Hormigon

 

DEFINICIONES

- HORMIGÓN: Material aglomerado resultante de la unión intima de áridos con un aglomerante, agua y eventualmente aditivos. La cantidad de cada uno de sus componentes (dosificación) como su forma (geometría) responde a las características particulares de cada proyecto; por lo tanto es un material diseñable y formáceo.

Cemento + Agua = Pasta (nata)
Pasta + Árido fino = Mortero
Mortero + Árido Grueso = Hormigón

- MATERIAL AGLOMERADO: Es el resultado de la combinación de los áridos con un ligante.

- MATERIAL AGLOMERANTE: Es aquel que permite unir fragmentos y dar cohesión a las partes, formando un conjunto por acción fisco - química.

-ÁRIDOS: Son los materiales pétreos inertes constituidos por trozos de minerales duros, de forma estable cuyas dimensiones estén comprendidas entre los siguientes límites.

 

	Designación	Pasa por el tamiz UNIT	Retenido por el Tamiz UNIT
Agregado fino	Polvo impalpable Polvo Arena fina Arena Mediana Arena gruesa	74 149 500 2 000 4 760	74 149 500 2000
Agregado grueso	Gravilla Pedregullo fino Pedregullo medio y Canto rodado Pedregullo grueso y Canto rodado grueso	9 520 26 880 53 760 76 160	4760 9520 26880 53760

Según norma Unit 44-46

CEMENTO: Aglomerante hidráulico obtenido por la pulverización de la escoria de cocción (clinker) de materiales calizos ricos en sílice y alúmina

AGUA: La empleada debe ser limpia, preferentemente de la que se suministra a la población y no debe contener impurezas.

ADITIVOS: Son aquellos productos que se añaden a la dosificación con el propósito de modificar las propiedades del material fresco o endurecido.

PASTA: Material obtenido por la mezcla del aglomerante con el agua (también llamada nata).

FRAGUADO: Período en el cual la pasta pasa de su consistencia plástica a sólida. En este período se producen las principales reacciones.

ENDURECIMIENTO: Proceso diferido en el cual se consolidan el resto de las reacciones.

HIDRAULICIDAD: Propiedad de generar fraguado y endurecimiento aún bajo agua (sin presencia de aire).

 

 

ÁRIDO FINO:
FUNCIÓN: Colabora en la resistencia final, aumenta la masa y reduce la retracción.

            TIPOS:
CARRASCO: Granulometría fina, buena calidad, puede contener salinidad
ARROYO: Heterogénea, puede contener arcillas.
SANTA LUCIA: Granulometría gruesa, calidad aceptable con posibilidad de
arcillas y/o salinidad.
TERCIADA: Granulometría continua mayor compacidad.

            IMPUREZAS:
SALINIDAD: Produce eflorescencias (manchas no destructivas)
ARCILLAS: Reduce la adherencia de la mezcla.

            HUMEDAD:
AGUA ABSORBIDA: Es la contenida en los poros.
AGUA LIBRE: Es la que se encuentra en los intersticios y actúa
modificando su volumen. Este fenómeno se denomina esponjamiento.

           
GRANULOMETRIA: El estudio de los tamaños de los granos nos determina el módulo de finura el cual corresponde a la centésima parte de la sumatoria de los retenidos totales en los distintos tamices (según Norma UNIT 82-51)
TAMIZ: Conjunto de tejido y marco.
TEJIDO: Es la formación plana de alambres entrelazados
perpendicularmente
MALLA: Cada uno de los cuadrados delimitados por los alambre del tejido.
ABERTURA DE MALLA: Distancia libre entre los lados de la malla.

