la caja en L) y la resistencia a la segregación (según el ensayo del embudo en V).

3. HORMIGONES REFORZADOS CON FIBRAS (HRF)

Fibras de acero: trafiladas, en láminas, virutas. Su uso produce un aumento de la resistencia a tracción y compresión, mejora la resistencia al impacto y tenacidad, resistencia a fatiga y controla la fisuración. Aplicadas en hormigones gunitados, estructuras in situ y prefabricadas.

Fibras poliméricas: formadas por material polimérico extrusionado y cortado. Su uso aumenta la resistencia al impacto 10 veces, disminuye retracción pero no aumenta la resistencia a tracción. El uso más general son soleras y pavimentos de hormigón.

Fibras de vidrio: se pueden usar si se garantiza un comportamiento adecuado por el deterioro de estas fibras a consecuencia de la alcalinidad del medio. Su uso mejora la resistencia a tracción, a compresión en un 20%, mejora resistencia al impacto, disminuye la durabilidad. El uso más general es piezas prefabricadas, normalmente con morteros GRC.

TEMA 11: ENSAYOS

Ensayo de asentamiento (cono de Abrams): El ensayo valora el grado de consistencia del hormigón fresco, consecuencia de la relación a/c utilizada, el parámetro es clave para controlar la adecuación del hormigón solicitado. Se trata de determinar la consistencia del hormigón fresco en el momento de ser puesto en obra.

Ensayos de información complementaria:

Ensayo de ultrasonido: un palpador electroacústico en contacto con el hormigón emite impulsos de vibraciones longitudinales, que atraviesan la probeta y llegan a un segundo palpador. Se mide el tiempo que tarda en atravesar la probeta. Mide la calidad del hormigón en relación a su capacidad y la existencia de posibles grietas, coqueras y ubicación de las armaduras.

Ensayo esclerométrico: una masa proyectada por un muelle golpea un vástago en contacto con la pieza. El resultado se expresa en términos de la distancia del rebote de la masa. Se emplea para la comprobación de la uniformidad del hormigón in situ. Para determinar áreas de pobre calidad u hormigón deteriorado.

Pruebas de carga: 2 limitaciones: solo es útil para elementos que trabajan solo a flexión y no conviene exceder la carga máxima de uso.

Ensayos de información destructivos: a veces es necesario conocer la resistencia mecánica del hormigón independientemente de su edad. Circunstancias: control de calidad rechazado, heladas, tiempo caluroso, siniestros (sismos o incendios).