TEMA 10.- HORMIGON. 1.- Introducción. Generalidades. Estadísticas.

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1 TEMA 10.- HORMIGON. 1.- Introducción. Generalidades. Estadísticas. El hormigón, tal como se conoce hoy día, es un material de construcción constituido básicamente por rocas (Áridos), de tamaño máximo limitado, que cumplen ciertas condiciones en cuanto a sus características mecánicas, químicas y granulométricas, unidas entre si por una pasta aglomerante hidráulica formada por un conglomerante (cemento) y agua. A este material básico y en el momento de su amasado, pueden añadírsele otros productos o materiales para mejorar algunas características determinadas (Adiciones y aditivos). La gradación de tamaños de los áridos es la siguiente: Los mejores son los áridos silíceos o provenientes de rocas volcánicas debiendo tenerse cuidado con las calizas y demás rocas blandas. Las gravas adecuadas se corresponden con aquellas que tienen una resistencia a la compresión > 50 MPa y que no son rayadas por el latón. Los áridos rodados aumentan la trabajabilidad y necesitan menos agua, mientras que los de machaqueo dan lugar a mayores resistencias sobre todo a tracción y mayor estabilidad química. La arena es el árido esencial y probablemente el componente con mayor influencia en el comportamiento final del hormigón. Las mejores arenas son las de río o de mar, lavadas con agua dulce. También los habituales las arenas de machaqueo provenientes de rocas volcánicas. De nuevo hay que tener cuidado con las arenas que provengan de rocas blandas. Es conveniente limpiar los áridos para eliminar los finos que alteran la hidratación del cemento y sobre todo incrementan la retracción. Ésta disminuye cuando aumenta el tamaño de los áridos y también cuando los áridos son más resistentes. Asimismo es necesario cuidar las condiciones de almacenamiento. Los áridos no deben ser activos frente al cemento debiendo tenerse especial cuidado con los sulfuros oxidables que pasan a ácido sulfúrico y óxido ferroso con gran aumento de volumen. Además deben ser estables y no deben incluir materia orgánica. En la figura 1.1 puede verse la macroestructura del hormigón. Se distinguen claramente dos fases: los áridos de varios tamaños y formas, y en medio la cementante, que consiste en una masa incoherente de pasta de cemento hidratada. 1

2 Figura Macroestructura del hormigón. Se distinguen claramente dos fases: los áridos de varios tamaños y formas, y en medio la cementante, que consiste en una masa incoherente de pasta de cemento hidratada. Las funciones de cada uno de los constituyentes anteriores son: 2

3 Se pueden obtener elementos similares a los pétreos naturales, con la ventaja de su docilidad en estado plástico, permitiendo su deformación y moldeo, para, posteriormente solidificar y endurecer, adquiriendo las características de los materiales pétreos naturales, es decir, estructura, compacidad, dureza y resistencias mecánicas similares a éstos. Las características más importantes para su empleo son: - Posibilidad de adoptar diversas formas (placas, bóvedas). - Capacidad de llenar moldes (encofrados) a colocarse en obra en forma de masas. - Resiste esfuerzos de compresión pero no de tracción. - Es sensible a los cambios higroscópicos presentando dilataciones y contracciones al humedecerse y al secarse. - Tiene carácter de pseudo-sólido, ya que desde el punto de vista de la Reología sus velocidades de deformación le hacen comportarse como elemento intermedio entre los sólidos y los líquidos dada su viscosidad. - Su deformación continúa si mantenemos aplicada una carga constante por lo que su comportamiento se puede clasificar como viscoelástico. Las ventajas y desventajas del hormigón son: 3

4 Tipos de hormigones. Según su trabajo a realizar en la obra, su composición y empleo, recibe distintas denominaciones, de entre las que se pueden destacar las siguientes: Hormigón ordinario: Mezcla de cemento portland, agua y áridos de varios tamaños. Hormigón en masa: Es aquel que se vierte directamente en moldes (Encofrados) previamente preparados y dan macizos sometidos a esfuerzos de compresión. No contienen armaduras. Hormigón armado: Con armadura de acero en distinta cuantía y disposición dependiendo de los esfuerzos a compresión y flexión que entre otros va a soportar. Hormigón pretensado: Con armadura de acero sometida a tracción previamente a la puesta en carga del conjunto. Hormigón mixto: Formado con mezclas de conglomerantes. Hormigón ciclópeo: El elemento árido en estos hormigones es de gran tamaño, superando los 300 mm., permitiendo así obtener volúmenes importantes de hormigón baratos, siempre y cuando no se vea sometido a esfuerzos importantes. Hormigón aireado: El que contiene un determinado volumen de huecos en su masa a base de introducir aire u otro tipo de aditivo, intentando entre otras cuestiones, reducir su peso. Hormigón unimodular: Con árido de un sólo tamaño. Hormigón ligero: Cuando se emplean áridos de pequeña densidad o se produce desprendimiento de gases antes del fraguado, el hormigón resultante tiene pequeña densidad. De árido, conglomerante, agua y a veces adiciones logrando un peso específico menor de 2 kg/dm 3 ya fraguado. Puede ser: - De áridos ligeros: el árido es de peso específico menor de 2 kg/dm 3. - Hormigón sin finos: no usando áridos menores de 5 mm. - Hormigón celular: conteniendo burbujas de gas repartidas. Hormigón inyectado: Se inyecta el mortero de relleno en los encofrados, conteniendo éstos el árido mayor de 2.5 cm. Hormigón translúcido: El que contiene pavés o baldosas de vidrio y emplea para lucernarios, claraboyas y tabiques. Hormigón apisonado, colado, vibrado, centrifugado, etc.: Según sea el procedimiento mecánico utilizado para su puesta en obra. 4

5 Datos de producción. La distribución de la produccion de hormigón preparado de las empresas miembros de ANEFHOP, en miles de metros cubicos, en el año puede verse en la figura 1.2. El total fue de m 3. Figura Distribución de la produccion de hormigón preparado de las empresas miembros de ANEFHOP, en miles de metros cubicos, en el año Por su parte, en la figura 1.3 se da la distribución de la produccion de hormigón preparado de las empresas no miembros de ANEFHOP, en miles de metros cubicos, en el año El total fue de m 3. 5

6 Figura Distribución de la produccion de hormigón preparado de las empresas no miembros de ANEFHOP, en miles de metros cubicos, en el año En la figura 1.4 se da la distribución de la produccion de hormigón preparado total, en miles de metros cubicos, en el año El total fue de m 3. 6

7 Figura Distribución de la produccion de hormigón preparado total en España, en miles de metros cubicos, en el año En la tabla 1.1 puede verse la evolución de la produccion de hormigón preparado en Asturias en metros cubicos Tabla Evolución de la produccion de hormigón en Asturias en metros cubicos Año Producción (m 3 )

8 Las estadisticas a nivel europeo se pueden ver en la tabla 1.2. Se incluyen los datos de Estados Unidos. Tabla Estadisticas del hormigón en Europa. 2.- Historia. La palabra Hormigón parece ser que tiene su origen en Roma. En un estudio sobre el origen de los términos hormigón y concreto, M. Teresa Solesio, describe como Plinio habla de los "paries formaceus" de los que deriva la palabra "hormazo" significativa de molde o forma. Etimológicamente, M.T.Solesio, contempla varias hipótesis, algunas muy curiosas, como la que hace referencia a la relación existente entre "hormigón" y "hormigos" o plato de repostería hecho con almendras y avellanas tostadas unidas por miel. La palabra concreto, deriva del inglés " concrete", procede del latín y significa "espeso", "condensado", empleándose, desde 1834, para designar al material de construcción que tratamos, mientras que la palabra "hormigón" aparece con anterioridad en el Diccionario de las Nobles Artes para Instrucción de Aficionados y uso de los Profesores de Diego Antonio Rejón de Silva, fechado en 1788 definiéndose como " Argamasa, compuesta de piedrecillas menudas, cal y betún, que dura infinito. También se hace sin betún". En 1852, el Diccionario de la Lengua Castellana, de la Academia Española avanza en la definición del hormigón del que dice ser "mezcla compuesta de piedras menudas, cal y betún, la cual es tan fuerte y sólida que dura siglos, y tan firme como la piedra". No hay que pensar que el hormigón ha tenido siempre la misma constitución pués, desde el año antes de J.C. en que se encuentran en el norte de Chile las primeras muestras de un hormigón rudimentario en el que se emplea como conglomerante algas calcinadas (huiro) mezcladas con agua de mar, hasta nuestros días, este material ha tenido que vencer muchas etapas en las que siempre ha existido un elemento invariable en su composición (las rocas), pero el cemento que las unía entre sí ha ido cambiando de acuerdo con las circunstancias, no sólo cronológicas sino también locales. La cal, las puzolanas, los cementos naturales, etc., han ido perfeccionando poco a poco a aquel hormigón en el que se empleaban algas calcinadas y cuyos morteros alcanzaban la resistencia a compresión, nada despreciable para aquellos tiempos, de 6 N/mm 2 (60 kgf/cm 2 ). 8

9 El que al hormigón se le considere hoy como el rey universal de los materiales de construcción se debe a sus indiscutibles ventajas. En primer lugar, hay que decir a su favor que es un material que permite conseguir piezas de cualquier forma por complicada que ésta sea, con la única limitación de la menor o mayor complejidad del molde y esto debido al carácter plástico que posee cuando se encuentra en estado fresco. En segundo lugar, el hormigón es un material con resistencias apreciables a compresión y que aunque posea resistencias débiles a tracción permite aumentarlas apreciablemente valiéndose del acero al que puede incorporar en su seno y en los lugares adecuados dando lugar al hormigón armado y pretensado.en tercer lugar, el hormigón presenta la ventaja sobre otros materiales resistentes de proporcionar piezas con un gran monolitismo, incluso en los nudos, haciendo que pueda prescindirse de juntas o uniones que, a veces, son zonas débiles. Desde este punto de vista, el hormigón se comporta mejor que las construcciones pétreas (mamposterías y sillerías), que las fábricas de ladrillo y que las estructuras de acero laminado. Cabrían darse otras muchas razones de peso que justifican el que este noble material haya alcanzado el lugar de privilegio que tiene pero, quizás, una de las más notables es que está formado por materiales abundantes y baratos por lo que es difícil suponer que en un futuro le pueden salir competidores que le hagan perder su primer puesto. De los ciento tres elementos conocidos, sólo el oxígeno, silicio, aluminio, hierro y calcio, forman el 90,5 por 100 de la litoesfera. De éstos, sólo el oxígeno se encuentra casi en el 50 por 100 y los otros cuatro restantes se encuentran formando combinaciones con éste, con el carbono, azufre, etc, dando lugar a compuestos más o menos complejos que constituyen la mayor parte de las rocas. (Figura 2.1). Figura Distribución de los elementos químicos en la corteza terrestre (Litosfera). 9

10 El cemento es consecuencia de un proceso industrial en el que se emplean como materias primas, fundamentalmente, calizas, margas, dolomías y arcillas y éstas están formadas por los cinco elementos antes indicados pero, es que los áridos que forman, prácticamente, del 75 al 80 por 100 del hormigón también son rocas en las que entran estos elementos, por consiguiente y dada la abundancia de los mismos, cabe considerar al hormigón como un material inagotable y por ende con un porvenir totalmente asegurado. Pero, no todo son ventajas en el hormigón pues a este material se le pueden poner serios inconvenientes. Es un material pesado con una relación peso/resistencia elevada; comparando su resistencia a compresión con la de tracción se observa igualmente una fuerte descompensación lo que habla muy mal de su isotropía; presenta cierta inestabilidad de volumen frente a acciones térmicas, hidráulicas o mecánicas que pueden fisurarlo eliminando así una de sus principales características: su monolitismo. Por otra parte, el hormigón es sensible a determinados agresivos de tipo físico o químico, algunos de los cuales pueden llevarlo a la ruina en un tiempo relativamente corto. Los inconvenientes que presenta el hormigón no responden a valores fijos ya que muchos de ellos pueden reducirse tanto que hasta pueden llegar a anularse dependiendo mucho de la elección que se haya hecho de los materiales componentes, la calidad del proyecto del mismo, de su ejecución, puesta en obra, consolidación y curado. Las facetas negativas que puede presentar un hormigón pueden eliminarse si se posee un amplio conocimiento de sus problemas y de las posibilidades que nos ofrecen los nuevos materiales y tecnologías. Hace años aparecen al norte de Chile las primeras obras de piedra unidas por un conglomerante hidráulico procedente de la calcinación de algas, estas obras formaban las paredes de chozas utilizadas por los indios. Los egipcios emplearon morteros de yeso y de cal en sus construcciones monumentales. En Troya y Micenas, dice la historia que, se emplearon piedras unidas por arcilla para construir muros, pero, realmente el hormigón confeccionado con un mínimo de técnica aparece en unas bóvedas construidas cien años antes de J.C. Los romanos dieron un paso importante al descubrir un cemento que fabricaban mezclando cenizas volcánicas con cal viva. En Puteoli conocido hoy como Puzzuoli se encontraba un depósito de estas cenizas, de aquí que a este cemento se le llamase:"cemento de puzolana". Con hormigón construye Agripa en el año 27 antes de J.0 el Panteón en Roma, que sería destruido por un incendio y reconstruido posteriormente por Adriano en el año 120 de nuestra era y que, desde entonces, desafió el paso del tiempo sin sufrir daños hasta que en el año 609 se transformó en la iglesia de Santa María de los Mártires. Su cúpula de 44 m de luz está construida en hormigón y no tiene más huecos que un lucernario situado en la parte superior. Esta cúpula se encuentra aligerada por medio de casetones. El empleo del hormigón como material estructural decayó hasta que John Smeaton lo volvió a emplear en la reconstrucción del Faro de Edystone en la costa sur de Inglaterra. En 1756 ya había estudiado el comportamiento de calizas impurificadas con arcillas en la fabricación de morteros y descubrió que las que proporcionan los morteros de mejores características eran las que poseían una proporción importante de arcilla. Este es el primer paso en el empleo de la materia prima actual de los cementos. James Parker patentó en Inglaterra en 1796 un método para fabricar cemento hidráulico por calcinación de nódulos de cal con alto contenido en arcilla. A este cemento se le conoció con el nombre de "cemento romano". Puede decirse con acierto que el primer padre del cemento fue Vicat; a él se debe el sistema de fabricación que se sigue empleando en la actualidad y que propuso en Vicat fue un gran investigador y divulgador de sus trabajos; en 1818 publicó su "Recherches experimentales" y en 1828 "Mortiers et ciments calcaires". En estos trabajos marca la pauta a seguir en la fabricación del cemento 10

11 por medio de mezclas de calizas y arcillas dosificadas en las proporciones convenientes y molidas conjuntamente. El sistema de fabricación que empleó Vicat fue el de vía húmeda y con él marcó el inicio del actual proceso de fabricación. Este gran científico en 1853 empieza a estudiar la acción destructiva del agua de mar sobre el mortero y hormigón. La primera patente para la fabricación del cemento portland fue otorgada en 1824 a Joseph Aspdin quien denominó al producto obtenido con el nombre de "cemento portland " debido a que el color del hormigón obtenido se parecía a la piedra natural de la zona de Portland, situada al sur de Inglaterra. Sus hijos James y William Aspdin le sucedieron en la fábrica. En 1838 Brunel emplea por primera vez un cemento procedente de la fábrica de Aspdin en el que se había logrado una parcial sintetización por elección de una temperatura adecuada de cocción. Este cemento se aplicó en la construcción de un túnel bajo el río Támesis en Londres. Puede decirse que el prototipo del cemento moderno fue producido a escala industrial por Isaac Johnson quien en 1845 logra conseguir temperaturas suficientemente altas para clinkerizar a la mezcla de arcilla y caliza empleada como materia prima. A partir de 1845 Lambot comienza, en el sur de Francia, a fabricar objetos en los que combinaba el hormigón y el acero surgiendo de esta forma el primer hormigón armado. En 1861 Francois Coignet estudia, por primera vez, el papel que corresponde al hormigón y al acero como partes integrantes del nuevo material en el libro que publicó ese mismo año bajo el título "Betons Aggloméres". Joseph Monier se dio cuenta de la enorme importancia industrial del hormigón armado al que patenta. Con sus ideas construyó en 1875 el primer puente de hormigón armado del mundo, cerca de Chazalet en Francia. El puente tenía una luz de 16,5 m. Pero, Monier no sólo utilizó el hormigón con fines estructurales sino también artísticos al emplearlo en unas jardineras para rosales construidas en hormigón armado con alambre. Por esa misma época y en 1885, Coignet asociado con Monier presentó en la Exposición Universal de París, ejemplos de elementos que podían realizarse con hormigón, entre los que se encontraban: vigas, bóvedas, tubos, etc. A pesar de estas aplicaciones aisladas y de las patentes que hizo Monier sobre el hormigón armado, este material no avanzaría de la forma esperada hasta que la casa Wayss de Berlín adquiriera las patentes e impulsara su desarrollo; esto ocurrió en 1884 cuando la casa Freytag y Heidschuch de Neustadt y la Martenstein y Josseeaux de Offembach del Main adquirieron las patentes de Monier y al año siguiente las traspasaran al ingeniero G.A. Wayss de Viena, para todo el territorio de Alemania y Austria. Aunque en 1875 se empezó a utilizar el hormigón armado en Norteamérica fue en 1890 cuando realmente su empleo adquiere un impulso extraordinario. En 1886 Mathias Koenen, director técnico de la casa Wayss publicó el primer método empírico de cálculo de secciones de hormigón armado sujetas a flexión. El primer método de dimensionamiento elástico de este tipo de secciones fue publicado en 1884 por Edmond Coignet y De Tedesco. En 1889, en la Exposición de París se presentan los procedimientos de Bordenave y Costancia, difundiéndose rápidamente el uso del hormigón por Francia, Bélgica y Suiza. En este mismo año se construye la presa de S. Mateo en Estados Unidos a base de mampuestos unidos por mortero. 11

12 En 1894, Moeller construye la primera viga en vientre de pez. En 1897, el ingeniero de Caminos, José Eugenio Rivera construye numerosas obras con hormigón. El cemento portland sigue investigándose y desarrollándose cada día más y así nos encontramos con que en 1893 la teoría de fraguado de Le Chartelier es criticada por Michaelis. Ambas teorías coloide y cristaloide debidas respectivamente a estos dos investigadores son aceptadas en la actualidad y son la base de las teorías de hidratación. Le Chartelier observa ya, por aquellos tiempos, la importancia del silicato y aluminato tricálcicos en la resistencia del cemento hidratado así como la baja hidraulicidad del silicato bicálcico. Hace Cassinello en su libro " Hormigonería" un canto al hormigón que transcribimos literalmente:"el protagonista "el CEMENTO" nació, en un tubo de ensayo, circunstancia que influyó de forma decisiva en su futuro. Porque, al contrario de los materiales naturales (piedra, madera) su cuna científica le va a permitir recorrer su camino a mano de la ciencia. Ello explica que, un material sin apenas tradición y con tan corta historia haya sido capaz de producir cambios tan radicales tanto en cuanto a sus METODOS como en cuanto a sus FORMAS. Y ello como consecuencia de ser el hormigón, en sus variantes armado o pretensado, el primer material a la vez FORMACEO Y ADECUORRESISTENTE, que se beneficia a su vez de su carácter FRANGIBLE y TENAZ. Ningún material ha sido capaz de, no sólo crear una tecnología propia en tan corto tiempo, sino inclusive de recibir tan rápidamente la aceptación del público y su integración en el mundo constructivo. Y es que si el CEMENTO tuvo su cuna científica, el HORMIGON la tuvo poética en un jardín, el de Monier, para que desde un principio TECNICA, POESIA, CIENCIA y ARTE, fuesen firmes pilares de su desarrollo que fue tímidamente iniciado por unos pocos arquitectos, ingenieros y constructores que, firmemente convencidos de sus ventajas, se lanzaron ilusionados por el camino nuevo" Volviendo a la historia vemos como el hormigón sigue progresando con rapidez, y así en 1904 nos encontramos con el primer volumen completo sobre hormigón armado, un tratado con más de 600 páginas, debido a De Tedesco. En la primera década del siglo XX, empieza a aplicarse el hormigón en obras singulares; así en 1903 Perret construye el primer edificio con estructura de hormigón armado en el número 25 de la calle Franklin de París; Rivera emplea cajones flotantes en la cimentación de 6 puentes en Valencia y en el viaducto Alfonso XII; Freyssinet logra el desencofrado de arcos por apertura en clave y realiza los primeros hormigones pretensados. A partir de 1910 se introduce la enseñanza del hormigón armado en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Madrid. Hennebique difunde por todo el mundo al hormigón armado logrando que alcanzara una etapa de gran esplendor. El fue el primero que patentó su sistema para unir monolíticamente losas, vigas, columnas, y tuvo el acierto de nombrar representantes y concesionarios por todo el mundo. En 1913 se suministra por primera vez hormigón preparado en central a una obra de Baltimore en U.S.A. Le Corbusier construye en 1914 la primera casa prefabricada en hormigón armado. En 1915 Rankin y Wright, demuestran la existencia de silicato tricálcico en el cemento hidratado y llegan a identificarlo con la ayuda de los rayos X. Estos mismos investigadores publican en el mismo ano su diagrama temario de equilibrio de fases SiO2 - Al CaO. Candlot, a principios de este siglo, explica la función que se desempeña el yeso en el fraguado del cemento, demostrando su papel retardador. 12

13 En 1916 se patenta el primer camión hormigonera. Freyssinet emplea el vibrado en la construcción del hangar de Orly en París formado por una lámina de 60 m de luz, 9m de flecha y 300 m de longitud. En 1927 Harrington aplica los rayos X a la identificación de los constituyentes anhidros del cemento. Lea y Parker, en 1934, amplían el diagrama ternario de Rankin a cuaternario al introducir el hierro Fe2O3 En este mismo año se produce otro gran avance al estudiar Stell, Davey, Bogue y Chassevent, espectrográficamente los constituyentes del cemento y al iniciar por la misma técnica el estudio de los productos procedentes de la hidratación. En el campo del hormigón Freyssinet proyecta y construye los primeros postes prefabricados para transmisión de energía eléctrica a principios de 1933 Aunque se hicieron intentos desde 1876, el desarrollo del hormigón pretensado se debe fundamentalmente al francés Freyssinet quien hasta que le llegó su última hora en 1962, se dedicó a las grandes obras e innovaciones tecnológicas difundiendo sus ideas por todo el mundo. Entre 1923 y 1924 se construyó lo que se cree fue una de las primeras cubiertas laminares o cáscaras, se trata de la cúpula de Jena, de 40 m de de luz y 6 cm de espesor, con una relación luz/espesor de más de 600 y por consiguiente, superior a la de la cascara de un huevo. Su autor fue el Profesor Walther Bauersfeld. Wright construye el primer rascacielos en hormigón en Eduardo Torroja emplea por primera vez el desencofrado de cúpulas mediante zunchado perimetral en La prefabricación encuentra su apogeo con el italiano Pier Luigi Nervi, él difundió las ventajas de este sistema constructivo reduciendo y eliminando falsa obra, tiempo de ejecución y logrando producciones en serie de partes iguales de obra dentro de una gran riqueza de formas y de acabados superficiales. En 1939 Nervi construyó un hangar, destruido durante la guerra, de 100 x 40 m y que tenía algunas partes hormigonadas in situ pero la mayoría de las piezas habían sido prefabricadas por métodos muy sencillos y después unidas con hormigón en obra. Nervi ha logrado obras tan extraordinarias como la cubierta del Palacio de los Deportes de Roma. Torroja en 1942, utiliza las armaduras autoportantes y el hormigonado por anillos en el viaducto del Esla. El hormigón, en su constante evolucionar, cada día ha ido perfeccionándose como consecuencia de la mejora experimentada por los materiales que lo componen y el avance de su tecnología. Los cementos empleados en la actualidad no se parecen en nada al cemento de Aspdin, las mejoras que han experimentado han sido muy importantes, no sólo en cuanto a ahorro energético, (actualmente un cemento requiere para su fabricación menos de la mitad de calorías por tonelada que la que se precisaba en 1940), sino también en cuanto a sus características de composición y granulometría que han hecho que la evolución de sus resistencias a edades de 28 días sea más rápida que la de los cementos de hace sólo unos años. Los áridos han contribuido también a la mejora de los hormigones. El conocer la reacción superficial de tipo epitáxico que se produce entre algunos de estos y la pasta de cemento ha dado lugar a una mejora importante de la adherencia entre estos materiales. El empleo de superfluidificantes permite conseguir hormigones prácticamente autonivelantes pero que presentan unas altas características resistentes o bien, hormigones perfectamente trabajables con reducida relación agua/cemento y muy altas resistencias. 13

14 El avance tecnológico de estos últimos años ha supuesto un importante mejora de los hormigones que se ha traducido en una mayor apertura hacia nuevas aplicaciones. Los modernos vibradores permiten conseguir una amplia gama de frecuencias que hace que puedan entrar en vibración simultáneamente todos los gránulos del hormigón desde los áridos más gruesos hasta las partículas más finas de los mismos; por otra parte, mediante el empleo simultáneo de compresión y vibración puede lograrse consolidar hormigones muy secos y conseguir resistencias muy elevadas. Con hormigones de 540 kg/m 3 de cemento, relación agua/cemento de 0,34, árido de tamaño máximo 8 mm, comprimiendo la masa a 3 N/mm 2 y tratándola térmica-mente a 70 C., se han conseguido resistencias a compresión de 115 N/mm 2 (1.150 kgf/cm 2 ). La impregnación del hormigón con monómeros que posteriormente polimerizan dentro de su masa, es una técnica que data de Con ella se consiguen incrementos muy notables de las resistencias mecánicas alcanzándose resistencias a compresión a veces superiores a 200 N/mm 2 y haciendo que estos hormigones sean prácticamente inatacables por la acción de los agresivos químicos, o indestructibles por la de los ciclos hielo y deshielo. Estas impregnaciones pueden realizarse en toda la masa consiguiéndose resistencias mecánicas muy elevadas o bien sólo superficialmente cuando se pretende, únicamente, la mejora de la durabilidad del hormigón. Con esta técnica se obtienen prefabricados especiales de una alta calidad, impregnaciones superficiales de tubos que han de conducir aguas agresivas o van a estar en contacto con terrenos ricos en sulfatos, impregnaciones de tableros de puentes expuestos a la acción de los hielos y sales de deshielo, etc. Indiscutiblemente, con este tipo de hormigones se ha paliado, en parte, uno de los inconvenientes que presenta el hormigón, su baja relación resistencia/peso. El hormigón reforzado con fibras que se incorporan a su masa en el momento del amasado, es también una técnica moderna; prácticamente de los años setenta. Las fibras de acero o plástico, se distribuyen de forma homogénea dentro de la masa del hormigón dándole cierta isotropía y aumentando sus prestaciones frente a impacto, flexión, tracción, fisuración, etc. Estos hormigones reforzados con fibras han abierto un nuevo campo de aplicaciones al ser más idóneos para soportar solicitaciones para las que no estaba capacitado el hormigón tradicional. Los hormigones reforzados con fibras encuentran aplicación, dependiendo del tipo de fibra usado, en la fabricación de paneles de fachada, tuberías, prefabricados en general, pavimentos para aeropuertos, muelles de contenedores, tableros de puentes, etc. El hormigón se ha impuesto de tal forma que hoy es imposible encontrar una construcción en la que no esté presente en alguna parte de la misma y así encontramos, por ejemplo, que aunque un edificio posea una estructura metálica, el hormigón estará soportándola en su cimentación. Se puede decir que el hormigón es un material universal ya que, en cualquier país, por pequeño que sea, existen áridos y materias primas para fabricar cemento y por tanto para hacer hormigón. Por otra parte, el hormigón dado su carácter formáceo y sus buenas características resistentes es un material adecuado para construir y fabricar elementos de las formas más diversas. El hormigón se encuentra en estructuras de edificios tanto de viviendas como industriales, formando cerramientos decorativos (Figura 2.2), en puentes, en viaductos (Figura 2.3), en puertos, en pavimentos de carreteras, en túneles (Figura 2.4), en canales para transporte de agua, en tuberías, en la construcción de prefabricados de cualquier tipo (Figura 2.5), postes, traviesas de ferrocarril, forjados (Figura 2.6), etc. Es de esperar, que en un futuro próximo, el hormigón continúe perfeccionándose, mejorando sus características mecánicas y reduciendo, poco a poco, los defectos que como cualquier otro material de construcción posee con lo cual sus perspectivas de empleo serán cada vez más prometedoras. A su favor juega el ser un material noble compuesto por otros muy abundantes y económicos, como anteriormente se ha indicado, con una capacidad muy amplia de adquirir por moldeo una gran variedad de formas, con unas resistencias mecánicas buenas y que cada vez van incrementándose y con un consumo de 14

15 energía de formación muy pequeño, frente a otros materiales de uso en construcción, como puede observarse en el cuadro 2.1. Cuadro Consumo energético relativo necesario para la obtención de diversos materiales. Al hormigón que es el material de construcción por excelencia de nuestros tiempos es muy difícil que pueda salirle un competidor. Sin embargo, es previsible que se alíe con otros materiales, como en sus tiempos lo hizo con el acero y modernamente con los plásticos, tratando de formar materiales compuestos en los que se conjuguen las buenas características de los mismos. Figura Museo de las Ciencias Príncipe Felipe. Valencia. 15

16 Figura Puente atirantado de Millau (Francia). Puente más alto del mundo (343 m). L=2460 m 16

17 Figura Estación de metro de Guzman el Bueno. 17

18 Pilares prefabricados en una zona de sótanos Nave prefabricada con pilares, deltas y viguetas Figura Prefabricados en la construcción industrializada de edificios públicos. 18

19 3.- Estructura del hormigón Introducción. Figura Losas pretensadas para forjados (Placas alveolares). Al estudiar los hormigones cabe hacerse varias preguntas: Por qué la resistencia a compresión de un hormigón es superior, en un orden de magnitud, a su resistencia a tracción? Por qué el hormigón es frágil en tracción pero admite sensibles deformaciones (Tenaz) solicitado a compresión? Por qué los componentes del hormigón cuando se ensayan separadamente a compresión uniaxial tienen un comportamiento elástico hasta la rotura, mientras que el hormigón presenta un comportamiento inelástico? Por qué para una cantidad dada de cemento, relación agua/cemento y tiempo de hidratación, la pasta siempre es más resistente que el hormigón correspondiente? Por qué la permeabilidad del hormigón que contiene áridos densos es más baja, en un orden de magnitud, que la permeabilidad de la correspondiente pasta? Por qué, bajo exposición al fuego, el módulo de elasticidad del hormigón disminuye más rápidamente que la resistencia a compresión? El hormigón es una estructura heterogénea por lo que resulta muy difícil enunciar modelos que puedan predecir su comportamiento. Por ello, el conocimiento de la estructura y propiedades de los componentes individuales del hormigón son un útil ejercicio para el estudio de este material. En la lección que nos ocupa, se describirán los tres componentes de la estructura del hormigón: la pasta de conglomerante (hidratada), los áridos y la zona de transición entre la pasta y los áridos, así como la influencia que cada uno de ellos ejerce en las características de la mezcla. De esta forma, se constatará que la respuesta a muchas de las preguntas planteadas se encuentra en el comportamiento de la interfase originada entre la superficie de los áridos y la matriz de pasta de conglomerante hidratada. 19

20 3.2.- Estructura del hormigón y sus fases. El tipo, cantidad, tamaño, forma y distribución de las fases presentes en un sólido se denomina estructura. Los elementos gruesos de la estructura pueden observarse a simple vista, no así los elementos finos que requieren de la ayuda del microscopio. En general, la parte gruesa de la estructura se denomina macroestructura, visible al ojo humano (>200 µ m) y el término microestructura se utiliza para las magnitudes microscópicas dentro de la estructura macroscópica. Si se observa el aspecto que presenta un hormigón (Figura 3.2.1), se pueden distinguir claramente dos fases: áridos, con diversidad de tamaños y formas, y medio cementado, compuesto por una masa poco definida de pasta de cemento hidratada (hydrated cement paste, que en adelante abreviaremos como hcp). En el sistema macroscópico, el hormigón puede considerarse como un material de dos fases: áridos dispersos y hcp. A nivel microscópico, se manifiesta la complejidad de la estructura y se revela la no homogeneidad de las dos fases. Por ejemplo, en algunas áreas, la masa de hcp parece ser tan densa como el árido, mientras en otras presenta una elevada porosidad (Figura 3.2.2). También, si se examinan muestras de hormigón dosificadas con la misma cantidad de cemento pero con diferente contenido de agua, para distintos grados de madurez, se observará, en general, que el volumen de poros capilares en la hcp decrece con la disminución de la relación agua/cemento o con el incremento del tiempo de hidratación. Figura Macroestructura del hormigón en la que se distinguen claramente dos fases: los áridos de varios tamaños y formas, y en medio el cementante, l que consiste en una masa incoherente de pasta de cemento hidratada. La estructura de la hcp en la vecindad de los áridos gruesos es muy diferente a la del resto del sistema. De hecho, muchos aspectos del comportamiento mecánico del hormigón, sólo pueden explicarse cuando la interfase hcp - áridos se trata como una tercera fase de la estructura del hormigón. Así, las características de la estructura del hormigón se pueden resumir de la siguiente forma: 20

