PROPIEDADES DEL HORMIGÓN
El hormigón es una mezcla homogénea de pasta y materiales inertes que tiene la
propiedad de endurecer con el tiempo adquiriendo su resistencia de trabajo a la
edad de 28 días.
La pasta es una combinación de cemento y agua, en determinadas proporciones,
en la que se produce una reacción química que libera calor en el proceso de
mezclado e incorpora aire naturalmente (en una proporción del 1 al 2 %). Esta
pasta constituye el material ligante.
Los materiales inertes se agregan a la pasta por
una cuestión de economía al tener similar resistencia
a la del material endurecido, procurando que su
volumen sea el mayor posible y su conformación lo
suficientemente variada como para que no queden
huecos sin llenar por la pasta y que ésta los recubra
perfectamente.
El proceso de endurecimiento del hormigón
comienza luego del mezclado en el cual se produce el inicio de la reacción
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química al ponerse el cemento en contacto con el agua. Esta reacción química
persiste mientras haya existencia de agua o humedad en la mezcla y necesita
para producirse un mínimo de un 20% de agua en relación a la cantidad de
cemento empleada, medidas en peso, aunque esta proporción dé lugar a un
producto muy poco moldeable, necesitando de agua adicional.
Esta adición de agua, no necesaria para que se produzca la reacción química, sí
lo es para asegurarnos la trabajabilidad de la mezcla fresca, lo que conduce a un
eficaz llenado de los moldes sin que se produzcan huecos, pero tiene el doble
inconveniente de que reduce proporcionalmente la resistencia final del hormigón y
que su evaporación por secado da origen a la aparición de conductos capilares
que van desde la masa del hormigón hasta su superficie y que, finalmente,
quedan vacíos. A través de estos conductos, en un proceso inverso, puede
colarse la humedad y producir la corrosión de las armaduras, disminuyendo la
durabilidad del material.
Para lograr la homogeneidad del material es necesario contar con una
dosificación adecuada, tanto de los materiales ligantes como de los inertes, con
una suficiente cantidad de agua como para que la mezcla resulte trabajable y sin
un exceso que le haga perder demasiada resistencia. El tiempo de mezclado debe
ser suficiente (90 segundos) porque un exceso provocaría la segregación de los
materiales y un defecto podría provocar que la pasta no recubriera los áridos en
su totalidad.
El transporte del material desde su elaboración hasta su colado debe ser el
mínimo como para que la mezcla pueda moldearse sin haber empezado a
endurecerse.
Debe controlarse la altura desde la cual se vuelca la mezcla en los moldes para
evitar la segregación del material por gravedad.
El tamaño máximo del agregado debe verificar que sea menor que la separación
entre barras de la armadura y permita el libre escurrimiento de la mezcla entre
ellas y un perfecto llenado de los moldes. Por el mismo motivo, la esbeltez de las
estructuras no debe ser excesiva.
El contenido de cemento por metro cúbico de pasta cementicia alcanza a 1600 kg
(usando en su composición únicamente cemento). Con los agregados inertes
esta proporción se disminuye a valores que oscilan entre los 300 y 400 kg de
cemento por metro cúbico de hormigón. A esta ventaja se le suma el hecho de
que se disminuye el calor del fragüe y en consecuencia se disminuye la dilatación
del hormigón que conlleva la formación de grietas que afectan su durabilidad.
Los materiales inertes utilizados en el hormigón son las arenas, gruesas y finas,
que constituyen el agregado fino y la piedra partida o canto rodado, que
constituyen el agregado grueso, en tamaños lo suficientemente variados. Estos
materiales deben ser verdaderamente inertes y no contener partículas de sales
minerales u otras sustancias que puedan resultar perjudiciales para el hormigón.
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El aire, que es naturalmente incorporado a la mezcla, resulta perjudicial al ocupar
un volumen que puede ser eventualmente invadido por la humedad pero que, si
es incorporado artificialmente en burbujas microscópicas, es útil por producir un
efecto de lubricación que otorga a la mezcla mayor trabajabilidad.
ESTADOS DEL HORMIGÓN
El hormigón pasa por tres estados en su proceso de endurecimiento:
1) Mezcla Fresca:
Al tomar contacto con el agua y durante su proceso de mezclado, su estado es
líquido; luego del tiempo necesario para obtener una buena mezcla (90
segundos), toma una consistencia cremosa.
Es importante la trabajabilidad del hormigón fresco, su transporte hasta los
lugares de moldeo sin producir segregación y llenar los moldes sin que queden
huecos ni vacíos, llenando totalmente las armaduras.
La trabajabilidad está relacionada con la consistencia de la mezcla fresca y ésta
es medida por su asentamiento a través del cono de Abrams, dependiendo del
tipo de elemento estructural a llenar.