 

 

TAMIZ UNIT	PORCENTAJE DEL MATERIAL RETENIDO
	CLASE I		CLASE II
149	100	90	100	85
297	95	70	95	40
590	80	50	85	27
1190	55	30	67	15
2380	30	10	44	5
4760	5	0	9	0

CLASE I = Recomendable para Hormigón
CLASE II = Aceptable para Hormigón

ÁRIDO GRUESO
Cumple una función semejante a la del árido fino caracterizándose por el mayor tamaño de sus granos y con un mismo origen geológico. No admite variación volumétrica por agua libre. El espectro granulométrico es muy amplio y su tamaño máximo se adopta en función de la geometría de las piezas a llenar o a las distancias entre las armaduras.
El tamaño máximo se determina a través de la serie de tamices (UNIT 39-44) cuando uno de ellos tiene un retenido total del 15 % del peso total de la muestra.

 

AGLOMERANTE
El cemento Pórtland se extrae de las piedras calizas con un tenor de arcilla superior al 20%, expuestas a una cochura adecuada a temperaturas que oscilan entre los 200 Cº y 1500 Cº.
CEMENTO = Caliza + Arcilla + Calor
Caliza = Oxido de calcio ( CaO )
Arcilla = Silicato de Alúmina hidratado (Si O2 Al2 O3) + Oxido de Hierro (Fe2 O3)

            La combinación de las calizas y arcillas en presencia de calor genera los siguientes compuestos:
ALUMINATO TRICALCICO - Tiempo de fraguado y resistencia inicial.
SILICATO BICALCICO - Endurecimiento diferido.
SILICATO TRICALCICO - Resistencia de servicio.
FERRO ALUMINATO TETRACALCICO - Color característico.

 

AGUA
Es un componente fundamental pues actúa como plastificante y como agente para provocar el fraguado y posterior endurecimiento. La temperatura, cantidad y calidad es determinante en la resistencia final del producto.

            TEMPERATURA: Se considera la adecuada entre 18 Cº y 22 Cº. Su aumento activa el endurecimiento y la disminución lo retarda. En particular son peligrosas las heladas durante el fraguado pues congelan el agua de amasado.

            CANTIDAD: Se divide entre las funciones de hidratación (25% del total) y plastificante (75% restante).

            CALIDAD: Si no se obtiene de la red pública debe ser analizada químicamente.
Proscripciones: Restos orgánicos, Yesos, Azúcares, Cloruros, Destilada,                                    Agua de Mar

ADITIVOS PARA HORMIGONES

 

TIPO	CARACTERISTICAS	MATERIALES	CUALIDADES
Plastificantes	Otorgan trabajabilidad de 3% a 5% del peso del cemento	Arcillas y puzolanas	Mejora arenas gruesas y bajas dosificaciones de cemento.
Fluidificantes	Reducen agua de amasado 0,5 % del peso del cemento	Sulfato de calcio	Mejora la trabajabilidad de hormigones secos
Aireantes	Mejora la plasticidad y resistencia a las heladas	Aceites vegetales y minerales	Disminuye la resistencia
Retardantes	Retarda la hidratación (por calor, transporte a distancia o continuación de llenado)	Glucosas, ácidos cítricos y tartárico	Disminuye resistencia inicial; puede mejorar la final
Acelerantes	Aumenta la velocidad de hidratación. Menor al 2% de peso del cemento	Cloruros	Aumenta la retracción
Hidrófugos	Detiene absorción capilar	Bentonita, siliconas y silicatos	Obturador de poros
Anticongelantes	Para hormigón fresco	Acelerantes y plastificantes	Evita formación de hielo
Antiheladizos	Para hormigón endurecido	Aireantes	Evita disgregación

 

            Es el estado del hormigón desde su hidratación, hasta el inicio del fraguado (cuando pasa de plástico a rígido). Este estado puede variar en su duración de acuerdo a la temperatura de la mezcla, a la calidad del cemento, o por la inclusión de aditivos particulares.
Con cemento Pórtland común y a tempertura ambiente normal el fraguado se inicia entre las 2 y 4 hs. desde la hidratación de la mezcla.
CONSISTENCIA
Es la capacidad del hormigón para deformarse. Depende directamente de la cantidad de agua que se disponga en la mezcla y se cuantifica mediante la relación por cociente entre los pesos del agua y el cemento empleado (A/C).
Se puede afirmar que entre varios hormigones con igual composición granulométrica y dosificación de cemento, tendrá mayor resistencia mecánica aquel que admita menor deformación.

