El Hormigon

viernes, 2 de noviembre de 2012

Hormigón pretensado

Se denomina hormigón pretensado (en América concreto presforzado) a la tipología de construcción de elementos estructurales de hormigón sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante cables de acero que son tensados y anclados al hormigón.
Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón frente a esfuerzos de tracción,^[1] ^[2] y fue patentada por Eugène Freyssinet en 1920.
El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del hormigón, introduciendo un esfuerzo de compresión interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural.
El esfuerzo de pretensado se puede transmitir al hormigón de dos formas:

Mediante armaduras pretesas (generalmente barras o alambres), método utilizado mayoritariamente en elementos prefabricados.
Mediante armaduras postensadas o postesas, (generalmente torones, grupos de cables), utilizadas mayoritariamente en piezas hormigonadas in situ.

Normalmente al aplicar esta técnica, se emplean hormigones y aceros de alta resistencia, dada la magnitud de los esfuerzos inducidos.
Según se ha indicado el pretensado se puede lograr de dos maneras: pretensado con armaduras pretesas y pretensado postensado.

Hormigón pretensado con armaduras pretesas

Stressed ribbon pedestrian bridge, Grants Pass, Oregon, USA

El hormigón se vierte alrededor de tendones tensados. Este método produce un buen vínculo entre el tendón y el hormigón, el cual protege al tendón de la oxidación, y permite la transferencia directa de tensión. El hormigón o concreto fraguado se adhiere a las barras, y cuando la tensión se libera, es transferida hacia el hormigón en forma de compresión por medio de la fricción. Sin embargo, se requieren fuertes puntos de anclaje exteriores entre los que el tendón se estira y los tendones están generalmente en una línea recta. Por lo tanto, la mayoría de elementos pretensados de esta forma son prefabricados en taller y deben ser transportados al lugar de construcción, lo que limita su tamaño. Elementos pretensados pueden ser elementos balcón, dinteles, losas de piso, vigas de fundación o pilotes.

Hormigón pretensado postensado

Es el término descriptivo para la aplicación de compresión tras el vertido y posterior proceso de secado in situ del hormigón. En el interior del molde de hormigón se coloca una vaina de plástico, acero o aluminio, para seguir el trazado más conveniente en el interior de la pieza, siguiendo la franja donde, de otra manera, se registrarían tracciones en el elemento de estructural. Una vez que el hormigón se ha endurecido, los tendones se pasan a través de los conductos. Después dichos tendones son tensados mediante gatos hidráulicos que reaccionan contra la propia pieza de hormigón. Cuando los tendones se han estirado lo suficiente, de acuerdo con las especificaciones de diseño (véase la ley de Hooke), estos quedan atrapados en su posición mediante cuñas u otros sistemas de anclaje y mantienen la tensión después de que los gatos hidráulicos se retiren, transfiriendo así la presión hacia el hormigón. El conducto es rellenado con grasa o lechada de cemento para proteger los tendones de la corrosión. Este método es comúnmente utilizado para crear losas monolíticas para la construcción de casas en los lugares donde los suelos expansivos crean problemas típicos para el perímetro de la cimentación. Todas las fuerzas producidas por la expansión temporal y asentamiento del suelo subyacente son absorbidas por la losa pre-tensada, que soporta la construcción sin flexión importante. El postensado también se utiliza en la construcción de puentes, siendo prácticamente imprescindible en los sistemas de construcción por voladizos y dovelas.
Ventajas del hormigón pretensado
La resistencia a la tracción del hormigón convencional es muy inferior a su resistencia a la compresión, del orden de 10 veces menor. Teniendo esto presente, es fácil notar que si deseamos emplear el hormigón en elementos, que bajo cargas de servicio, deban resistir tracciones, es necesario encontrar una forma de suplir esta falta de resistencia a la tracción.
Normalmente la escasa resistencia a la tracción se suple colocando acero de refuerzo en las zonas de los elementos estructurales donde pueden aparecer tracciones. Esto es lo que se conoce como hormigón armado convencional. Esta forma de proporcionar resistencia a la tracción puede garantizar una resistencia adecuada al elemento, pero presenta el inconveniente de no impedir el agrietamiento del hormigón para ciertos niveles de carga.