21 Primero, se distinguen tres fases, árido grueso, hcp y zona de transición, que no es otra cosa que la región comprendida entre el árido grueso y la hcp. Existe una típica corteza delgada de 10 a 50 µ m de espesor alrededor del árido grueso, "la zona de transición", generalmente, más débil que los otros dos componentes del hormigón y que, por ello, ejerce una gran influencia en el comportamiento mecánico del mismo. Segundo, cada una de las tres fases es en sí misma multifase. Por un lado, tanto la zona de transición como la matriz de hcp contienen una distribución heterogénea de diferentes tipos y cantidades de fases sólidas, poros y microfisuras y, por otro, cada partícula de árido puede presentar en su composición varios minerales además de microfisuras y poros. Tercero, a diferencia de otros materiales de ingeniería, la estructura del hormigón no permanece estable. Tanto la hcp como la zona de transición están sujetas a cambios en el tiempo, propiciados por la humedad ambiente y la temperatura. La gran heterogeneidad de la estructura del hormigón y su naturaleza dinámica son las principales razones por las cuales los modelos de correlación entre propiedades y estructura son de poca utilidad en este caso. A pesar de ello, el conocimiento de las características de las fases del hormigón facilita la comprensión de las propiedades de éste. Figura Microestructura de la fase hidratada de cemento 21

22 3.3.- Fase árido. La fase árido es, fundamentalmente, la responsable de la densidad, del módulo de elasticidad y de la estabilidad dimensional del hormigón. Por esta razón, en los áridos son más importantes sus propiedades físicas, como, por ejemplo, volumen, tamaño y distribución de los poros, que sus propiedades químicas o mineralógicas que, aunque influyen, pasan a un segundo plano. Además de por la porosidad, las propiedades del hormigón se ven afectadas por la forma y textura de los áridos. En la figura 3.3.1, se muestran diversos tipos de áridos. Generalmente, los áridos naturales de río son redondeados y lisos. Los procedentes de machaqueo son rugosos y, dependiendo del tipo de roca y equipos utilizados para su trituración, pueden contener una proporción considerable de partículas delgadas y alargadas, que afectan adversamente al hormigón. Los áridos ligeros de piedra pómez (altamente celulares), presentan formas angulares y textura rugosa, mientras que las arcillas expandidas son redondeadas y lisas. Figura Forma y textura de los áridos. (a).- Arido rodado liso (b).- Arido de machaqueo equidimensional (c).- Arido de machaqueo alargado (d).- Arido de machaqueo liso (e).- Arido ligero, angular y rugoso (f).- Arido ligero, redondeado y liso. 22

23 En general, la fase árido es la más resistente y abundante de las tres, sin embargo, no influye directamente en la resistencia del hormigón. No obstante, si el árido es poco resistente (como en el caso de la piedra pómez), puede afectar negativamente en la misma. El tamaño y la forma de los áridos gruesos pueden tener una influencia indirecta en la resistencia del hormigón, como se muestra en la figura 3.3.2; los áridos grandes con formas alargadas, aciculares o laminares, tienden a formar películas de agua alrededor de ellos, así, a estas zonas no les llega pasta y el árido queda sólo parcialmente unido al sistema. A este fenómeno se le denomina exudación interna. Figura (a).- Representación del fenómeno de exudación interna en el hormigón fresco; (b).- Falta de unión en la superficie del árido a causa de la exudación interna en una probeta de hormigón ensayada a compresión uniaxial. El agua en la exudación interna tiende a acumularse en las vecindades de los áridos alargados, delgados y de gran tamaño. En estos sitios, la unión entre el árido y la pasta (zona de transición) tiende a ser débil y propensa a la aparición de microfisuras. La fotografía (b) muestra una rotura en esa zona Fase hcp. Estructura de la pasta de cemento hidratada. Nos centraremos en pastas fabricadas con cemento Pórtland. El cemento portland anhidro es un polvo gris de partículas angulares y tamaños comprendidos entre 1 y 50 µm. Se compone, esencialmente, de silicato tricálcico (C 3 S), silicato bicálcico (C 2 S) y aluminada tricalcico (C 3 A) y ferroaluminato tetracálcico (C 4 AF), en proporciones entre el 45 y el 60 %, del 15 al 30 %, del 6 al 12 % y del 6 al 8 %, respectivamente. Se le añade yeso, con el fin de retardar el fraguado. Cuando el cemento portland se dispersa en agua, el sulfato cálcico y los constituyentes del clinker formados a alta temperatura tienden a disolverse, saturándose la fase líquida rápidamente con varias especies iónicas. Como resultado de la combinación entre los iones de calcio, sulfato, aluminato e hidroxilo, en los primeros minutos de hidratación se observan cristales en forma de aguja, denominados etringita o sal de Candlot (trisulfoaluminato cálcico hidratado, TSA) (Figura 3.4.1). 23

24 Pocas horas más tarde, se destacan grandes cristales prismáticos de hidróxido cálcico, coincidiendo con la formación de cristales fibrosos muy pequeños de silicatos cálcicos hidratados que comienzan a llenar los espacios vacíos ocupados anteriormente por el agua y las partículas de cemento en disolución (Figura 3.4.2). Después de algunos días, dependiendo de la relación (Aluminato/Sulfato), la etringita se hace inestable y se descompone, formando monosulfatos hidratados (MSA), de morfología hexagonal. Esta morfología hexagonal es también característica de los aluminatos cálcicos hidratados que se forman en las pastas hidratadas con alto contenido de C 3 A. En la figura 3.4.1, se puede observar la típica morfología de estas fases. Figura Fotografía en microscopio electrónico de cristales hexagonales de monosulfatos hidratados y agujas de etringita formadas por la mezcla de aluminatos y sulfatos cálcicos. Figura Fotografía en microscopio electrónico de cristales fibrosos muy pequeños de C-S-H y de cristales laminares de portlandita. 24

25 En la figura 3.4.3, se muestra un modelo de las fases presentes en la pasta de cemento hidratada. Figura Modelo de pasta de cemento portland bien hidratada. A representa una agregación de partículas de C-S-H de baja cristalinidad, que tienen al menos una dimensión coloidal (1 a 100 nm). El espacio entre partículas dentro de la agregación es de 0.5 a 3.0 nm (valor promedio 1.5 nm). H representa productos cristalinos hexagonales, tales como CH, C 4 A S H 18, C 4 AH 19, etc. Ellos forman grandes cristales, típicamente de 1 µm de espesor. C representa las cavidades capilares o huecos, que aparecen en los espacios originalmente ocupados por el agua y que no se consigue rellenarlos completament con los productos de la hidratación del cemento. El tamaño de las cavidades capilares varia en los rangos de 10 nm a 1 mm, pero en pastas bien hidratadas con una proporción agua/cemento baja, pueden ser menores de 100 nm. A continuación, vamos a centrarnos en el estudio de la estructura de la fase hcp, analizando tanto las fases sólidas presentes, como las características y los tipos de huecos y agua que la conforman. Sólidos presentes en la fase hcp Los tipos, cantidades y características de las cuatro principales fases sólidas presentes son: (a).- Silicatos cálcicos hidratados: Los silicatos cálcicos hidratados (abreviado C-S-H) ocupan entre el 50 y el 60 % de la hcp, y son los elementos más influyentes en las propiedades de la pasta. La morfología de los C-S-H varía desde fibras pobremente cristalinas hasta estructuras reticulares. Debido a sus dimensiones coloidales y a su tendencia a agruparse, los cristales de C-S-H sólo se pueden observar con microscopio electrónico. En la literatura, a esta fase se la suele denominar como gel C-S-H. La estructura interna de los cristales de C-S-H aún no está resuelta. Antiguamente, se asumía que la forma de los cristales era similar a la del mineral natural tobermorita, por esta razón al C-S-H se le denomina, también, gel tobermorítico. 25

26 Si bien, la morfología de los C-S-H no se conoce, se han propuesto varios modelos. De acuerdo con el modelo de Powers-Brunauer, el material presenta una estructura en capas, similar a la de los minerales arcillosos, con una alta superficie específica, del orden de 100 a 700 m 2 /g. Las láminas están dispuestas aleatoriamente y contienen agua adsorbida sobre sus superficies. La resistencia del material se atribuye, principalmente, a fuerzas de Van der Waals, el tamaño de los poros de gel o distancia entre capas es alrededor de 18 A o. El modelo de Feldman Sereda (Figura 3.4.5) presenta una estructura de los C-S-H formada por paquetes de capas o láminas dobladas irregularmente y distribuidas aleatoriamente, creándose espacios intercapas de diferentes tamaños y formas (de 5 a 25 A o ). Figura Modelo de Feldman Sereda para la morfología de los C-S-H (b).- Hidróxidos cálcicos (Figura 3.4.6): Los cristales de hidróxido cálcico (también llamado portlandita) constituyen el % de la hcp. El hidróxido cálcico, que presenta una estequiometría definida Ca(OH) 2, tiende a formar grandes cristales con una morfología de prisma hexagonal y varía usualmente entre una estructura indefinida hasta pilas de grandes láminas, viéndose su desarrollo afectado por el espacio disponible, temperatura de hidratación y las impurezas presentes en el sistema. Comparado con el gel de C-S-H, la resistencia potencial del hidróxido cálcico generada por las fuerzas de Van der Waals es limitada, debido a su menor superficie específica. También, la presencia de una considerable cantidad de hidróxido cálcico en la pasta tiene efectos adversos en los ataques químicos de soluciones ácidas, ya que los hidróxidos cálcicos son más solubles que los C-S-H. 26

27 Figura Fotografía en microscopio electrónico de cristales de portlandita. (c).- Sulfoaluminatos cálcicos hidratados: Los sulfoaluminatos cálcicos hidratados ocupan entre el 15 y el 20 % del volumen de la hcp y, sin embargo, juegan un papel poco importante en las propiedades de la misma. A tempranas edades de hidratación, la relación iones sulfato/aluminato en la solución favorece generalmente la formación de trisulfoaluminatos C 6 A S 3 H 32, también llamados etringita, y se presentan en cristales prismáticos en forma deagujas. En pastas elaboradas con cemento portland normal, la etringita se transforma normalmente en monosulfato, C 4 A S H 18, que forma placas de cristales hexagonales. La presencia de monosulfatos en el cemento portland hace al hormigón vulnerable a los ataques de sulfatos. Cabe recordar que tanto la etringita como los monosulfatos contienen pequeñas cantidades de óxidos de hierro, los cuales pueden sustituir a la alúmina en la estructura de los cristales. (d).- Particulas de clinker no hidratadas: Dependiendo del tamaño y distribución de las partículas del cemento anhidro y del grado de hidratación, pueden encontrarse algunas partículas de clinker no hidratadas en la estructura. En los inicios del proceso de hidratación, se disuelven las partículas más pequeñas (desaparecen del sistema) y se reducen de tamaño las más grandes. Dado el limitado espacio disponible entre las partículas, los productos de hidratación tienden a cristalizarse en las proximidades de las partículas de clinker en proceso de hidratación, apareciendo como capas que envuelven a las mismas. A edades avanzadas, debido a la ausencia de espacio, la hidratación de las partículas de clinker progresa internamente, resultando productos de hidratación muy densos, que a veces se asemejan en su morfología a la partícula de clinker original Huecos en la pasta de cemento hidratada hcp. La pasta de cemento hidratada contiene varios tipos de huecos. El tamaño típico de las fases sólidas y de los huecos en la hcp, se muestra en la figura

28 Figura Dimensiones de poros y sólidos en una pasta de cemento hidratada. (a).- Espacio entre capas de C-S-H: Powers defiende que el espaciamiento entre las capas de C-S-H es del orden de 18 A o, dando lugar al 28 % de porosidad presente en el sólido C-S-H. Por su parte, Feldman y Sereda afirman que dicho espacio puede variar entre 5 y 25 A o. El tamaño de estos poros es demasiado pequeño como para tener efectos adversos en la resistencia y la permeabilidad de la hcp. El agua, en estos pequeños huecos, está retenida por puentes de hidrógeno y, su extracción bajo ciertas condiciones, contribuye a la retracción por secado y a la fluencia. (b).- Poros capilares: Los poros capilares son los espacios no ocupados por el cemento o por los productos de hidratación, cuyo volumen y tamaño viene determinado por la distancia original entre las partículas de cemento anhidro en la mezcla húmeda y el grado de hidratación. El volumen de poros capilares constituye lo que se conoce como porosidad. El volumen total de la mezcla cemento-agua permanece sin cambios durante el proceso de hidratación (Figura 3.5.2), por consiguiente, la densidad media de los productos de hidratación es considerablemente más baja que la densidad del cemento portland anhidro. Se estima que 1 cm 3 de cemento, en completa hidratación, necesita un volumen de 2 cm 3 para acomodar los productos hidratados. Así, la hidratación del cemento puede considerarse como el proceso durante el cual el volumen ocupado por el cemento y el agua va siendo reemplazado poco a poco por los productos de hidratación. 28

29 Figura Representación de las proporciones volumétricas: (a).- Antes de la hidratación (grado de hidratación, 0), y (b).- durante la hidratación (grado de hidratación < 1.0). En una pasta correctamente hidratada con una baja relación (Agua/Cemento), los huecos capilares varían entre 10 y 50 nm; con una relación alta (Agua/Cemento), para edades de hidratación tempranas, los poros capilares varían entre 3 y 5 pm. Una típica distribución del tamaño de poros puede observarse en la figura Según P. Kumar Metha, la distribución del tamaño de poros, no la porosidad capilar total, es el mejor criterio para evaluar las características de la hcp. Los huecos capilares de tamaño superior a 50 nm van en detrimento de la resistencia e impermeabilidad, mientras que los huecos inferiores a 50 nm afectan a la retracción por secado y a la fluencia. (c).- Aire atrapado: A diferencia de los poros capilares, que presentan forma irregular, los espacios de aire atrapado son generalmente esféricos. Se debe distinguir entre aire ocluido (el producido por un aditivo aireante) y aire atrapado (el aire introducido en la pasta de cemento fresca durante las operaciones de mezclado). El tamaño de estos espacios suele ser del orden de 50 a 200 pm, pudiendo superar, en algunos casos, los 3 mm. El aire atrapado afecta, negativamente, a la resistencia y a la impermeabilidad. 29

30 Figura Distribución del tamaño de poros en una pasta de cemento. La porosidad total no es la que controla la resistencia, permeabilidad y cambios de volumen de la hcp, sino la distribución del tamaño de poros. La distribución de poros depende de la relación agua/cemento y el grado de madurez de la hcp. Los poros grandes influyen mayormente en la resistencia y permeabilidad, los poros pequeños influyen en la retracción por secado y la fluencia. 30

31 3.6.- Agua en la pasta de cemento hidratada hcp. En la hcp, el agua puede existir de diversas formas, clasificándose en orden a la facilidad de su extracción. Esta clasificación es útil para comprender los cambios de volumen en la pasta de cemento asociados con la pérdida de agua en los poros pequeños. Dependiendo de la humedad ambiente y de la porosidad de la pasta, la hcp es capaz de contener gran cantidad de agua. La fase hcp contiene agua de distintos tipos. La clasificación del agua dentro de la misma está basada en el grado de dificultad que presenta su extracción. La división entre los distintos tipos de agua no es rígida. En la figura 3.4.5, se muestra una representación esquemática. (a).- Agua capilar: Es el agua presente en huecos mayores de 50 A o. Se puede definir como el volumen de agua que está libre de la influencia de las fuerzas atractivas ejercidas por la superficie sólida. Actualmente, desde el punto de vista del comportamiento, el agua capilar en la hcp se divide en dos categorías: o agua en poros mayores de 50 nm, que puede considerarse agua libre y su extracción no causa cambio de volumen; o agua contenida en pequeños poros (5 a 50 nm), cuya eliminación puede causar retracciones en el sistema. (b)- Agua adsorbida: Es el agua que se encuentra en las cercanías de la superficie sólida, esto es, bajo la influencia de fuerzas atractivas, las moléculas de agua son físicamente adsorbidas por la superficie de los sólidos de la hcp. La fuerza de ligazón de las moléculas individuales de agua en la superficie sólida decrece con la distancia, pudiendo contrarrestarse por desecación de la hcp. Para humedades relativas por debajo del 30% se elimina la mayor parte del agua adsorbida. La pérdida del agua adsorbida es la principal responsable de la retracción por secado de la hcp. (c).- Agua entre capas de C-S-H: Este agua está asociada con la estructura del C-S-H. Se encuentra entre las capas de C-S-H y está fuertemente ligada mediante puentes de hidrógeno. Puede eliminarse bajo una fuerte desecación (por ejemplo, humedad relativa inferior al 11 %). La estructura del C-S-H se contrae considerablemente con la pérdida del agua entre capas. (d).- Agua químicamente combinada: Este agua es parte integral de la estructura de los productos cementicios hidratados. No se elimina por desecación, sino que es necesaria la calcinación de los productos hidratados para su eliminación Estructura y resistencia de la zona de transición. La zona de transición, aunque está compuesta por los mismos elementos que la hcp, presenta una estructura y unas propiedades diferentes a las de la matriz de pasta de cemento hidratada. En la figura 3.7.1, se puede observar la zona de transición obtenida por microscopio electrónico y un diagrama esquemático para facilitar su comprensión. Debido a dificultades experimentales, la información sobre la zona de transición es escasa. Basándose en las descripciones dadas por Maso, se puede analizar la evolución de algunas características de su estructura. 31

32 (a) Figura (a).- Microfotografía de cristales de hidróxido cálcico en la zona de transición. (b).- Diagrama representativo de la zona transición. A edades tempranas, especialmente cuando ocurre el fenómeno de exudación interna, los huecos en la zona de transición son mayores que en la pasta o mortero. El tamaño y concentración de compuestos tales como hidróxidos cálcicos y etringita son mayores en la zona de transición. (b) 32

33 En el hormigón en estado fresco se forma una película de agua alrededor de los áridos gruesos. Esto se corresponde con una mayor relación (Agua/Cemento) en la proximidad de los áridos gruesos que fuera de ellos. En este medio, como en la hcp, los iones calcio, sulfato, hidróxido y aluminato producidos por la disolución del sulfato cálcico y de los compuestos de aluminio y calcio, se combinan para formar etringita e hidróxido cálcico. Debido a la alta relación (Agua/Cemento), los productos cristalinos en la vecindad de los áridos gruesos desarrollan grandes cristales y, por lo tanto, forman un entramado más poroso que en la fase hcp. Los cristales laminares de hidróxido cálcico tienden a formar capas orientadas, por ejemplo, con el eje c perpendicular a la superficie de los áridos. Con el avance del proceso de hidratación, los C-S-H pobremente cristalinos y una segunda generación de pequeños cristales de etringita e hidróxido cálcico comienzan a llenar los huecos que existen en el entramado creado por los grandes cristales de etringita e hidróxido cálcico, aumentando la densidad y, por tanto, la resistencia de la zona de transición. Como en el caso de la hcp, la causa de la adhesión entre los productos de hidratación y los áridos son las fuerzas de atracción de Van der Waals, sin embargo, la resistencia de la zona de transición depende del volumen y tamaño de los huecos presentes. Con independencia de la relación (Agua/Cemento) en el hormigón, a tempranas edades, el volumen y tamaño de huecos en la zona de transición es más grande que en la pasta, en consecuencia, su resistencia es menor (Figura 3.7.2). Figura Evolución con la edad de la resistencia en la zona de transición y en la matriz de pasta hidratada. Como resultado de la interacción química entre la pasta de cemento y los áridos en la zona de transición, la resistencia de la misma mejora de tal manera que se sitúa al mismo nivel de la pasta. Además del gran volumen de poros capilares y de la formación de cristales orientados de hidróxido cálcico, el factor responsable de la baja resistencia en la zona de transición en el hormigón es la presencia de microfisuras. La cantidad de microfisuras depende de muchos parámetros, tamaño y graduación de los áridos, contenidos de agua y cemento, grado de consolidación del hormigón fresco, condiciones de curado, humedad ambiental e historia térmica del hormigón. 33

34 La zona de transición formada, será susceptible de fisuración cuando esté sometida a fuerzas de tracción inducidas por movimientos diferenciales entre el árido y la hcp. Estos movimientos diferenciales surgen con el secado y el enfriamiento del hormigón. En otras palabras, las microfisuras en la zona de transición se producen aún antes de que la estructura sea cargada. Evidentemente, el impacto de cargas, la retracción por secado, o el soporte de cargas mantenidas con altos niveles de tensión, aumentará el tamaño y número de las fisuras. Con el aumento del tiempo de hidratación, la resistencia de la zona de transición puede llegar a ser incluso mayor que la del mismo mortero. Esto puede suceder como resultado de la cristalización de nuevos productos en el espacio de la zona de transición al producirse reacciones químicas lentas entre los constituyentes de la pasta y el árido, con la formación de silicatos cálcicos hidratados en el caso de áridos silíceos o carboaluminatos hidratados en el caso de áridos calizos Influencia de las fases en las propiedades del hormigón Influencia de la fase hcp. Las características deseables en el hormigón endurecido, resistencia, estabilidad dimensional y durabilidad, están influenciadas por la proporción de hcp presente y sus propiedades, las cuales dependen de las características de su microestructura (por ejemplo, tipo, cantidad y distribución de sólidos y poros). (a).- Resistencia: La principal fuente de unión que produce la resistencia en los productos sólidos de la hcp son las fuerzas de Van der Waals. La adhesión entre dos superficies sólidas se atribuye a esta fuerza física y, el grado de adhesión, a la extensión y naturaleza de estas superficies. Las partículas de C-S-H poseen una gran superficie específica y una enorme capacidad adhesiva. Estos productos de hidratación tienden a adherirse fuertemente no sólo unos con otros, sino también a elementos con menor superficie específica, como hidróxidos cálcicos y áridos. Es bien conocido el hecho que en un sólido existe una relación inversa entre resistencia y porosidad. En la hcp, los espacios existentes entre las capas de C-S-H donde actúan las fuerzas de Van der Waals, no afectan negativamente a la capacidad resistente. La concentración de tensiones ante la aplicación de la carga y su posterior rotura, comienza en los grandes poros capilares y las microfisuras invariablemente presentes. Al principio, el volumen de poros capilares en la hcp depende de la cantidad de agua mezclada con el cemento. Cuando la pasta fragua, ésta adquiere un volumen estable que es aproximadamente igual al volumen de cemento más el volumen de agua. Asumiendo que 1 cm 3 de cemento produce 2 cm 3 de producto hidratado, se puede calcular de forma simple el cambio de porosidad capilar al variar el grado de hidratación de una pasta de cemento y las relaciones agua/cemento. En la figura , se muestran dos ejemplos ilustrativos del proceso de reducción progresiva de la porosidad capilar, una con incremento del grado de hidratación (caso A), la otra, con una disminución de la relación agua/cemento (caso B). En el caso A, la pasta, con una relación agua/cemento en peso de 0.63 y con una densidad relativa del cemento de 3.14 t/m 3, contiene 100 cm 3 de cemento, por lo que requerirá 200 cm 3 de agua. Esto suma 300 cm 3 de pasta hidratada y huecos disponibles. El grado de hidratación del cemento dependerá de las condiciones de curado (duración de la hidratación, temperatura y humedad). Asumiendo que, bajo las condiciones de curado estándar, el volumen de cemento hidratado a 7, 28 y 365 días es del 50, 75, y 100 %, respectivamente, el volumen de sólido (cemento anhidro más productos de hidratación) será de 150, 175, y 200 cm 3, respectivamente. El volumen de poros capilares puede calcularse como diferencia entre el total del espacio disponible y el volumen total de 34

35 sólido, siendo respectivamente, según estos supuestos, el 50, 42 y 33 % a los 7, 28 y 365 días del comienzo de la hidratación. En el caso B, se tienen 4 muestras con unas relaciones (Agua/Cemento) de 0.7, 0.6, 0.5 y 0.4, todas con el 100 % de grado de hidratación. Para un volumen de cemento dado, la pasta fabricada con mayor cantidad de agua dispondrá de mayor espacio para desarrollar los productos de la hidratación. Una vez completada la hidratación, todas las pastas contendrán la misma cantidad de productos sólidos, por lo que, la pasta que partía con mayor cantidad de espacio disponible finalizará con la mayor cantidad de poros capilares. Figura Cambios en la porosidad capilar al variar el grado de hidratación y la relación (Agua/Cemento). Caso A; dada una relación (Agua/Cemento), la porosidad capilar de la pasta varía con el grado de hidratación. Caso B; para el 100% de hidratación, la porosidad capilar disminuye con la disminución de la relación (Agua/Cemento) Como 100 cm 3 de cemento 100 % hidratados producen 200 cm 3 de sólidos hidratados en cada caso, y el total de espacios en las muestras con 0.7, 0.6, 0.5, 0.4 de relación (Agua/Cemento) equivale a un volumen de 320, 288, 257 y 225 cm 3, las porosidades originales son del 37, 30, 22 y 11 % respectivamente. Así, bajo la suposición hecha, con una relación w/c de no habría porosidad capilar al 100 % de la hidratación. 35

36 Para morteros de cementos portland hidratados, Powers demuestra que existe una relación exponencial del tipo S = kx 3 Volumen de Solido entre la resistencia a compresión (S) y el cociente Volumen total (x), donde k es una constante igual a psi (234 MPa). Suponiendo distintos grados de hidratación, 25, 50, 75 y 100 %, se puede calcular el efecto de incrementarla relación (Agua/Cemento) en la porosidad y, consecuentemente, en la resistencia utilizando la fórmula de Powers. El resultado se muestra en la figura Figura Influencia de la relación (Agua/Cemento) y el grado de hidratación en la resistencia y la permeabilidad. La combinación de la relación agua/cemento y grado de hidratación determina la porosidad capilar de una pasta. La porosidad y su complementario Solido están en relación exponencial con la resistencia y la permeabilidad del Volumen total material. El área sombreada muestra el rango típico de porosidad capilar en pastas de cemento hidratadas. 36

37 (b).- Estabilidad: La hcp saturada no es dimensionalmente estable. Cuando contenga el 100% de humedad relativa, prácticamente no experimentará cambio dimensional. Cuando se expone a la humedad ambiente, que normalmente es mucho menor que el 100 %, el material comenzará a perder agua y a contraerse. Según L'Hermite (Figura ), tan pronto como la humedad relativa baja del 100 %, el agua libre contenida en los poros mayores de 50 nm comienza a escapar al medio ambiente. Como dicha agua libre no está unida a la estructura de los productos de hidratación por fuerzas físicas ni químicas, su pérdida no ocasiona retracciones (curva AB, figura ). Figura (a).- Pérdida de agua en función de la humedad relativa. (b).- Retracción de un mortero en función de la pérdida de agua. En una pasta de cemento saturada, la pérdida de agua adsorbida es la principal causa de la retracción por secado. Cuando la mayoría del agua libre se ha eliminado, si se continúa la desecación, la posterior eliminación de agua origina considerables contracciones (curva BC, figura ) debidas a la pérdida del agua adsorbida y del agua presente en pequeños poros capilares (ver figura 3.3.5). Cuando existen huecos estrechos confinados entre dos superficies sólidas, el agua adsorbida causa presiones de desunión. La eliminación del agua adsorbida reduce las presiones de desunión y afecta a la contracción del sistema. El agua presente como una película monomolecular de agua entre las capas de C-S-H, también puede eliminarse bajo ciertas condiciones de secado. Debido al contacto más íntimo entre las capas de agua y la superficie sólida y a la tortuosidad de las vías de flujo a través de la red laminar, este secado debe ser muy enérgico. Cuando el agua en los pequeños poros capilares (5 a 50 nm) ejerce tensión hidrostática, su eliminación tiende a inducir tensión de compresión en las paredes sólidas del poro capilar, causando también una contracción al sistema. Los mismos mecanismos responsables de la contracción por secado condicionan la fluencia de la hcp. En este caso, la tensión externa ejercida se traduce en la fuerza que origina los desplazamientos del agua físicamente adsorbida y del agua contenida en los poros capilares pequeños. Así, la fluencia puede ocurrir incluso con una humedad relativa del 100 %. (c).-durabilidad: El término durabilidad de un material se relaciona con su vida útil bajo las condiciones ambientales a que estará sometido. La hcp es alcalina, por lo tanto, la exposición a sustancias ácidas va en detrimento de su durabilidad. La impermeabilidad llega a ser el factor primordial en la determinación de la durabilidad. 37

38 Si los áridos son impermeables, la impermeabilidad de la hcp implica la impermeabilidad en el hormigón. La permeabilidad viene condicionada por el tamaño y la continuidad existente entre los poros. La resistencia y la permeabilidad en la hcp se pueden relacionar, pues ámbas dependen de la porosidad Sólido capilar o, lo que es lo mismo, del cociente (figura ). Volumen total Analizando la figura , se observa que el coeficiente de permeabilidad registra una caída exponencial cuando la fracción de volumen de poros se reduce de 0.4 a 0.3. Este rango, por lo tanto, corresponde al punto en que el volumen y tamaño de poros capilares en la hcp se reduce notoriamente y sus interconexiones se hacen dificultosas. Como resultado de ello, la permeabilidad de la pasta de cemento completamente hidratada puede ser del orden de 10 6 veces menor que en la pasta joven. Powers muestra en sus experiencias que pastas con una relación agua/cemento de 0.6, completamente hidratadas, pueden ser tan impermeables como una roca densa de basalto o mármol. La relación exponencial existente entre permeabilidad y porosidad mostrada en la figura , puede comprenderse analizando la influencia que los tipos de poros ejercen en la permeabilidad. Los huecos existentes al inicio del fraguado se van llenando con los productos de hidratación, lo que puede observarse en la figura Del ejemplo allí propuesto, se deduce que la relación (Agua/Cemento) y el grado de hidratación del cemento determinan la porosidad capilar total, la cual decrece con la disminución de la relación (Agua/Cemento) y/o el aumento del grado de hidratación. Estudios realizados con el porosímetro de mercurio (figura 3.5.3), muestran que el decrecimiento de la porosidad capilar está asociado a la reducción de grandes poros en la hcp (figura ). Debe significarse que la porosidad que representan los huecos entre capas de C-S-H y los poros pequeños no contribuye a la permeabilidad de la pasta. Por el contrario, con el aumento del grado de hidratación se produce un incremento de los poros entre las capas de C-S-H y, sin embargo, la pasta se hace más impermeable. Existe una relación directa entre la permeabilidad y el volumen de poros mayores que 100 nm. Figura Distribución de poros pequeños en una pasta (<1500 A o ), para distintas relaciones (Agua/Cemento). 38

39 Este gráfico corresponde al de la figura después de eliminar la zona de poros grandes ( > 1320 A o ) y superponiendo los mismos para las relaciones (Agua/Cemento) 0.6, 0.7, 0.8 y 0.9. Se puede observar que la influencia de la relación (Agua/Cemento) en la porosidad total está dada solamente por los poros grandes, ya que los poros pequeños son independientes de la relación (Agua/Cemento) Influencia de la zona de transición. (a).- Resistencia: La zona de transición, generalmente el eslabón más débil de la cadena, se considera como determinante en la capacidad resistente de un hormigón. El hormigón falla en esa zona, pues su resistencia es mucho más baja que la de las otras dos, árido y hcp. En el caso de hormigones tradicionales, fabricados con áridos poco porosos (calizos o silíceos) y menos deformables que la pasta de cemento hidratada, toda solicitación mecánica conduce a un direccionamiento de las isostáticas de la pasta hacia los áridos como indica el esquema de la figura Figura Concentración de isostáticas alrededor del árido. La zona de transición, por ello, está en ciertos puntos más solicitada que la matriz de hcp, convirtiéndose en el punto de partida de los primeros procesos irreversibles, ya sea por la ampliación de las microfisuras a través de los poros existentes si está comprimida, ya sea por fisuración, fase de cohesión más débil, si está traccionada. La zona de transición no requiere de altos niveles de tensión para ampliar las microfisuras existentes, ya que las mismas se extienden incluso cuando la carga aplicada es de un 40 a un 70 % de la resistencia última. Este hecho explica el fenómeno del comportamiento inelástico del hormigón frente al comportamiento elástico de cada uno de sus componentes. Para niveles de tensión mayores al 70 % de la resistencia última, la concentración de tensiones en los grandes huecos del mortero llega a ser bastante notable y se inicia su fisuración. Con el incremento de la tensión, la matriz de fisuras se extiende gradualmente hasta convertirse en continua y se origina la rotura. Se necesita gran cantidad de energía para formar y extender una matriz de fisuras bajo cargas de compresión, sin embargo, bajo tracción se propagan rápidamente, necesitándose un nivel muchísimo más bajo de tensión para producir la rotura. Este hecho explica que el comportamiento del hormigón sea frágil a tracción y relativamente dúctil a compresión. 39

40 Para las relaciones agua/cemento normalmente utilizadas, la primera capa de productos de hidratación alrededor de la partícula de árido se sitúa a menos de 2 nm. de la superficie de la misma, lo que implica uniones de tipo físico muy intensas debido a las fuerzas de Van der Waals imperantes y posibilita reacciones químicas en la interfase. Si no existe liberación de iones por parte del árido que sean susceptibles de reaccionar con los provenientes del cemento, la unión se establece por implantación de los constituyentes hidratados dentro de las rugosidades de las partículas granulares. Se trata, por lo tanto, de una ligazón de tipo mecánico. Si las distancias disminuyen lo suficiente, esta unión se encuentra reforzada por efecto de las fuerzas de Van der Waals. Si los áridos se disuelven parcialmente, el proceso se modifica. Los iones liberados por los áridos pueden combinarse con los originados en la disolución del cemento anhidro y producir uniones de tipo químico con soluciones sólidas intermedias (figura ). La figura esquematiza la variación de las concentraciones iónicas en la proximidad de la interfase pasta - árido. Se destaca la presencia de un mínimo de concentración en la zona de transición, donde los cristales de los productos de hidratación son de mayor tamaño, la porosidad es mayor y la cohesión es débil. La disolución parcial del árido aumenta la rugosidad de las superficies, lo que favorece al anclaje mecánico de los productos de hidratación; además la superficie de contacto aumenta, lo que incrementa el efecto de las fuerzas de unión de tipo físico. Figura Variación de las concentraciones iónicas en la interfase pasta-árido. (b).- Módulo de elasticidad: La estructura de la zona de transición, especialmente el volumen de huecos y las microfisuras presentes, tiene gran influencia en el módulo de elasticidad o rigidez del hormigón. En la composición del material, la zona de transición sirve de puente entre los dos componentes, hcp y áridos. M n siendo ambos componentes altamente rígidos, la rigidez del sistema puede ser baja si falla el puente de unión, no permitiendo la transferencia de tensiones. 40