MEDICIÓN DE CONSISTENCIA.

1.- CONO DE ABRAMS (Ensayo a pie de obra)

Se utiliza molde tronco cónico de altura igual a 30 cm. y diámetros C de base y boca de 20 y 10 cm. respectivamente. Se llena en 3 capas iguales y sucesivas, picando 25 veces cada una de ellas con varilla de hierro de 16 mm y sesenta centímetros de longitud, con punta redondeada. Al producirse el desmolde inmediato se mide el descenso de la probeta con relación al molde original y se determina el punto de consistencia.

                       
2.- MESA DE SACUDIDAS (Ensayo en laboratorio)

 

Se utiliza probeta tronco cónica de altura igual a 12,5 cm. y diámetros de base y boca de 25 y 17 cm. respectivamente. Se vibra a una frecuencia de un golpe por segundo durante 15 seg. desde una altura de caída de 1,25 cm. La consistencia se determina de acuerdo a la expansión en relación al diámetro original.

CONO DE ABRAMS asentamiento (cm.)	RESISTENCIAS APROXIMADAS Kg./cm.2	CONSISTENCIA	RELACIÓN A/C	MESA DE SACUDIDAS expansión (%)
0 - 2	700 a 900	SECA	0.23 a 0.3	10 - 20
3 - 5	450 a 700	PLÁSTICA	0.3 a 0.45	20 - 30
6 - 9	300 a 450	BLANDA	0.45 a 0.55	hasta 80
10 - 15	230 a 300	FLUIDA	0.55 a 0.65	80 - 160
> 16	< 230	LIQUIDA	> 0.65	> 160

GRAFICO DE RELACION ENTRE RESISTENCIA Y CONSISTENCIA.

TRABAJABILIDAD
Concepto relativo a la aptitud del material para se amasado y posicionado. No es cuantificable y para su definición concurren algunos factores a saber.
- Consistencia
- Forma y textura de los áridos
- Forma de la pieza a moldear
- Densidad de las armaduras
- Forma de compactación

CURADO
Es la operación que posibilita optimizar los resultados finales. Se realiza al fin del fraguado y principio del endurecimiento e inciden en el proceso las condiciones de temperatura, humedad, y velocidad del aire.
Formas del curado.
Riego superficial (evaporación consentida)
Film polietileno (recicla la evaporación)
Capa de arena húmeda (retarda la evaporación)
Productos químicos superficiales (obturador de poros)
Al vapor (en autoclave, para piezas prefabricadas)

 

           

 

Es el período que se inicia con el fraguado, en donde se forma la estructura cristalina confiriéndole al hormigón cada vez mayor resistencia mecánica. Este proceso no se detiene en el tiempo, pero usualmente la resistencia se mide a los 28 días.

COMPACIDAD (C)
Es la relación por cociente entre el volumen absoluto y volumen aparente.
V = volumen aparente
v = volumen de huecos                     C = (V - v) / V

 

POROSIDAD (P)
Relación por cociente entre el volumen de huecos y volumen aparente.
P = v / V

 

ÍNDICE DE HUECOS (I)
Relación por cociente entre el volumen de huecos y el volumen absoluto.
I = v / (V - v)
El índice de huecos (I) es el cociente entre la porosidad y la compacidad del material                                                                I = P / C
[(V - v) / V ]  [ v / (V - v)] = [v (V - v)] / [V (V - v)] = v / V

 

IMPERMEABILIDAD
Es la propiedad del material de evitar el paso del agua a través de la masa. Esta se relaciona con la compacidad mediante la relación agua / cemento y se modifica en forma directamente proporcional.