Historia y evolución

El principio básico del pretensado fue aplicado a la construcción quizás hace siglos, cuando se ataban cintas o bandas metálicas alrededor de duelas de madera para formar los barriles. Cuando se apretaban los cinchos, estaban bajo una fuerza que creaba un esfuerzo de compresión entre las duelas y las habilitaban para resistir la tensión en arco, producida por la presión interna del líquido contenido.
Aunque con el tiempo se han hecho diversos intentos para disminuir el agrietamiento del hormigón bajo tracción, las contribuciones más importantes a su solución suelen atribuirse al ingeniero francés Eugène Freyssinet, quien convirtió en realidad práctica la idea de pretensar los elementos de hormigón. Según Freyssinet, pretensar un elemento estructural consiste en crear en él, mediante algún procedimiento específico, antes o durante la aplicación de las cargas externas, esfuerzos de tal magnitud que, al combinarse con los resultantes de dichas fuerzas externas, anulen los esfuerzos de tensión o los disminuyan, manteniéndolos bajo las tensiones admisibles que puede resistir el material.

Tubos para cables en el encofrado

1886: En este año es aplicado el principio anterior al hormigón cuando P. H. Jackson, un ingeniero de San Francisco, California, obtuvo las patentes para atar varillas de acero en piedras artificiales y en arcos de hormigón que servían como losas de pisos.
1888: Hacia este año, C. E. W. Dohering, de Alemania, aseguró una patente para hormigón reforzado con metal que tenía aplicado un esfuerzo de tensión antes de que fuera cargada la losa.
1908: C. R. Steiner, de los Estados Unidos, sugirió la posibilidad de reajustar las barras de refuerzo después de que hubiera tenido lugar cierta contracción y fluencia del hormigón, con el objeto de recuperar algunas de las pérdidas.
1925: R. E. Dill, de Nebraska, ensayó barras de acero de alta resistencia cubiertas para evitar la adherencia con el hormigón. Después de colocar el hormigón, se tensaban las varillas y se anclaban al hormigón por medio de tuercas en cada extremo.
1928: Se inicia el desarrollo moderno del hormigón pretensado en la persona de Eugène Freyssinet, de Francia, quien empezó usando alambres de acero de alta resistencia para el pretensado. Tales alambres contaban con una resistencia a la ruptura tan elevada como 18,000 kg/cm², y un límite elástico de más de 12,600 kg/cm².
1939: Freyssinet produjo cuñas cónicas para los anclajes de los extremos y diseñó gatos de doble acción, los cuales tensaban los alambres y después presionaban los conos machos dentro de los conos hembra para anclarlos a las placas de anclaje. Este método consiste en estirar los alambres entre dos pilares situados a varias decenas de metros, poniendo obturadores entre las unidades, colocando el hormigón y cortando los alambres después de que el hormigón adquiera una resistencia de diseño específica.
1945: La escasez de acero en Europa durante la Segunda Guerra Mundial le dio ímpetu al desarrollo del hormigón pretensado, puesto que se necesitaba mucho menos acero para este tipo de construcción con respecto a las convencionales en hormigón armado.
Si bien Francia y Bélgica encabezaron el desarrollo del hormigón pretensado, Inglaterra, Alemania, Suiza, Holanda, Rusia e Italia rápidamente lo continuaron. Cerca del 80% de todos los puentes que se construyen en Alemania son de hormigón pretensado.
En 1945 Pacadar prefabrica la primera viga pretensada en España.
1949: Se empieza a trabajar en Estados Unidos con el pretensado lineal al llevarse a cabo la construcción del afamado puente Filadelfia Walnut Lane Bridge. La Bureau of Public Roads (Oficina de caminos públicos), ha investigado y mostrado que durante los años 1957-1960 se autorizaron para la construcción 2052 puentes de hormigón pretensado, totalizando una longitud de 68 mi, con un costo total de 290 millones de dólares.
1951: Se construye el primer puente pretensado en México. Siendo la ciudad de Monterrey la madrina de tal acontecimiento, al llevarse a cabo la construcción del puente "Zaragoza" que cuenta con 5 tramos de 34 m cada uno y cuya finalidad es la de proporcionar circulación a través del río Santa Catarina.
1952: Hay una reunión en Cambridge, en la cual se crea una sociedad internacional bajo el nombre de Fédération Internationale de la Précontrainte (FIP). El objetivo principal de este grupo de ingenieros visionarios era diseminar el mensaje e iluminar al mundo acerca del concepto relativamente desconocido de la construcción con hormigón pretensado, lo cual se llevaría a cabo alentando la integración de grupos nacionales en todos los países que tuviesen particular interés en el asunto y facilitando un foro internacional para el intercambio de información.
1958: Se construye el puente Tuxpan (carretera México - Tuxpan) con una longitud total de 425 m. Estructura principal de tres luces de 92 m de hormigón pretensado, construidos con el procedimiento de doble voladizo (primer puente de este tipo en América Latina).
1962: Se construye el puente Coatzacoalcos con una longitud total de 996 m. Tramos de vigas pretensadas de 32 m y un tramo de armadura metálica levadizo de 66 m de luz, apoyados en pilas de hormigón armado.