41 (c).-durabilidad: Las características de la zona de transición también influyen en la durabilidad del hormigón. Los hormigones armados y pretensados fallan, a menudo, debido a la corrosión de la armadura. La velocidad de corrosión del acero está altamente influida por la permeabilidad del hormigón. Debe destacarse que la percolación de aire y agua es un requisito necesario para que se produzca la corrosión. La parte porosa y de más débil cohesión de la zona de transición puede constituir un camino preferencial para los agentes agresivos. La retracción y las solicitaciones mecánicas exteriores pueden desarrollar una microfisuración repartida en toda la masa del hormigón, ofreciendo al agua y a los agentes de alteración química que pueda transportar, una superficie de ataque considerable. (d).- Permeabilidad: El efecto de la relación (Agua/Cemento) en la permeabilidad y resistencia del hormigón se atribuye generalmente a la relación que existe entre la relación (Agua/Cemento) y la porosidad de los productos hidratados. Dependiendo de las características de los áridos (tamaño máximo, granulometría) es posible encontrar grandes diferencias en la relación (Agua/Cemento) entre la matriz de hcp y la zona de transición. En general, cuanto mayor es el tamaño máximo del árido, más alta es la relación agua/cemento en la zona de transición y, por consiguiente, más débil y permeable será el hormigón Influencia de la fase árido. Como ya se ha comentado la fase árido es fundamentalmente responsable de la densidad, del módulo de elasticidad y de la estabilidad dimensional del hormigón. (a).- Resistencia: La resistencia del árido es, en general, mucho mayor que la de las otras dos fases, por lo que la influencia de esta característica en las propiedades mecánicas del hormigón no es preponderante. Sin embargo, el tamaño, forma, textura superficial, graduación y mineralogía pueden afectar en distinto grado: por un lado, introduciendo cambios en la relación (Agua/Cemento) y, por otro, condicionando las reacciones en la zona de transición. Para una misma consistencia y cantidad de conglomerante, la mezcla que tenga un mayor tamaño máximo del árido requerirá una menor cantidad de agua. Contrariamente, a mayor tamaño máximo del árido, se tendrán zonas de transición más débiles conteniendo mayor número de microfisuras. En general, a mayor tamaño máximo del árido, menor es la resistencia, y su influencia es mucho mayor cuanto menor es la relación (W/C). Para (W/C) = 0.4 la influencia es enorme, para 0.7 la diferencia es casi nula. Este hecho se debe a que para bajas relaciones (W/C) se reduce la porosidad en la zona de transición, la cual juega un papel importante en la resistencia (Figura ). Figura Influencia del tamaño máximo de árido y la relación (Agua/Cemento) en la resistencia. 41

42 Un cambio en la graduación del árido sin modificar ni el tamaño máximo ni la relación (W/C), puede influir en la resistencia al causar modificaciones en la consistencia y trabajabilidad de la mezcla. La resistencia a edades tempranas (especialmente a tracción) es mayor cuando los áridos son machacados y rugosos, que si son de río y lisos (para igual mineralogía). A edades tardías, cuando se manifiestan las posibles reacciones entre el árido y la pasta en la zona de transición, este efecto se ve reducido. (b).- Módulo de elasticidad: Todas las características del árido afectan al módulo de elasticidad del hormigón, sin embargo, la porosidad es la que más influye. La porosidad del árido determina su rigidez, la cual controla la transmisión de las solicitaciones desde la hcp. En general, cuanto mayor es la cantidad de árido grueso con un elevado módulo de elasticidad, mayor es el módulo de elasticidad del hormigón fabricado con el mismo. (c).- Permeabilidad: El volumen de poros de la mayoría de los áridos naturales ronda el 3 % y raramente excede del 10 %, frente al 30 ó 40 % de porosidad de la hcp. Puede esperarse, por lo tanto, que la permeabilidad de la fase árido sea muy inferior a la de la pasta de cemento hidratada. En la tabla , se presenta una comparativa de la permeabilidad de algunas rocas naturales frente a pastas de cemento totalmente hidratadas, donde se observa que los coeficientes de permeabilidad del árido son tan variables como los de la hcp con relaciones agua/cemento dentro de un rango entre 0.38 y Tabla Comparación entre permeabilidades de rocas naturales y pastas de cemento totalmente hidratadas La razón de que áridos con menos de un 10 % de porosidad presenten mayores permeabilidades que la pasta de cemento hidratada, estriba en el tamaño mayor de sus poros capilares. En la hcp totalmente hidratada, el tamaño de los poros capilares varía entre 10 y 100 nm, mientras que en los áridos, la media de los mismos puede superar las 10 µm. 42

43 4.- Hormigón fresco Introducción. Se denomina "hormigón fresco" al hormigón que por estar en estado plástico tiene la facultad de poder moldearse o de darle forma. El hormigón fresco posee una vida que está comprendida entre el momento en que abandona la amasadora u hormigonera y aquél en que se inicia el fraguado del cemento. Dicha vida es variable dependiendo del tipo de cemento empleado, de la dosificación de agua, de la temperatura, del empleo de aditivos, etc. El hormigón fresco es un material esencialmente heterogéneo, coexistiendo en él tres fases: la sólida (árido y cemento), la líquida (agua) y la gaseosa (aire ocluído). Cuando el hormigón está endurecido, los áridos que generalmente son los componentes más pesados quedan sujetos por la pasta de cemento, pero cuando el hormigón está fresco estos componentes se encuentran sueltos y por las acciones del transporte y puesta en obra pueden separarse con facilidad dando lugar a problemas de segregación y de exudación. Las operaciones esenciales que se realizan en el hormigón en este estado, son la: siguientes: - Transporte - Colocación de encofrados - Compactación - Acabados de superficies - Curado - Retirada de encofrados. Entre las propiedades que determinan la utilización del hormigón fresco podemos citar como más importantes: la trabajabilidad, la consistencia, la docilidad, la homogeneidad y el peso específico Trabajabilidad. La trabajabilidad es el trabajo total necesario para iniciar y mantener la fluidez durante las diferentes operaciones con una pérdida mínima de homogeneidad. Es la propiedad de la mezcla que permite que el hormigón pueda ser elaborado, transportado, colocado y terminado con suficiente facilidad y sin segregación. Es el resultado de dos factores: Es decir: - Consistencia: resistencia a deformarse - Cohesión: resistencia a perder la uniformidad de la mezcla. La trabajabilidad condiciona las propiedades del hormigón fresco y su empleo en obra (tipo transporte y compactación). En la tabla se da la influencia del agua y granos finos sobre la trabajabilidad. Tabla Influencia del agua y granos finos sobre la trabajabilidad. 43

44 Los factores que afectan la trabajabilidad son los siguientes: Factores inherentes Factores externos 1.- Dosis de agua 2.- Áridos 3.- Granulometría 4.- Tamaño Máximo 5.- Forma del Grano 6.- Textura 7.- Aire Incorporado 8.- Finura del cemento 9.- Aditivos 1.- Tiempo 2.- Temperatura del hormigón fresco 4.3.-Consistencia. La consistencia es la menor o mayor facilidad que presenta el hormigón fresco a experimentar deformaciones, siendo, por tanto, una propiedad física inherente al propio hormigón. Cuando el hormigón está endurecido, los áridos que son los componentes más pesados quedan sujetos por la pasta de cemento, pero cuando el hormigón está fresco estos componentes se encuentran sueltos y por las acciones del transporte y puesta en obra pueden separarse con facilidad dando lugar a problemas de segregación y de exudación. La composición de la masa va a tener una gran importancia en la cohesión de los componentes al igual que la va a tener en la oposición que presente para experimentar deformaciones, es decir, de su "consistencia", desde este punto de vista, la forma, granulometría, y tamaño máximo del árido, así como la dosificación de cemento, cantidad de agua de amasado y eventual empleo de aditivos, tienen una influencia muy elevada en estas propiedades El hormigón además de tener la consistencia adecuada, debe rellenar perfectamente todos los huecos de un molde y adaptarse a las armaduras envolviéndolas para que se tenga una buena adherencia con ellas. Además debe cerrar bien eliminando los huecos de la masa, salvo los poros que queden por la pérdida del agua en exceso sobre la necesaria para la hidratación del cemento y esto debe conseguirse con el mínimo posible de energía, es decir, empleando hormigones dóciles o trabajables. Aunque la consistencia de una masa depende de los factores antes indicados, su sensibilidad es muy grande frente a las variaciones de agua en la misma, de forma que se puede considerar que en hormigones de una composición dada, la consistencia es función del agua de amasado o bien, estando ésta fijada, de la humedad de los áridos, de aquí que las medidas de la consistencia sirvan, entre otros fines, para controlar las variaciones de agua en la masa y den una idea de la falta de uniformidad que se puede tener en las resistencias. El hormigón además de tener la consistencia adecuada, debe rellenar perfectamente todos los huecos de un molde y adaptarse a las armaduras envolviéndolas para que se tenga una buena adherencia con ellas. Aparte de esto, debe cerrar bien, eliminando los huecos de la masa, salvo los poros que queden por la pérdida del agua en exceso sobre la necesaria para la hidratación del cemento y esto debe conseguirse con el mínimo posible de energía, es decir, empleando hormigones dóciles o trabajables. Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plásticos, blandos, fluidos y líquidos. La consistencia líquida no es admisible para la fabricación de hormigones armados. 44

45 4.4.- Docilidad. La resistencia de un hormigón de composición fija, colocado en un molde determinado y con los medios disponibles, depende del grado de compactación que tenga y éste, a su vez, es proporcional a la aptitud de ese hormigón para colocarse en ese molde y con esos medios de compactación, es decir, a su "docilidad". La docilidad es la aptitud del hormigón fresco a ser colocado en obra con los medios de compactación normales. Esta relacionada con su deformabilidad (consistencia), con su homogeneidad, con la trabazón de sus componentes y con la mayor o menor facilidad de la masa para eliminar los huecos (aire ocluído), alcanzando una compacidad máxima. La docilidad depende, entre otros, de los siguientes factores: 1.- Contenido de agua: es el factor de mayor influencia y de función directa (a mayor cantidad de agua, mayor docilidad). Se debe conseguir la solución de compromiso óptima entre docilidad y resistencia necesaria, teniendo en cuenta que los excesos de agua provocan disminuciones de resistencia e impermeabilidad. 2.- Contenido del árido: según su tipo, los naturales (redondeados) aportan más docilidad que los de machaqueo (cúbicos y angulares). Por su tamaño y granulometría, a mayor cantidad de árido fino más docilidad, pero también mayor demanda de agua, con el inconveniente antes citado de merma de resistencia. 3.- Contenido de cemento: la docilidad aumenta con el contenido de cemento y con la finura del mismo. Aumenta la cohesión pero también la rigidez. 4.- Contenido de aditivos: la utilización de plastificantes tienen como función aumentar la docilidad conservando las restantes características. Otros aditivos pueden modificarla con efectos secundarios (aire ocluído). La docilidad depende también de la forma y tamaño del molde y, de los medios de compactación disponibles. Así, un hormigón de consistencia plástica puede ser ideal para su utilización como hormigón en masa en un pavimento, mientras que puede ser totalmente inadecuado para su empleo en una viga de sección en T fuertemente armada. En el primer caso el hormigón tendrá una buena docilidad y en el segundo mala. Igualmente, ese mismo hormigón de consistencia plástica puede ser muy dócil si se emplea en una cimentación y su compactación se hace mediante vibración y muy poco dócil si se consolida mediante picado con barra. En general, secciones pequeñas y muy armadas requieren hormigones de alta docilidad, mientras que, por el contrario, en estructuras masivas, de grandes secciones y sin armar pueden colocarse mezclas menos dóciles, aunque siempre se debe emplear la máxima docilidad compatible con el método de puesta en obra disponible. Un hormigón poco dócil es propenso a segregar, a dar resistencias mecánicas menores a las previstas y a dar superficies poco vistosas cuando se desencofra. La consistencia y docilidad, no son totalmente independientes sino que están relacionadas, lo que permite tomar la consistencia como un índice de la docilidad al ser de más fácil medida que ésta. Al estar ambas relacionadas para una obra determinada, se puede decir que de la consistencia van a depender la mayor parte de las características de un hormigón, como son: la cohesión, compacidad, densidad, r e s i s t e s mecánicas, impermeabilidad, acabado superficial, etc. Debido a su importancia, la consistencia de un hormigón debe ser considerada en el proyecto, laboratorio y planta, como una cualidad tan importante como la propia resistencia; de aquí, que los hormigones se soliciten a las plantas suministradoras, como mínimo, por su resistencia, consistencia y tamaño máximo del árido. Es preciso tener en cuenta que si un hormigón posee una consistencia más fluida que otro, esto no quiere decir que sea más dócil que éste porque, según se ha visto, la docilidad viene ligada al método de puesta en obra y consolidación y puede ocurrir que un hormigón de consistencia seca, pero que ha de ser vibrado, sea más dócil que otro de consistencia blanda que por ir colocado dentro de un encofrado estrecho de una pieza fuertemente armada se consolide picándolo con barra. 45

46 4.5.- Homogeneidad. Es la cualidad por la que los diferentes componentes del hormigón aparecen distribuidos en toda la masa en igual presencia y cantidad. El hormigón es una mezcla de componentes sólidos muy diferentes y de un líquido, por consiguiente y por su propia naturaleza, es un material heterogéneo; sin embargo, al decir que un hormigón debe ser homogéneo se indica que debe ser uniformemente heterogéneo, es decir, que en cualquier parte de su masa los componentes del hormigón deben estar perfectamente mezclados y en la proporción prevista al diseñar la mezcla. La homogeneidad puede perderse por segregación (separación de los gruesos por una parte y los finos por otra), o por decantación (los gruesos caen al fondo y el mortero queda en la superficie). Ambos fenómenos aumentan con el exceso de agua, con el tamaño máximo del árido, con incorrectos transportes y puesta en obra del hormigón. La mezcla adecuada de los componentes del hormigón y la homogeneidad de la masa se logra en la amasadora mediante un correcto amasado y hormigonera pero, esta mezcla puede dislocarse durante el transporte, el vertido a los encofrados o moldes, en el paso a través de las armaduras y durante el compactado, dando lugar a que los elementos constitutivos del mismo tiendan a separarse unos de otros y a decantarse de acuerdo con su tamaño y densidad. A este fenómeno se le denomina "segregación" y, es indeseable, no sólo porque da hormigones con coqueras o, por el contrario, con exceso de mortero y, por supuesto, con superficies mal acabadas sino también, por la gran repercusión negativa que tiene en la durabilidad y en las resistencias mecánicas. La pérdida de homogeneidad es tanto más acusada cuanto menor sea la cohesividad del hormigón, es decir, menos adecuada sea la relación (Arena/Grava), mayor el tamaño máximo del árido, mayor el contenido de agua, etc. Los hormigones deben ser dóciles sin que presenten segregación, es decir, deben tener cohesión. Si se tiene un hormigón formado por áridos con una granulometría falta de finos y con una dosificación pobre en agua, y por tanto, un hormigón muy seco, los áridos más gruesos o más pesados tienden a separarse depositándose en el fondo o resbalando sobre los taludes con más facilidad que las partículas finas. Si a este hormigón se le va aumentando la cantidad de agua se mejorará su cohesión a la vez que se irá eliminando la segregación. Si la cantidad de agua aumenta excesivamente se corre el peligro de que se separe el mortero de la mezcla y se vuelvan a segregar los áridos. Por consiguiente, vemos que existen dos tipos de segregación diferentes, para una misma mezcla, en función del agua de amasado que se haya empleado en ella. Las mezclas propensas a segregar son las poco dóciles o ásperas, las extremadamente fluidas o secas, o aquellas que tienen gran cantidad de arena; no obstante, se pueden producir también segregaciones en un hormigón que, a pesar de ser muy dócil, haya sido maltratado o sometido a operaciones inadecuadas. La segregación puede evitarse y por consiguiente, la homogeneidad mejorarse haciendo un buen estudio de la granulometría de los áridos y cuidando el manejo del hormigón. Si el transporte no se va a realizar a grandes distancias y el vertido se va a hacer directamente al molde desde pequeña altura el peligro de segregación será escaso aunque las mezclas no sean totalmente cohesivas; sin embargo, si los transportes son a gran distancia, con caídas grandes del hormigón durante su colocación y con choques contra moldes y armaduras, se requerirán mezclas muy estudiadas con respecto a su cohesión a las que, incluso, se podrá incorporar un aditivo aireante que frenará la segregación. El empleo de cenizas volantes tiende a reducir notablemente este fenómeno. En la puesta en obra hay que evitar los vibrados muy prolongados por el peligro que tienen de provocar la segregación del hormigón e incluso la formación de capas de pasta en la superficie superior, con el inconveniente consiguiente de fisuración por retracción plástica de la misma. 46

47 El empleo de áridos gruesos y finos de distinta densidad, como ocurre en los hormigones pesados, favorece la segregación al igual que ocurre con las mezclas de áridos gruesos ligeros y arenas normales que puedan provocar una separación inversa a la anterior, dando lugar a que los áridos menos densos tiendan a elevarse y los más finos a bajar, es decir, provocando una segregación negativa. La " exudación " es una forma de segregación en la que el agua tiende a elevarse hacia la superficie del hormigón como consecuencia de la incapacidad de los áridos de arrastrarla con ellos al irse compactando. Este agua crea en la superficie del hormigón una capa delgada, débil y porosa que no tiene resistencia ni es durable. El agua que va llegando a la superficie generalmente se va evaporando de una forma lenta, pero si la evaporación es más rápida que la velocidad de su migración del interior hacia la superficie se crearán fisuras de retracción plástica por aforagado. La pérdida de agua por exudación tiene una parte positiva que es la de reducir la relación agua/cemento del hormigón con la consiguiente repercusión favorable sobre las resistencias; sin embargo, al migrar desde el interior va creando una serie de conductos capilares que restan impermeabilidad al hormigón y que lo hacen poco durable, especialmente frente a las heladas; esto es especialmente importante en el caso de pavimentos y forjados y en general, en aquellos elementos en los que predomina la superficie superior sobre el volumen. Al ascender el agua arrastra con ella cemento formando una capa delgada de lechada que al secarse crea una película débil que debe eliminarse siempre que se tenga que adherir este hormigón con otro o con otros materiales mediante el empleo de adhesivos. La exudación depende mucho del tipo de cemento utilizado, ya que al aumentar la finura de éste disminuye aquélla, al igual que ocurre cuando se emplean cementos ricos en aluminato tricálcico o que contengan cenizas volantes. Los hormigones ricos en cemento exudan menos que los pobres, al igual que ocurre con los que llevan los aditivos aireantes que disminuyen también la exudación como consecuencia de las burbujas de pequeño diámetro a que dan lugar y que actúan como finos. Si los hormigones tienen una buena cohesión no presentarán segregación ni exudación Medida de la consistencia Cono Abrams. La medida de la consistencia de un hormigón fresco por medio del cono de Abrams es un ensayo muy sencillo de realizar en obra, no requiriendo equipo costoso ni personal especializado y proporcionando resultados satisfactorios, razones que han hecho que este ensayo sea universalmente empleado aunque con ligeras variantes de unos países a otros. En este ensayo el hormigón se coloca en un molde metálico troncocónico de 30 cm de altura y de 10 y 20 cm de diámetro, superior e inferior respectivamente (Figura ). Figura Cono Abrams. 47

48 Toma de muestras. Las muestras deben extraerse directamente de la canaleta de la hormigonera en el momento de la descarga y nunca del hormigón colocado en los encofrados o descargado en el suelo. Si el ensayo se realiza para determinar la aceptabilidad del hormigón, las muestras deberán tomarse después de haber descargado los primeros y antes de los últimos 250 litros (1/4 m 3 ) del pastón. Si el ensayo tiene por objeto verificar la uniformidad del hormigón o su densidad, la muestra debe tomarse aproximadamente en mitad de la carga y de cada uno de los tres pastones correspondientes a despachos diferentes. Cada muestra deberá tener una cantidad de hormigón de aproximadamente el doble del necesario para el ensayo, (no menos de un 40 % mayor) y antes de iniciarlo deberá remezclarse a mano. Desarrollo del ensayo (Figura ). 1º.- Colocar el Cono sobre una superficie plana, horizontal, firme, no absorbente y ligeramente humedecida. Se aconseja usar una chapa de metal cuya superficie sea varios centímetros mayor que la base grande del Cono. Colocar el Cono con la base mayor hacia abajo y pisar las aletas inferiores para que quede firmemente sujeto. Antes de llenar el molde es preciso humedecerlo interiormente para evitar el rozamiento del hormigón con la superficie del mismo. 2º.- Llenar el Cono en tres capas: Llénese hasta aproximadamente 1/3 de su volumen y compactar el hormigón con una barra de acero de 16 mm de diámetro terminada en una punta cónica rematada por un casquete esférico La compactación se hace con 25 golpes de la varilla, con el extremo semiesférico impactando al hormigón. Los golpes deben repartirse uniformemente en toda la superficie y penetrando la varilla en el espesor de la capa pero sin golpear la base de apoyo. UTILIZAR LA VARILLA SIEMPRE CON EL EXTREMO REDONDEADO HACIA EL HORMIGÓN. 3º.- Llenar el Cono con una segunda capa hasta aproximadamente 2/3 del volumen del mismo y compáctese con otros 25 golpes de la varilla, siempre con la punta redondeada en contacto con el hormigón y repartiéndolos uniformemente por toda la superficie. Debe atravesarse la capa que se compacta y penetrar ligeramente (2 a 3 cm.) en la capa inferior pero sin golpear la base de ésta. COMPACTAR CADA CAPA CON 25 GOLPES. 4º.- Llénese el volumen restante del cono agregando un ligero "copete" de hormigón y compáctese esta última capa con otros 25 golpes de la varilla, que debe penetrar ligeramente en la segunda capa. 5º.- Retirar el exceso del hormigón con una llana metálica, de modo que el Cono quede perfectamente lleno y enrasado. Quitar el hormigón que pueda haber caído alrededor de la base del Cono. 6º.- Sacar el molde con cuidado, levantándolo verticalmente en un movimiento continuo, sin golpes ni vibraciones y sin movimientos laterales o de torsión que puedan modificar la posición del hormigón. 48

49 Figura Ensayo de asentamiento del cono Abrams. 7º.- Medida del asentamiento: A continuación se coloca el Cono de Abrams al lado del formado por el hormigón y se mide la diferencia de altura entre ambos. Si la superficie del cono de hormigón no queda horizontal, debe medirse en un punto medio de la altura y nunca en el más bajo o en el más alto (Figura ). Figura Cono Abrams: Medida del asentamiento 49

50 Si el hormigón desciende de una forma uniforme se tienen conos válidos, pero hay veces que la mitad del cono desliza a lo largo de un plano inclinado obteniéndose un asiento oblicuo provocado por una deformación por cortante (Figura ). En este caso debe repetirse el ensayo, y si se siguen obteniendo conos similares habrá que modificar la dosificación, debido a que estas deformaciones son sintomáticas de mezclas carentes de cohesión. El ensayo está descrito en la norma UNE Figura Tipos de asentamiento Advertencia: Nunca debe utilizarse el hormigón empleado en el ensayo de Cono para confeccionar probetas para ensayo de resistencia. Según el descenso de la superficie superior del hormigón, denominado "asiento", se puede clasificar la consistencia del hormigón de acuerdo con los valores indicados en la tabla Tabla Clasificación del hormigón de acuerdo con los valores del asiento Consistencia del Hormigón A-1 Seca A-2 Plástica A-3 Blando A-4 Superfluidificado Aspecto Suelto y sin cohesión Levemente cohesivo Levemente fluido Asentamiento [cm] 1,0 a 4,5 5,0 a 9,5 10,0 a 15,0 Fluido 15,5 a 22,0 Método de Compactación Vibración potente, apisonado enérgico en capas delgadas Vibración normal, varillado y apisonado. Vibración leve, varillado. Muy leve y cuidadosa vibración, varillado 50

51 El cono de Abrams es un medio de control en obra muy útil debido a que permite detectar fácilmente cambios entre diferentes masas, bien sean debidos a variaciones de agua de amasado, en humedad de los áridos e incluso en la granulometría de estos, especialmente de las arenas, siendo, por consiguiente, un ensayo que permite verificar la regularidad del material. Con áridos de cantos rodados el cono es muy sensible y da un índice excelente de la cantidad de agua de amasado, hasta el punto de que una variación de un 3 por 100 en ella produce incrementos de asiento de 25 mm. Esto ha permitido que se elija como base contractual de evaluación de la consistencia de los hormigones servidos por central. El cono de Abrams da resultados poco indicativos en el caso de hormigones con asientos inferiores a 1 cm, en los excesivamente fluidos y en los reforzados con fibras; su sensibilidad es menor en hormigones de áridos machacados que en los de áridos de cantos rodados. Este ensayo no es válido para hormigones cuyo árido sea de tamaño mayor de 40 mm, por ello, cuando se trate de estos hormigones se deberá realizar un cribado previo por un tamiz de 40 mm de luz de malla, haciendo la prueba con el material que pasa por él Mesa de s a c u d i d a s. El ensayo de consistencia por medio de la mesa de sacudidas consiste en medir el desparramado o aumento de diámetro que experimenta la base inferior de un tronco de cono de hormigón moldeado en un molde de 13 cm de altura, y 17 y 25 cm de diámetros superior e inferior respectivamente, situado sobre una mesa circular al someterla a quince sacudidas de 12 mm de alto durante 15 segundos. Figura Mesa de sacudidas 51

52 El índice de consistencia del hormigón se expresa como: siendo: D = Diámetro del círculo que ocupa el hormigón después del ensayo. D 25 IC= De acuerdo con los valores obtenidos se pueden clasificar los hormigones en las consistencias que se indican en la tabla Tabla Clasificación del hormigón de acuerdo con los valores del índice de consistencia Este ensayo tiene el inconveniente de no ser muy representativo de la consistencia para hormigones poco cohesivos y con tendencia a segregar pero, proporciona valores fiables con hormigones de buena cohesión. Aparte de este inconveniente, las dispersiones obtenidas en una misma mezcla suelen ser grandes y esto ha hecho que su empleo no esté muy extendido en la actualidad Consistómetro Vebe. El método Vebe de medida de la consistencia, que es una variante del cono de Abrams, es muy útil en los casos en los que el cono de Abrams carece de sensibilidad como ocurre con los hormigones muy secos y con los reforzados con fibras, que darían asientos nulos. El sistema consiste en medir el tiempo que tarda un tronco de cono de hormigón, moldeado con el cono de Abrams y colocado en el interior de un recipiente cilíndrico situado sobre una mesa vibrante, en deformarse y tomar la forma de éste bajo la acción de un vibrador de c.p.m. con una aceleración máxima de 3 a 4 g. La consistencia del hormigón se mide en segundos Vebe e indica el tiempo transcurrido desde que se inicia la vibración hasta que el hormigón se compacta dando una superficie horizontal, lo que se aprecia por medio de un disco de plástico que acompaña libremente al hormigón durante su descenso (Figura ). Figura Consistómetro Vebe 52

53 El consistómetro Vebe es un aparato de ensayo de laboratorio que permite, no sólo medir la consistencia dada por el asiento del hormigón en el cono, sino también, dar una idea aproximada de la docilidad del hormigón fresco al indicar la facilidad de adaptación del hormigón a un molde determinado mediante una vibración. La consistencia de hormigón según el tiempo Vebe medido en segundos viene dada en la tabla Tabla Consistencia de hormigón según el tiempo Vebe Cono invertido. El método del cono invertido es especialmente adecuado para medir la consistencia de hormigones reforzados con fibras. El sistema consiste en colocar un cono de Abrams en posición invertida dentro de un recipiente cilíndrico de 30 3 dm de capacidad, con un diámetro y altura interiores aproximados de 35.5 y 30.5 cm, respectivamente. El cono se sujeta sobre el recipiente por medio de una tapa, de forma que el extremo inferior de aquél quede a una distancia de 10 cm del fondo de éste (Figura ). Figura Cono invertido Una vez lleno el cono de hormigón, colocado en tres capas y alisada su superficie superior, se posiciona centrado sobre esta superficie un vibrador de 25 mm de diámetro y se hace descender a través de la masa del hormigón hasta que toque el fondo del recipiente, lo que debe ocurrir en un tiempo de 3 ± 1 seg. Con un cronómetro se mide el tiempo que tarda el hormigón en salir del cono invertido, este tiempo se cuenta desde el momento en que se pone en marcha el vibrador. Por tanto, la consistencia, expresada en segundos, indica el tiempo transcurrido desde la iniciación de la vibración hasta la salida total del hormigón del cono. Este ensayo mide la movilidad o fluidez del hormigón sometido a vibración interna y a diferencia del método Vebe no produce consolidación del hormigón en el recipiente al no ser éste vibrante. 53

54 El sistema es muy adecuado para hormigones reforzados con fibras en los que no exista un exceso de agua o se hayan utilizado altas dosis de superfluidificantes que hagan que el hormigón se descargue del cono antes de iniciar la vibración, ya que, en estos casos, es más conveniente emplear el método del cono de Abrams. El método del cono invertido recogido en la norma UNE es muy útil al permitir comparar la consistencia de diferentes hormigones con fibras o bien, conocer la uniformidad de un mismo hormigón de este tipo; hay que tener en cuenta que las fibras impiden diferencias apreciables de asiento en el cono de Abrams para variaciones de la relación agua/cemento de cierta entidad. La acción dinámica del vibrador permite observar igualmente la mayor o menor docilidad de un hormigón con fibras con respecto a uno convencional; así, un hormigón de 5 cm de asiento en cono de Abrams y 10 mm de tamaño máximo de árido, da menos tiempo de salida del cono que uno tradicional del mismo asiento y que tenga 20 mm de tamaño máximo de árido, es decir, aunque los asientos sean iguales, en este caso, la trabajabilidad del hormigón con fibras es mayor. (Figura ). Figura Diferencias en la trabajabilidad de hormigones tradicionales y de fibras Manejabilímetro L.C.L. Este aparato de ensayo de docilidad tiene la ventaja de tener en cuenta el efecto de la vibración. Puesto a punto por Lezy y Lesage, está formado por un recipiente prismático dividido en dos partes desiguales por medio de una pared móvil en forma de cuña. El hormigón fresco se introduce en una de las partes situada en el lado inclinado de la pared móvil. En el momento en que la pared se eleva se pone en marcha automáticamente un vibrador de intensidad variable fijo al recipiente y el hormigón tiende a llenar la parte vacía que dispone de unas marcas horizontales en la pared hacia la cual se desplaza la masa. La docilidad viene dada por el número de segundos que tarda el hormigón en alcanzar una de esas marcas, cuya elección debe hacerse experimentalmente. 54

55 Los tiempos en alcanzar estas señales pueden ser muy diferentes, oscilando desde unos segundos a varios minutos, dependiendo de la relación arena/grava del hormigón, cantidad de agua, dosificación de cemento, intensidad de la vibración, uso de aditivos, etc. En un hormigón plástico la docilidad o trabajabilidad es tanto mejor cuanto más reducido es el tiempo tardado en alcanzar la marca correspondiente. Como idea se pueden tomar los siguientes valores medios: - Hormigones muy fluidos, t 10 segundos, - Hormigones blandos, t 15 segundos, - Hormigones plásticos de buena trabajabilidad, 20 t 30 segundos, - Hormigones secos poco trabajables, t > 40 segundos. El equipo LCL permite, para una misma dosificación de cemento y relación agua/cemento, determinar la relación óptima arena/grava; valor éste, que tiene una gran importancia en la docilidad del hormigón. Igualmente, y una vez fija la relación arena/grava idónea, permite determinar la dosificación de cemento o, con esta fija, hallar la intensidad de vibración más conveniente para este hormigón y para lo cual, el vibrador permite trabajar con intensidades de 1, 2, 3 y 4 kn. El recipiente del docilímetro tiene unas dimensiones de 30 x 30 x 60 cm. (Figura ). Figura Manejabilímetro LCL En el ajuste de una dosificación de laboratorio este equipo es muy útil al permitir corregir los tantos por ciento de áridos dados por los métodos de dosificación y que algunas veces no proporcionan los hormigones más dóciles. En el gráfico de la figura , se observa como después de cinco pruebas empleando relaciones arena/árido 5/20 + árido 20/40, se ha obtenido un máximo de manejabilidad para una relación 0.58 empleando áridos rodados cuando la indicada por el método de dosificación empleado era de 0.55; en este caso, la diferencia es pequeña. Con áridos procedentes de machaqueo, la relación idónea dada por el equipo después de varias pruebas era de 0.74 cuando el método de dosificación daba Como se observa la diferencia en este último caso es notable. Dado que los áridos normalmente utilizados en pavimentos son machacados que han de ser puestos en obra y compactados por máquinas de encofrados deslizantes se estima necesario el empleo de este equipo para ajustar la dosificación y conseguir la máxima trabajabilidad. 55

