1.HORMIGONES Compilador: Claudio Sosoranga El hormigón, también denominado concreto, es el material resultante de la mezcla de cemento (u otro aglomerante) con áridos (grava, gravilla y arena) y agua (la mezcla de cemento con arena y agua se denomina mortero). El hormigón es el resultado de una mezcla de cemento, arena y grava que, unidos con agua, forman una masa resistente y de consistencia compacta. El hormigón es uno de los materiales más tradicionales empleados en la construcción. La densidad y la dureza que adquiere el material cuando fragua lo convierten en el rey de la albañilería. Figura 6.1. Puesta en obra del hormigón 6.1 COMPONENTES DEL HORMIGÓN 6.1.1 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. 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. 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 compuesto. 6.1.2 ÁRIDOS (ARENA Y GRAVA) 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 la trituración de rocas volcánicas o los de calizas sanas y densas. El árido que tiene mayor responsabilidad en el conjunto es la arena, ya que 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. 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. 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 trituración 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. 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: - Tamaño máximo del árido: 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. Especificaciones de las diversas clases de cementos Clase de resistencia Resistencia (N/mm²) Fraguado Expansión (mm) a 2 días a 7 días a 28 días Inicio (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 - La compacidad: 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. - El contenido de granos finos: En cuanto al contenido de granos finos, estos hacen la mezcla más trabajable pero precisan más agua de amasado y de cemento. 6.1.3 AGUA De www.ingenieriaRural.com Litros de agua por metro cúbico de hormigón (UCLM) Consistencia del hormigón Asiento encono de Abrams(cm) Áridos rodados Áridos de machaqueo 80mm 40mm 20mm 80mm 40mm 20mm Seca Plástica Blanda Fluida 0 a 2 3 a 5 6 a 9 10 a 15 135 150 165 180 155 170 185 200 175 190 205 220 155 170 185 200 175 190 205 220 195 210 225 240 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. Durante el fraguado y primer endurecimiento del hormigón se añade el agua de curado para evitar la desecación y mejorar la hidratación del cemento. El agua destinada al amasado así como la destinada para el 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 parámetros que debe cumplir. Así en la normativa está limitado el pH, el contenido en sulfatos, en ión cloro y los hidratos de carbono. 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). Cuadro1.Calidad de agua para hormigones 6.1.4 OTROS COMPONENTES MINORITARIOS 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. 6.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL HORMIGÓN Densidad: en torno a 2350 kg/m 3 Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm 2 (15 a 50 MPa) para el hormigón ordinario. Existen hormigones especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2000 kg/cm 2 (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. 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. 6.3 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 Determinaciones Limitación pH ≥ 5 Sulfatos ≤ 1 gr/lt Sustancias orgánicas solubles en éter ≤ 15 gr/lt Ion cloruro ≤ 6 gr/lt Hidratos de carbono No debe contener 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. 6.4 CONSISTENCIA DE UN HORMIGÓN El ensayo de consistencia en hormigón fresco se la realiza mediante el Cono de Abrams. - La consistencia es la mayor o menor facilidad que tiene el hormigón fresco para deformarse. - Influyen en ella factores, especialmente la cantidad de agua de amasado, pero también el tamaño máximo del árido, la forma de los áridos y su granulometría 6.5 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN 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: 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 Densidad Es la cantidad de peso por unidad de volumen (densidad=peso/volumen), la cual 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. Fig. 6.2. Armadura 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. 6.6 TIPOS DE HORMIGONES - Hormigón postensado: son cuatro cordones, de veinte alambres de acero de alta resistencia, preparados en el tablero de un puente para tesar. Figura 6.3. Armadura de hormigón postensado - Hormigón ordinario: Es el material obtenido al mezclar cemento, agua y áridos de varios tamaños, superiores e inferiores a 5 mm, es decir, con grava y arena. - 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. - Hormigón pretensado: Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de acero especial sometida a tracción; tensado antes de colocar el hormigón fresco. - 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 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. 