Hormigón armado

La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También es posible armarlo con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras civiles en general.

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». En el 1855 Joseph-Louis Lambot publicó el libro «Les bétons agglomerés appliqués á l'art de construire» (Aplicaciones del hormigón al arte de la construcción), en donde patentó su sistema de construcción, expuesto en la exposición mundial en París, el año 1854, el cual consistía en una lancha de remos fabricada de hormigón armado con alambres. François Coignet en 1861 ideó la aplicación en estructuras como techos, paredes, bóvedas y tubos. A su vez el francés Joseph Monier patentó varios métodos en la década de 1860. Muchas de estas patentes fueron obtenidas por G.A. Wayss en 1866 de las empresas Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de hormigón armado, en donde se realizaban pruebas para ver el comportamiento resistente del hormigón, asistiendo el arquitecto prusiano Matthias Koenen en estas pruebas, efectuando cálculos que fueron publicados en un folleto llamado «El sistema Monier, armazones de hierro cubiertos en cemento». Que fue complementado en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco, método publicado en Francia agregando el comportamiento de elasticidad del hormigón como factor en los ensayos, estos cálculos fueron confirmados por otros ensayos realizados por Eberhard G. Neumann en 1890. Bauschinger y Bach comprobaron las propiedades del elemento frente al fuego y su resistencia logrando ocasionar un gran auge, por la seguridad del producto en Alemania. 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.^[1]
En España, el hormigón armado penetra en Cataluña de la mano del ingeniero Francesc Macià con la patente del francés Joseph Monier. Pero la expansión de la nueva técnica se producirá por el empuje comercial de François Hennebique por medio de su concesionario en San Sebastián Miguel Salaverría y del ingeniero José Eugenio Ribera, entonces destinado en Asturias, que en 1898 construirá los forjados de la cárcel de Oviedo, el tablero del puente de Ciaño y el depósito de aguas de Llanes. El primer edificio de entidad construido con hormigón armado es la fábrica de harinas La Ceres en Bilbao,^[2] de 1899-1900 (aún hoy en pie y rehabilitada como viviendas) y el primer puente importante, con arcos de 35 metros de luz, el levantado sobre el Nervión-Ibaizabal en La Peña, para el paso del tranvía de Arratia entre Bilbao y Arrigorriaga (desaparecido en las riadas del año 1983).^[3] Ninguna de las dos obras fue dirigida por Ribera, quien pronto se independizó de la tutela del empresario francés, sino por los jóvenes ingenieros Ramón Grotta y Gabriel Rebollo de la oficina madrileña de François Hennebique.

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. Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado:

El coeficiente de dilatación del hormigón es similar al del acero, siendo despreciables las tensiones internas por cambios de temperatura.
Cuando el hormigón fragua se contrae y presiona fuertemente las barras de acero, creando además fuerte adherencia química. Las barras, o fibras, suelen tener resaltes en su superficie, llamadas corrugas o trefilado, que favorecen la adherencia física con el hormigón.
Por último, el pH alcalino del cemento produce la pasivación del acero, fenómeno que ayuda a protegerlo de la corrosión.
El hormigón que rodea a las barras de acero genera un fenómeno de confinamiento que impide su pandeo, optimizando su empleo estructural.