56 Figura Manejabilidad de hormigones según su contenido en arena y árido grueso Factor de compactación. Este ensayo fue desarrollado por Glanville, Collins y Matthews. Se trata de medir la compactación por caída en recipiente cilíndrico y se recoge en las normas BS 1881:1983 y ACI El aparato utilizado se muestra en la figura Consta de las siguientes partes: Soporte, dos recipientes troncocónicos de diferentes volúmenes (Mayor volumen el superior) y con compuertas, un recipiente cilíndrico, un vibrador de inmersión y un platacho. Las superficies internas de los recipientes deben tener un acabado tal que se minimice la fricción entre ellas y el hormigón fresco. Para la realización del ensayo se llena con hormigón el recipiente superior el cual tiene la compuerta de su parte inferior cerrada, luego se se abre esta para permitir que el hormigón caiga en el recipiente troncoconico inferior que se llena hasta rebosar. A continuación, se abre la compuerta del recipiente inferior para que el hormigón caiga en el recipiente cilindrico llenando este hasta rebosar. Se retira el exceso de hormigón y se determina la masa de hormigón contenida en el recipiente cilindrico con una precisión de 10 g., la cual se divide por la masa de hormigón requerida para llenar el recipiente cilindrico con una compactación total, dando como resultado al denominado factor de compactación. La masa de hormigón requerida para llenar el recipiente cilindrico con una compactación total se obtiene llenándolo de forma que se realiza una cantidad suficiente de trabajo bien manualmente con una barra o bien usando vibración. 56

57 Este ensayo tiene la desventaja que en los hormigones cohesivos existe la tendencia a adherirse en los recipientes y es necesario ayudarlo a caer mediante el empleo de una barra. Esto es particularmente necesario en hormigones con agentes aireantes, Figura Equipo para medir el Factor de Compactación. En la figura se da la relación entre el factor de compactación y el eiempo Vebe Figura Relación entre el Factor de Compactación y el Tiempo Vebe 57

58 Ensayo de la bola Nelly. En ensayo de la bola Nelly consiste en medir la penetración en el hormigón fresco de un elemento de una determinada forma bajo la acción de una carga especificada, que a menudo es el propio peso del elemento. El ensayo que ha sido reconocido es aquel en que el elemento es una bola (ASTM Standard C360-82). En la figura puede verse el equipo utilizado para la realización del ensayo. Consta de tres partes: pletina, asa graduada y elemento de penetración. El elemento de penetración es un cilindro de altura mm y diámetro 152 mm, cuya parte inferior es una semiesfera. El peso propio es de 14 kg. El aparato se situa sobre la superficie del hormigón y después se suelta sin velocidad inicial. La penetración después de la liberación debe medirse con una precisión de 6.4 mm. Deben de hacerse 3 medidas en posiciones que deben distar entre si al menos 152 mm y sus valores deben difererir en menos de 25.4 mm. Como valor final se toma la media de las tres medidas. Figura Ensayo de la bola Nelly. Las ventajas de este ensayo son: rápido y simple, permite medida en hormigón puesto en obra y que tiene unabuena correlación con el ensayo de asentamiento del cono Abrams (Figura ). El rango de aplicación es el mismo que el de cono Abrams. Figura Relación entre la penetración de la Bola Kelly y el asentamiento en el cono Abrams. 58

59 Por su parte, en la tabla se da la relación entre la penetración de la bola Kelly, el asentamiento en el cono Abrams y el aparato Vebe. Tabla Relación entre la penetración de la bola Kelly, el asentamiento en el cono Abrams y el aparato Vebe 5.- Aditivos Introducción. A los aditivos se los puede considerar como el cuarto componente del hormigón. J. Calleja, define a los aditivos como, "productos que añadidos al conglomerante (pasta, mortero u hormigón) en el momento de su elaboración en las condiciones adecuadas, en la forma conveniente y en las dosis precisas, tienen por finalidad modificar en sentido positivo y con carácter permanente las propiedades del conglomerado, o en su caso conferírselas, para su mejor comportamiento en todos o en algún aspecto, tanto en estado fresco como una vez fraguado y endurecido ". La definición es amplia y deja claro que los aditivos tienen que modificar en sentido positivo, es decir, que la mejora ha de ser permanente y tanto en estado fresco como endurecido, esto es, su acción ha de ser estable a lo largo del tiempo. Los aditivos tienen una "función principal" que determina la utilización del aditivo y que se caracteriza por producir una modificación determinada, y solamente una, de alguna de las características del hormigón, mortero o pasta, pudiendo tener, además, una "función secundaria" y accesoria de modificar alguna o algunas de las características de estos materiales, independientemente de la que defina la función principal. A estas funciones se las podría denominar también "indicaciones". Es normal que un aditivo produzca modificaciones inevitables de ciertas propiedades de los hormigones, que no se requieran como función secundaria y que, por tanto, no son deseadas. A esta propiedad del aditivo se denomina " efecto secundario" o "contraindicación". Salvo casos excepcionales los aditivos se emplean en cantidades no mayores de 5 por 100 con respecto al peso de cemento. El efecto de un mismo aditivo, dosificado en la misma proporción, puede ser diferente de acuerdo con el tipo de cemento con el que se esté utilizando; así, aditivos muy eficaces con cementos portland, lo son menos con puzolánicos y con siderúrgicos. 59

60 Con cementos aluminosos y con siderúrgicos de alto contenido en escorias no deben utilizarse aditivos salvo que se ensayen previamente. La dosis a emplear de aditivo en el hormigón es muy importante, pues, no hay que esperar que, a doble dosis corresponda doble efecto ni a mitad de dosis mitad de acción. Con determinados aditivos, puede darse, además, el caso de que el sobrepasar ciertas dosis sea muy contraproducente para el hormigón o que incluso se consigan efectos contrarios a los deseados. Siempre que sea posible hay que recurrir al empleo de aditivos líquidos debido a que su dispersión en la masa se realiza más fácilmente que con los sólidos y los hormigones resultan más homogéneos. Hay que evitar realizar mezclas de aditivos tratando de contrarrestar los efectos negativos que pueda tener un aditivo con los positivos de otro; aparte de que estas mezclas pueden ser muy peligrosas para el hormigón se pueden obtener efectos contrarios a los buscados. En caso de duda sobre el empleo de un aditivo y de sus efectos al usarlo en determinadas proporciones, lo más conveniente es realizar ensayos previos que aseguren sobre la bondad del mismo en la dosis en que se va a utilizar y con el cemento y áridos a emplear en la obra. Conviene no olvidar lo que dice Venuat respecto a los aditivos:"el correcto empleo de un aditivo supone no sólo que se haya elegido bien, sino que este además, cor r ectamente utilizado ". Actualmente el empleo de los aditivos en los morteros y hormigones ha experimentado un gran incremento como consecuencia de la mejor calidad de los mismos. Puede decirse que, un tanto por ciento muy elevado del hormigón que se fabrica, lleva incorporado un tipo u otro de aditivo y que si estos son de calidad y están correctamente empleados, permiten conseguir hormigones dóciles, resistentes, durables y económicos Clasificación de los aditivos. De acuerdo con su función principal la norma UNE clasifica a los aditivos, empleados en los hormigones, morteros o pastas, en: 1.-Modificaciones de la reología en estado fresco. (a).- Fluidificantes/ Reductores de agua. - Aumentan la trabajabilidad para un mismo contenido de agua de amasado, sin producir segregación cuando se utilizan como fluidificantes. - Disminuyen la cantidad de agua de amasado para una trabajabilidad dada, cuando se utilizan como reductores de agua. - Obtienen ambos efectos. (b).- Superfluidificantes/Reductores de agua de alta actividad -Aumentan, de forma significativa, la trabajabilidad para una relación (Agua/Cemento) dada (manteniendo constante la cantidad de agua), cuando se utilizan como superfluidificantes. -Producen una reducción considerable de la cantidad de agua de amasado, para una determinada trabajabilidad, cuando se emplean como reductores de alta actividad. - Obtienen simultáneamente ambos efectos. 60

61 2.- Modificadores del tiempo de fraguado y/o endurecimiento. (a).- Aceleradores de fraguado. Reducen el tiempo de fraguado del cemento. (b).- Retardadores de fraguado. Retrasan o aumentan el tiempo de fraguado del cemento. (c).- Aceleradores de endurecimiento. Aumentan o aceleran el desarrollo de las resistencias mecánicas iniciales. 3.- Modificadores del contenido de aire o de otros gases. (a).- Inclusores de aire. Incluyen en la masa un número elevado de microburbujas de aire, separadas y repartidas uniformemente. Estas microburbujas permanecen durante el endurecimiento del material. (b).- Generadores de gas. Producen un gas (por ejemplo,. hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc.) que queda en mayor o menor parte incluido en la masa. (c).- Generadores de espuma. Producen, por medios mecánicos, una espuma estable formada por burbujas de aire de tamaño variable, que se encuentran homogéneamente distribuidas dentro de la masa a la que confieren estructura alveolar. (d).- Desaireante o antiespumantes. Eliminan el exceso de aire introducido en la masa mediante el empleo de ciertos áridos o aditivos utilizados para obtener otra función principal, distinta a la introducción de aire. 4.- Generadores de expansión. Producen una expansión controlada y permanente en los hormigones, morteros o pastas. 5.- Aditivos que mejoran la resistencia a las acciones físicas. (a).- Protectores contra las heladas. Suelen ser inclusores de aire, aceleradores de fraguado o de endurecimiento. (b).- Aditivos que mejoran la resistencia a la congelación (anticongelantes). Disminuyen el punto de congelación del agua de amasado, impidiendo, además la aparición de cristales de hielo en el hormigón, mortero o pasta en estado fresco. (c).- Reductores de penetración del agua. Incrementan la resistencia al paso de agua bajo presión a través de las mezclas endurecidas. (d).- Repulsores de agua o hidrófugos. Disminuyen la capacidad de absorción capilar o la cantidad de agua que pasa a través de una masa saturada y sometida a un gradiente hidráulico. 6.- Aditivos que mejoran la resistencia a las acciones fisicoquímicas. Incrementan la resistencia de los conglomerados, así como de las armaduras, a los ataques de naturaleza fisicoquímica internos o externos. (a).- - Inhibidores de corrosión de armaduras. Reducen la posibilidad de corrosión de la armaduras embebidas en el hormigón o mortero. (b).- Modificadores de la reacción álcali-áridos. Impiden o dificultan la reacción entre ciertos áridos y los álcalis del cemento y reducen sus efectos expansivos. 61

62 7.- Otros aditivos. (a).- Aditivos para el bombeo. Reducen el rozamiento externo de la mezcla con las superficies de las tuberías de conducción sin modificar la relación agua/cemento. (b).- Aditivos para hormigones y morteros proyectados. Mejoran las condiciones de proyección al disminuir el descuelgue del material proyectado y el rechazo. (c).- Aditivos para inyecciones. Aumentan la fluidez de los rellenos o morteros de inyección y reducen los riesgos de exudación y decantación. (d).- Colorantes. Colorean al hormigón, mortero o pasta Agentes aireantes. Los agentes aireantes son productos que durante el amasado del hormigón introducen, o incluyen, dentro de su masa, pequeñas burbujas (Figura 5.3.1) de aire de 10 a 500 micras de diámetro que interrumpen la red capilar de la misma, aumentando de una forma notable la resistencia a las heladas del hormigón endurecido. Los agentes aireantes de buena calidad introducen un gran tanto por ciento de burbujas menores de 100 micras que son las más eficaces desde el punto de vista de resistencias a las heladas. Un aireante no añade aire al hormigón sino que lo retiene en el mismo, cuando se produce la agitación en la hormigonera, formándose una espuma de burbujas microscópicas. Estas burbujas actúan como lubricante y deben quedar perfectamente distribuidas. Al mismo tiempo, deben tener el tamaño adecuado y ser estables, es decir, que no desaparezcan una vez formadas. Debido a su forma esférica y flexible estas burbujas actúan también como lubrificante del hormigón fresco dando lugar a una mejora de la docilidad y a una disminución de la tendencia del mismo a segregar y exudar. En hormigón fresco mejora la trabajabilidad y reduce la cantidad de agua. Las burbujas de aire actúan como cojinetes de bolas flexibles entre las partículas de áridos. En hormigón fraguado y endurecido, las burbujas permanecen separadas y rodeadas de una capa de aditivo, actuando como una barrera contra la humedad y como cámaras de expansión que absorben dilataciones y contracciones debidas a ciclos de hielodeshielo, etc. Las burbujas de aire compensan la falta de finos en las arenas. 62

63 Figura Distribución continua de burbujas de aire 63

64 Las burbujas de aire introducidas por el agente aireante tienen una distribución continua de tamaños y son de dimensiones inferiores a las que, normalmente atrapa la masa del hormigón durante su amasado y especialmente, durante su puesta en obra y compactación si éstas no se realizan cuidadosamente. Las burbujas procedentes del agente aireante nunca se llenan con productos de la hidratación por lo que conservan su poder de protección frente a las heladas. Los agentes aireantes son moléculas orgánicas formadas por cadenas hidrocarbonadas no polares con grupos polares anionicos, Su mecanismo de acción se ilustra en la figura En la interfase agua - aire los grupos polares (Hidrofilicos) estan orientados hacia la fase de agua bajando su tensión superficial, promoviendo la formación de las burbujas y neutralizando la tendencia de las burbujas dispersadas a coalescer. En la interfase sólido - agua donde existen fuerzas de directriz en la superficie de cemento, los grupos polares (Hidrofilicos) están ligados al sólido con los grupos no polares orientados hacia el agua, haciendo que la superficie del cemento sea hidrófoba, de modo que el aire pueda desplazar al agua y permanecer ligada a las partículas sólidas como burbujas. Figura Mecanismo de acción de la inclusión de microburbujas de aire cuando se añade un agente aireante a una pasta de cemento. 64

65 (1).- El extremo hidrofóbo de la cadena hidrocarbonada es atraído hacia el interior de las burbujas de aire, mientras que el extremo polar hidrofílico se orienta hacia el agua. La concentración de más agentes activos en la interfase agua-aire reduce la tensión superficial y estimula la formación de burbujas de aire estables. (2).- La carga alrededor de cada burbuja de aire da lugar a fuerzas repulsivas las cuales previenen su coalescencia. (3).- La carga superficial hace que las burbujas de aire se adhieran a las superficies cargadas de las partículas de cemento y agregados. Esto mejora la cohesión de la mezcla y además estabiliza las burbujas de aire. Figura Mecanismo de acción de la inclusión de microburbujas de aire cuando se añade un agente aireante a una pasta de cemento. 65

66 Los agentes aireantes son derivados de resinas naturales de la madera, detergentes sintéticos, sales lignosulfonadas, sales de materias proteínicas, grasas y aceites animales o vegetales, sales orgánicas de hidrocarburos sulfonados, etc. Cualquiera que sea su naturaleza, deben ser compatibles con el cemento y al mezclarlos con el agua dar lugar a una gran cantidad de burbujas finamente divididas y estables. En la figura puede verse la fórmula del acido abiótico, que es un agente aireante típico derivado del aceite de pino o del procesado de aceite de bogol (Tall oil). Figura Fórmula y peso molecular del ácido abiótico. Cuando un hormigón tiene sus poros llenos de agua y la temperatura desciende por debajo de 0 C, al helarse el agua, se produce un incremento de su volumen del 9 %. Esta expansión da lugar a que se ejerza un empuje, sobre el agua no helada, hacia los capilares, con la consiguiente elevación de tensiones en la pasta endurecida que puede sufrir la rotura si la resistencia a tracción de la misma no es suficiente. El valor de la presión hidráulica generada depende de: el grado de saturación, la velocidad con que pasa el agua a hielo, la permeabilidad de la pasta circundante y de la distancia de la burbuja vacía más cercana. La presión y la magnitud de las tensiones son tanto mayores cuanto más longitud tienen los capilares. 66

67 Solamente el hormigón que esta por encima del valor crítico de saturación es vulnerable al daño causado por las heladas. La saturación crítica tiene lugar cuando más del % del volumen de los poros esta ocupado por el agua, con lo que al congelarse el agua se llenarán completamente y el agua será forzada hacia los capilares creando un frente de presión, que puede originar grietas en el hormigón. En la figura puede verse el mecanismo de daño del hormigón por la acción de las heladas y en la figura ejemplos del daño causado. Figura Mecanismo de daño del hormigón por las heladas. 67

68 Figura Daño causado en el hormigón por las heladas. El papel del agente aireante es interrumpir estos capilares por medio de burbujas de aire (Figura 5.3.6), siendo ésto tanto más eficaz cuanto menos separadas se encuentren unas de otras. Una pasta de cemento se encuentra bien protegida contra los ciclos de hielo y deshielo cuando la separación entre burbujas de aire es menor de 0.2 mm, de aquí que el aire atrapado por el hormigón durante su amasado y puesta en obra no sea eficaz frente a la acción de las heladas debido al gran tamaño y separación entre sus burbujas. La burbujas de aire proporcionan espacio para acomodar al agua cuando avanza la congelación, liberando la presión hidrostática que se produce. Cuando se produce el deshielo el agua retrocede de las burbujas de aire, dejándolas vacías con lo que están en disposición de actuar en el siguiente ciclo de congelación del agua (Figura 5.3.7). 68

69 Figura Mecanismo de protección del hormigón por medio del agente aireante. 69

70 Figura Ciclo de deshielo del agua. El factor de espaciamiento L se define como la máxima distancia de cualquier punto en la pasta de cemento, desde la periferia de una burbuja de aire (Figura 5.3.8) y su efecto sobre la durabilidad del hormigón puede verse en la figura Figura Factor de espaciamiento L 70

71 Figura Efecto del factor de espaciamiento, L, sobre la durabilidad del hormigón. Por otra parte, el efecto sobre la durabilidad del hormigón de contenido de aire puede verse en la figura Se considera que un aditivo es eficaz cuando introduce en el hormigón una cantidad de aire comprendida entre el 2 y 6 %. Generalmente las cantidades de aire introducidas están próximas al 3 ó 4 %. Figura Efecto del de contenido de aire sobre la durabilidad del hormigón. El empleo de los agentes aireantes es muy conveniente, también, cuando se tienen que hacer transportes del hormigón en camiones y a distancias relativamente grandes como ocurre, entre otras obras, en la construcción de firmes para carreteras, debido a que con ellos se reduce mucho el peligro de segregación, a la vez que se aumenta la docilidad del hormigón, tan necesaria en las máquinas extendedoras. Esto hace que, algunos países los empleen para esta aplicación, aunque no exista peligro de heladas, de aquí que Lezy indique que, "el empleo de agentes aireantes en pavimentos ha tenido tanta transcendencia como la tuvo el vibrado en hormigones estructurales". 71

72 Al sustituir en el hormigón un volumen de sólidos resistentes por aire es lógico que se obtengan resistencias mecánicas tanto más reducidas cuanto mayor sea la cantidad de aire incorporada (Figura ). Sin embargo, al aumentar la docilidad de la mezcla puede reducirse la relación (Agua/Cemento) con lo cual se logra cierta compensación. La durabilidad del hormigón aumenta también debido a la menor absorción de agua por el mismo, alcanzándose un valor óptimo para un tanto por ciento de aire determinado y esto debido a la mayor impermeabilidad y menor absorción de estos hormigones (Figura ). Figura Efecto del aire ocluido sobre las resistencias mecánicas de los hormigones. Figura Influencia del contenido de aire en la resistencia a compresión, agua de amasado y durabilidad. 72

73 Dado que el aire introducido reduce las resistencias mecánicas de la pasta, interesa que el volumen de éste sea lo menor posible dentro de la máxima eficacia y esto se consigue si el tamaño de las burbujas es lo más reducido posible, así el 80 % de las burbujas debe tener un tamaño inferior a 100 micras. La cantidad de aire introducida por un agente aireante en un hormigón, la distribución de tamaños de las burbujas, así como su superficie específica, depende de muchos factores, entre los cuales se pueden considerar: la naturaleza y eficacia del agente aireante, la composición del hormigón, la finura del cemento, el tamaño máximo del árido empleado, el uso o no de otros aditivos, el tiempo de amasado, el grado de compactación del hormigón, la temperatura, etc. Así, el contenido de aire será tanto mayor cuanto menor sea la dosificación de cemento, menos finamente molido se encuentre éste, menor sea la cantidad de finos de la arena, éstas sean más angulosas, el árido grueso sea de meno3 tamaño (Figura ), la temperatura no sea muy alta y el tiempo de amasado suficiente para lograr una buena dispersión del agente aireante. Figura Efecto del tamaño máximo del árido sobre el aire ocluido en el hormigón. Durante la vibración se escapan las burbujas grandes, que no son importantes en el papel de los agentes aireantes. Sin embargo, si la vibración es demasiado prolongada pueden escapar también burbujas pequeñas, de tal forma que, con un tiempo de vibrado de 3 minutos el aire ocluido puede reducirse a la mitad (Figura ). Figura Contenido de aire en función del tiempo de vibrado. 73

74 La cantidad de aire introducida por los agentes aireantes en un hormigón oscila entre el 3 y el 10 por 100 del volumen de hormigón, si bien con valores de un 4 al 6 por 100 se consiguen los máximos efectos sin reducir excesivamente las resistencias. No suelen admitirse agentes aireantes que añadidos al hormigón den lugar a reducciones de la resistencia a compresión superiores al 20 %, debiendo tener en cuenta que estas reducciones son también dependientes de la riqueza en cemento de la mezcla (Figura ). Figura Efecto de la dosificación de cemento en las variaciones de resistencia de hormigones aireados. Los hormigones en los que se emplean cementos con adiciones, como ocurre con los puzolánicos y siderúrgicos, exigen, en general, mayor cantidad de aditivo aireante para conseguir el mismo efecto que si se emplean cementos portland convencionales. Los hormigones de áridos ligeros, debido a la textura superficial de los áridos que emplean, suelen ser muy ásperos exigiendo, además, excesos de agua durante su amasado que luego aparecen como exudación. Mediante el empleo de agentes aireantes estos inconvenientes quedan muy reducidos, especialmente, en hormigones con dosificaciones de cemento inferiores de 350 kg/m 3. Es frecuente que los agentes aireantes se encuentren mezclados con plastificantes, con lo cual se suman los efectos de ambos aditivos: disminución, por una parte, de la viscosidad de la pasta de cemento e introducción, por otra, de una pequeña proporción de aire. Con estas mezclas se logra reducir la relación (Agua/Cemento) a la vez que se incorpora de un 2 a 4 % de aire, disminuyendo así la tendencia a segregar del hormigón fresco y aumentando la durabilidad del endurecido. En los hormigones aireados el empleo de un superfluidificante puede alterar notablemente el contenido de aire ocluido en la masa, generalmente, reduciéndolo, de aquí que sea conveniente realizar ensayos previos cuando se usen simultáneamente agentes aireantes y superfluidificantes. 74

75 El empleo de agentes aireantes es de gran interés en el caso de hormigones expuestos a heladas y ciclos hielodeshielo, en hormigones de pavimentos de carreteras, hormigones para presas, para aumentar la trabajabilidad de hormigones pobre, reducir la relación agua/cemento, en hormigones confeccionados con arenas faltas de finos, para evitar segregación y exudación, para mejorar la impermeabilidad del hormigón etc. La cantidad de aire introducida en un hormigón se mide mediante el aparato de la figura en el cual se ejerce una presión determinada de agua sobre un volumen fijo de hormigón fresco. El descenso de la columna de agua, sobre el nivel inicial, al ejercer presión sobre ella, nos indica el tanto por ciento de aire ocluido en el hormigón Fluidificantes. Figura Bomba para medir el aire ocluido en un hormigón. Desde un punto de vista teórico, la cantidad de agua a añadir para la obtención de un hormigón determinado (supuesto el estado saturado/superficie seca de los áridos) coincidirá con la estrictamente necesaria para hidratar las partículas de cemento portland. En el citado supuesto ideal, el agua de amasado reaccionaría con dichas partículas transformándose en un sólido de casi nula porosidad y, consecuentemente, de alta resistencia. La situación real difiere sensiblemente del supuesto anterior y para entender mejor el funcionamiento de estos aditivos se hace preciso recordar el comportamiento agua-cemento en el proceso de mezclado y fraguado del hormigón. Primero se forma la pasta aglutinante producto de la lubricación de las partículas de cemento y de árido tras la adsorción del agua, y luego esta pasta se vuelve cementante producto de la reacción química que se lleva a cabo entre ambas al iniciarse el fraguado. En la primera de estas etapas es cuando se produce la mezcla de los componentes y las primeras reacciones electroquímicas entre el agua y el cemento, apareciendo las características del hormigón fresco como trabajabilidad, docilidad, consistencia, etc. 75

76 Estas características están gobernadas principalmente por las reacciones electroquímicas producidas entre las moléculas de agua y los granos de cemento, los cuales poseen un gran número de iones en disolución en su superficie. Estos iones tienden a formar, debido a una afinidad electroestática, flóculos o capas de solvatación al entrar en contacto con el agua durante la operación de amasado (Figura 5.4.1). Dichos flóculos ejercen dos efectos nocivos en la masa de hormigón: 1.- Impiden la dispersión uniforme de las partículas de cemento en la masa de hormigón. 2.- Retienen una determinada cantidad de agua en el interior de su masa que incidirá negativamente en la porosidad final del material. Figura Floculación de los granos de cemento en presencia de agua. El agua retenida no es utilizable para lubricar la masa de hormigón ni para contribuir a la hidratación de los granos de cemento, lo que implica la necesidad de incorporar una cantidad adicional sustitutoria. Este agua adicionada, al no poder reaccionar con los granos de cemento anhidro, origina al evaporarse un incremento de la porosidad de la pasta de cemento que implica una cierta pérdida de resistencia del hormigón endurecido y un aumento de su permeabilidad. Dado que la relación (Agua/Cemento) de un hormigón tiene una importancia trascendental en las características del mismo, especialmente en sus resistencias mecánicas, interesa que en los hormigones esta relación sea lo más baja posible, pero esto conlleva ciertas dificultades como son un sistema de mezclado muy eficaz para conseguir una mezcla homogénea y el disponer de medios de compactación muy enérgicos. Con el empleo de estos aditivos pueden eliminarse estos inconvenientes sin necesidad de aumentar la cantidad de agua de amasado. Los efectos nocivos de la floculación de las partículas de cemento pueden ser contrarrestados, al menos parcialmente, mediante la incorporación a la masa de hormigón de determinados aditivos, tales como los reductores de agua o fluidificantes. Estos productos añadidos a los morteros o a los hormigones, en el momento del amasado, aumentan la docilidad de los mismos, permitiendo colocar en obra masas de hormigón que de otra forma sería muy difícil o bien, reducen el agua necesaria para el amasado en beneficio de las resistencias mecánicas y de la durabilidad. Los fluidificantes o reductores de agua son productos químicos de naturaleza orgánica formados por macromoléculas tensoactivas capaces de neutralizar las cargas eléctricas de los granos de cemento y, por consiguiente, su capacidad de floculación. Dichas macromoléculas tensoactivas tienen un extremo de su cadena hidrófilo con afinidad por el agua y otro hidrófobo repulsor del agua (Grupos polares anionicos), con lo cual quedan adsorbidas y orientadas en la superficie de los granos del cemento. Como resultado de la capa de dipolos de agua fijada se impide la reunión o coalescencia de los granos del cemento actuando como un lubricante y obteniéndose un sistema bien dispersado. Así mismo, liberan el agua atrapada entre los flóculos del cemento que queda disponible para aumentar la fluidez del hormigón (Figura 5.4.2). 76

77 Figura Modo de actuación de los fluidificantes. 77

78 Los fluidificantes son, en general: 1.- Lignosulfonatos extraídos de los desechos de pasta de papel (Figura a). 2.- Acidos hidroxicarboxilicos y sales. Por ejemplo, Acido citrico (Figura b) y Acido gluconico (Figura c). 3.- Hidratos de carbono: polisacáridos y azúcares. (a) (b) (c) Figura Formulas de fluidificantes típicos: (a).- Lignosulfonato (b).- Ácido citrico (c).- Ácido glucónico Debido al carácter dispersante de estos compuestos se obtienen mezclas de menor viscosidad que si se emplea la misma cantidad de agua o bien, mezclas en las que se puede reducir la cantidad de agua a igualdad de viscosidad. La máxima capacidad de reducción de agua de un fluidificante puede llegar a ser del 15 por 100, dependiendo del tipo de éste. Las moléculas de los fluidificantes son adsorbidas con mayor intensidad por el C 3 A y C 4 AF de los cementos portland y por esta razón, tienden a disminuir la velocidad de hidratación del cemento ocasionando un cierto retraso en su fraguado, especialmente al frenar la formación de cristales de C 3 A hidratado. Las funciones principales que estos aditivos comunican a los morteros y hormigones son: 1.- Aumentar la docilidad sin incrementar la cantidad de agua de amasado, 2.- Reducir la relación (Agua/Cemento) a igualdad de docilidad 78

79 y las secundarias: 1.- Reducir la tendencia a segregar del hormigón durante el transporte y disminuir la exudación 2.- Mejorar la adherencia a las armaduras 3.- Incrementar la resistencia a compresión (10-20 % a los 28 días), al permitir reducir el agua de amasado. 4.- Aumentar la durabilidad y resistencia a la abrasión 5.- Retardar ligeramente el fraguado En la figura puede verse la acción de los fluidificantes sobre las características de los hormigones. Los efectos secundarios son: Figura Acción de los fluidificantes sobre las características de los hormigones. 1.- Posible aumento de la retracción. 2.- Inclusión de aire, sobre todo por los lignosulfonatos. Limitaciones y precauciones. Debe controlarse la dosificación del aditivo. Con sobredosificaciones pueden presentarse retardos muy importantes en el fraguado y disminuciones de las resistencias iniciales, agravándose en temperaturas bajas. Se debe controlar el aire incluido, que no ha de superar el 6% del aire total. Factores principales que modifican el comportamiento, son también el tipo de cemento y la utilización de cenizas volantes. Los cementos de alto contenido en C 3 A y álcalis disminuyen la capacidad reductora del agua. Los fluidificantes deben utilizarse con hormigones secos o seco-plásticos debido a que su eficacia es tanto mayor cuanto menor es la relación (Agua/Cemento). El empleo de fluidificantes es muy conveniente en el caso de hormigones bombeados, hormigonado bajo el agua por la gran cohesión que proporcionan, en hormigones preamasados, en el hormigonado de piezas muy armadas o con formas complicadas, en los hormigones reforzados con fibras de acero, en hormigones vistos, en hormigones para pavimentos, hormigones inyectados, etc. 79

80 Este tipo de aditivos retardan en ocasiones, el principio de fraguado y a veces el endurecimiento; en otras, dan lugar a una especie de "falso fraguado" especialmente cuando se emplean dosis altas de los mismos o cuando el cemento contiene poco yeso. Si los aditivos son plastificantes a base de polvos finos no presentan éstas posibles alteraciones. En el cuadro pueden observarse los efectos de cambiar la dosificación con o sin reductor en un hormigón control para obtener objetivos similares. Cuadro Efectos de cambiar la dosificación con o sin reductor en un hormigón control. Así mismo, en la tabla pueden verse los beneficios que pueden lograrse mediante el uso de los fluidificantes. 80

81 Tabla Beneficios que pueden lograrse mediante el uso de los fluidificantes Superfluidificantes o superplastificantes. Normalmente, los fluidificantes anteriormente indicados permiten conseguir reducciones máximas de agua del 15 %, dependiendo del tipo de fluidificante empleado. Si se quieren conseguir reducciones superiores hay que utilizar grandes cantidades de este aditivo con los consiguientes efectos secundarios, no deseables, de aire ocluido, exudación, segregación, retraso importante en el fraguado y variación de las caracteristicas de endurecimiento del hormigón. Los superfluidificantes son productos que se han desarrollado en estos últimos años y que permiten conseguir reducciones de agua de amasado de hasta el 30 % ( 3 o 4 veces más que los fluidificantes), sin tener los inconvenientes reseñados.este tipo de aditivos también se conocen con los nombres de "superplastificantes" y "reductores de agua de alta actividad". Aun cuando patentes americanas atestiguan el conocimiento en la década de los años 30 de las propiedades dispersantes de ciertos policondensados de formaldehido y de naftaleno sulfonado, es en 1970 cuando la industria del hormigón se beneficia plenamente de los reductores de agua de alto efecto. Prácticamente en la misma época, comienzan a utilizarse dos policondensados de formaldehído y melamina sulfonada (Alemania), o de formaldehído y naftaleno sulfonado (Japón). Los superfluidificantes modifican la reología de los hormigones permitiendo conseguir mezclas muy dóciles y fáciles de poner en obra, sin reducir, sus resistencias, hormigones de docilidad normal pero con muy bajo contenido de agua, hormigones en los que se conjuguen las dos características anteriores, es decir, buena docilidad y menor cantidad de agua de la normal, hormigones con reducida dosificación de cementos pero que poseen resistencias y docilidad normales. Por supuesto que un sistema de aumentar la trabajabilidad de un hormigón consiste en incrementar el contenido de agua del mismo, pero este sistema, que es económico, repercute desfavorablemente en las resistencias mecánicas, durabilidad, permeabilidad, etc, del hormigón. El otro sistema consiste en emplear la misma cantidad de agua y añadir un superfluidificante con lo cual no quedan afectadas las resistencias, ni las otras características (Figura 5.5.1). 81

82 Figura Acción fluidificante La otra posibilidad de empleo de estos aditivos radica en, manteniendo la trabajabilidad del hormigón, introducir el superfluidificante con lo que se puede reducir la relación (Agua/Cemento) y conseguir incrementar las resistencias mecánicas (Figura 5.5.2). Figura Acción reductora de agua 82