RESISTENCIA
Es la cualidad última del material y genéricamente permite solventar los aspectos mecánicos, físicos y/o químicos que actúan sobre él.
Condiciones para asegurar la resistencia:
- Sistema de curado
- Edad del hormigón
- Cantidad y calidad del cemento
- Cantidad de agua de amasado
- Naturaleza de los áridos
- Tiempo de amasado

            RESISTENCIA MEDIA POR COMPRESIÓN ( fcm )
Es la media aritmética de las resistencias halladas para una edad determinada, (usualmente 28 días) y nos da la idea de la resistencia media del conjunto.

            RESISTENCIA CARACTERÍSTICA POR COMPRESIÓN ( f ck )
Es el promedio requerido para asegurarse que sólo el 5% de la muestra tendrá valores inferiores al valor de cálculo.

 

CURVA DE DISTRIBUCIÓN DE RESULTADOS DE ENSAYOS.

 

 

            DISPERSIÓN:
Variación de resultados en relación a la resistencia media. Esta variación se vincula con la calidad del control de obra.

 

            DESVIACIÓN:
Es el valor de la dispersión que determina la resistencia característica.

 

Gráfica de dispersión de resultados para tres hormigones
 de igual resistencia media,
pero con distintos controles de obra.

(1) Control muy Bueno      (2) Control Bueno       (3) Control Medio

MEDICIÓN DEL VALOR DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Las probetas se confeccionan en moldes no absorbentes (preferentemente metálicos), de forma cilíndrica, diámetro 15 cm. y altura igual al doble del diámetro. El llenado se realiza de acuerdo a la norma establecida en el ensayo de consistencia (cono de Abrams). La probeta se desmolda a las 24 Hs. de realizada y se le mantiene durante el período de endurecimiento en condiciones de temperatura y humedad constantes. A los 28 días se ensaya por rotura axil en prensa hidráulica y se determina su valor.

 

 

RETRACCIÓN
Es el acortamiento del material que acompaña el proceso de fraguado por causa de la evaporación de agua. El curado controla dicho fenómeno para evitar la fisuración por esfuerzos de tracción. Hay que tener presente una serie de factores que inciden en el comportamiento del material.

                        - Circulación del aire. Sin ventilación las retracciones son muy bajas y aumentan progresivamente con el movimiento del aire.

                        - Característica de los áridos. Disminuye con el incremento de la cantidad y calidad de los mismos.
- Relación agua/cemento. El aumento del agua alienta el fenómeno.
- Humedad relativa. En atmósfera saturada (100 %) existe estabilidad dimensional, aumentado con su descenso.
- Forma de la pieza. Crece proporcionalmente al cuadrado de la relación por cociente entre el volumen y la superficie. (V/S)2.
- Cantidad y tipo de cemento. Las mezclas ricas en cemento o ejecutadas con cemento de alta resistencia inicial estimulan la retracción.
- Dureza y dimensión del árido. Al aumentar éstas mayor oposición al acortamiento.
- Tipo de retracción. Las axiles son menores que las superficiales.

            Durante el proceso de endurecimiento la retracción disminuye debido a la preexistencia de la red cristalina estructurada en el proceso de fraguado la cual reduce el acortamiento.

DILATACIÓN
La radiación solar y la temperatura del aire generan modificaciones dimensionales lineales. Esta característica se estimula con la compacidad del material pues aumenta la conductividad. Las formas laminares son más propensas que las formas cúbico-prismática. Se controla generando discontinuidades en el material y/o disponiendo protecciones atérmicas reflectivas.

            La dosificación de las mezclas para hormigones es la determinación de la combinación más práctica y económica de componentes, que sea trabajable en su estado fresco y que desarrolle las propiedades requeridas en su estado endurecido. Por lo tanto una dosificación correcta logra tres objetivos:

            - Trabajabilidad
- Resistencia mecánica
- Economía

            Para el estudio de la dosificación existen varios métodos, todos ellos proporcionan una aproximación preliminar que debe verificarse mediante pruebas en laboratorio o en obra y someterlas a los ajustes necesarios para obtener las características deseadas.