Cálculo de elementos de hormigón

Fundamento

El hormigón en masa es un material moldeable y con buenas propiedades mecánicas y de durabilidad, y aunque resiste tensiones y esfuerzos de compresión apreciables tiene una resistencia a la tracción muy reducida. Por eso se usa combinado con acero, que cumple la misión de cubren las tensiones de tracción que aparecen en la estructura.
Por otro lado, el acero confiere a las piezas mayor ductilidad, permitiendo que las mismas se deformen apreciablemente antes de la falla.

En los elementos lineales alargados, como vigas y pilares las barras longitudinales, llamadas armado principal o longitudinal. Estas barras de acero se dimensionan de acuerdo a la magnitud del esfuerzo axial y los momentos flectores, mientras que el esfuerzo cortante y el momento torsor condicionan las características de la armadura transversal o secundaria.

Cálculo vigas y pilares de hormigón armado

La simple teoría de vigas de Euler-Bernoulli no es adecuada para el cálculo de vigas o pilares de hormigón armado. Los elementos resistentes de hormigón armado presentan un mecanismo resistente más complejo debido a la concurrencia de dos materiales diferentes, hormigón y acero, con módulos de Young muy diferentes y los momentos de inercia son variables de acuerdo al tamaño de las fisuras de los elementos. Las diferentes propiedades mecánicas de hormigón y acero implican que en un elemento de hormigón armado la tensión mecánica de las armaduras y el hormigón en contacto con ellas sean diferentes, ese hecho hace que las ecuaciones de equilibrio que enlazan los esfuerzos internos inducidos por las fuerzas y tensiones en hormigón y acero no sean tan simples como las de secciones homogéneas, usadas en la teoría de Euler-Bernouilli.
La Instrucción Española del Hormigón Estructural las ecuaciones de equilibrio mecánico para el esfuerzo axil N y el momento flector M de una sección rectangular pueden escribirse de forma muy aproximada como:

$\begin{cases} N = N_c(X) + U_{s1}\cfrac{\sigma_{s1}(X)}{f_{yd}} + U_{s2}\cfrac{\sigma_{s2}(X)}{f_{yd}} \\ Ne_1 = M_c(X,d) + U_{s2}\cfrac{\sigma_{s2}(X)}{f_{yd}} (d-d') \\ Ne_2 = M_c(X,d') - U_{s1}\cfrac{\sigma_{s1}(X)}{f_{yd}} (d-d') \end{cases}, \qquad e_1 = \frac{d-d'}{2} + \frac{M}{N},\ e_2 = \frac{d-d'}{2} - \frac{M}{N}$

Donde:

$d, d', X\,$ , son magnitudes geométricas. Respectivamente: el canto útil, el recubrimiento y la profundidad de la fibra neutra respecto a la fibra más comprimida del hormigón.

$\sigma_{s1}, \sigma_{s2}, f_{yd}\,$ son respectivamente la "tensión de la armadura de tracción" (o menos comprimida) la "armadura de compresión" (o más comprimida) y la tensión de diseño del acero de las armaduras.

$U_{s1}, U_{s2}\,$ , son las cuantías mecánicas, relacionadas con el área transversal de acero de las armaduras.

$N_c(X), M_c(X,\cdot)\,$ , son el esfuerzo axil y el momento flector resultantes de las tensiones de compresión en el hormigón, en función de la posición de la línea neutra.

Si se usa el diagrama rectángulo normalizado para representar la relación de tensión-deformación del hormigón entonces las tensiones de la armadura de tracción y de compresión se pueden expresar las funciones anteriores como:

$\frac{\sigma_{s1}(X)}{f_{yd}} = \begin{cases} -1 & -\infty<X<0,625d\\ \cfrac{5}{3}\cfrac{X-d}{X} & 0,625d<X<h\\ \cfrac{X-d}{X-0,4h} & h<X \end{cases}, \quad \frac{\sigma_{s2}(X)}{f_{yd}} = \begin{cases} -1 & -\infty<X<-0,5d'\\ \cfrac{2}{3}\cfrac{X-d'}{d'} & -0,5d'<X<2,5d'\\ 1 & 2,5d'<X \end{cases}$

Por otra parte los esfuerzos soportados por el bloque comprimido de hormigón vienen dados por:

$N_c(X) = \begin{cases} 0 & -\infty<X \le 0\\ 0,68f_{cd}bX & 0<X \le 1,25h\\ 0,85f_{cd}bh & 1,25h<X \end{cases}, \quad M_c(X,y) = \begin{cases} 0 & -\infty<X \le 0 \\ 0,68bX(y-0,4X) & 0<X \le 1,25h\\ 0,85f_{cd}bh/y-0,5h) & 1,25h<X \end{cases}$

Dimensionado de secciones

El problema del dimensionado de secciones se refiere a dadas unas cargas y unas dimensiones geométricas de la sección determinar la cantidad de acero mínima para garantizar la adecuada resistencia del elemento. La minimización del coste generalmente implica considerar varias formas para la sección y el cálculo de las armaduras para cada una de esas secciones posibles, para calcular el coste orientativo de cada posible solución.
Una sección de una viga sometida a flexión simple, requiere obligatoriamente una armadura (conjunto de barras) de tracción colocada en la parte traccionada de la sección, y dependiendo del momento flector puede requerir también una armadura en la parte comprimida. El área de ambas armaduras de una sección rectangular puede calcularse aproximadamente mediante los siguientes juegos de fórmulas:

$U_{s2} = \begin{cases} 0 & M_d < 0,375 U_0 d_1 \\ \frac{M_d -0,375 U_0 d_1}{d_1 - d_2} & M_d \ge 0,375U_0 d_1 \end{cases}, \qquad A_{s2} = \frac{U_{s2}}{f_{yd}}$

Donde:

$U_{s2}\,$ , es la cuantía mecánica de armadura de compresión.

$A_{s2}\,$ , es el área total de la armadura de compresión.

$U_0 = 0,85 f_{cd} b d_1\,$ , es la cuantía mecánica de armadura de compresión.

$d_1, d_2\,$ , distancias desde la fibra más comprimida a la armaduras de tracción y a la armadura de compresión.

$b\,$ , ancho de la sección.

Con las mismas notaciones, la armadura de tracción se calcula como:

$U_{s1} = \begin{cases} U_0 \left(1- \sqrt{1-\frac{2M_d}{U_0 d_1}} \right) & M_d < 0,375 U_0 d_1 \\ 0,5U_0 + U_{s2} & M_d \ge 0,375U_0d \end{cases}, \qquad A_{s1} = \frac{U_{s1}}{f_{yd}}$

Comprobación de secciones

El problema de comprobación consiste en dada una sección completamente definida, por sus dimensiones geométricas y un cierto número de barras con una disposición bien definida, comprobar mediante cálculo si dicha sección será capaz de soportar los esfuerzos inducidos en ella por la acción de cargas conocidas.