2) Fragüe:
A las dos o tres horas comienza el período de fragüe del hormigón, durante el cual
comienza la reacción química del agua con el cemento que inicia el período de
endurecimiento.
Este proceso debe comenzar lo más tardíamente posible para permitir el total
llenado de los moldes con mezcla en estado fresco y debe terminar lo antes
posible a fin de poder desencofrar las estructuras cuando éstas han alcanzado su
punto de resistencia.
3) Endurecimiento:
La mezcla endurecida debe cumplir con una cierta resistencia a determinada edad
y al menor costo posible, brindando al hormigón la suficiente durabilidad a lo largo
del tiempo mediante su impermeabilidad, evitando así la acción destructora de los
agentes externos.
El proceso de endurecimiento del hormigón se sigue produciendo en tanto éste
esté en presencia de humedad, de manera que la resistencia aumente con el
transcurso del tiempo, aunque no con la misma velocidad que durante los
primeros veintiocho días.
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Con la edad, el hormigón sufre una deformación por su propio peso o por cargas
de acción prolongada, que se denomina fluencia lenta. Esta deformación es
permanente.
3.4 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DEL HORMIGÓN
AGUA:
Si bien es imprescindible la presencia del agua para producir la reacción química
del cemento, su exceso durante el proceso de fragüe es perjudicial para la
resistencia final del hormigón. Cuanto menos agua se incorpora a la mezcla, más
resistencia y más impermeabilidad se obtendrá y por lo tanto el hormigón será de
más durabilidad. Pero al mismo tiempo, cuanto menos agua se utiliza, menos
trabajabilidad tendrá la mezcla, dificultando el proceso de llenado de los
encofrados. En cambio, durante el endurecimiento del hormigón, es necesario
mantener la presencia de agua para que se siga produciendo la reacción química.
Este procedimiento se denomina "curado" del hormigón y debe prolongarse el
mayor tiempo posible a fin de incrementar la resistencia y durabilidad.
Si las aguas de mezclado contienen compuestos solubles o expansivos, pueden
destruir el hormigón. El agua también es nociva en los procesos de congelación
por bajas temperaturas, ya que el aumento de volumen resultante puede resultar
en la destrucción del hormigón.
Las condiciones que debe reunir el agua de mezclado son el ser químicamente
pura, potable, no contener azúcares, aceites ni sales. De no tenerse la seguridad
de la potabilidad del agua, debe realizarse un ensayo, comparando el tiempo de
fraguado de la mezcla con el tiempo de fraguado con mezcla con agua potable,
verificando las diferencias que resulten entre el inicio del proceso de fragüe (dos
horas, aproximadamente) y su terminación (alrededor de las siete horas).
También puede compararse la resistencia final mediante el empleo de probetas
realizadas con mezcla con el agua a utilizar y otras realizadas con aguas
conocidas y su posterior ensayo. Una diferencia en más o en menos del diez por
ciento resulta aceptable.
CEMENTOS:
Al descubrirse las cales hidráulicas, que con su contenido de sílice se combinaban
con el óxido de calcio reaccionando con el agua, se inició el proceso que llevó a la
aparición del hormigón, mediante una dosificación de minerales de origen
calcáreo (65 %) y arcilloso (35 %) finamente pulverizados y cocidos a alta
temperatura (1500 ºC), obteniéndose así un material granular poroso, el "clinker",
compuesto de silicato bicálcico, silicato tricálcico, aluminato tricálcico y
ferroaluminato tetracálcico que, mezclados con un 4 % de yeso dihidratado, da
origen al cemento "Portland". Estos compuestos del cemento, en sus distintas
proporciones en su composición, son los que le dan sus propiedades
características.
El cemento de alta resistencia a los sulfatos brinda durabilidad frente a aguas o
suelos con sulfatos.
El cemento con bajo calor de hidratación es apto para grandes volúmenes de
hormigón.
Existen también cementos puzolánicos que son cementos mixtos, compuestos
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de un 60 a 70 % de clinker y un 30 a un 40 % de puzolana. Estos cementos
disminuyen el contenido de cal, mejorando el comportamiento frente a aguas
agresivas, pero no dan seguridad en cuanto a su comportamiento frente a los
sulfatos.
AGREGADOS:
Los agregados pueden ser de origen natural, como son las rocas, tanto en el
estado en que se encuentran (canto rodado) como procesadas por trituración
(piedra partida), o artificiales como las arcillas expandidas o las escorias de altos
hornos.
Por su forma, los agregados pueden ser esféricos o poliédricos, debiendo
desecharse aquéllos de forma lajosa, alargada, por su menor resistencia. Por su
textura, son mejores aquéllos de superficies rugosas por brindar mejor
adherencia. En cambio, los de superficies lisas mejoran la trabajabilidad del
hormigón.