83 Los superfluidificantes se clasifican en tres grupos fundamentales: - Condensados de formaldehido melamina sulfonados (SMF). - Condensados de formaldehido naftaleno sulfonados (SNF). - Lignosulfonados modificados (MSL). Existen variantes de cada uno de estos grupos e, incluso en la composición de estos pueden entrar otros productos. Quizás, los superfluidificantes más empleados sean los de los dos primeros grupos, aunque los del tercero tienen la ventaja de su menor costo al ser, como los fluidificantes normales, subproductos de la industria papelera que, sin embargo, se han modificado para eliminar el efecto secundario de retardar el fraguado del cemento que es típico del lignosulfonato. La figura muestra la representación esquemática de una molécula de policondensado de formaldehído y melamina sulfonada y de formaldehído y naftaleno sulfonado. Consisten en largas cadenas hidrocarbonadas lineales, de alto peso molecular ( ), con un gran número de grupos polares en ella. Cuando se absorben sobre las partículas de cemento les imparten una carga negativa, que disminuye de forma considerable la tensión superficial del agua que las rodea, además de producir una repulsión entre ellas evitando su floculación, con lo que se mejora la fluidez del sistema. Figura Representación esquemática de moléculas de superfluidificantes. La figura muestra la forma de actuación de una molécula de superfluidificante, mostrando como la forma lineal y alargada de estas moléculas, permite el recubrimiento total de las partículas de cemento incorporándolas cargas de signo negativo que, neutralizando las fuerzas de atracción electrostáticas existentes entre dichas partículas, dificultan extraordinariamente el fenómeno de floculación. 83

84 Figura Forma de actuación de una molécula de superfluidificante. El principal efecto de los superfluidificantes es provocar una excelente dispersión entre las partículas de cemento (Figura 5.5.5) con lo cual, aparte del efecto reológico, se produce una alta velocidad inicial de hidratación del cemento al existir más contacto entre sus partículas y el agua, por lo que el retardo en el fraguado raramente es observado. No obstante, la hidratación a edades más tardías se retrasa con respecto a los hormigones sin adición debido a la formación de una capa, más impermeable y de mayor espesor, de productos de reacción que la producida en los hormigones sin aditivar. (a) (b) Figura (a).- Microfotografía de partículas de cemento floculadas en una suspensión de cemento en agua sin adición de superfluidificante (b).- Microfotografía del sistema después de la adición de superfluidificante. Con frecuencia, debido a una mayor velocidad de hidratación del cemento en el sistema bien dispersado, los hormigones que contienen superfluidificantes muestran resistencias a la compresión a 1, 3, y 7 días, que los hormigones de referencia que tienen la misma relacion (Agua/Cemento), como se muestra en la tabla Esto tiene gran importancia en la industria de prefabricados de hormigón, donde requieren altas resistencias iniciales para una mayor capacidad de producción por un desenmoldada más rápido 84

85 Tabla Ejemplos de hormigones de altas resistencias iniciales mediante el uso de superfluidificantes. El efecto de los superfluidificantes varía mucho con el tipo de cemento empleado y así, por ejemplo, observando la pérdida de trabajabilidad de un hormigón superfluidificado con el tiempo, es decir, su efectividad, se ha visto que los cementos con contenido de C 3 A superior al 9 % pierden con mayor rapidez la trabajabilidad queaquellos que los poseen en menor cantidad, conservándose más tiempo el efecto en cementos con contenidos de C 3 A inferiores al 5 %. La mayor eficacia de estos aditivos se obtiene empleando dosificaciones de cemento superiores a 300 kg/m 3. La pérdida de efectividad puede disminuirse incorporando al superfluidificante un aditivo retardador de fraguado. En los cementos con adición de puzolana el efecto de los superfluidificantes es más reducido que en los cementos sin esta adición. Sin embargo, con los cementos siderúrgicos se ha comprobado que para conseguir una determinada trabajabilidad se precisa menor cantidad de aditivo. Funciones secundarias. Como consecuencia del efecto envolvente de estos productos, el empleo de dosificaciones muy elevadas de aditivos puede retrasar la hidratación de los granos de cemento. La magnitud de dicho retraso depende del fluidificante empleado -melamina o naftaleno- del tipo de cemento y de la finura de molido de sus granos. Los de melamina pueden retardar el fraguado en un 3 % y los de naftalensulfonatos en un 20 %. Efectos secundarios. - Posible aumento de la retracción. - Segregación con exceso de agua, sobredosificaciones o incorrec granulometría (muy sensibles a los finos). - Generalmente incompatibles con los inclusores de aire. Dosificación y utilización. Las dosificaciones varían entre el 0.5 y el 3 % en peso del cemento. Se añaden inmediatamente antes de la puesta en obra, directamente al hormigón o bien el agua de amasado. 85

86 Limitaciones y precauciones. - Pérdida de asentamiento: se anula el efecto fluidificante después de minutos, acentuándose con la temperatura, la cantidad de cemento y un segundo amasado. - Se modifica la capacidad según el tipo de cemento. No utilizar con cementos aluminosos. Deben realizarse ensayos previos con los materiales que se utilizarán en la obra. - En caso de utilizar con otros aditivos, comprobar que no exista interacción. - No introducen aire. Hormigones fluidos. Este tipo de hormigones se caracteriza por poseer una aptitud excelente de puesta en obra con muy poca o nula energía de consolidación, poseyendo a su vez una cohesión satisfactoria. Es muy frecuente obtener con estos hormigones un ahorro en mano de obra de un, %. Con el empleo de los superfluidificantes puede conseguirse incrementar el asiento en cono de Abrams desde 5 cm hasta 20 cm, manteniendo las resistencias, con dosificaciones de aditivo del 0.75 al 3.0 %, sobre el peso de cemento. A los pocos minutos de la adición, el hormigón fluye fácilmente llegando a ser autonivelante pero manteniendo su cohesión y no presentando exudación, segregación, ni pérdida de sus características resistentes. A estos hormigones se los conoce como " hormigones fluidos", " autonivelantes" o " colapsados". Este tipo de hormigones son ideales cuando hay que hormigonar piezas con grandes concentraciones de armaduras (Figura 5.5.6) y en zonas de difícil acceso, no precisando vibrado y adaptándose perfectamente el hormigón a los moldes. Son muy adecuados para la construcción de pisos, losas, pavimentos, tableros de puentes, etc, para el bombeo del hormigón, para colocar hormigón bajo el agua mediante tuberias, etc. Figura Zonas con grandes concentraciones de armaduras. A fin de conseguir la mayor eficacia del superfluidificante y la máxima cohesión de la mezcla, el tanto por ciento de granos finos en la arena debe incrementarse en un 4 o 5 %. Una vez realizada la adición del superfluidificante, la mezcla debe emplearse lo antes posible debido a que es cuando presenta la máxima trabajabilidad. Esta se va perdiendo con el tiempo y a los treinta o sesenta minutos de haber realizado la adición, la masa vuelve a tener el mismo asiento inicial, es decir, ha perdido el efecto del aditivo, siguiendo una curva parecida a la figura Actualmente hay superfluidificantes que mantienen su eficacia hasta los 120 minutos. Las dosis altas de cemento ayudan a retener su trabajabilidad, e incluso hacen al aditivo más eficaz, lo cual es lógico pues dosis altas de cemento, por sí solas, dan lugar a hormigones trabajables. 86

87 Figura Curva de la efectividad de un superfluidificante. Para evitar la pérdida de eficacia del aditivo con el tiempo transcurrido desde su incorporación, se recurre, a veces, a no hacer toda la adición de una sola vez, sino a dividirla en varias de menor dosis efectuadas a intervalos de tiempo determinados. Algunas veces se recurre, también, a añadir retardadores con el fin de frenar la pérdida de fluidez. La mezcla de retardador y superfluidificante hace aumentar aún más la fluidez de la masa, reduciendo, al mismo tiempo, la pérdida de efectividad. La velocidad de pérdida de fluidez depende no sólo del tipo de aditivo empleado, sino también de tipo de cemento, tantos por ciento de álcalis, yeso y ferritoaluminato tretracálcico, en él, finura de molido del mismo y temperatura del hormigón. La retracción y fluencia de los hormigones no queda modificada por el empleo de estos aditivos. El comportamiento frente a los ciclos hielo-deshielo, sulfatos, y otros agresivos físicos o químicos no experimenta ninguna alteración negativa con respecto a los hormigones tradicionales, observándose, por el contrario, una mejora en el comportamiento frente a las heladas. Hormigones de resistencias mejoradas. Por razones de trabajabilidad, los hormigones han de amasarse con mayor cantidad de agua de la necesaria para hidratar el cemento. El exceso de agua no preciso para la hidratación, da lugar a oquedades y poros en el hormigón y en definitiva reduce la resistencia del mismo. Se han obtenido mezclas con superfluidificantes en las que las resistencias a compresión a 28 días eran de 113 N/mm 2 y a un día de 48 N/mm 2, empleando una relación (Agua/Cemento) de 0.25 y con asiento en cono de Abrams de 10 cm. Para conseguir incrementar la resistencia de los hormigones se deben emplear relaciones (Agua/Cemento) lo más bajas posibles sin que trabajabilidad deje, por esto, de ser la conveniente para el buen manejo del hormigón. Con los superfluidificantes se logran reducciones de agua que pueden alcanzar del 20 al 30 %, con la favorable repercusión que estas reducciones tienen sobre las resistencias iniciales y finales. Estos hormigones son muy adecuados para prefabricación, en la fabricación de viguetas pretensadas donde se desmolda en tiempos cortos y se consigue una reducción importante en el tiempo y temperatura de curado, en la reparación de pavimentos de carreteras y aeropuertos por las altas resistencias iniciales que originan, en la construcción de cajones bajo el agua, en acueductos, puentes, pilotes, etc. 87

88 Las resistencias mecánicas a las pocas horas del amasado, de estos hormigones, con baja relación agua/cemento, son muy altas según puede apreciarse en la figura 5.5.8, llegando a obtenerse incrementos del 50 al 75 % en las resistencias a 24 horas; característica ésta muy interesante en prefabricación. El alcanzar resistencias elevadas mediante el empleo de superfluidificantes puede inducir a reducir el contenido de cemento del hormigón lo cual no es recomendable e incluso algunos pliegos de condiciones oficiales lo prohiben. Figura Mejora de las resistencias a compresión de un hormigón por incorporación de un superfluidificante. Relación (Agua/Cemento) constante. La retracción de estos hormigones se reduce al emplear una relación (Agua/Cemento) más baja, pero, este efecto beneficioso podría desaparecer al utilizar dosificaciones más altas de cemento; de aquí que éstas deban ser moderadas, a fin de obtener retracciones más bajas que en los hormigones tradicionales. La durabilidad frente a las aguas agresivas y sulfatos es muy buena debido a la compacidad y altas resistencias mecánicas que se consiguen. Frente a los ciclos hielo-deshielo el comportamiento también es bueno a pesar de ser mayor el factor de espaciamiento entre burbujas de aire, especialmente, si la relación (Agua/Cemento) es del orden de 0.3. Para valores próximos a esta relación es conveniente incorporar un aireante a fin de disminuir el factor de espaciamiento Modificadores de fraguado y endurecimiento Introducción. Son productos que adicionados a las pastas, morteros u hormigones en el momento del amasado, impiden, retardan o aceleran el fraguado de los mismos o actúan sobre su endurecimiento (Figura ); a estos productos se les denomina inhibidores de fraguado, retardadores y acelerantes, respectivamente. El uso de un inhibidor puede ser conveniente en determinados casos en los que convenga interrumpir el proceso de fraguado del cemento, como puede ocurrir, por ejemplo, en el caso de una avería en un camión hormigonera. El empleo de un retardador que frene la hidratación del cemento, con respecto a su velocidad normal, puede ser también conveniente en determinados casos como, pueden ser, el transporte del hormigón a grandes distancias, complicaciones en la puesta en obra del hormigón, etc. 88

89 La utilización de un acelerante puede tener ventajas de tipo económico o técnico. La primera es frecuente en prefabricación donde el inmovilizar los moldes durante un tiempo reducido supone un gran ahorro económico. Con el empleo de acelerantes pueden conseguirse varias piezas semanales con un mismo molde. La segunda ventaja se presenta en el hormigonado en tiempo frío donde el empleo de un acelerador permite que el hormigón adquiera unas resistencias suficientes antes de que las bajas temperaturas puedan afectarle. Figura Efecto de los modificadores de fraguado y endurecimiento sobre las resistencias a compresión de un hormigón Inhibidores. Son sustancias que impiden el fraguado del cemento como ocurre con los azúcares, compuestos cálcicos solubles, etc Retardadores. Son sustancias que retardan la disolución de los constituyentes anhidros del cemento o su difusión. Forsen dividio los retardadores en cuatro grupos, de acuerdo con el tipo de curva que se obtiene al representar el tiempo inicial de fraguado en función de la cantidad de retardador añadido (los tipos de curvas se muestran en la figura ). Tales grupos, incluyendo las sales que pertenecen a ellos, son: Grupo I: CaSO 4.2H 2 O, Ca(ClO 3 ) 2, CaI 2 Grupo II: CaCl 2, Ca(NO 3 ) 2, Ca(NO 2 ) 2, CaBr 2, CaSO 4.(1/2)H 2 O Grupo III: Na 2 CO 3, K 2 CO 3, NaSiO 3 Grupo IV: 1.- Surfactantes con grupos polares en la cadena hidrocarbonada, como por ejemplo gluconatos, lignosulfonatos y azucares. 2.- Sales de sodio de los ácidos fosfórico, bórico y oxálico Na 3 PO 4, Na 2 B 4 O 7, Ca(CH 3 OOO) 3.- Sales de cinc o de plomo, como los óxidos. Grupo V: Sales del ácido fórmico y trietanolamina. 89

90 La acción del yeso en el grupo I es un comportamiento esperado porque su solubilidad es limitada. Las concentraciones de (SO 4 ) 2-, son independientes de la cantidad de yeso sólido presente, y la acción de retardo dura todo el tiempo que el yeso está presente. Con los retardadores del tipo I, la solubilidad de la alúmina permanece baja, aún cuando las adiciones sean grandes. Figura Acción de los distintos tipos de retardadores. El grupo II incluye el cloruro de calcio y compuestos de similar naturaleza. Su comportamiento es similar a los del grupo III. Con este tipo de retardadores, la alúmina tiene una baja solubilidad a bajas concentraciones de retardador y la sal actúa como tal, pero a altas concentraciones, la solubilidad de la alúmina aumenta en la solución de cemento y no hay acción retardadora. Solamente dos compuestos están en el grupo III, y son: el carbonato de sodio y el silicato de sodio. Ambos compuestos reaccionan con el hidróxido de calcio para formar álcalis, y Forsen atribuye el pequeño efecto que producen, a la precipitación de hidróxido de aluminio, el cual puede ser disuelto a altas concentraciones. Los compuestos del grupo IV fueron llamados por Forsen retardadores cement - destroying, siendo retardadores efectivos cuando son usados en pequeñas cantidades; en otro caso, el período de fraguado podría prolongarse enormemente, entrando en el período de endurecimiento. Probablemente, más de un único mecanismo puede explicar la acción de todas las sustancias en esta clase. Originalmente, Forsen atribuyó la acción a la precipitación de compuestos insolubles, semejantes a mantos protectores. Más tarde, él mismo no estaba seguro de que realmente sucediese así y mencionó que en algún caso, la acción de retardo dependería del ph. Los retardadores pueden actuar de dos formas distintas según su naturaleza; una es favoreciendo la solubilidad del sulfato cálcico, que de por sí es retardador de fraguado y, la otra, formando sales cálcicas que son adsorbidas por las partículas de cemento, retrasando de esta forma su hidratación. Se ha comprobado que los retardadores de fraguado influyen en el tamaño de los cristales formados de portlandita, ettringita,etc. 90

91 El empleo de retardadores es delicado debido a que, si se emplean en dosis incorrectas, pueden inhibir el fraguado y endurecimiento del hormigón; por esta razón se utilizan con más frecuencia fluidificantes o reductores de agua de amasado, que al mismo tiempo actúan como retardadores. Por otra parte Los retardadores reducen las resistencias mecánicas del hormigón en sus primeros estados (Figura ) La acción principal de los retardadores es aumentar el tiempo durante el cual el hormigón es trabajable permitiendo: el transporte del mismo sin que se produzca un endurecimiento prematuro o la segregación, lo cual es importante en el transporte a largas distancias, en hormigones bombeados, en inyectados, etc; controlar el principio de fraguado de una masa para conseguir que una pieza hormigonada en varias fases fragüe al mismo tiempo sin dar lugar a discontinuidades o juntas; hormigonar en tiempo caluroso al hacer al cemento menos activo en su hidratación con lo cual desprenderá menos calor durante la misma, especialmente durante los primeros 7 días; lograr un acabado adecuado en hormigones de áridos vistos al aplicar el retardador a la superficie de los encofrados con lo cual el hormigón en contacto con ellos endurece más lentamente y puede tratarse con cepillo una vez realizado el desencofrado, etc. Los retardadores de fraguado aumentan la retracción de los hormigones, siendo el aumento dependiente de la dosificación del hormigón, y de las condiciones de curado del mismo Acelerantes. Son productos que, al contrario de los retardadores, favorecen la disolución de los constituyentes anhidros del cemento, su disolución o su velocidad de hidratación; su acción no está muy bien definida, aunque parece ser que provocan una cristalización rápida de silicatos y aluminatos cálcicos en la pasta del cemento hidratada. En una gran parte de ellos se encuentra el cloruro cálcico que es el acelerante por excelencia ; sin embargo, también actúan como aceleradores o acelerantes el cloruro sódico, amónico, y férrico, las bases alcalinas, hidróxidos sódico, potásico y amónico, los carbonatos, silicatos y fluosilicatos, aluminatos, boratos de sodio o potasio, el ácido oxálico, la alunita, la dietanolamina, trietanolamina etc. El CaC1 2, incrementa la velocidad de hidratación dando lugar a resistencias iniciales altas y a una gran liberación de calor en sus primeras horas, al actuar como catalizador en las reacciones de hidratación del aluminato del cemento, formando la sal de Friedel y acelerando la reacción entre el yeso y el C 3 A y el C 4 AF. Con el cloruro cálcico el tiempo de iniciación del fraguado puede reducirse a menos de la mitad del normal.al ser mayor la velocidad de desprendimiento de calor en las primeras horas del hormigón, este acelerante permite el hormigonado en tiempo frío, debido a que el calor desprendido contrarresta en parte el frío exterior. La velocidad de endurecimiento aumenta de tal forma que un 1 por 100 de cloruro cálcico sobre el peso de cemento, es equivalente, desde este punto de vista, a una elevación de temperatura de 6 C, dependiendo del tipo y dosificación de cemento. Aparte de estas ventajas, el cloruro cálcico mejora la docilidad de los hormigones y aumenta su compacidad, no alterando las resistencias finales de los mismos y no produciendo regresión de ellas, como ocurre con otros cloruros. Este tipo de aditivo tiene el inconveniente de que puede dar lugar a eflorescencias y corrosión de las armaduras, especialmente si el hormigón se encuentra en ambiente húmedo, de aquí que en el hormigones armados no deban emplearse dosificaciones más altas del 2 % y en hormigón pretensado esté totalmente prohibido su empleo. Se consideran aditivos exentos de cloruros aquellos en los que el contenido de ión cloro no es superior a lg/l, en el caso de aditivos líquidos y de 0,3 % sobre peso de cemento en el de aditivos sólidos. 91

92 La dosis normal de uso de cloruro cálcico oscila entre el 1 y 2 %, aunque, en casos especiales, se puede llegar al 3 %, debiendo tenerse en cuenta que dosis altas pueden dar lugar a fraguados excesivamente rápidos que pueden crear dificultades en la puesta en obra, aunque, en ocasiones, como en el taponamiento de vías de agua sean útiles estas dosis. El cloruro cálcico incrementa la retracción del hormigón e incluso la fluencia, sin embargo, aumenta la resistencia a la abrasión de los hormigones de una forma permanente. Este cloruro puede emplearse con cualquier cemento portland pero no con morteros de cal o con cemento aluminoso El cloruro sódico tiene un comportamiento similar al cálcico aunque más moderado en el calor de hidratación. Se han observado pérdidas de resistencias en los hormigones en los que se ha utilizado y esto ha motivado el que se prescinda de su empleo. Otro acelerante empleado frecuentemente es el carbonato sódico; su dosificación debe ser estrictamente controlada debido a que en pequeñas dosis puede actuar como retardador. En cualquier caso produce un aumento considerable de la retracción. El empleo de sosa o de potasa es peligroso debido a que disminuye las resistencias mecánicas y aumenta la retracción. Actualmente se están utilizando mucho los acelerantes a base de aluminato sódico por su gran eficacia y carencia de efectos secundarios; sin embargo, cuando el hormigón vaya a estar en contacto con terrenos ricos en sulfatos hay que tener en cuenta que la cantidad de aluminato será, en este caso, la suma de la del cemento y la del aditivo, pudiendo darse el caso de que el hormigón sea sensible al ataque aunque se haya empleado un cemento SR. Los acelerantes pueden ir asociados con otros aditivos formando combinaciones binarias con hidrófugos, plastificantes, aireantes, etc. Dada la influencia que la temperatura tiene en las reacciones químicas se comprende la importancia que esta tiene en la eficacia de dichos aditivos. Los acelerantes encuentran su principal aplicación en el hormigonado en tiempo frío en prefabricación al permitir los desencofrados rápidos, cuando se requiere reducir el tiempo de curado, para disminuir las presiones sobre los encofrados, obturación de escapes de agua a través de fisuras, trabajos en túneles y galerías con paredes húmedas, en trabajos marítimos entre dos mareas, en hormigones y morteros proyectados, etc Impermeabilizantes. En determinadas construcciones como pueden ser tuberías, depósitos, canales, etc., además de precisar hormigones de buenas resistencias mecánicas, es necesario que estos sean impermeables a fin de impedir que el agua pase a través de ellos. Por otra parte, en obras o estructuras que han de estar en contacto con agua o con terrenos húmedos es conveniente que el hormigón se oponga a que el agua ascienda por él valiéndose de sus conductos capilares. En la figura pueden verse las nfiltraciones de humedad a través de los cerramientos y suelo de un edificio. 92

93 1.- Juntas entre muros y piso 2.- Filtraciones por paredes de mampostería 3.- Hierros y Cañerías 4.-Fisuras de muros de hormigón 5.- Juntas de hormigonado 6.- Fisuras en fondos y losas de piso Figura Infiltraciones de humedad a través de los cerramientos y suelo de un edificio. La permeabilidad de los hormigones depende de varios factores relacionados entre sí y que pueden resumirse en los siguientes: 1.- Compacidad, que, es función de la forma y granulometría de los áridos, de la dosificación de cemento, de los medios de puesta en obra empleados y del curado. 2.- Estructura de la pasta de cemento hidratada en la cual se encuentran microcristales de silicatos y aluminato cálcicos que presentan una red de conductos capilares formados al evaporarse parte del agua durante el proceso de hidratación. El volumen capilar formado suele ser del 28 % del volumen total de la pasta hidratada aunque depende de la relación (Agua/Cemento) y de las condiciones de curado. Este volumen es tanto menor, cuanto más baja es la relación (Agua/Cemento), dentro de un límite, y cuanto más eficaz haya sido el curado del hormigón, a ser posible realizado en ambiente saturado de vapor de agua. Si el hormigón se ha fisurado, por cualquier razón de origen químico, térmico, hidráulico o mecánico, la estanqueidad del mismo quedará afectada. Las juntas del hormigonado originadas por discontinuidades en la colocación del hormigón tienen una gran importancia desde el punto de vista de la permeabilidad. De todo lo anterior se concluye que si el hormigón está bien estudiado, puesto en obra, compactado y curado, se podrá asegurar que es impermeable. No obstante, se pueden emplear diferentes aditivos que mejoren la impermeabilidad del hormigón, bien entendido que si los poros y conductos son de diámetros grandes, será imposible con estos productos conseguir un hormigón impermeable. Se pueden considerar dos tipos de aditivos para este fin: y -los reductores de penetración de agua - los hidrófugos. Los primeros, aumentan la resistencia al paso del agua a presión sobre un hormigón endurecido y los segundos, disminuyen la absorción capilar o el paso de agua a través de un hormigón saturado. Ambos suelen solapar sus efectos. 93

94 Los agentes aireantes tienen un papel notable sobre la impermeabilidad al interrumpir con burbujas de aire la red capilar de los hormigones. Los plastificantes (polvo de sílice, cenizas volantes, tierra de infusorios, bentonita, filler calizo, jabones, aceites minerales pesados) también son beneficiosos porque disminuyen el diámetro de la red capilar. Sin embargo, aquí se hace referencia a productos que se emplean con la función principal de impermeabilizar, al colmatar los capilares de la pasta de cemento hidratada. El primer material empleado para este fin fue el polvo de sílice; este polvo reacciona, aunque muy lentamente a la temperatura ambiente, con la cal liberada en la hidratación del cemento para formar silicato cálcico insoluble. La actividad puzolánica de este material es muy escasa y los resultados de la impermeabilización muy variables. Este material está indicado en el caso de hormigones pobres en cemento o con pocos finos, de lo contrario carece de interés, teniendo además el inconveniente de requerir mayor cantidad de agua en el amasado. El empleo de cenizas volantes adecuadas, mejora los resultados poseyendo además las ventajas de fijar la cal liberada (Figura 5.7.1) y de aumentar la resistencia del hormigón a edades superiores a los 28 días. (a) (b) Figura (a).- Modelo de pasta de cemento portland bien hidratada. (b).- Modelo de pasta de cemento con puzolana. Comparándola con la pasta de cemento para se muestra que, como resultado de la reacción del puzolánica, los huecos capilares o se eliminan o reducen de tamaño La tierra de infusorios, la bentonita, filler calizo y otras materias finas se emplean también como impermeabilizantes. Otros impermeabilizantes son de naturaleza orgánica o inorgánica que actúan reaccionando con la cal del cemento dando lugar a la formación de sales cálcicas insolubles, con radicales fuertemente hidrófugos que taponan los capilares existentes en la pasta y proporcionan un efecto tensoactivo impermeabilizante que evita la absorción de agua por los capilares. Los jabones son sales inorgánicas de ácidos grasos, como estearatos y oleatos de calcio y amonio, actúan produciendo simultáneamente la impermeabilización y la reducción de la capilaridad, estando indicados en hormigones sometidos a moderadas presiones de agua. Los aceites minerales pesados se emplean con este mismo fin, incluso en hormigones sometidos a fuertes presiones de agua. 94

95 Los aditivos impermeabilizantes y los hidrófugos, pueden modificar el tiempo de fraguado del hormigón, disminuir las resistencias mecánicas si llevan incorporado un agente aireante, y aumentar la retracción, siendo, por consiguiente aconsejable a falta de datos precisos sobre estos puntos realizar ensayos previos con ellos. Como se ha indicado estos productos son eficaces en hormigones compactos. Nunca debe pretenderse que el impermeabilizante tapone los huecos de un hormigón malo. En este caso, lo mejor seria taparlos con cemento y con finos en un hormigón bien estudiado, es decir, y en definitiva, haciendo un buen hormigón Generadores de gas. Son productos que en vez de introducir aire en los morteros u hormigones incluyen un gas, formado al reaccionar dichos productos entre sí o con el cemento. Generalmente, estos productos se utilizan con morteros de cemento más que con hormigones. Suelen ser: agua oxigenada o hipoclorito cálcico que generan oxígeno, carburo cálcico que al reaccionar con el agua da lugar a acetileno y, polvo de aluminio que genera hidrógeno al reaccionar con los álcalis del cemento. El generador de gas más utilizado, por las ventajas que presenta sobre los demás, es el polvo de aluminio. Este, debe ser lo más puro posible y estar exento de óxido, grasa u otras sustancias superficiales que impidan su fácil reacción con los álcalis del cemento. La cantidad de polvo de aluminio a emplear no debe ser superior al 0.5 % sobre peso del cemento, debido a que cantidades superiores no dan lugar a descensos importantes en el peso específico de los morteros. Si el agua que se emplea en el amasado es ligeramente alcalina se obtienen los mejores resultados en la expansión. Sin embargo, un exceso en álcalis puede dar lugar eflorescencias. La consistencia de la mezcla tiene un papel importante en la expansión conseguida, pues si la mezcla es seca o excesivamente húmeda la expansión experimentada por ella será reducida debido a la gran cantidad de gas que escapa a la atmósfera y no queda retenida en la masa, de aquí que las consistencias cremosas sean las más adecuadas para este fin. El aumento de volumen obtenido y la velocidad con que éste tiene lugar depende fundamentalmente de los siguientes factores: temperatura, actividad del aluminio, reactividad del cemento y contenido de álcalis del mismo, alcalinidad del agua de amasado, finura y naturaleza de las arenas empleadas. Los generadores de gas se emplean preferentemente en la fabricación de morteros celulares de una gran ligereza Generadores de espuma. A los generadores de espuma se los conoce también como espumantes. Estos productos están formados por un agente espumante y un estabilizador de la espuma producida que suele ser el componente cuya composición varía de unas casas fabricantes a otras. La obtención de la espuma se realiza en unos aparatos adecuados en los que se introduce el espumante disuelto en agua y se somete a la acción de aire comprimido. Normalmente las casas suministradoras de espumantes dan tablas en las que, conociendo la dosificación de producto, las cantidades de cemento, agua y arena empleadas, puede determinarse la densidad del mortero obtenido. En toda espuma empleada para obtener morteros o pastas ligeras se tienen que considerar dos características esenciales: una es, la relación entre el volumen de la espuma producido y el volumen del agente espumante y la otra, es la capacidad de mantener el volumen de espuma producido, es decir, la estabilidad. 95

96 Los generadores de espuma, al igual que los de gas, encuentran amplia aplicación en la fabricación de morteros ligeros empleados fundamentalmente como aislantes térmicos. Al ser grande el volumen ocupado por el gas en estos morteros su resistencia tiene que ser baja. No obstante, se mejora mediante un tratamiento en autoclave que permite, además, obtener productos con menor inestabilidad dimensional Colorantes. Son pigmentos que añadidos a la masa del hormigón en el momento de la mezcla, tienen por finalidad dar al mismo una coloración distinta a la gris verdosa que normalmente presenta. Los pigmentos deben ser estables, no alterables a la intemperie, ser compatibles con el cemento y no descomponerse en presencia de la cal liberada en la hidratación y endurecimiento de éste. Su poder colorante ha de ser intenso a fin de que puedan emplearse en pequeñas dosis, pues al ser materiales inertes exigen aumentar el agua de amasado con la consiguiente disminución de las resistencias. No se admiten colorantes de los que haya que añadir más del 10 %sobre el peso del cemento que se trata de colorear. Lo normal es emplearlos en dosificaciones del 3 al 8 %. Los pigmentos empleados como colorantes del hormigón son de naturaleza inorgánica debido a la gran estabilidad de color que presentan. Pueden ser naturales procedentes de tierras colorantes que se generan en la desintegración de ciertas rocas ricas en óxidos metálicos o bien, ser colorantes minerales artificiales. Cuando se quieren conseguir colores puros los pigmentos se emplean con cemento blanco. Con los colorantes pueden lograrse efectos artísticos y técnicos muy notables. Se emplean en elementos prefabricados y en hormigones en masa coloreados y de diferentes tonalidades, en el escurecimiento de carreteras para hacerlas antideslumbrantes, etc. El efecto de los pigmentos es diferente en el hormigón fresco que en el endurecido; generalmente, en este último los tonos se aclaran algo por lo que es conveniente realizar pruebas previas cuando se quieren conseguir tonalidades e intensidades de color determinadas. 6.- Adiciones minerales. Microsilice. Mediante el empleo de buenos cementos, áridos seleccionados, una baja relación (agua/cemento) y un superfluidificante adecuado, es posible la obtención de hormigones de aceptable trabajabilidad y resistencia situada en el entorno de los 80 MPa. La obtención de hormigones de mayor resistencia o de resistencia similar y alta trabajabilidad exige la necesidad de incorporar a la masa de hormigón fresco nuevos constituyentes conocidos con el nombre de adiciones minerales. La adición mineral habitualmente más utilizada en la fabricación de hormigones, fundamentalmente de alta resistencia (H.A.R.), es el humo de sílice. Existen otras adiciones alternativas que, en ocasiones, son incorporadas al hormigón, tales como las cenizas volantes, las escorias de alto horno y las puzolanas. Aun cuando la incorporación de dichas adiciones al hormigón implica una mejora evidente de alguna de sus características, parece demostrado que su capacidad potencial de incremento de resistencia es inferior a la de la microsílice, por lo que nos limitaremos exclusivamente a tratar los diversos aspectos relacionados con el uso de esta adición. El humo de sílice condensado, que también se conoce por otros nombres como sílice volatilizada, microsílice o simplemente humo de sílice, es un subproducto que se genera durante la obtención de silicio y ferrosilicio en hornos electricos de arco. La reducción del cuarzo para obtener el silicio se realiza a alta temperatura, aproximadamente C, debido a lo cual se produce SiO gas (Paso Intermedio en la reducción del SiO 2 ). 96

97 Una parte del SiO es transportado a zonas de baja temperatura donde se oxida al estar en contacto con el aire y condensa en forma de partículas esféricas de sílice no cristalina (Figura 6.1). Este material, que es extremadamente fino, se elimina de la corriente gaseosa que lo arrastra mediante filtros de saco. Figura Generación del humo de sílice. El humo de sílice es un material que consiste esencialmente de sílice no cristalina con una elevada área superficial ( cm 2 /g), que es enorme en comparación con los 3000 cm 2 /g del cemento portland. El tamaño medio de partícula es de 0.1 micras En la figura 6.2 pueden verse unas micrografías del humo de sílice y en la figura 6.3 su distribución granulométrica típica donde se compara con las del cemento portland y de las cenizas volantes. Se observa que está compuesto de esferas diminutas y que es alrededor de 100 veces más fino que el cemento. Esta es la razón de sus altas propiedades puzolánicas, sin embargo por otra parte crea problemas almacenamiento y manipulación. La solución de venderlo en forma de barro no resultó económica, por lo que a principios de los ochenta se patentó un proceso de aglomeración que transforma el humo de sílice condensado en un polvo grueso, poco más pequeño que el cemento, sin cambiar las propiedades beneficiosas del humo de sílice condensado. Su composición química depende del tipo de aleación de silicio que ha sido procesada en el horno eléctrico de arco. Los subproductos de la industria del silicio metal o del ferrosilicio (Si > 75 %) contienen del 85 al 95 % de sílice no cristalina, mientras que los de la industría del ferrosilicio con un 50 % de Si contienen una cantidad mucho más bajo de sílice no cristalina y, por tanto, son menos puzolánicos. Sin embargo, para cada tipo de producción, esta composición química es muy constante debido al hecho de que los materiales usados para la fabricación del silicio o sus aleaciones son muy puros. La diferencia más importante se encuentra en el contenido en óxido de hierro, más alto para las aleaciones de ferrosilicio que para el silicio. Los contenidos en A1 2 O 3, CaO, MgO y álcalis son muy bajos. 97