6.7 DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN Según la UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA (UCLM), al dosificar un hormigón debe tenerse en cuenta tres factores fundamentales, a partir de los cuales se han de determinar las cantidades necesarias de agua, cemento y áridos para obtener el hormigón deseado al más bajo costo posible: La resistencia La consistencia El tamaño máximo del árido Orden a seguir en la dosificación de un hormigón: 1. Fijar la resistencia característica del hormigón, de acuerdo con las condiciones previstas para la ejecución de la obra. 2. Elegir el tipo de cemento, en función de la clase de obra, la agresividad del medio y las condiciones climáticas. 3. Determinar la relación agua/cemento que corresponde a la resistencia media del hormigón, según el tipo de cemento y áridos empleados. 4. Determinar el tamaño máximo del árido en función de los distintos elementos de la obra. 5. Estudiar la consistencia más conveniente del hormigón, según la forma de compactación en obra y, como consecuencia, fijar la cantidad aproximada de agua y determinar la cantidad de cemento correspondiente. 6. Establecer la proporción en que han de mezclarse los áridos disponibles, para que la curva granulométrica del árido total sea la más conveniente al hormigón en estudio. 7. Calcular las cantidades de agua, cemento y los áridos necesarios para obtener un metro cúbico de hormigón. 8. Efectuar unas masas de prueba para comprobar si el hormigón obtenido tiene las características deseadas y, en caso contrario, hacer las correcciones necesarias. MÉTODO DE DOSIFICACIÓN DE HORMIGONES DE LA UNIVERSIDAD CENTRAL 1. TABLA DE RESISTENCIA A LA COMPACIDAD F , C (Kg/cm 2 ) Relación a/c por Peso 180 0.54 200 0.53 240 0.48 300 0.45 2. DATOS REQUERIDOS PARA LA DOSIFICACIÓN - Resistencia a la compresión que se desea. - Tamaño máximo de la grava (TMG). - Peso específico del cemento (PEC). - Peso específico del agregado fino (PEA). - Peso específico del agregado grueso (PEG). - Densidad aparente de la arena (DAA). - Densidad aparente de la grava (DAG). - Densidad máxima del agregado (DMA). - Densidad optima del agregado (DOA). - Porcentaje de arena en el agregado (PAA) correspondiente a la densidad óptima del agregado. - Consistencia o descenso deseado en el cono de Abrams(cm). 3. ECUACIONES Porcentaje Óptimo de Vacíos Dónde: DR; es la densidad real PEA; es el peso específico del agregado fino PAA; es el porcentaje de arena en el agregado PEG; es el peso específico del agregado grueso La Consistencia Asentamiento deseado (cm) Cantidad de pasta 0-3 POV + 4% del POV 3-6 POV + 8% del POV 6-9 POV + 12% del POV 9-12 POV + 13% del POV Para calcular la cantidad de materiales (cemento, arena y grava): Cantidad de pasta CP = POV+4% del POV ( ) ( ) Tabla con los pesos unitarios Agua (lit.) Cemento (Kg) Arena (Kg) Grava (Kg) Cantidad (Kg/m 3 ) Relación en peso Cant. (Kg/saco) Material suelto Peso unitario (Kg/m 3 ) 1 1.1 1.74 1.57 Volumen (Dm 3 ) Relación en volumen Parihuelas Proporción Ejemplo de aplicación Datos para preparar 1m 3 de hormigón - Resistencia a la compresión = 200Kg/cm 2 - TMG = 1,5” = 3.8cm - PEC = 3.168g/cm 3 - PEA = 2.64g/cm 3 - PEG = 2.685g/cm 3 - DAA = 1.743g/cm 3 - DAG = 1.565g/cm 3 - DMA = 1.92g/cm 3 - DOA = 1.915g/cm 3 - PAA = 56% - Consistencia o descenso deseado en el cono de Abrams = 0 - 3cm Desarrollo. Porcentaje Óptimo de Vacíos ≈ 28 % Para calcular la cantidad de materiales (cemento, arena y grava): Cantidad de pasta CP = POV+4% del POV CP = 28 + 1.12 CP = 29.12 ( ) ( ) ( ) ( ) Tabla con los pesos unitarios Agua (lit.) Cemento (Kg) Arena (Kg) Grava (Kg) Cantidad (Kg/m 3 ) 182.52 344.37 850.58 Relación en peso 0.53 1 3.09 2.47 Cant. (Kg/saco) 26.5 50 154.55 123.5 Material suelto Peso unitario (Kg/m 3 ) 1 1.1 1.74 1.57 Volumen (Dm 3 ) 172.20 295.38 612.59 542.22 Relación en volumen 0.58 1 2.07 1.84 Parihuelas - - 17.04 15.09 Proporción 172.20 324.92 17.04 15.09 Cantidad (Kg/m 3 )=resultado de los cálculos anteriores Relación en peso=agua, arena y grava/cemento(peso unitario) Cant. (Kg/saco)=Relación en peso/50Kg que tiene el quintal de cemento Material suelto Peso unitario (Kg/m 3 )= constantes Volumen (Dm 3 )=agua, cemento, arena y grava/Material suelto Peso unitario (Kg/m 3 ) Relación en volumen=Volumen (Dm 3 ) del agua, arena y grava/Volumen (Dm 3 ) cemento (cemento como peso unitario. Parihuelas=(0.33x0.33x0.33)m = 0.03593m 3 x = 35.93dm 3 CORRECCIONES Y ENSAYOS UCLM (Universidad de Castilla-La Mancha) www.ingenieriaRural.com Influencia de algunos factores sobre resistencia y trabajabilidad. (Jiménez Montoya, García Messeguer, Morán Cabré) Cuando aumenta… La trabajabilidad La resistencia La finura de la arena Aumenta Disminuye La relación grava/arena Disminuye Aumenta La cantidad de agua Aumenta Disminuye El tamaño máximo de árido Disminuye Aumenta El contenido de aire ocluido Aumenta Disminuye 6.8 BIBLIOGRAFIA http://www.construmatica.com/construpedia/Hormig%C3%B3n:_Propiedades http://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n#cite_note-JM30-28 ingenieria-civil2009.blogspot.com/.../dosificacion-de-hormigones.html - En caché - Similares www.efn.unc.edu.ar/departamentos/estruct/ciath/dosifica.pdf https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2009/1/.../33408 www.uclm.es/area/ing_rural/.../Tema10_EHE08.pdf www.ingenieriaRural.com UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA (UCLM)