Por su tamaño, los agregados pueden clasificarse en gruesos y finos. Son
gruesos aquéllos cuyos tamaños están comprendidos entre 4,8 mm y 150 mm y
finos los comprendidos entre 75 micrones y 4,8 mm. Deben clasificarse por
zarandeo y tener una granulometría adecuada. Esta se determina midiendo los
porcentuales de partículas que pasan por cada tamiz, de una serie prefijada,
según normas IRAM (150 mm; 76 mm; 38 mm; 19 mm; 9,5 mm; 4,8 mm (tamiz nº
4); 2,4 mm; 1,2 mm; 590 micrones; 297 micrones; 149 micrones; 75 micrones).
Las curvas granulométricas son características de los agregados y los definen. Se
han fijado límites de tolerancia dentro de los cuales debe encontrarse una
granulometría específica a utilizar en la elaboración de un hormigón determinado.
La curva granulométrica se obtiene llevando en un gráfico de coordenadas
cartesianas ortogonales las aberturas de los tamices sobre el eje de las abscisas
(en escala logarítmica) y los porcentajes de agregado que pasan los tamices
sobre las ordenadas. Estas curvas permiten identificar un agregado por su
granulometría. El módulo de finura se obtiene sumando los porcentajes retenidos
acumulados en la serie normalizada de tamices.
Son características de los agregados, su peso específico, su peso unitario
compactado y suelto (incluyendo los espacios vacíos). Los agregados se suponen
limpios, secos, saturados y sueltos. Su absorción puede llegar al 25 % de su
propio peso. No deben contener partículas sueltas, ni deben ser chatos, alargados
o blandos.
Los agregados deben cumplir con la condición de que su tamaño máximo sea
menor o igual que la quinta parte de la menor dimensión transversal del elemento
estructural y las tres cuartas partes de la menor separación entre barras de
armadura.
3.5 PROPIEDADES DE LA MEZCLA FRESCA
El estado de mezcla fresca del hormigón dura entre una y tres horas, tiempo que
permite su traslado al lugar de colocación, el llenado de los moldes y su
compactación.
La segregación, los huecos, la falta de envoltura de las armaduras se evitan con la
trabajabilidad de la mezcla conseguida mediante una adecuada dosificación y un
tamaño máximo del agregado grueso para cada elemento estructural a llenar,
teniendo en cuenta que se necesita mayor trabajabilidad en vigas y columnas y
menor
trabajabilidad en losas y
bases.
La trabajabilidad se
verifica con ensayos, a
través de su consistencia.
El ensayo utilizado es con
el cono de Abrams, un
molde troncocónico de 20
cm de diámetro de base y
10 cm de diámetro
superior, con una altura de
30 cm. Este molde se llena
con mezcla en tres capas
sucesivas compactadas
con 25 golpes cada una. Al
desmoldar, la mezcla desciende y se mide su asentamiento.
El asentamiento deseado varía con el tipo de estructura y la forma de
compactación, según sea varillado manual o mecánico por medio de vibradores,
entre 2 cm y 18 cm. El ensayo a través del cono de Abrams también determina el
grado de cohesión de la mezcla, verificándose si ésta se disgrega o no al ser
levantado el molde.
Abrams enunció también la ley de la relación agua-cemento como responsable
de la resistencia final del hormigón, demostrando que distintos hormigones con
diferente contenido de agua pueden alcanzar la misma resistencia mecánica,
según su contenido de cemento. Las resistencias son las mismas, con distinto
grado de fluidez, permitiendo la consistencia adecuada al tipo de compactación
disponible. Sin embargo, los hormigones más fluidos son menos durables pues el
agua incorporada forma conductos capilares, por la "exudación", que son vías de
acceso para los agentes agresivos exteriores, pudiendo lograrse mayor fluidez a
través de la incorporación intencional de aire en forma de burbujas microscópicas
que actúan como cojinetes lubrificantes.
Los ensayos a que se puede someter la mezcla fresca son:
ƒ agua de mezclado: verificando su potabilidad y pureza.
ƒ cemento: controlando su peso específico o estableciendo su
10 cm
20 cm
30 cm
1a. capa
2a. capa
3a. capa
Asentamiento
varilla
regla horizontal
regla graduada
molde
tronco
cónico
hormigón
tipo por medio de análisis de laboratorio.
ƒ agregado fino: verificando su peso específico, su absorción,
su granulometría y módulo de fineza.
ƒ agregado grueso: controlando su peso específico, su peso
unitario compactado, su absorción, su granulometría, su
módulo de fineza y su tamaño máximo.
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