Definiciones

Armadura Principal (o Longitudinal): Es aquella requerida para absorber los esfuerzos de tracción en la cara inferior de en vigas solicitadas a flexión compuesta, o bien la armadura longitudinal en columnas.
Armadura Secundaria (o Transversal): Es toda armadura transversal al eje de la barra. En vigas toma esfuerzos de corte, mantiene las posiciones de la armadura longitudinal cuando el hormigón se encuentra en estado fresco y reduce la longitud efectiva de pandeo de las mismas.
Amarra: Nombre genérico dado a una barra o alambre individual o continuo, que abraza y confina la armadura longitudinal, doblada en forma de círculo, rectángulo, u otra forma poligonal, sin esquinas reentrantes. Ver Estribos.
- Cerco:: Es una amarra cerrada o doblada continua. Una amarra cerrada puede estar constituida por varios elementos de refuerzo con ganchos sísmicos en cada extremo. Una amarra doblada continua debe tener un gancho sísmico en cada extremo.
- Estribo: Armadura abierta o cerrada empleada para resistir esfuerzos de corte, en un elemento estructural; por lo general, barras, alambres o malla electrosoldada de alambre (liso o estriado), ya sea sin dobleces o doblados, en forma de L, de U o de formas rectangulares, y situados perpendicularmente o en ángulo, con respecto a la armadura longitudinal. El término estribo se aplica, normalmente, a la armadura transversal de elementos sujetos a flexión y el término amarra a los que están en elementos sujetos a compresión. Ver también Amarra. Cabe señalar que si extisten esfuerzos de torsión, el estribo debe ser cerrado.
- Zuncho: Amarra continua enrollada en forma de hélice cilíndrica empleada en elementos sometidos a esfuerzos de compresión que sirven para confinar la armadura longitudinal de una columna y la porción de las barras dobladas de la viga como anclaje en la columna. El espaciamiento libre entre espirales debe ser uniforme y alineado, no menor a 80 mm ni mayor a 25 mm entre sí. Para elementos hormigonados en obra, el diámetro de los zunchos no deben ser menor que 10 mm.
Barras de Repartición: En general, son aquellas barras destinadas a mantener el distanciamiento y el adecuado funcionamiento de las barras principales en las losas de hormigón armado.
Barras de Retracción: Son aquellas barras instaladas en las losas dondela armadura por flexión tiene un sólo sentido. Se instalan en ángulo recto con respecto a la armadura principal y se distribuyen uniformemente, con una separación no mayor a 3 veces el espesor de la losa o menor a 50 cm entre sí, con el objeto de reducir y controlar las grietas que se producen debido a la retracción durante el proceso de fraguado del hormigón, y para resistir los esfuerzos generados por los cambios de temperatura.
Gancho Sísmico: Gancho de un estribo, cerco o traba, con un doblez de 135º y con una extensión de 6 veces el diámetro (pero no menor a 75 mm) que enlaza la armadura longitudinal y se proyecta hacia el interior del estribo o cerco.
Traba: Barra continua con un gancho sísmico en un extremo, y un gancho no menor de 90º, con una extensión mínima de 6 veces el diámetro en el otro extremo. Los ganchos deben enlazar barras longitudinales periféricas. Los ganchos de 90º de dos trabas transversales consecutivas que enlacen las mismas barras longitudinales, deben quedar con los extremos alternados

miércoles, 31 de octubre de 2012

hormigon tenso y pulido

video de hormigon armado

caracteristicas y comportamiento del hormigon

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 las 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 tensar. 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 2.350 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 2.000 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 cálculo 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.
- 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 la planta 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 (f_ck) 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 (f_ck) 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 f_ck, 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 llenar con hormigón fresco un molde troncocónico de 30 cm de altura. La pérdida de altura que se produce cuando se retira el molde, es la medida que define la consistencia.¹³

Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plásticos, blandos y fluidos tal como se indica en la tabla siguiente:¹⁴

Consistencia de los hormigones frescos
Consistencia	Asiento 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
Líquida	16-20	Picado con barra

Durabilidad




Las presas de hormigón son una tipología habitual en la construcción de embalses. En las imágenes la presa de Hoover construida en EE.UU. en 1936 y la de Atazar en España de 1972. Ambas diseñadas con forma parabólica para optimizar la capacidad de soportar esfuerzos a compresión del hormigón.

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 estructur 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

sábado, 27 de octubre de 2012

Concepto y Tipos de hormigon

Hormigón

El hormigón o concreto 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. Existen hormigones que se producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormigón asfáltico que utiliza betún para realizar la mezcla.

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, o concreto pre-reforzado en algunos lugares; comportándose el conjunto muy favorablemente ante las diversas 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

Tipos de hormigon

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

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.

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.

Hormigón pretensado: Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de acero especial sometida a tracción. Puede ser pre-tensado si la armadura se ha tensado antes de colocar el hormigón fresco o post-tensado si la armadura se tensa cuando el hormigón ha adquirido su resistencia

Mortero: Es una mezcla de cemento, agua y arena (árido fino), es decir, un hormigón normal sin árido grueso.

Hormigón ciclópeo: Es el hormigón que tiene embebidos en su interior grandes piedras de dimensión no inferior a 30 cm.

Hormigón sin finos: Es aquel que sólo tiene árido grueso, es decir, no tiene arena (árido menor de 5 mm).

Hormigón aireado o celular: Se obtiene incorporando a la mezcla aire u otros gases derivados de reacciones químicas, resultando un hormigón baja densidad.

Hormigón de alta densidad: Fabricados con áridos de densidades superiores a los habituales (normalmente barita, magnetita, hematita...) El hormigón pesado se utiliza para blindar estructuras y proteger frente a la radiación.