miércoles, 31 de octubre de 2012
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
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
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
| Edad del hormigón en días | 3 | 7 | 28 | 90 | 360 |
|---|---|---|---|---|---|
| Resistencia a compresión | 0,40 | 0,65 | 1,00 | 1,20 | 1,35 |
Resistencia
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.
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 | 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.
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