            El método que estudiaremos es una adaptación del desarrollado por la A.C.I. (American Concrete Institute) que se basa en cálculos del volumen absoluto ocupado por los componentes. Este método toma en cuenta la resistencia final del hormigón, consistencia, condiciones de control, características de las piezas y naturaleza y tipos de áridos. Debe basarse en datos obtenidos de pruebas a los materiales que serán empleados (de no ser posible se aplicaran valores aproximados).

            Los siguientes datos son de fundamental importancia para iniciar el estudio de la dosificación.
- Análisis granulométrico de los áridos. Definición del módulo de finura del árido fino, y el tamaño máximo del árido grueso.
- Masa unitaria y Masa especifica de los componentes.
- Resistencia característica solicitada por cálculo.
- Condiciones de control de obra.
- Condiciones de servicio.

• Consistencia. Según forma, armaduras y compactación.

 

            La hipótesis de trabajo parte del concepto que el volumen unitario del hormigón es igual a la suma de los volúmenes absolutos de todos los elementos que lo componen, se determina entonces la ecuación básica para la dosificación:

 

PRIMER PASO - Determinación de la resistencia media

 

            En función de la resistencia característica solicitada y las condiciones de control de obra, se determina el valor de la resistencia media.

SEGUNDO PASO - Determinación de la relación agua / cemento

            Es una relación por cociente entre el peso del agua y el peso del cemento. Esta se determina por condiciones de resistencia (tabla 2) o por condiciones de servicio (tabla 3), debiéndose adoptar aquella de menor valor.

Tabla 2 (Condiciones de resistencia)

Relación A/C	Resistencia media a la compresión (fcm) probable a los 28 días Kg/cm2
	Hormigón sin aire incorporado	Hormigón aireado
0.35	420	335
0.44	350	280
0.53	280	225
0.62	225	180
0.71	175	140
0.80	140	110

 

Tabla 3 (Condiciones de servicio)

	CLIMA TEMPLADO
TIPO DE ESTRUCTURA	INTEMPERIE	EN CONTACTO CON AGUA
		DULCE	MAR
Secciones delgadas Pilares, losas, dinteles, antepechos	0.53	0.49	0.40
Secciones moderadas Fundaciones, vigas, muros de contención	*	0.53	0.44
Macizos grandes	*	0.53	0.44
hormigón sumergido	*	0.44	0.44
Pavimentos	*	*	*
Hormigón protegido interior o revocado	*	*	*

(*) La relación agua/cemento se determinará por las condiciones de resistencia.

 

 

TERCER PASO - Determinación del tamaño máximo del árido.

            Se debe tener en cuenta la forma de la sección a llenar ya que el tamaño máximo no debe exceder de 1/5 la distancia menor entre partes del encofrado, 1/3 del espesor de las losas, ni 3/4 de la separación entre dos armaduras contiguas.
Los valores de la tabla 4 pueden modificarse si existen formas de compactación mecánicas que aseguren el colado y la compacidad.
Tabla 4

SECCIÓN	TAMAÑO MÁXIMO DEL ÁRIDO
Dimensión mínima (mm)	Muros, vigas y pilares armados	Muros sin armar	Losas muy armadas	Losas poco armadas y sin armar
65 a 125	13,4 a 19	19	19 a 26,9	19 a 38
150 a 280	19 a 38	38	38	38 a 76
300 a 735	38 a 76	76	38 a 76	76
> 735	38 a 76	> 76	38 a 76	> 76

 

CUARTO PASO - Determinación de la cantidad de árido grueso.
Está en función del módulo de finura de
l árido fino, y del tamaño máximo del árido grueso. La tabla 5 contempla hormigones de aceptable trabajabilidad, con la mayor compacidad posible.