98 Figura Micrografía del humo de sílice realizada por microscopia electrónica de barrido. Figura Distribución granulométrica del humo de silice comparada con la del cemento y las cenizas volantes 98

99 En la tabla 6.1 se presenta una composición típica de un humo de sílice condensado obtenido en la fabricación de silicio. Tabla Composición típica de un humo de sílice El humo de sílice, debido a su finura, puede rellenar los espacios intergranulares del cemento, reduciendo así el tamaño de los poros (Figura 6.4). Existe sin embargo una seria dificultad para obtener este efecto granular. Las partículas de sílice son floculadas por los iones calcio liberados por el cemento, a causa de su gran energía de superficie y de su elevado área superficial, esto hace que aumente de forma apreciable la demanda de agua en el hormigón, a menos que se use un aditivo reductor de agua (Fluidificante, superplastificante, etc), lo que impide la aglomeración de las partículas. El efecto granular del humo de sílice ha sido puesto en evidencia por investigadores que han comparado el efecto del humo de sílice y el de las partículas esféricas de negro de humo, químicamente inertes, de superficie específica y de granulometría casi idénticas. Las resistencias mecánicas del hormigón de referencia, del hormigón conteniendo 10% de humo de sílice o 10% de negro de humo no son significativamente diferentes a 7 días. A 28 días, sólo la resistencia del hormigón con adición de humo de sílice es diferente de las otras dos. Aquélla es netamente superior. Se ha mostrado que la función física de los finos adicionados compensa la reducción del contenido en cemento. La explicación es la siguiente: más que una función de etapa-agujeros, estas partículas son lugares privilegiados de nucleación para los productos de hidratación del cemento. En lugar de grandes granos bien orientados, se forman numerosos cristales pequeños orientados al azar. Este seria el mecanismo físico del afino de los granos de hidratos (formados en los lugares de nucleación privilegiados), que compensaría la reducción del contenido en cemento y permitiría obtener resistencias mecánicas equiparables. 99

100 Figura Mecanismo de reducción de la exudación en una pasta de cemento debido a la adición del humo de sílice. La función química del humo de sílice, como la de otras puzolanas, consiste en su capacidad para formar hidratos, aumentando así la densidad de la red de hidratos formados por el cemento, lo que modifica la distribución de poros reduciendo la porosidad capilar en beneficio de una porosidad intrahidratos. El humo de sílice puede ser mezclado con el clinker de cemento portland en la cementera, o puede añadirse al hormigón. En ambos casos la adición de humo de sílice origina un gran aumento de las resistencias a compresión, incremento que ya es patente a los 28 días de curado, a diferencia de las cenizas volantes cuya puzolanicidad sólo se constata a partir de 90 días. Por otra parte, la puesta en obra del hormigón que contiene humo de sílice es muy fácil, la trabajabilidad y la cohesión del hormigón se ven muy mejoradas. En definitiva, se incrementan la resistencia a compresión, la estabilidad y la trabajabilidad, reduciendo la tendencia hacia la exudación y la segregación. Estas mejoras en la resistencia y la durabilidad del hormigón se deben principalmente al afino del tamaño de poro que origina la adición del humo de sílice. En la figura 6.5 puede verse como aumenta la resistencia a compresión del hormigón con la adición del humo de sílice, tanto en mezclas baja y alta dosificación de cemento. En general, para una consistencia dada del hormigón, las adiciones minerales reducen el agua requerida en la mezcla. Sin embargo, el humo de sílice y las cenizas de cáscara de arroz requieren un aumento del agua necesaria, y este aumento es proporcional al porcentaje en peso de sustitución del cemento. 100

101 Figura Resistencia a compresión del hormigón sin y con adición de humo de sílice. 101

102 Las características químicas exigidas a la microsílice para su uso como adición a las pastas, morteros y hormigones por la norma española (UNE 83460), expresadas en tanto por ciento en masa y referidas a muestra seca, son las siguientes: 1.- Contenido de óxido de silicio (SiO 2 ), determinado según el método de ensayo definido en la norma EN : 85% 2.- Pérdida por calcinación, determinada según el método de ensayo definido en la norma EN : 5% 3.- Contenido de cloruros, determinado según el método de ensayo definido en la norma EN : 0,1% Una característica indicativa de la calidad de esta adición mineral es su índice de actividad. Para la norma citada, se define como índice de actividad de la microsílice al cociente, expresado en tanto por ciento, entre la resistencia a compresión obtenida sobre probetas normalizadas de mortero, preparadas con 90 % de cemento y 10 % de microsílice (en masa) y la resistencia a compresión de probetas normalizadas de mortero preparadas sólamente con el cemento de referencia. La preparación de las probetas de mortero y la determinación de su resistencia a compresión debe realizarse de acuerdo con el método de ensayo de la norma EN La tabla 6.2 contiene una clasificación, establecida por MEHTA, de las adiciones minerales más habituales, así como aspectos generales relativos a su composición química, mineralógica y de características de sus partículas. En los hormigones en general y en los de alta resistencia en particular, el empleo de dosificaciones de cemento superiores a 500 kg/m 3 suele conducir a la obtención de mezclas viscosas de poca trabajabilidad. En volúmenes importantes de hormigón hay que añadir el inconveniente adicional que supone la generación de un elevado calor de hidratación que puede inducir un proceso de fisuración térmica importante. Por lo anterior, es práctica habitual en los H.A.R. la sustitución de parte del cemento necesario por una adición mineral que, además de minimizar los problemas reseñados, mejora las características de resistencia y de durabilidad de dichos hormigones. La función de la microsílice en el hormigón es doble, dado que actúa simultáneamente como puzolana y como filler. El humo de slice tiene las cualidades propias de una puzolana, con una velocidad de reacción superior al de las puzolanas naturales y a la de las cenizas volantes; al combinarse con la cal libre del cemento permite una distribución más uniforme de los productos hidratados. Al dispersarse las finas partículas de microsílice entre los granos de cemento, y dada su composición mineralógica (vidrios silicatados o sflice no cristalina), son capaces de formar productos hidratados cementicios en presencia de calcio e iones hidróxilos que contribuyen a la obtención de una resistencia final más elevada. Como filler, las finas partículas de una adición mineral incorporadas en el seno de un hormigón fresco mejoran alguna de sus propiedades reológicas, tales como la cohesividad y la trabajabilidad. Dicha adición mineral es capaz de reducir la exudación y la tendencia a la segregación, dado que sus partículas interrumpen el flujo de agua en los canalículos que normalmente existen entre las partículas de cemento y los áridos. Conviene destacar que los fenómenos de segregación y exudación son los mayores causantes de heterogeneidades en la microestructura de la pasta de cemento hidratada y en especial en la "zona de transición". Además, la presencia de partículas finas en dispersión con una baja reactividad sólida (que no se descomponen rápidamente en presencia de agua como sucede con las partículas de cemento), suministra numerosos núcleos de precipitación a los productos de hidratación del cemento. El uso de cantidades importantes de microsfice (10% o más del peso de cemento) permite "lubricar" la microestructura de la pasta reduciendo tanto su porosidad, como el tamaño de poro. El tamaño y la forma esférica de las partículas de microsílice permite rellenar los huecos existentes entre los alargados y angulosos granos de cemento. Según Mehta, las partículas de humo de sílice actúan como un "germen de cristalización" impidiendo a la cal cristalizar en láminas exagonales de grandes dimensiones, como sucede en los hormigones fabricados sin el aporte de dicha adición mineral 102

103 Tabla Clasificacion, composicion y caracteristicas de las adiciones minerales del hormigon.. 103

104 La figura 6.6 muestra la representación esquemática de una estructura de pasta de hormigón fresco, considerando tres supuestos diferentes. Figura Estructura de distintas pastas de hormigón fresco. La adición de estos productos al hormigón en proporción suficiente permite la obtención de pastas de muy baja relación (agua/cemento), como consecuencia, la matriz cementicia presenta una mayor densidad con los beneficios inherentes a esta circunstancia. No obstante, debido al alto nivel de solicitación habitual en los hormigones de alta resistencia, la mejora apuntada puede no ser suficiente para garantizar la adecuada adherencia áridos-pasta. Precisamente es en la potenciación de esa capacidad adherente donde el uso de la microsílice resulta fundamental. La adición de este producto implica un cambio drástico en la microestructura de la pasta y de la interfase árido-pasta lo que, en definitiva, conlleva a la obtención de zonas de transición cuya capacidad resistente y de adherencia resulta extraordinariamente incrementada. Otros efectos constatados que se derivan del uso de la microsílice se refieren a su capacidad de reducir la segregación interna del hormigón, como consecuencia del aumento de la cohesión que se produce entre los distintos constituyentes. Igualmente, es de destacar que, debido al incremento de adherencia antes señalado, los áridos en los H.A.R. se transforman en componentes activos frente a solicitaciones de carga, lo que contribuye a posibilitar la obtención de tensiones de rotura en estos hormigones superiores a los que corresponden a su propia matriz de cemento para valores iguales de la relación (agua/cemento) (como se puede apreciar en la figura 6.7 debida a BENTUR. 104

105 Figura Efecto de la microsílice en la resistencia a 28 días de edad en hormigones de la misma relación (agua/cemento) o (agua/cemento) + microslice. En concordancia con la línea general expuesta para otros materiales constituyentes del hormigón, definir el porcentaje más adecuado de microsílice a añadir a un hormigón, para optimizar sus características, pasa inexcusablemente por la realización de ensayos específicos en cada caso. Por otra parte, la microsílice es, en muchos países, un producto de importación que incorpora un sobrecosto de transporte importante, razón por la cual su dosificación debe ser optimizada. 7.- Dosificación de hormigones Introducción. Los métodos de dosificación de hormigones tienen por finalidad encontrar las proporciones en que hay, que mezclar a los diferentes componentes de los mismos para conseguir hormigones que posean determinadas características de consistencia, compacidad, resistencia mecánica, durabilidad, etc, que son particulares de cada obra o parte de obra y pueden resumirse en la forma que se indica en la tabla No existe un método único de dosificación sino que, dependiendo de las condiciones que deba reunir el hormigón, hay que elegir uno entre varios de los muchos existentes y los resultados que se consigan con él serán buenos cuárido éste se haya elegido convenientemente y se hayan realizado los correcciones oportunas mediante masas de prueba. Los métodos de dosificación pueden dividirse en dos grupos fundamentales: 1.- El formado por los que tienen como dato principal de partida la dosificación de cemento, teniendo además en cuenta otras características como pueden ser la consistencia, tamaño máximo del árido a emplear, tipos de áridos, aire ocluido en determinadas proporciones, etc. 2.- El formado por los hormigones definidos por sus resistencias mecánicas, especialmente la de compresión y a la que deben acompañar otros datos como los indicados en los hormigones definidos por su dosificación de cemento. 105

106 Tabla Condiciones generales para la dosificación de hormigones. Aunque un hormigón se haya dosificado teniendo en cuenta una dosis dada de cemento, se puede conocer la resistencia a compresión probable que puede proporcionar ya que ésta está relacionada con la cantidad de cemento empleada, tipo y categoría de éste, relación (Agua/Cemento), tipo y tamaño máximo del árido utilizado, etc. Se van a considerar tres métodos de dosificación en los cuales se conoce la cantidad de cemento a emplear, estos son el método de Fuller, el de Bolomey y el de Faury; la aplicación de uno u otro depende del caso concreto planteado, siendo, por otra parte, cada uno de ellos una perfección del anterior. Los tres métodos elegidos emplean granulometrías continuas. Los métodos de dosificación que tienen como finalidad encontrar las proporciones en que hay que mezclar a los componentes para conseguir un hormigón con una resistencia a compresión determinada son muy empleados debido a que, en muchos hormigones y especialmente en los estructurales, la resistencia a compresión es la característica fundamental que se trata de conseguir. Aunque hay varios métodos de dosificación por resistencias se verán solamente el de La Peña y el del American Concrete Institute (ACI) por ser los más empleados. La Instrucción española del hormigón, indica que el contenido de cemento debe ser superior a 150 kg/m 3 para los hormigones en masa, a 200 kg/m 3 para los hormigones ligeramente armados y a 250 kg/m 3 para los hormigones armados. La cantidad máxima de cemento será de 400 kg/m 3, salvo casos especiales. Esta última limitación tiene por finalidad evitar altos valores del calor de hidratación y de la retracción en las primeras edades, de aquí que la elección de la dosificación máxima de cemento sea función de la temperatura ambiente, categoría y finura del cemento, condiciones de curado, etc. En el estudio de la dosificación de los componentes del hormigón, bien se haga en función del contenido de cemento o de la resistencia característica deseada, hay que tener en cuenta una serie de condicionantes de partida que van a permitir delimitar algunos de los factores que intervienen en el problema amplísimo de la dosificación, como pueden ser: la elección de los materiales más idóneos, su cuantía, composición, etc. El esquema de la figura puede ser indicativo de los pasos a seguir en la dosificación de un hormigón. 106

107 Cualquiera que sea el sistema y método de dosificación del hormigón elegido, es fundamental tener presente el papel que tanto sobre las resistencias mecánicas como sobre la consistencia, estabilidad de volumen y durabilidad, ejerce la cantidad de agua empleada en el amasado del mismo. La figura muestra con claridad como un exceso de agua sobre la prevista en proyecto influye en la consistencia del hormigón y especialmente sobre la resistencia a compresión de éste. Figura Esquema indicativo de los pasos a seguir en la dosificación de un hormigón. 107

108 Figura Influencia de la cantidad de agua de amasado sobre la consistencia del hormigón fresco y sobre la resistencia a compresión del mismo hormigón endurecido Métodos de dosificación basados en el contenido de cemento Método de Fuller. El método de dosificación de Fuller es uno de los más clásicos y fáciles de aplicar de los que se basan en una dosificación fija de cemento. Su aplicación está muy indicada en obras de hormigón en las que el tamaño máximo del árido está comprendido entre 50 ± 20 mm, los áridos son rodados, la cantidad de cemento no es inferiot a 300 kg/cm 3 y no existen secciones fuertemente armadas. Desde el punto de vista de aplicación del método se considera como tamaño máximo del árido al que corresponde al tamiz más pequeño de la serie utilizada que retenga menos del 15 % del peso total del árido. Dado que la composición del árido conjunto no se conoce hasta haber realizado la composición de todas las fracciones del árido y a fin de evitar tanteos se considera como tamaño máximo la abertura del menor tamiz que retiene menos del 25 % al cribar por el la grava, es decir, el árido de mayor tamaño, no entrárido en esta determinación los gránulos de grandes dimensiones. 108

109 La cantidad de cemento a introducir en el diseño de la mezcla será la real que se vaya a emplear en la fabricación del hormigón y la de agua se elige de acuerdo con el tipo de árido utilizado, su tamaño máximo y la consistencia que deba tener el hormigón. Si los hormigones han de colocarse mediante bombeo o en secciones estrechas es conveniente emplear consistencia blanda. Si se van a consolidar por vibración la consistencia mas adecuada es la plástica y si estos van a consolidarse con vibración enérgica e incluso compresión, puede emplearse consistencia seca. En la tabla se dan asientos en cono de Abrams y los escurrimientos en mesa de sacudidas correspondientes a diferentes consistencias. Tabla Asientos en cono de Abrams y los escurrimientos en mesa de sacudidas correspondientes a diferentes consistencias. La cantidad de agua requerida para áridos con granulometría media en función del tipo de árido y su tamaño máximo, en mezclas con una relación (Agua/Cemento) de 0.57 en peso, y con un asiento de 76 mm en el cono de Abrams esta recogida en la tabla Tabla Cantidad de agua requerida para áridos con granulometría media en función del tipo de árido y su tamaño máximo, en mezclas con una relación (Agua/Cemento) de 0.57 en peso y con un asiento de 76 mm. Si varían las condiciones anteriores, se modifican los valores de la tabla anterior haciendo las correcciones indicadas en la tabla

110 Tabla Modificaciones de los valores de la cantidad de agua requerida dados en la tabla En el cuadro anterior, el signo más indica aumento y el menos disminución, con referencia a las condiciones establecidas en la primera columna. En el método de Fuller la curva que se toma como referencia viene definida por la ecuación: en la que: y= 100 d D y = Tanto por ciento en volumen elemental que pasa por cada tamiz de abertura d. d = Abertura de cada uno de los tamices de la serie empleada, en mm. D = Tamaño máximo del árido, en mm. Los valores de y en función de la relación (d/d), deducidos de la ecuación anterior son los indicados en la tabla Tabla Valores y en función de la relación (d/d), deducidos de la ecuación de Fuller. 110

111 Para realizar el ajuste granulométrico de la mezcla de los diferentes áridos a la curva de Fuller puede emplearse un sistema de tanteos o uno basado en los módulos granulométricos o de finura. En el sistema de tanteos en el primer tanteo se toma el tanto por ciento x de la arena que viene dado por el segmento comprendido entre el punto B de intersección de la curva de Fuller con la vertical que pasa por el mayor tamiz que no deja pasar nada del árido grueso y el punto A correspondiente al 100 por 100 de retenido por este tamiz (Figura ). Figura Ajuste granulométrico a la curva de Fuller Con estos tantos por ciento se calculan los de la arena correspondientes a cada tamiz y se le suma el correspondiente al árido grueso para ese mismo tamiz, obteniéndose la curva granulométrica correspondiente, la cual se representa, como tanteo 1º, en el grafico donde esta la curva granulométrica de la arena y del árido grueso y la parábola de Fuller. De la situación de la curva del primer tanteo con respecto a la parábola de Fuller, se deduce si hay una falta de arena o de árido grueso y una descompensación de áreas con predominio de la situada por debajo o por encima de la curva de referencia. En el caso de que exista una descompensación de áreas con predominio de la situada por debajo de la curva de referencia, se hace un nuevo tanteo tomárido un tanto por ciento de arena mayor y se repite el proceso hasta que existe una buena compensación de áreas entre las curvas granulométricas del árido compuesto y la de Fuller, adoptándose, por tanto, estos nuevos tantos por ciento. El sistema de los módulos granulométricos es más exacto que el anterior. Si se considera que el árido esta fraccionado en n tamaños y se designan por m l, m 2,..., m n los módulos granulométricos de cada fracción y por m t2, m t3,., m tn los módulos granulométricos de las curvas de Fuller cuyos tamaños máximos coinciden con los de las fracciones 2,3,... n. Llamárido t 1, t 2,... t n a los tantos por ciento que hay que tomar para que la granulometría de la mezcla se ajuste a la curva de referencia, se tendrá el siguiente sistema de n ecuaciones con n incógnitas: 111

112 t1+ t t n = 100 m m t 2 t3 m1t 1+ m2t2 = t1+ t2 m t + m t + m t = t + t + t m1t 1+ m2t2+ m3t3+... m t mtn = t + t + t t En el caso de emplear dos fracciones de áridos la resolución del sistema anterior nos da: n n n y si las fracciones son tres: m2 m 2 t1 = ( t1+ t2) t m m m2 m 2 t t 1= 100 m m t 2 1 = 100 t ( ) t = t + t t siendo: t 1 2 ( ) t = 100 t + t m3 mt 3 + t = 100 m m 3 t 2 Para obtener la dosificación por metro cúbico, una vez hallada la proporción en que hay que mezclar a las distintas fracciones de los áridos, hay que tener en cuenta que el volumen de la pasta del cemento es menor que la suma de los volúmenes del cemento y del agua que la forman, por lo que para obtener un metro cúbico de hormigón endurecido hay que emplear 1025 dm 3 de componentes. De este volumen hay que deducir el volumen relativo del cemento, más el de agua necesaria para obtener con los áridos disponibles la consistencia requerida. El volumen resultante se divide proporcionalmente a los tantos por ciento obtenidos de la mezcla de áridos Método de Bolomey. Este método puede considerarse como un perfeccionamiento del de Fuller, siendo muy útil para el diseño de hormigones en masa de los que se conoce la cantidad de cemento a emplear, el tipo, granulometría y tamaño máximo del árido a utilizar y el sistema de compactaci6n que se va a usar. A efectos de aplicación de este método se considera, al igual que en el método de Fuller, como tamaño máximo del árido al correspondiente al tamiz mas pequeño de la serie empleada que retenga menos del 15 % del peso total del árido. Las curvas granulométricas de referencia empleadas obedecen a la ecuación: y = a + (100 a) d D Los valores de y para cada valor de a, en función de la relación (d/d) se recogen en la tabla

113 Tabla Los valores de y, de la ecuación de Bolomey, para cada valor de a, en función de la relación (d/d) Al igual que en el método de Fuller, para realizar el ajuste granulométrico de la mezcla de los áridos a la curva tomada como referencia, puede emplearse un sistema de tanteos o uno teórico que se basa en los módulos granulométricos El método de tanteos se ha visto al estudiar el método de Fuller. El método de los módulos granulométricos es más exacto que el de tanteos. En é1 se considera que el tanto por ciento de cemento que entra en la composición del hormigón viene dado por: t 3 Peso de cemento por m Densidad real del cemento = Volumen total de componentes en m Volumen de agua por m Se supone que el árido esta fraccionado en n + 1 tamaños y se designan por m 0, m l, m 2,..., m n los módulos granulométricos de cada fracción y por m t1, m t2, m t3,., m tn a los módulos granulométricos de las curvas de Bolomey cuyos tamaños máximos coinciden con los de las fracciones 1, 2,3,... n. Llamárido t 0, t 1, t 2,... t n a los tantos por ciento que hay que tomar para que la granulometría de la mezcla se ajuste a la curva de referencia, se tendrá el siguiente sistema de n ecuaciones con n incógnitas: t + t 1 + t t n = m t1 = m t t + m t + t m m t 2 tn m0t0 + m1t 1+ m2t2 = t0+ t1+ t2 m0t0 + m1t 1+ m2t2+ m3t3+... m t = t + t + t + t t del cual se puede determinar los tantos por ciento de cada fracción del árido. n n n 113

114 Los módulos granulométricos m t1, m t2, m t3,., m tn, no son los correspondientes a las curvas de Bolomey para cada tamaño máximo de la fracción de árido considerado, sino los modificados, de forma que si llamamos C n a la curva de Bolomey para el tamaño máximo del árido n, la curva C n - 1 para el árido de tamaño n - 1 se deducirá tomando los (100/m) de las ordenadas sobre los mismos tamaños de la curva C n, siendo m, la ordenada correspondiente al tamaño n - 1, así sucesivamente se procederá para las ordenadas de las curvas C n - 2, correspondientes al tamaño máximo del árido n-2. En el caso en que el árido tenga dos fracciones y teniendo en cuenta, como anteriormente se ha indicado, que el módulo granulométrico del cemento m o = 0, se deducirán las ecuaciones: t 1 100( m m ) t m = m m 2 t t = 100 ( t t ) En el caso de tres áridos, los tantos por ciento de los mismos vendrán dados por: t 1 ( t + t + t )( m m ) t m = m m t t = ( t + t + t ) ( t + t ) siendo: t = 100 ( t + t + t ) m mt ( t0+ t1+ t2) = 100 m m t 2 La dosificación por metro cúbico de hormigón se determinara sabiendo que, al igual que ocurre en los otros métodos, al ser el volumen de la pasta de cemento menor que la suma de los volúmenes de cemento mas agua, es preciso mezclar 1025 dm 3 de componentes. El agua precisa para obtener el hormigón de la consistencia deseada se determina restárido a los 1025 dm 3 la suma de los volúmenes relativos de cemento y de las distintas fracciones de los áridos. La cantidad de agua se halla por medio de las tablas y

115 Método de Faury. Se fundamenta esencialmente en principios granulométricos para determinar las cantidades de los materiales que permiten otorgar a un determinado hormigón las características previstas. Se basa en las experiencias realizadas por su propio autor, las que constituyen una continuación de las que ya anteriormente habían ejecutado sobre principios similares otros investigadores tales como Fuller y Bolomey y principalmente Caquot, quien le proporciona el fundamento teórico de los conceptos de mayor importancia contenidos en el método. Este método de dosificación introduce una serie de. mejoras muy importantes sobre los anteriores, con lo cual puede considerarse como un método bastante perfecto en la aplicación a todo tipo de hormigones, bien en masa o armados y especialmente, en la construcción de piezas prefabricadas en las que predomina la superficie del molde sobre su volumen, es decir, en aquellas piezas en las que el efecto pared tiene un valor preponderante. Este método es, por tanto, muy adecuado para dosificar hormigones destinados a prefabricados de viguetas, vigas, dovelas, grandes paneles empleados en construcción industrializada, etc. Se define una Curva Granulométrica Ideal sobre la base de las características del hormigón deseado y los materiales disponibles. Este método es, por tanto, muy adecuado para dosificar hormigones destinados a prefabricados de viguetas, vigas, dovelas, grandes paneles empleados en construcción industrializada, etc. En la figura puede verse el diagrama de flujo del método de dosificación de Faury para hormigones convencionales 115

116 Figura Diagrama de flujo del método de dosificación de Faury para hormigones convencionales 116

117 Figura Diagrama de flujo del método de dosificación de Faury para hormigones convencionales El tamaño máximo del árido se determina conociendo el mayor de los tamices d 1 sobre el que queda retenido algo del árido más grueso y el tamiz inmediatamente inferior d 2 =( d 1 /2) 117

118 Si se denomina x a la proporción de los granos mayores a d 1, e y a la de los granos comprendidos entre d 1 y d 2, el valor de D se calcula convencionalmente, por: ( ) D d d d x y = ( ) En este método se tiene en cuenta la relación existente entre el volumen y la superficie del molde, que se denomina "radio medio". A los efectos de cálculo del mismo se considera como volumen, no el de la pieza completa sino el de las zonas más armadas. En el caso de la sección representada en la figura , el volumen que se considera es el limitado por MNM'N', estárido situada M'N' en un plano separado a una distancia igual al tamaño máximo del árido del plano tangente a las barras superiores de armado. Figura Volumen a considerar para obtener el radio medio de una sección. A efectos de determinar el radio medio, el volumen de las barras de armado hay que restarlo al anterior con lo que se obtiene el volumen V. La superficie S a considerar está determinada por la suma de las tres caras M'M, MN, NN' más la superficie total de las barras en contacto con el hormigón. El radio medio viene definido por: V R= ( ) S Otra novedad que introduce este método es que tiene en cuenta el "efecto pared" (Figura ), que cuantifica el efecto que una superficie dura ejerce sobre la porosidad de un material granular en la zona adyacente a ella. Este efecto se deriva del desplazamiento que sufren las partículas con respecto a la posición que ocuparían si el material estuviera colocado en una masa indefinida, es decir, si no existiera la superficie que produce la interferencia. El efecto pared se define como la relación existente entre el tamaño máximo del árido D y el radio medio del molde R. El efecto pared considera que, al existir las paredes del molde aa', y las armaduras, los áridos gruesos se encuentran impedidos de entrar en los huecos que dejan entre sí los del mismo tamaño con lo cual se requiere una mayor cantidad de árido fino que en el caso en que el molde tuviese por pared bb' con lo cual para un contenido de cemento determinado se obtendrán resistencias más bajas. Esto hace que el tamaño máximo de árido a emplear deba estar relacionado con el radio medio del molde. 118

119 El tamaño máximo de árido D a emplear para una pieza determinada de radio medio R, ha de cumplir la relación: D 0.8< < 1.0 ( ) R Figura Efecto pared. En estructuras de hormigón armado formadas por vigas y pilares con secciones y armaduras normales, las condiciones anteriores hacen que el tamaño máximo del árido deba estar comprendido entre 20 y 25 mm. En prefabricados estos condicionantes limitan aún más el tamaño máximo del árido. Elección de la curva granulométrica ideal (determinación de la consistencia). El método de Faury considera como curva de referencia que permite obtener la compacidad máxima a la formada por una mezcla de granos finos y medios de tamaño 0 a (D/2) y granos gruesos de tamaños (D/2) a D, de forma que esta curva está formada por dos rectas de diferente pendiente de acuerdo con los dos tipos de áridos anteriormente considerados. El conjunto de áridos de tamaño menor de (D/2) debe satisfacer la ley granulométrica. P 5 ( d 0.365) 100 = D ( ) en la que: P= Tanto por ciento de volumen absoluto de los granos que pasan por el tamiz de abertura d, incluyendo en éste al cemento El valor es la raíz quinta del tamiz más pequeño considerado, cuya abertura es : d o = mm. 119

120 La curva de referencia se representa en un gráfico en el que en ordenadas se disponen los tantos por cientos en volumen absoluto que pasan, incluido el cemento y en abscisas la abertura de los tamices en escala proporcional a las raíces quintas de esas aberturas. La curva aparece en forma de dos rectas de diferente pendiente que tienen el punto de encuentro en la abscisa correspondiente a (D/2) y cuya ordenada Y es función del valor de D, de la forma de los áridos, del efecto pared y de la potencia de compactación (Figura ), estando dada por la ecuación: en la que: 5 Y = A+ 17 D+ R B 0.75 D ( ) D = Tamaño máximo del árido en mm R = Radio medio de la pieza hormigonar, en mm A = Coeficiente que depende de la forma de los áridos y de los medios de compactación del hormigón y cuyo valor se indica en la tabla B = Coeficiente que depende de la potencia de compactación y que toma el valor de B = 1.5 para las condiciones usuales de puesta en obra en hormigón armado y que se aproxima a B = 1 cuando la compactación es muy enérgica. Figura Curva de referencia de Faury Eligiendo los valores medios de los parámetros A, B y R, el de Y es, aproximadamente, del 60 % para D = 16 mm y del 75 % para D = 100 mm. Para un hormigón con tamaño máximo del árido de 25 mm, el valor máximo de Y corresponde a áridos machacados, con hormigón de consistencia fluida y efecto pared importante y es del 78 %. El valor mínimo corresponde a áridos rodados, compactación muy enérgica y efecto pared despreciable y es del 54 %. Si el hormigón se ha de colocar en masas indefinidas, el efecto pared es nulo con lo que la ordenada del punto Y, toma el valor: 5 Y A 17 D = + ( ) 120

121 Tabla Valores del coeficiente A. Determinación de la fluidez (dosis de agua). Queda establecida en el Método de Faury a través de la fijación del contenido de huecos para cada curva granulométrica ideal, que al ser llenados por el agua de amasado, determinará dicha característica del hormigón. 121

122 El volumen de los huecos existentes entre los distintos granos de áridos y de cemento H, depende de la consistencia de la mezcla, de la naturaleza de los áridos, de su tamaño máximo y de la potencia de compactación; este volumen viene expresado por: H K = + 5 D K ' R 0.75 D ( ) en el caso de hormigón en masa indefinida, se anula el último término del segundo miembro de la expresión. En la expresión anterior se tiene: K = Coeficiente que depende de la consistencia del hormigón de la naturaleza de los áridos y de la potencia de compactación y que toma los valores indicados en la tabla K' = Coeficiente que depende de la potencia de compactación y que toma el valor de con compactaciones normales, aunque con las muy enérgicas puede considerarse como Tabla Valores del coeficiente K. 122

123 El límite inferior de los valores anteriores está indicado para áridos con granos de forma buena, si estos tienen formas defectuosas en proporciones notables debe tomarse el límite superior. El tanto por ciento en volumen absoluto de las partículas de cemento con relación al volumen absoluto de materiales sólidos, viene dado por: C 1 c= ( ) PC 1 H en la que: c, = Tanto por ciento en volumen absoluto de cemento. C = Dosificación de cemento, que es conocida, en kg/m 3. P c = Densidad relativa del cemento, en kg/dm 3. H = Volumen de huecos, en 1/dm 3. Suponiendo que la densidad relativa del cemento es de 3.1 kg/dm 3, los valores de c, para distintas dosificaciones de cemento y diferentes tamaños máximos de árido, en piezas de hormigón estructural y hormigonado en condiciones convencionales se recogen en la tabla Tabla Valores del tanto por ciento en volumen absoluto de las partículas de cemento con relación al volumen absoluto de materiales sólidos La determinación de las proporciones en que hay que mezclar a los diferentes tamaños de áridos para que la granulometría de la mezcla se ajuste a la de la curva de referencia puede realizarse mediante tanteos o por medio de los índices ponderales. En el primer sistema cabe apoyarse en el gráfico de las granulometrías de los áridos disponibles y en la curva de referencia. La dosificación de cada árido viene indicada aproximadamente por el punto en que la vertical trazada desde el punto en que finaliza el tamaño de un ando y empieza el siguiente corta a la de referencia. Este apoyo gráfico es muy eficaz cuando no se solapan los distintos áridos o el solape es reducido. El sistema de los índices ponderales es más exacto. Supongamos que se dispone de una arena, de un árido medio y de otro grueso. La proporción de cemento c ya ha sido determinada. Según esto, si las proporciones de arena, árido medio y grueso, son respectivamente a, g 1 y g 2, estas serán las que habrá que determinar mediante un sistema de tres ecuaciones. La primera de estas ecuaciones, en la que los valores están expresados en tanto por uno, será: c+ a+ g1+ g2 = 1 ( ) 123

124 La segunda se determina de la siguiente forma: Se adjudica a cada tamaño de grano un índice ponderal que es el dado en la tabla Tabla Indices ponderales de cada tamaño de grano. Si los tamaños de los granos no están dentro de los límites indicados en el cuadro anterior, en este caso se recurre a la escala de la figura , que permite hallar el índice ponderal de un árido cualquiera limitado por sus tamaños extremos. El índice se determina hallando el punto equidistante entre los límites del tamaño del árido y viendo el índice que corresponde a ese punto. El índice ponderal de la mezcla de los áridos se determina sumando todos los productos de las proporciones de volúmenes absolutos de los granos de cada tamaño, por el índice ponderal que corresponda a cada uno de estos. Figura Escala de índices ponderales. En el caso que se supone de tres áridos, tenemos las dos condiciones siguientes: una que los índices ponderales de los granos de mortero, incluido el cemento, de tamaños inferiores a 6.3 mm, son los mismos para el hormigón diseñado que para el de referencia y la otra, que el índice ponderal del hormigón diseñado y el de referencia es el mismo. 124

125 Si f, F, M y G, son las proporciones de harina, arena fina, media y gruesa, respectivamente, contenidas en la arena disponible, el índice ponderal del conjunto de granos inferiores a 6.3 mm será: ( c+ af) aF aM ag+= c+ a( f F M G) ( ) Este índice ponderal tiene que ser igual al del conjunto de granos menores de 6.3 mm del hormigón de referencia, que se obtiene midiendo las ordenadas correspondientes en dicha curva y calculando el índice ponderal. En el caso que se estudia, de la figura , se obtiene: α β γ δ ( ) A igual resultado y de forma más inmediata se puede llegar a través de la escala de la figura , en la que en la parte superior se tienen los índices ponderales que corresponden a dimensiones máximas de los granos representados en la parte inferior de la misma. Así, para la mezcla de áridos hasta tamaño 6.3 mm se obtiene un índice ponderal aproximado de Si se ha optado por la determinación mediante la curva de referencia y x es el tanto por ciento de granos menores de 6.3 mm, el índice ponderal a determinar l 0, vendrá dado por: x I0 ( ) Figura Abertura de los tamices, mm 125

126 Figura Indices ponderales correspondientes a diferentes tamaños de áridos. El valor hallado se igualará a la expresión antes determinada ( ) para formar la segunda ecuación. La tercera ecuación se encuentra de forma análoga a la anterior, es decir, se calcula el índice de cada árido y se halla el del conjunto que será: c+ ai + g I + g I ( ) a 1 g 2 g 1 2 siendo, g 1 y g 2 las proporciones del árido menudo y medio, e l g1 e l g2 los índices ponderales de los mismos, respectivamente. Este índice tiene que ser igual al del hormigón de referencia que se compone de una mezcla de granos de 0 a (D/2) en proporción de Y % y de granos de (D/2) a D en proporción de Y %. El índice ponderal de la primera fracción se obtiene en la escala de la figura y el de la segunda, en la escala de la figura La suma de estos índices obtenida se iguala a la de la expresión anterior para obtener la tercera ecuación, con lo cual se dispone de un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas a, g 1 y g 2. La cantidad de agua, en 1/m 3, a emplear en el hormigón, se obtiene multiplicando la proporción de huecos hallada por.000, debiendo restar al volumen de huecos el volumen de aire incorporado, en caso de emplear un agente aireante, para obtener la cantidad de agua. En las últimas dos décadas se ha utilizado el método Faury para todo tipo de hormigón como se refleja en la tabla y en las figuras y Tabla : Curvas ideales para varios tipos de hormigón de tamaño máximo 40 mm (Zabaleta). 126

127 Figura Curvas ideales para varios tipos de hormigón de tamaño máximo 40 mm (Zabaleta). Figura Extrapolación de coeficientes del Método de Faury (Zabaleta) 127

128 Figura Formulario de dosificación por el método de FAURY. 128

129 Figura Calculo de dosificación por el método de FAURY 129

130 7.3.- Métodos de dosificación basados en la resistencia a la compresión Método A.C.I. para hormigón convencional Es un método en el que se parte de la resistencia que debe tener el hormigón, siendo adecuado para cualquier tipo de obra realizada con este material. Los cuadros de valores que se dan en este método están basados en el empleo de cementos americanos recogidos en la norma ASTM Cl Este método fija la relación (Agua/Cemento) según predominen las razones de durabilidad o de resistencia. En el primer caso, la durabilidad está relacionada con la resistencia que ofrece el hormigón frente a acciones externas agresivas, tanto de tipo físico como químico, como pueden ser los efectos del hielo y deshielo o la acción de las aguas puras, de mar, sulfatadas u -etros agentes agresivos. En la tabla se dan las relaciones (Agua/Cemento) máximas en función de diferentes condiciones de servicio y para distintos empleos del hormigón o tipo de estructuras. Tabla Relaciones (Agua/Cemento) máximas en función de diferentes condiciones de servicio y para distintos empleos del hormigón o tipo de estructuras. ( * ) El hormigón debe llevar además un aireante (**) Si se emplea un cemento resistente a los sulfatos (tipo II o tipo IV ASTM) la relación agua/cemento puede incrementarse en 0,05. En la tabla se recogen las relaciones (Agua/Cemento) que deben emplearse para conseguir las diferentes resistencias a compresión a 28 días, medidas en probetas cilíndricas de 150 x 30 cm, que se indican. 130

131 Tabla Relaciones (Agua/Cemento) que deben emplearse para conseguir las diferentes resistencias a compresión a 28 días en hormigones con y sin aireante. (*) Los valores de las resistencias se han estimado para un contenido de aire no mayor que el indicado en el cuadro Para una relación (agua/cemento) constante, la resistencia del hormigón se reduce cuando el contenido de aire aumenta. Las relaciones están basadas en un tamaño máximo del árido comprendido entre 20 y 30 mm; para una relación agua/cemento constante, las resistencias aumentan si el tamaño máximo del árido decrece. Si en vez de fijar la resistencia a compresión se fijase la resistencia a flexotracción habría que realizar ensayos previos para determinar la resistencia del hormigón. Según el tipo de construcción en que se vaya a emplear el hormigón la consistencia medida en cono de Abrams recomendada es la indicada en la tabla Tabla Consistencia medida en cono de Abrams recomendada según el tipo de construcción en que se vaya a emplear el hormigón (*) Los máximos anteriores pueden aumentarse en 2 cm cuando no se emplee vibración 131

132 El tamaño máximo del árido debe ser el mayor posible por razones de economía de cemento y de agua. Sin embargo, éste no debe ser mayor que un quinto de la dimension menor de la pieza a hormigonear ni mayor de tres cuartos de la separación mínima entre armaduras, ni un tercio del espesor en el caso de una losa. Estas limitaciones pueden ser modificadas si por falta de trabajabilidad o de consolidación adecuada pueden aparecer coqueras o huecos. La cantidad de agua a utilizar en el hormigón será función de la consistencia que deba tener el mismo, el tamaño máximo de árido elegido, de su forma y de su granulometría, viniendo también influenciado por la cantidad de aire incorporado y siendo independiente de la cantidad de cemento empleada. En la tabla se indican las cantidades máximas de agua a emplear en un primer tanteo, suponiendo que los áridos son machacados y que tienen una granulometría y forma adecuada. Si se precisase más agua que la indicada sería señal de que la forma o la granulometría de los áridos no son las adecuadas, en cuyo caso el aumento de agua debe ir acompañado de un aumento en la dosificación de cemento a fin que la relación agua/cemento permanezca constante. Si por el contrario los áridos exigen menos agua de la indicada en el cuadro, no se reducirá la dosificación de cemento. Tabla Cantidades máximas de agua a emplear en un primer tanteo, suponiendo que los áridos son machacados y que tienen una granulometría y forma adecuada. La cantidad de cemento se deduce al conocer la relación (Agua/Cemento) y la cantidad de agua de amasado. En cuanto a los áridos, los de mayor tamaño deben emplearse en la mayor cantidad posible compatible con la docilidad del hormigón a fin de conseguir la máxima resistencia, a minima cantidad de agua de amasado y la menor retracción. 132

133 La cantidad de árido grueso se determina mediante ensayos de laboratorio, aunque si no se dispone de ellos, se puede obtener su contenido aproximado mediante la tabla , en el que ésta se ha determinado para producir hormigones armados de buena docilidad. Los valores indicados pueden incrementarse en un 10 % en el caso de hormigones para pavimentos. Tabla Cantidad de árido grueso para producir hormigones armados de buena docilidad. El contenido de árido fino se determina mediante el sistema de los volúmenes absolutos o el de los pesos. En el primero, el volumen de arena fina se halla restando a el volumen de árido grueso, cemento, agua y aire. En el segundo, el peso del árido fino es la diferencia entre el peso del hormigón fresco y la suma de los pesos de los otros componentes. Este sistema se basa en que por experiencia se conoce el peso del metro cúbico de hormigón fresco, aunque si esto no fuese así, pueden emplearse los valores dados en la tabla Tabla Peso estimado del metro cúbico de hormigón fresco, con y sin aireante, en función del tamaño máximo de árido 133

134 Los valores del cuadro anterior están calculados para una dosificación de cemento de 330 kg/m 3, consistencia media, densidad de los áridos 2,7 y, agua determinada para una consistencia de 8 a 10 cm medida en cono de Abrams. El peso del metro cúbico de hormigón fresco puede determinarse teóricamente por la ecuación: ( ) U M = 10G a (100-A) + C M 1- G a /G c - W M (G a -1) ( ) en la que: U M = Peso del hormigón fresco, en kg/m 3. G a = Densidad del árido fino y grueso, en kg/dm 3 G c = Densidad del cemento, en kg/dm 3 A = Tanto por ciento de aire ocluido, W M = Agua precisa, para el amasado, en kg/m 3 C M = Peso necesario de cemento, en kg/m Método A.C.I. para hormigones secos. Este método es un complemento del anterior que permite ser empleado cuando las consistencias de los hormigones son muy bajas e inferiores a 25 mm. Este tipo de hormigones se utilizan en elementos prefabricados, tubos, armados o pretensados, construcción industrializada, etc. Los hormigones secos son muy poco dóciles cuando se trata de compactarlos con sistemas que no sean vibrantes; sin embargo, pueden consolidarse bien si se emplea vibración y a veces vibración combinada con compresión que es un sistema que imparte una gran energía. Cuando los hormigones son secos el mejor sistema de determinar su consistencia es mediante el consistómetro de Vebe. La cantidad de agua necesaria para estos hormigones es función de la consistencia que deben tener y del tamaño máximo del árido. Esta se recoge en la tabla

135 Tabla Cantidad de agua necesaria para los hormigones secos en función de la consistencia que deben tener y del tamaño máximo del árido. Las cantidades de agua anteriores son las recomendadas con áridos gruesos y con buen coeficiente de forma y granulometria. Estas cantidades pueden variar si la forma y granulometría no son las adecuadas, con la temperatura de hormigón, la eficacia del amasado y el método de compactación. Con respecto a las hormigoneras, las más idóneas para hormigones secos son las de eje vertical. 135

136 Si las cantidades de agua precisas son mayores que las indicadas en el cuadro anterior, debe aumentarse la cantidad de cemento a fin de mantener constante la relación (Agua/Cemento), pero si se precisara menos agua de la indicada no debe disminuirse la cantidad de cemento, con lo cual se estará a favor de la seguridad. En la elección de los restantes componentes deben tenerse en cuenta los siguientes condicionantes: - Proporcionar la adecuada durabilidad frente a las condiciones ambientales y a los agentes agresivos. - Dar la resistencia adecuada para que el hormigón resista las solicitaciones mecánicas a las que va a estar expuesto. - Emplear el máximo tamaño de árido compatible con las dimensiones de la pieza y separación entre armaduras, a fin de obtener un hormigón económico, fácil de poner en obra, resistente y con poca retracción. - Emplear las consistencias más secas posibles compatibles con los medios de compactación disponibles. El tamaño máximo de árido a emplear depende de la dimensión mínima de la sección, separación entre barras de armado, cables o vainas de pretensado y otras circunstancias. La relación (Agua/Cemento) puede venir impuesta por condiciones de durabilidad de acuerdo con la tabla Cuando la relación (Agua/Cemento) viene impuesta por razones de resistencia a compresión, la tabla sirve de base para determinar la cantidad de agua y cemento necesarios. Las resistencias indicadas en la tabla están determinadas en probetas cilíndricas de 15Φx30 cm. El volumen de conjunto del árido grueso en función de su tamaño máximo y del módulo de finura de la arena se determina mediante la tabla Tabla Cantidad de agua y cemento necesarios para una resistencia determinada del hormigón, con o sin aireante. Una vez determinado el volumen de árido grueso, la marcha a seguir es en todo similar a la empleada en el método ACI para hormigones convencionales. 136

137 Método de La Peña. Este método de dosificación por resistencias se aplica en hormigones estructurales de edificios, pavimentos, canales, depósitos de agua, puentes, etc., y en los que las condiciones de ejecución puedan estimarse como buenas. Aunque en él se parte de la resistencia media que ha de tener el hormigón es posible cuando se da la resistencia característica de proyecto deducir ésta en función de las condiciones de ejecución de la obra, al menos de una forma aproximativa por medio del cuadro El concepto de resistencia característica es el que se tiene en cuenta la resistencia media del hormigón y la dispersión de los resultados obtenidos. Conociendo la resistencia media, bien directamente o a través de la - c aracterística, se determina la concentración o relación cemento/agua, en peso; por medio de: en la que: Z=Kf cm ( ) Z = Concentración o relación (Cemento/Agua), en peso. f cm = Resistencia media del hormigón en N/mm 2 a 28 días medida en probeta cilíndrica de 150x30. K = Parámetro que toma los valores dados en la tabla , cuando la resistencia está expresada, en N/mm 2. Tabla Valores del parámetro K según sea el tipo de conglomerantes y de árido. Este método considera como tamaño máximo del árido al de la abertura del tamiz más pequeño de la serie empleada que retenga menos del 25 % de la fracción más gruesa del árido. La consistencia del hormigón a confeccionar depende de las características del molde y de los medios de puesta en obra. Generalmente, en estructuras vibradas se emplean las consistencias secas y plásticas aunque si los hormigones se van a colocar en obra por bombeo pueden emplearse las blandas. Las consistencias blandas permiten, por otra parte, colocar el hormigón mediante picado con barra logrando un ahorro importante de energía, si bien estas consistencias no deben emplearse nada más que en casos extremos. En la tabla se indican los asientos que corresponden a cada consistencia y a la cantidad de agua por metro cúbico de hormigón necesaria para la confección del hormigón en función del tipo y tamaño del árido a emplear. 137

138 Tabla Asientos que corresponden a cada consistencia y a la cantidad de agua por metro cúbico de hormigón necesaria para la confección del hormigón en función del tipo y tamaño del árido a emplear. El peso de cemento se determina una vez conocida la concentración Z y el volumen de agua Va por metro cúbico dado en el cuadro anterior por medio de; P = V Z ( ) La proporción en que deben mezclarse los áridos se halla por medio del gráfico de la figura c a Figura Tanto por ciento de arena, referido a la suma de los volúmenes reales de los dos áridos que se van a mezclar. 138

139 Si se trata de una arena y un ando grueso, el tanto por ciento de arena, en volumen real, con referencia al volumen real de todo el árido se determina en el gráfico entrando con el módulo granulométrico de la arena en ordenadas y viendo el punto en que la horizontal corta a la curva correspondiente al tamaño máximo del árido, en cuya vertical se tiene el tanto por ciento de arena en volumen, que restado a cien da el tanto por ciento de árido grueso. El módulo granulométrico de la arena es la centésima parte de la suma de los tantos por ciento retenidos acumulados, al cribar la misma por los diez tamices cuyas aberturas en milímetros son las siguientes: 80, 40, 20, 10, 5, 2.5, 1.25, 0.63, 0.32, Si en la composición del hormigón han de entrar más de dos áridos se considera al de menor tamaño de ellos como "arena" y a los demás como "gravas". Se determina por medio del gráfico el tanto por ciento de "arena" con cada una de las "gravas" tomadas una a una. Sean t a1, t a2, t a3. t aj... t an los tantos por ciento de arena que resultan al considerar mezclas binarias con cada una de las gravas tomadas de menor a mayor tamaño. El tanto por ciento de arena en volumen absoluto, con respecto a la suma del volumen absoluto de todos los áridos que entran en el hormigón, es: t = t ( ) El tanto por ciento de la mezcla total correspondiente a la grava es de menor tamaño, es: o an t = t 1 an 100 t t a1 a1 ( ) El tanto por ciento que corresponde a la "grava" situada en segundo lugar por su tamaño, es: 100 t a2 2 an t1 ta2 t = t ( ) El tanto por ciento de una grava que ocupe el lugar i, por su tamaño máximo, contado de menor a mayor, es: 100 tai t i = tan ( t1+ t2+ t ti-1) ( ) t ai La suma de todos los tantos por ciento de áridos debe cumplir: t + t + t + t t t = 100 ( ) i-1 Los valores hallados en el gráfico corresponden a hormigón armado de consistencia adecuada para consolidar por picado con barra y en el que se han empleado áridos naturales de forma redondeada. Para hormigones de otras características es aplicable el método haciendo las correcciones que se indican a continuación y que habrá que realizar después de haber calculado los tantos por ciento de la mezcla de áridos en la forma que se ha indicado anteriormente. n 139

140 Las correcciones serán las siguientes: 1.- Si el hormigón se compacta por vibración debe aumentarse el árido más grueso en un 4 % restando este aumento a los demás áridos y proporcionalmente a su tanto por ciento. 2.- Si se tata de un hormigón en masa, se aumentará el árido más grueso en un 3 %, que se restará de los demás áridos como en el caso anterior. 3.- Si se emplean áridos machacados, se aumentará el árido más fino en un 4 %, que se restará de los demás en la misma forma antes indicada. 4.- Dado que el método está diseñado para hormigones de una dosificación de 300 kg/m 3, cualquier exceso o defecto sobre esta cifra debe compensarse con una disminución o aumento, respectivamente, de la arena en igual volumen. 5.- Si el hormigón lleva aire ocluido, debe restarse su volumen del volumen real de arena disponible. 6.- Como en cualquier método de dosificación, deben hacerse las correcciones oportunas en la composición de los áridos y en cantidad de agua, cuando los áridos estén húmedos. La dosificación del hormigón se determina sabiendo que la suma de los volúmenes reales de agua, cemento, áridos, aire, etc., debe ser igual a 1025 litros, a fin de obtener aproximadamente un metro cúbico de hormigón fraguado, teniendo en cuenta la concentracción que experimenta el hormigón fresco de aproximadamente el 2.5 %. 8.- Fabricación, transporte y puesta en obra del hormigón Introducción. La fabricación del hormigón así como su puesta en obra, tiene una gran importancia en las características del producto obtenido. Una vez determinada la dosificación más conveniente se procede a la fabricación del hormigón. El agua se dosifica en volumen; el cemento y los áridos, en peso. El cemento y los áridos se pueden dosificar en volumen para obras de poca importancia. En tal caso, deben utilizarse recipientes de medida de poca sección y mucha altura, para minimizar los errores que se cometen en el enrase. Para la fabricación del hormigón es necesario: Almacenar las materias primas Disponer de unas instalaciones de dosificación adecuadas Disponer también del correspondiente equipo de amasado. La Instrucción española distingue dos formas de preparar el hormigón. (a).- Hormigón fabricado en central Es la forma más recomendable. Se requiere disponer de una central de hormigonado y de un servicio de control de calidad de producción. Se consigue así una gran homogeneidad y uniformidad de las masas de hormigón. La central puede estar o no a pie de obra. Si no pertenece (es decir, si su responsable es independiente del constructor) el hormigón se denomina hormigón preparado. 140

141 (b).- Hormigón no fabricado en central Es el fabricado en hormigoneras en obra. Su empleo no es aconsejable salvo en obras de poca importancia, por las grandes dispersiones que resultan de este tipo de preparación. La calidad de un hormigón puede verse disminuida si el amasado no se realiza de forma que la mezcla obtenida sea homogénea y se logre en ella la dispersión de las partículas de cemento en el agua; en este sentido, el tipo de hormigonera a emplear y el tiempo de amasado tienen una importancia trascendental en la calidad de la mezcla obtenida. Por otra parte, cuando el volumen de hormigón a colocar es grande, el tiempo de amasado puede repercutir de forma importante en el rendimiento de la producción haciendo que las máquinas de puesta en obra no trabajen al ritmo preciso debido a la falta de suministro de hormigón. Por consiguiente, debe existir una total coordinación entre producción de la planta de hormigonado y capacidad de los equipos de colocación en obra y esta coordinación no debe forzar en ningún momento a que no se respeten los tiempos mínimos de amasado. Una puesta en obra eficaz y acorde con el tipo de construcción a realizar es fundamental a fin de evitar problemas de falta de homogeneidad y lograr la máxima compacidad del hormigón, lo que se traducirá en que éste tenga las máximas resistencias mecánicas y durabilidad acordes con su propia composición. Por otra parte, en la fabricación del hormigón y en su puesta en obra, habrá que tomar precauciones cuando las condiciones ambientales sean extremas, bien por la existencia de bajas temperaturas que puedan provocar la helada del hormigón joven o reducir la velocidad de hidratación del cemento con la consiguiente repercusión sobre las resistencias a una fecha determinada, o bien cuando, por el contrario, las temperaturas sean tan altas que puedan dar lugar a una pérdida sensible del agua necesaria para la hidratación o, a un aumento de la velocidad de la hidratación y desprendimiento de calor con incrementos notables de la temperatura dentro de la masa del hormigón puesto en obra Fabricacion del hormigon Amasado del hormigón El amasado del hormigón tiene por finalidad recubrir a los áridos de una capa de pasta de cemento y mezclar a todos los componentes hasta conseguir una masa uniforme. El amasado se realiza en mezcladoras u hormigoneras. La mezcla no debe perder su uniformidad durante las operaciones de descarga y esto dependerá de la cohesión de la mezcla y de la forma de la hormigonera. No deben mezclarse masas frescas que contengan distintos tipos de cementos no compatibles entre sí. Antes de comenzar la fabricación de una masa con un nuevo tipo de cemento, las hormigoneras deben limpiarse perfectamente. El agua total de una masa de hormigón está constituida por el agua directamente añadida a la amasada, el agua que contienen los áridos, el agua residual de lavado que pudiera quedar en la amasadora y, eventualmente, la que pudieran aportar los aditivos. Las hormigoneras se clasifican en: basculantes o de eje inclinado, de eje horizontal y, de eje vertical. Estas pueden considerarse como tradicionales. Actualmente se están utilizando en grandes producciones de hormigón las hormigoneras de doble tambor, y las amasadoras de ejes gemelos con paletas. 141

142 Las hormigoneras basculantes son las más empleadas en pequeñas obras, aunque esto no quiera decir que no existan máquinas grandes capaces de producir hasta 250 m 3 /h de hormigón. Están formadas por un tambor y un tronco de cono en el que se encuentra la boca; llevando adosadas en el interior unas paletas deflectoras cuya misión es impedir que el material se una a las paredes por efecto de la fuerza centrífuga al revolver la masa. El tiempo mínimo de amasado, en segundos para una hormigonera de este tipo de diámetro D, en metros, viene dado por: t= 120 D (8.2.1) Un inconveniente que presentan, en general, estas hormigoneras y las de eje horizontal es que, en la primera amasada, parte del mortero del hormigón queda adherido a las paredes con lo cual ésta resulta más pobre que las siguientes. Esta masa, debe, por tanto rechazarse. A fin de evitar este inconveniente, antes de iniciar la fabricación del hormigón se debe hacer una pequeña amasada de mortero, parte del cual revestirá a la hormigonera eliminando el sobrante. Las hormigoneras de eje horizontal están formadas por un tambor unido a dos troncos de cono en los que se encuentran las bocas; en su interior disponen de paletas helicoidales fijas a la cuba que aseguran un buen mezclado. La salida del hormigón se hace, normalmente, por inversión rápida del giro de la máquina. La capacidad de estas máquinas llega hasta los 5 m 3 con producciones de 250 m 3 /h. El tiempo mínimo de amasado, en segundos, para una hormigonera de diámetro D, en metros, viene dado por: t= 90 D (8.2.2) La velocidad de giro de la cuba en r.p.m. es aproximadamente: N 20 = (8.2.3) D Las hormigoneras de eje horizontal tienen una velocidad de descarga, en general, lenta, pudiendo proporcionar, a veces, hormigones segregados, especialmente, cuando se emplean áridos grandes, y como consecuencia de la tendencia a salir en primer lugar el mortero mezclado con los áridos de tamaños intermedios y al final los áridos gruesos. Este inconveniente suele presentarse también en las hormigoneras de eje basculante. Las hormigoneras de eje vertical pueden tener cubas fijas o giratorias, disponiendo de unas paletas que van sujetas a unos brazos por intermedio de unos muelles robustos y que describen un movimiento planetario. Estas máquinas suministran un hormigón muy homogéneo, poseyendo, además, la ventaja de permitir al operador vigilar al hormigón a través de una puerta, con lo cual puede tomar muestras y hacer las correcciones que estime precisas. La distribución y movimiento de las paletas dentro de la cuba e incluso el de ésta misma, hacen que cualquier gránulo dentro de la hormigonera sea afectado por la acción del amasado. Por otra parte, otras paletas van rascando las paredes de la cuba impidiendo que se formen costras de mortero tan comunes en los otros tipos de hormigoneras. Este tipo de máquinas es muy eficaz para el amasado de hormigones de consistencia seca encontrando gran aplicación en las centrales de hormigonado, talleres de prefabricación y laboratorios, al producir hormigones muy bien mezclados y al dar lugar a descargas sin segregación. La capacidad de estas máquinas llega a los 3 m 3 con producciones de 100 m 3 /h. 142

143 El tiempo de amasado puede ser inferior al de otras hormigoneras, aunque conviene que sea el preciso para obtener una mezcla homogénea. En algunas máquinas modernas y muy rápidas se llega a tiempos de amasado de un minuto consiguiéndose cuarenta amasadas por hora. La velocidad de giro, en r.p.m., suele ser aproximadamente: 15 N = (8.2.4) D estando expresado D, en metros. Existe un tipo de hormigonera muy empleado cuando se precisan grandes producciones de hormigón como ocurre en carreteras y en presas; éstas son las llamadas de doble tambor. Estas máquinas disponen de dos tambores en serie sincronizados; en el primero se produce un premezclado de los componentes que pasan al segundo tambor hasta terminar de amasarse, mientras que el primero se está llenado de nuevo. De esta forma se consigue una producción casi continua de hormigón. Las hormigoneras de ejes gemelos con paletas ((Figura )) permiten producciones de hasta 185 m 3 /h de hormigón fresco. Constan de un recinto revestido de acero de alta resistencia al desgaste dentro del cual giran dos ejes paralelos y horizontales que llevan adosadas unas paletas construidas igualmente de acero especial. Los ejes son accionados por medio de un motor a través de un convertidor de par. Con estas hormigoneras a los 10 seg. de amasado se consigue el 75 % de la homogeneidad y prácticamente el 100 % en sólo 30 segundos, produciéndose la descarga sin segregación, tanto se trate de hormigones de áridos ligeros, de ordinarios o de hormigones con consistencias muy diferentes. El volumen de amasada debe estar de acuerdo con la capacidad de la hormigonera, no debiendo ni sobrecargarse ni hacer amasadas muy pequeñas, si se quiere conseguir la máxima homogeneidad. Figura Hormigonera de ejes gemelos 143

144 En la figura puede verse una hormigonera de eje vertical. Figura Hormigonera de eje vertical. Las hormigoneras tradicionales se distinguen por la capacidad total de su cuba V t, la capacidad máxima de componentes, con excepción del agua, con que puede cargarse V c y la capacidad máxima de hormigón fresco producido V f. La relación entre V c y V t, así como la existente entre V f y V t suelen ser las dadas en el cuadro Cuadro Relación entre V c y V t y entre V f y V t. El orden de llenado de las hormigoneras depende de su tipo. Siempre es preferible alimentarlas con una parte del agua de amasado, introduciendo seguidamente los componentes sólidos, a ser posible, de forma simultánea con el resto del agua. A veces, en mezclas secas, es conveniente humedecer previamente el árido grueso con una parte del agua y luego añadir el resto de los componentes. Si las hormigoneras se alimentan de silos y se quiere mejorar la resistencia a flexotracción del hormigón, es conveniente introducir primero los áridos gruesos seguidos de una parte de cemento y de agua, haciendo girar esta mezcla unas vueltas para que la pasta envuelva a los áridos y, seguidamente añadir la arena y el resto de cemento y agua. De esta forma se logra mejorar mucho la adherencia entre los componentes. Los tiempos de amasado mínimos deben respetarse debido al peligro de falta de homogeneidad que presentan las masas parcialmente mezcladas. Estos tiempos mínimos dependen mucho de la velocidad de giro de las hormigoneras, y dado que esta se encuentra limitada por razones de fuerza centrífuga en los áridos, el tiempo de amasado también lo estará. Se ha comprobado que tiempos de amasado por debajo de 90 segundos dan hormigones que presentan una gran falta de homogeneidad puesta de relieve por los coeficientes de variación 144

145 obtenidos en los ensayos de compresión realizando con ellos (Figura ). Por encima del minuto y medio, los hormigones son muy uniformes y no experimentan una mejora apreciable. Se puede decir que en el primer minuto y cuarto es cuando la mezcla de los componentes ha hecho al hormigón. El tiempo de amasado depende del tipo de hormigonera empleada, de la composición granulométrica de los áridos y de la cantidad de agua que lleve el hormigón. Con cierta práctica se puede juzgar por el aspecto del hormigón si la masa está suficientemente amasada. Los hormigones con áridos gruesos se mezclan más rápidamente que aquellos en los que el árido es de tamaño reducido y finalmente, los hormigones muy secos precisan mayor tiempo de amasado que los fluidos. Figura Influencia del tiempo de amasado en la homogeneidad del hormigón El tiempo mínimo de amasado será de un minuto y cuarto más tantas veces quince segundos como fracciones de 400 litros de exceso sobre los 750 litros, tenga la capacidad máxima de hormigón fresco de la hormigonera Centrales de hormigonado. La mayor parte del hormigón utilizado en construcción procede de plantas o centrales de hormigonado (Figura ). Las ventajas de las centrales de hormigonado radica en la calidad del hormigón que pueden confeccionar, que posee homogeneidad (mantenimiento de las características dentro de una misma amasada), así como uniformidad (mantenimiento de características similares entre distintas amasadas). También tienen la ventaja de la importante producción que pueden suministrar. La homogeneidad del hormigón se analiza determinando la dispersión que existe entre características de dos muestras tomadas de la misma amasada, (entre ¼ y ¾ de la descarga) para comprobar la idoneidad de los procesos de dosificación, amasado y transporte. Deberán obtenerse resultados satisfactorios en los dos ensayos del grupo A y, al menos, en dos de los cuatro del grupo B (Tabla ). 145

146 Tabla Ensayos para la comprobación de la homogeneidad del hormigón La uniformidad del hormigón se estudia evaluando, mediante el coeficiente de variación, la dispersión existente entre características análogas de distintas amasadas. Para ello, normalmente, se utilizan los valores de la resistencia a compresión a 28 días. Una central de hormigonado consta de almacenamiento de materias primas, instalaciones de dosificación, equipos de amasado y equipos de transporte, y dispondrá de un laboratorio de control de calidad de producción. En cada central debe haber un técnico de fabricación, que estará presente durante el proceso de producción, y otro técnico encargado del servicio de control de calidad. Las centrales, desde el punto de vista de su movilidad, pueden clasificarse en: móviles, transportables, semitransportables y fijas. Las centrales movibles se emplean en obras de duración limitada, son fácilmente transportables de un lugar a otro, disponiendo de ruedas, frenos, etc., y permitiendo producciones de hasta 60 m 3 /h. Para producciones por encima de 100 m 3 /h se emplean las centrales fijas que tuvieron su origen en la construcción de grandes presas. Cuando se dedican a la venta y suministro de hormigón a diferentes obras se sitúan en el centro de gravedad de amplias zonas de consumo. Son las plantas de uso más generalizado. Intermedias entre las fijas y móviles están las centrales transportables y semitransportables; las primeras, tienen producciones comprendidas entre 30 m 3 /h y 60 m 3 /h., son de fácil montaje y transporte; las segundas, en cierto modo, llegan a parecerse a las fijas aunque poseen la posibilidad de poderse cambiar de situación más fácilmente que éstas, teniendo producciones entre 80 m 3 /h y 100 m 3 /h. Las centrales fijas pueden estar dotadas de hormigoneras de eje horizontal que descargan por inversión de marcha y que sólo son aptas para hormigones de consistencias plásticas y fluidas, o de turboamasadoras de eje vertical que pueden emplearse con hormigones de cualquier consistencia, así como de amasadoras de artesa de ejes paralelos con paletas que permiten, incluso, amasar hormigones muy secos en un tiempo muy corto. En el almacenamiento de los áridos debe evitarse su contaminación por el ambiente y, especialmente, por el terreno. Igualmente debe evitarse el que puedan mezclarse las distintas fracciones granulométricas. 146

147 El almacenamiento de cemento se hace en silos cerrados que se cargan neumáticamente y cuya descarga hacia el dosificador se controla por medio de electroválvulas. Si el cemento ha estado almacenando más de un mes se comprobará si sus características son adecuadas, mediante ensayos de fraguado y de resistencias mecánicas a 3 y 7 días. Los áridos de la central se almacenan en playas o en tolvas metálicas que alimentan cintas transportadoras que van al dosificador. El volumen de áridos a almacenar en una planta es elevado ya que una central que produzca 500 m 3 /día de hormigón, consume alrededor de 750 m 3 /día de áridos que, con las reservas que debe tener para suplir los fallos de suministros, etc., hace que el volumen a almacenar sobrepase los m 3 /día. Las plantas van dotadas de dosificadores de áridos que hacen la pesada de las distintas fracciones de los mismos acumulativa, así como de un dosificador en peso independiente para el cemento. El agua se mide en volumen mediante un contador y los aditivos se miden también en volumen, mediante un medidor que traspasa el aditivo medido a la amasadora por medio de aire comprimido. Figura Central de hormigonado. 147