Tabla 5

TAMAÑO MÁXIMO (mm)	Volumen aparente de árido grueso, compactado en seco, por unidad de volumen y para diversos módulos de finura del árido fino.
	2,8	3	3,4	3,6	3,8	4
9.5	0.40	0.42	0.46	0.44	0.42	0.40
13.4	0.49	0.51	0.55	0.53	0.51	0.49
19	0.59	0.61	0.65	0.63	0.61	0.59
26.9	0.64	0.66	0.70	0.68	0.66	0.64
38	0.70	0.72	0.76	0.74	0.72	0.70
53.8	0.73	0.75	0.79	0.77	0.75	0.73
76	0.78	0.80	0.84	0.82	0.80	0.78
> 76	0.84	0.86	0.90	0.88	0.86	0.84

 

QUINTO PASO - Determinación de la cantidad de agua y de aire ocluido.
Se considera la consistencia y el tamaño máximo de árido seleccionado, para determinar la cantidad de agua de amasado, y sólo el tamaño máximo para determinar el volumen de aire ocluido.
Tabla 6 - 1 (Hormigón sin aire consentido)

Asentamiento en Cono de Abrams	Cantidad de agua de amasado (litros) para los tamaños máximos (en mm.)
	Hormigón sin aire incorporado
	9.5	13.4	19	26.9	38	53.8	76	> 76
0 - 2	197	187	172	170	155	145	135	116
3 - 5	209	199	184	179	164	154	144	125
6 - 9	223	213	198	189	174	164	154	135
10 - 15	235	223	208	198	183	173	163	144
>16	242	228	213	203	188	178	168	148
Aire ocluido %	3	2.5	2	1.5	1	0.5	0.3	0.2

Tabla 6 - 2 (Hormigón aireado)

Asentamiento en Cono de Abrams	Cantidad de agua de amasado (litros) para los tamaños máximos (en mm.)
	Hormigón con aire incorporado
	9.5	13.4	19	26.9	38	53.8	76	> 76
0 - 2	172	170	155	145	135	126	116	104
3 - 5	184	179	164	154	144	135	125	110
6 - 9	198	189	174	164	154	145	135	117
10 - 15	213	203	188	178	168	158	148	129
>16	218	204	189	179	169	159	156	127
Aire ocluido %	8	7	6	5	4.5	4	3.5	3

 

SEXTO PASO - Determinación de la cantidad de cemento

            Con la relación A/C ya conocida, y la cantidad de agua obtenida en la tabla 6, se obtiene la cantidad (en peso) del cemento.

 

SÉPTIMO PASO - Determinación del volumen del árido fino.

            Ya son conocidos los volúmenes aparentes de todos los componentes con excepción del árido fino, cuyo valor se determina por la diferencia de volúmenes absolutos de acuerdo a la ecuación básica.
Para establecer los volúmenes absolutos de cada componente debemos referirlos a las siguientes relaciones:

 

OCTAVO PASO - Corrección del volumen de árido fino y agua de amasado.

            Debemos considerar que el volumen aparente del árido fino calculado es un material saturado de superficie seca, lo cuál es muy improbable que se verifique en obra pues éste contiene agua intersticial que le provoca un aumento del volumen aparente llamado esponjamiento. Por lo tanto se debe proceder a rectificar los datos para ajustarlos a las condiciones en que se encuentra el árido.

            Corrección del agua              Aa = Ac - Ae

Aa = Agua de amasado a determinar (en peso)
Ac = Agua de amasado calculada por relación A/C (en peso)
Ae = Agua aportada por el árido fino (en peso) = Peso árido fino (seco) X % Humedad.

            Corrección del árido fino        Vafe = Vafs x (1 + Esponjamiento)

Vafe = Volumen aparente del árido fino esponjado
Vafs = Volumen aparente del árido fino seco