148 En las centrales de hormigonado tiene una gran importancia el control de la humedad de los áridos, especialmente de las arenas. Este se realiza mediante un medidor provisto de sondas que suelen dar repetidas indicaciones a la salida de la boca hacia el dosificador y que determina la media de ellas para hacer las correcciones oportunas en la dosificación de agua. El sistema está basado en la medida de la intensidad de la corriente que pasa por los áridos cuando entre los electrodos de las sondas se aplica una diferencia de potencial eléctrico. Otro sistema, muy utilizado, consiste en medir la potencia de arrastre de la hormigonera o amasadora mediante un vatímetro; al principio del amasado, hay un gran consumo de energía que luego se reduce y estabiliza en un hormigón determinado de una relación agua/cemento dada. Si hay exceso de agua, la potencia indicada por el vatímetro es baja, de aquí que para corregir la humedad de los áridos sea conveniente añadir a la masa menos agua de la prevista y cuando la aguja del vatímetro se haya estabilizado adicionar la necesaria para llegar al valor de la potencia correspondiente a la mezcla que se quiera obtener. Las plantas de hormigonado pueden ser manuales, semiautomáticas y automáticas. En las primeras, desde un pupitre el operario acciona una serie de mandos o pulsadores siguiendo un proceso lógico que lleva a la realización del ciclo completo de la planta, que comprende el llenado de las tolvas de pesaje de los áridos, el pesaje de los componentes e introducción de agua y aditivos, amasado y descarga. Este sistema se presta a posibles errores humanos debido a que las correcciones por humedad hay que calcularlas y hacerlas manualmente; a veces, los tiempos dedicados a la ejecución del ciclo son superiores a los óptimos y, en muchas ocasiones, las dosificaciones de cemento son más altas de las necesarias. Las plantas totalmente automatizadas están controladas por un ordenador en el cual se introducen los datos del hormigón pedido, generalmente: resistencia característica a 28 días, consistencia, tamaño máximo del árido y tipo de cemento. Al pulsar el pulsador de arranque se inicia el ciclo realizándose todas las operaciones con una gran exactitud e incluso, haciendo el ordenador la corrección de agua de acuerdo con el contenido de humedad de los áridos. El ciclo finaliza con la descarga del hormigón fresco. Con este procedimiento se logra que el consumo de cemento sea el preciso para conseguir la resistencia característica deseada, de acuerdo con el agua necesaria para lograr, con el tamaño máximo de árido solicitado, la consistencia requerida. El ciclo se realiza en un tiempo mínimo sin tiempos muertos intermedios. Los datos de cada hormigón se introducen en el ordenador por medio de fichas o se encuentran almacenados en un cassete. En el caso del hormigón fabricado en central el amasado puede realizarse totalmente en una amasadora fija; iniciado en amasadora fija y terminándolo de amasar en amasadora móvil durante su transporte, o bien, en amasadora móvil también durante su transporte.en España la fabricación del hormigón preparado se encuentra regulada por la " Instrucción para la fabricación y suministro de hormigón preparado (EHPRE- 72)", disponiendo, por otra parte, una gran cantidad de centrales del Sello de Calidad INCE. Como ya se ha dicho, la ventaja de las centrales de hormigonado es la de suministrar hormigones de calidad con una gran homogeneidad y uniformidad entre las distintas amasadas y en las que se vende y garantiza resistencia y durabilidad. En la figura puede verse el esquema de planta elaboradora de hormigón. 148

149 Figura Esquema de planta elaboradora de hormigón (PCA) 149

150 8.3.- Transporte del hormigón Introducción. Una vez amasado el hormigón en la amasadora u hormigonera, hay que transportalo hasta el lugar de su puesta en obra. El transporte puede realizarse por distintos medios dependiendo de la distancia existente entre el punto de amasado y el de colocación, así como de las características de la obra. El transporte del hormigón, desde la central a la obra, puede efectuarse, bien en amasadoras móviles a velocidad de agitación, o en equipos adecuados que sean capaces de mantener la homogeneidad del hormigón. Según la EHE, cada carga de hormigón debe ir acompañada de una hoja de suministro en la que deben figurar, entre otros, los siguientes datos: (a).- Especificación del hormigón: -Resistencia característica y contenido de cemento por metro cúbico de hormigón (con una tolerancia de 15 kg en más o en menos), cuando se especifique por resistencia. Cuando se especifique por dosificación, el contenido de cemento por metro cúbico de hormigón. -Tipo, clase y marca del cemento. -Tamaño máximo del árido, consistencia y relación A/C con una tolerancia de 0,02 en más o en menos. - Tipo de aditivo, según UNE , si lo hubiere. - Procedencia y cantidad de adiciones (cenizas volantes o humo de sílice), si las hubiere. (b).- Cantidad de hormigón que compone la carga (m3 de hormigón fresco). (c).- Hora límite de uso para el hormigón. El transporte del hormigón puede ser intermitente o continuo. Cualquiera que sea la forma de transporte, deben cumplirse las siguientesmcondiciones: (a).- Durante el transporte no deben segregarse los áridos gruesos, lomque provocaría en el hormigón pérdidas de homogeneidad y resistencia. Deben evitarse las vibraciones y choques, así como un exceso de agua, que favorecen la segregación. Los áridos rodados son más propicios a segregarse que los de machaqueo, dado el mayor rozamiento interno de estos últimos. (b).- Debe evitarse que el hormigón se seque durante el transporte. (c).- Si al llegar al tajo de colocación el hormigón acusa un principio de fraguado, la masa debe desecharse y no ser puesta en obra. (d).- Cuando se empleen hormigones de diferentes tipos de cemento, se limpiará cuidadosamente el material de transporte antes de hacer el cambio Transporte intermitente. El transporte intermitente se realiza por medio de carretillas, cubas movidas por grúas o con montacargas, dumpers, camiones, monocarriles, blondines, etc. Las carretillas se utilizan en pequeñas obras y para el transporte horizontal. El rendimiento de transporte es de 3 a 4 m 3 hombre/hora. 150

151 El transporte en cubas es un buen sistema que puede estar asociado a galas de cualquier tipo. La capacidad de las cubas depende de la potencia de la grúa. La descarga de las cubas se puede realizar mediante vuelco, por el fondo o lateralmente. Con grúas ligeras pueden transportarse de 6 a 8 m 3 /h. El transporte con montacargas, al contrario de las grúas que permiten movimiento en las tres direcciones, sólo se realiza en vertical. El montacargas tiene su empleo limitado a edificios de mucha altura en los que el transporte del hormigón se hace dentro de cajas como ocurre en el caso de chimeneas, antenas de radiodifusión y televisión, edificios elevados con núcleo central, etc. Los dumpers, así como los camiones (Figura ), son vehículos de motor que permiten el transporte a gran distancia. Estos vehículos pueden realizar la descarga mediante basculación de la caja por su parte trasera o por uno de los dos laterales. Los camiones hormigonera son muy empleados para el transporte desde centrales de hormigonado a la obra, tienen la ventaja de que durante el transporte la masa se encuentra en continuo movimiento con lo cual se evitan los fenómenos de segregación que pueden aparecer en los camiones tradicionales. Figura Camión cuba hormigonera. Los blondines son elementos de transporte muy utilizados en la construcción de presas. En ellos una cuba de gran capacidad es llevada hasta el punto de colocación del hormigón por medio de una bicicleta que se desplaza sobre unos cables soporte que se encuentran fijos en dos castilletes situados en la zona de los estribos de la presa; estos castilletes pueden permitir ligeros desplazamientos a fin de que la cuba pueda alcanzar a cualquier punto de la presa. Cualquiera que sea el método elegido para el transporte intermitente del hormigón, deberá protegerse a este material frente a la lluvia, que le pueda incorporar agua, o frente a las altas temperaturas y al viento que puedan provocar en él una desecación restándole docilidad. Igualmente, en el caso del transporte con camiones de caja se evitarán las sacudidas y el paso por terrenos accidentados que puedan dar lugar a segregación; debiendo, en estos casos, tomar precauciones mediante el estudio adecuado de las masas que deberán ser muy cohesivas e incluso incorporando a las mismas aditivos aireantes Transporte continuo. El transporte continuo del hormigón permite conseguir un suministro sin interrupción con lo cual se mejora mucho el rendimiento del hormigonado. El transporte continuo puede realizarse mediante cintas transportadoras, o por medio de bombeo mecánico o neumático. De estos sistemas el más utilizado es el de bombeo mecánico. 151

152 Las cintas transportadoras permiten un transporte horizontal o con pequeña elevación. Combinando varias cintas, formando ángulos entre ellas, se pueden alcanzar puntos diferentes de la obra. La inclinación máxima de la cinta depende del ángulo de rozamiento interno del hormigón. Las cintas transportadoras tienen la ventaja de permitir el transporte de hormigones con tamaño máximo de árido elevado, sin embargo, presentan el inconveniente de que el hormigón se encuentra en contacto con el viento, sol o lluvia. El hormigón para transportar por cinta debe tener consistencia plástica. La velocidad de la cinta suele oscilar entre 1,05 y 1,68 m/seg., aunque en cintas estacionarias se llega a 4 m/seg., e incluso a más. Las cintas deben descargar sobre embudos o sobre trompas de elefante. Bombeo del hormigón. Es un sistema de transporte continuo del hormigón desde el lugar de descarga de la hormigonera, o desde el camión, hasta el de puesta en obra. Hay dos sistemas de bombeo, uno que impulsa al hormigón mediante una pareja de émbolos, y otro que lo hace por un mecanismo rotativo. El primero consiste, en esencia, en recoger el hormigón que se descarga de la hormigonera en una tolva que alimenta por gravedad y por succión a una bomba de pistón, generalmente de dos cuerpos, cuyas válvulas se abren y cierran con cierto sincronismo, de forma que la mezcla se mueve por inyección a lo largo de una canalización de tubos de acero empalmables (Figura ). El segundo, inyecta al hormigón en la tubería por medio de un mecanismo giratorio que comprime a una manguera elástica (Figura ). Carece, por tanto, de émbolos y de válvulas, aunque tiene el inconveniente de que la manguera sufre mucho desgaste. Figura Bomba de hormigonado. 152

153 Figura Bombeo del normigon mediante bomba rotatoria. El sistema de bombeo se emplea cada vez más debido a que permite poner en abra de forma continua, en lugares extensos de difícil acceso, hasta 180 m 3 /h de hormigón, lo cual hace al bombeo muy útil en lugares muy congestionados, con poco espacio para mplear otros sistemas o en aplicaciones especiales como hormigonado de túneles, Hormigones sumergidos, hormigonado de pisos, etc (Figura ). 153

154 Figura Bombeo de un hormigón (alcance de 28, 32, 36 y 42 metros de longitud de pluma) 154

155 Bomba de hormigón Figura Bombeo de un hormigón 155

156 Las bombas deben ir asociadas a un equipo muy bien coordinado de camiones-hormigonera a fin de que nunca falte alimentación de hormigón dado que el sistema de bombeo es económico siempre que no se produzcan interrupciones en el suministro de hormigón. Por otra parte, sólo se empleará el bombeo cuando exista seguridad de que se puede trabajar de forma continua durante largos periodos de tiempo, debido a que este sistema tiene la servidumbre de que, al principio del uso de la bomba y tuberías, es conveniente proceder a su lubricación por medio de un mortero y de que al final del empleo del equipo hay que someterlo a una limpieza total. El bombeo de un hormigón exige de éste características especiales tales como la de no ser segregable, tener una granulometría muy estudiada y una consistencia crítica. Un mal hormigón no se puede bombear adecuadamente lo cual representa una garantía en el empleo de este sistema de transporte. La distancia a la que se puede bombear, en horizontal, es de 300 a 350 m, habiéndose llegado en altura a 100 m, aunque lo normal sea no pasar de 60 m. El límite de utilización de las bombas viene dado por la siguiente expresión: H + 3A+ 10C1 + 5C2 350 m ( ) siendo: H = istancia horizontal, en m. A = desnivel, en m. C 1 = Número de codos de 90. C 2 = Número de codos de 135. Las canalizaciones están formadas por tubos rectos de acero de unos 6 m de longitud y codos de 90 y 135 con un radio de 2 m. Estos elementos se unen entre sí por medio de bridas de cierre rápido y estanco. El diámetro de las canalizaciones es de 100 ó 150 mm. El hormigón idóneo para ser bombeado debe tener unas determinadas características, tales como: áridos de granulometría continua, con arena de módulo de finura no mayor de 2,5, con más de un 15 a 20 por 100 de partículas que pasen por el tamiz de 0,32 mm y más del 5 por 100 de tamaño inferior a 0,16 mm; una buena curva granulométrica de la arena sería la comprendida en la mitad superior del huso A de la figura El tamaño máximo del árido no debe ser mayor de la tercera parte del diámetro interno de la canalización. El contenido de cemento debe estar comprendido entre 300 y 350 kg/m 3. Es conveniente que la mezcla posea una relación árido/cemento no mayor de 7. La consistencia ideal para bombear, medida por asiento en el cono de Abrams, debe estar comprendida entre 8 y 20 cm, si bien hay que tener en cuenta que en la boca de descarga el asiento suele disminuir en 1 a 3 cm debido a la compactación parcial que sufre el hormigón en la tubería por efecto de su roce con las paredes. A fin de no aumentar excesivamente la cantidad de agua precisa para conseguir la consistencia necesaria para el bombeo, lo que podría dar lugar a segregación, pueden utilizarse plastificantes y fluidificantes siempre que no incorporen un volumen de aire superior al 5 %, puesto que el efecto elástico que produce éste hace disminuir el rendimiento del equipo. Si bien el bombeo se presta perfectamente para el empleo de hormigones de áridos rodados, no hay inconveniente en utilizar áridos de machaqueo, no obstante, hay que tener cuidado para que no se rigidice la mezcla en las tuberías debido a la absorción de agua por parte de estos áridos, lo que obliga, a veces y según la naturaleza de los mismos, a proceder a la saturación previa de estos. Este mismo efecto, más acusado aún, ocurre en el bombeo de hormigón de áridos ligeros en el que, debido a la alta presión de bombeado estos áridos tienden a absorber gran cantidad de agua dando lugar a mezclas secas que crean tapones en las canalizaciones. 156

157 El rendimiento teórico ηde las bombas de hormigón viene dado por: siendo: η = Rendimiento en m 3 /h. n = Número de emboladas, en min. f = Sección del émbolo, en m 2 s = Recorrido del émbolo, en m. e = Eficacia volumétrica. η= 60nfse ( ) e depende del alcance de la impulsión horizontal y oscila entre 0.75 para 80 m y 0.85 para 300 m. El bombeo del hormigón está recomendado para el transporte a distancia (túneles y galerías), alturas notables, elementos de gran volumen, cuando el terreno es intransitable o el lugar de colocación del hormigón inaccesible. Los hormigones que llevan incorporadas fibras de acero se pueden bombear, al igual que los tradicionales siempre que la consistencia sea la adecuada; generalmente se utilizan consistencias con asientos en cono de Abrams comprendidos entre 10 y 12 cm., eliminando la rejilla de la tolva de alimentación de la bomba para que las fibras no impidan el paso del hormigón por ella,e incluso puedan crear una bóveda en la propia tolva que dificulte la alimentación Puesta en obra del hormigón Introducción. Una vez el hormigón situado en el lugar de colocación se procede a su puesta en obra, la cual se hará de acuerdo con el tipo de ésta, y del espacio y medios de colocación disponibles. El sistema de puesta en obra más simple consiste en verter el hormigón desde el dispositivo de transporte al encofrado, molde o lugar en que se haya de colocar. El vertido y la colocación deben efectuarse de manera que no se produzca la disgregación de la mezcla. El peligro de disgregación es mayor, en general, cuanto más grueso es el árido y más discontinua su granulometría, siendo sus consecuencias tanto peores cuanto menor es la sección del elemento que se hormigona. A veces, los medios de transporte no tienen un acceso fácil al lugar de colocación y, en estos casos, la colocación por bombeo resuelve el problema, además de proporcionar un flujo continuo del hormigón que aumenta el ritmo de trabajo Precauciones a tomar en la puesta en obra del hormigón. Cualquiera que sea el método de puesta en obra empleado, se deben tomar medidas para evitar la caída libre del hormigón desde una altura superior a los dos metros, a fin de impedir que se rompa la homogeneidad de la mezcla al caer más rápidamente el árido grueso que el resto de los componentes Se debe procurar que su dirección sea vertical y evitando desplazamientos horizontales de la masa. El hormigón debe ir dirigido durante el vertido, mediante canaletas u otros dispositivos que impidan su choque libre contra el encofrado o las armaduras. La separación de los componentes se acentúa cuando el hormigón se vierte desde altura y el molde tiene en su interior una fuerte armadura; en este caso, se produce un efecto " cascada " muy perjudicial que hay que evitar tratando de conducir al hormigón al fondo de los moldes de una forma directa y sin choques, o bien a través de una serie de pantallas inclinarlas que interrumpan la caída libre. 157

158 A veces el hormigón ha de ponerse bajo el agua o en recintos en los que es difícil colocar la masa; en estos casos, se recurre a la colocación previa de los áridos y a la inyección posterior de la pasta de cemento. La colocación del hormigón se hace de una sola vez cuando los espesores de la pieza a hormigonar son reducidos, como es el caso de una pieza prefabricada, una viga, un pavimento de carretera, etc., o en varias capas o tongadas cuando el espesor es grande como ocurre en el caso del hormigonado de una cimentación, presa o simplemente de un pilar. Antes de verter el hormigón dentro de los moldes es conveniente observar si existen elementos extraños dentro de ellos que puedan crear discontinuidades o, la presencia de nieve o hielo que dificulten la unión con el hormigón existente. La colocación se efectuará por capas o tongadas horizontales de espesor inferior al que permita una buena compactación de la masa (en general, de 20 a 30 cm, sin superar los 40 cm cuando se trate de hormigón en masa, ni los 60 cm en hormigón armado El espesor depende del sistema de consolidación que se emplee. En ningún caso el espesor de la capa será superior al que permita una compactación completa de la masa. No se arrojará el hormigón con pala a gran distancia, ni se distribuirá con rastrillos para no disgregarlo, ni se le hará avanzar más de un metro dentro de los encofrados. En las piezas muy armadas y, en general, cuando las condiciones de colocación son difíciles, puede ser conveniente, para evitar coqueras y falta de adherencia con las armaduras, colocar una capa de 2-3 cm del mismo hormigón pero exento del árido grueso, vertiendo inmediatamente después el hormigón ordinario. En el hormigonado de superficies inclinadas (Figura ), el hormigón fresco tiene tendencia a correr o deslizar hacia abajo, especialmente bajo el efecto de la vibración. Si el espesor de la capa y la pendiente son grandes, es necesario utilizar un encofrado superior. En caso contrario, puede hormigonarse sin este contraencofrado colocando el hormigón de abajo a arriba, por roscas, cuyo volumen y distancia a la parte ya compactada deben calcularse de forma que el hormigón ocupe su lugar definitivo después de una corta acción del vibrador. Figura Hormigonado de superficies inclinadas 158

159 Hormigonado bajo el agua. El hormigonado bajo el agua no presenta más problemas que el de deslavado de la pasta de cemento o de mortero que puede ocasionar el agua en movimiento; si este problema no existe, se conseguirán buenos hormigones toda vez que el medio es muy adecuado para una hidratación y curado perfectos y además la propia presión del líquido ayuda a su compactación. Para evitar el deslavado del hormigón por la acción del agua se utilizan diferentes sistemas que, en definitiva buscan el transporte directo del hormigón al fondo del encofrado a través de conductos a fin de impedir que éste tenga contacto con la corriente de agua. El transporte puede realizarse en tubos que se elevan a medida que sube el nivel del hormigón pero, permaneciendo siempre introducidos en la masa del mismo al objeto de que no se produzca una caída libre que favorezca el deslavado (Figura ). Esto no impide que la parte superior y superficial del hormigón no sufra algo este efecto transformándose, por tanto, en una capa débil que habrá que eliminar posteriormente si fuese preciso. La masa del hormigón suele estar delimitada por un enconfrado situado bajo el agua o por un tablestacado. Figura Hormigonado bajo el agua Actualmente existen en el mercado aditivos que incrementan de una forma elevada la cohesión del hormigón impidiendo el lavado que pueda producir el agua Hormigonado por "inyección". Hay ocasiones en que el hormigonado ha de realizarse en espacios muy reducidos en los que no es posible emplear los métodos tradicionales como ocurre en el recrecido de elementos estructurales que han de reforzarse, en el hormigonado bajo el agua en el que hay que evitar el deslavado del cemento o la segregación de los áridos, en el hormigonado de protecciones contra radiaciones en el que hay que impedir la segregación de los áridos pesados, especialmente si estos son de acero, en el hormigonado de piezas complicadas y que han de llevar embebidos anclajes y piezas especiales. En todos estos casos, el hormigón inyectado, conocido como "prepack" tiene indudables ventajas. 159

160 Mediante este sistema, se coloca y compacta en el molde el árido grueso, previamente limpio, y con una granulometría adecuada; una vez humedecido el árido, se procede a la inyección de los huecos existentes entre sus distintos granos mediante un mortero bombeado a través de unos tubos ranurados colocados en la masa granular, que llegan hasta el fondo del molde y que se van elevando conforme la inyección va realizándose (Figura ), o bien se dejan perdidos en la masa. Figura Hormigón inyectado. El volumen de huecos que queda entre los gránulos del árido oscila entre el 30 y 35 por 100 del volumen total del hormigón y se rellena con un mortero formado por una parte de cemento, una de ceniza volante activa que fluidifica al mortero y tres o cuatro partes de arena fina. La cantidad de agua debe ser la suficiente para formar una mezcla fácilmente inyectable. La mezcla suele realizarse en una mezcladora especial que mantiene a la masa en un estado de suspensión coloidal hasta que finaliza todo el proceso de inyección. El hormigón prepack suele tener una dosificación baja en cemento del orden de unos 150 kg/m 3 ; sin embargo, debido a la adición de la puzolana activa a largo plazo se alcanzan resistencias apreciables. Otras ventajas que tiene este tipo de hormigón son la homogeneidad que es consecuencia de la falta de segregación, así como la impermeabilidad y durabilidad, alta resistencia a los ciclos hielo y deshielo y especialmente, baja retracción con respecto a los hormigones tradicionales como consecuencia del contacto puntual que existe entre los gránulos del ando previamente a la inyección. Esta retracción del hormigón puede alcanzar valores de hasta 2x10-4 m/m. En tiempo frío este sistema permite dejar introducidos tubos por los que circule agua caliente o vapor que produzca el calentamiento de los áridos y en tiempo caluroso pueden emplearse tubos similares para hacer circular agua fría y rebajar la temperatura de la masa de hormigón Hormigonado por vacío. Hay ocasiones en las que para conseguir una buena docilidad en el hormigón hay que recurrir al empleo de una cantidad de agua superior a la que sería deseable. En estos casos y cuando se trata de elementos en los que predomina la superficie sobre el volumen, es posible eliminar el exceso de agua mediante un tratamiento de vacío superficial realizado por medio de encofrados especiales que actúan a modo de ventosas y gracias a la intercomunicación existente entre los canalículos llenos por el agua que posee el hormigón. El sistema consiste en aplicar sobre la superficie del hormigón un tejido poroso que va encerrado dentro de un encofrado formado por una caja plana y separado de ella por medio de unos muelles que impiden que al 160

161 hacer el vacío en la caja el tejido poroso deje de estar en contacto con el hormigón. El vacío se efectúa por medio de una bomba que trabaja en la proximidad de los 400 mm de Hg. La duración del tratamiento suele oscilar entre 15 y 25 minutos. Con este sistema se consiguen reducciones de hasta un 20 por 100 en el contenido de agua a distancias de la superficie de 15 a 30 cm., aunque la reducción mayor se logra en las proximidades de las superficies. Al principio del tratamiento la cantidad de agua extraída es grande pero ésta va disminuyendo a medida que avanza el mismo y tiene que producirse su migración desde el interior a la superficie. El sistema pierde eficacia cuando las arenas tienen muchos finos y las dosificaciones de cemento son muy altas. Se ha detectado que en los hormigones que llevan incorporado un aireante se produce una pérdida de burbujas de aire en las proximidades de las superficies pero no en el interior de los mismos. El vacío además de arrastrar agua, puede eliminar elementos finos, tales como puzolanas, por esta razón no son recomendables los hormigones con adiciones; por el contrario, la cantidad de cemento arrastrada es muy pequeña. Debido a la pérdida de agua que experimentan estos hormigones, sus resistencias mecánicas son muy buenas y como consecuencia de la opresión que ejerce la presión atmosférica sobre la ventosa, se consigue una baja permeabilidad, alta densidad y mayor durabilidad que en los hormigones tradicionales, lográndose, además, un endurecimiento rápido que permite retirar los encofrados en plazos cortos, consiguiéndose de esta forma una economía apreciable, especialmente en prefabricación donde pueden someterse al tratamiento simultáneamente varias caras de las piezas. Este tratamiento es costoso y ha perdido parte de sus aplicaciones al surgir los hormigones con superfluidificantes Consolidacion del hormigon Introducción. Para que el hormigón resulte compacto debe emplearse el medio de consolidación más adecuado a su consistencia, de manera que se eliminen los huecos y se obtenga un completo cerrado de la masa, sin que llegue a producirse la segregación. Una vez extendido el hormigón, se haga en una sola capa o en varias, hay que proceder a su consolidación la cual puede realizarse mediante apisonado, picado con barra, vibrado, compresión simultaneada con vibrado, etc. Los sistemas de apisonado y picado con barra se emplean en obras de poca importancia en las que se utilizan hormigones de consistencias plásticas o blandas. El vibrado es el sistema más universal de consolidación del hormigón debido a su gran eficacia y comodidad de empleo. Se usa con hormigones de consistencia plástica y seco-plástica. La compresión con vibración proporcionada por los rodillos vibrantes empleada en la compactación de carreteras, o por las máquinas de fabricar bloques o adoquines, es utilizada con hormigones de consistencia seca. Por la gran importancia que tiene la vibración en sus diferentes aspectos se estudia seguidamente con más detenimiento. 161

162 Vibrado del hormigón. El vibrado es el sistema más eficaz de conseguir hormigones compactos; mediante él se rellenan perfectamente los moldes y se eliminan los huecos. Es apropiado para masas de consistencia seca. Es el método de consolidación más adecuado para estructuras de hormigón armado. Permite un ahorro de cemento y mano de obra, así como un desencofrado más rápido como consecuencia de la menor cantidad de agua de amasado empleada. La vibración fue descubierta casualmente por Rabut cuando, teniendo que reforzar, sin interrumpir el tráfico, unos puentes metálicos de ferrocarril mediante hormigón embebiendo los perfiles de acero, observó que estos hormigones que estaban sometidos a la acción de la vibración producida por el paso de los trenes, daban más resistencias y eran más compactos que los mismos situados en un lugar exento de trepidaciones. Freyssinet, en 1917, fue el primer ingeniero que investigó e hizo experiencias sobre hormigón vibrado, empleando con éxito esta técnica en la construcción de los hangares de Orly, vibrando el hormigón mediante martillos neumáticos adosados en los encofrados. Actualmente la vibración es una técnica muy usual debido a que es difícil encontrar otra que presente la ventaja de proporcionar hormigones compactos de una forma tan fácil. Mediante el vibrado se vencen las fuerzas cohesivas del hormigón transformándose este material en un fluido que se adapta perfectamente a las formas de los moldes; estas fuerzas cohesivas son tanto más elevadas cuanto más secos son lo hormigones, pero, por razones de resistencias mecánicas, entre otras, es preciso trabajar con relaciones agua/cemento bajas, lo que obliga a tener que recurrir a la vibración para reducir el coeficiente de rozamiento entre las partículas del hormigón y para que, por la acción de la gravedad, se vayan acoplando unas con otras dando lugar a masas compactas. El vibrado no sólo cierra y aprieta a unos elementos contra otros, sino que además reparte más uniformemente el agua humedeciendo mejor a los granos de cemento y favoreciendo su hidratación. Mediante la vibración se obtienen hormigones más densos, resistentes e impermeables, con menor retracción y mayor protección de las armaduras y adherencia a ellas. Sin su empleo no se pueden conseguir buenos hormigones especialmente si las mezclas que se utilizan son de bajo contenido de agua. Los efectos de una correcta vibración interna son: En la figura se da el modo de cómo vibrar. 162

163 Figura Modo en que se debe realizar la vibración. Técnica de la vibración. Los vibradores suelen estar formados por masas excéntricas giratorias sometidas, por tanto, a un movimiento armónico de tipo senoidal. Si la semiamplitud del movimiento es A, y f es la frecuencia, o número de revoluciones por segundo, de la masa giratoria, la aceleración máxima del movimiento vendrá dada por: y si m es la masa, la fuerza de vibrado será: γ = A ( 2π f) 2 ( ) 2 2 2π 39.5 F = mγ = ma f = maf Esta fuerza hay que emplearla en vencer la cohesión del hormigón que se comporta como un fluido de Bingham con unas características reológicas variables dependientes de su composición. La semiamplitud a de la vibración del material está relacionada con la amplitud del movimiento A, con el peso propio del vibrador mg y el de la masa a vibrar P, por: mg a= A P luego: ( 2π f) γ = A = Amg 2 2 ( π f) 2 P γ 39.5mAf F = = g P P 2 lo que indica que la relación entre F, fuerza centrífuga generada por la masa excéntrica del vibrador o fuerza 163

164 vibrante, y el peso total P a hacer vibrar, es igual a la relación entre las aceleraciones de vibración γ y de la gravedad g. Esta característica es muy importante en un vibrador y permite determinar su amplitud para una frecuencia dada. Así, para un vibrador de 3000 c.p.m. y γ/g = 1,5, se tendrá: de donde: γ = 1.5x9.81 = 39.5x A= = m= 0.15 mm La amplitud total será de 0,30 mm. Para una frecuencia de vibración de 3000 c.p.m. con vibración vertical, los valores de la relación (γ/g) están dados en el cuadro Cuadro Valores de la relación (γ/g) para una frecuencia de vibración de 3000 c.p.m. Tipo de vibradores. Los vibradores pueden ser de varios tipos: internos, pervibradores, o vibradores de aguja; vibradores externos acoplados a moldes o mesas, y reglas o plataformas vibrantes superficiales que actúan sobre la superficie del hormigón (Figura ). Los vibradores pueden estar accionados mediante un motor eléctrico incorporado al propio vibrador o independiente de él, pero conectado al mismo por medio de una transmisión flexible, o por medio de una turbina de aire comprimido incorporada al propio vibrador. Los pervibradores o vibradores de aguja se emplean en la compactación de hormigones de consistencia plástica colocados en grandes masas: presas, muros, etc., así como en cimentaciones y estructuras. Los vibradores externos se utilizan preferentemente en prefabricación con hormigones secos, y las reglas y plataformas vibrantes en la compactación de pavimentos y soleras con hormigones plásticos. De todo vibrador es importante conocer su frecuencia de vibración, la fuerza vibrante y la potencia nominal. La frecuencia puede ser única o variable y la fuerza vibrante regulable e incluso orientable. 164

165 Influencia en la eficacia de la vibración. Figura Vibrado con regla La frecuencia de la vibración está relacionada con el tamaño máximo del árido; para cada tamaño hay una frecuencia de resonancia, pero hay que tener en cuenta que, si bien para cada tamaño de los elementos constitutivos de un hormigón hay una frecuencia determinada de resonancia, estos no se encuentran libres, sino en un medio elástico amortiguado que está formado por el mortero y por los áridos de otros tamaños que componen al hormigón. El que las frecuencias altas actúen eficazmente sobre los elementos finos, mientras que las bajas lo hagan sobre los gruesos, tiene una explicación directa a través de la amplitud de la vibración; en efecto, si se supone un vibrador de amplitud 0,3 mm y el hormigón está compuesto de áridos de 20,5 y 0,2 mm, los elementos gruesos se desplazarán 1/67 de su dimensión, los intermedios 1/17 y los finos 1,5 veces la suya. Por tanto, y para evitar los grandes desplazamientos de los áridos finos, hay que disminuir la amplitud de la vibración de forma que sea más pequeña que el tamaño de éstos, lo que supone, para igual fuerza vibrante, aumentar la aceleración, o sea, la frecuencia de la vibración. Así vemos que los áridos finos exigirán frecuencias altas y éstas irán disminuyendo al aumentar el tamaño de los mismos. Existen vibradores de frecuencias variables o solamente de dos que permiten conseguir hormigones muy compactos, empleando primero una de 3000 c.p.m. que vibra al árido grueso y luego una de c.p.m. que actúa sobre el mortero. Vibrado con vibradores de aguja. La vibración que transmiten los vibradores de aguja o pervibradores es horizontal y ésta es siempre menos eficaz que la vertical de los vibradores de mesa o de superficie debido a que se amortigua más rápidamente; sin embargo, tiene la ventaja de que los pervibradores son de fácil manejo y transporte de un punto a otro de la masa del hormigón. Su acción queda limitada a una masa de hormigón contenida en un tronco de cono de mayor radio en la superficie que en el fondo debido a la mayor viscosidad del hormigón en las capas inferiores (Figura ). Esta circunstancia obliga a tener que pinchar con el vibrador en diferentes puntos a fin de que las zonas de acción se solapen entre ellas; normalmente la distancia entre pinchazos en cm, debe ser igual al diámetro de la aguja en mm. Aunque la distancia entre los puntos de inmersión del vibrador depende de la consistencia del hormigón, de la forma y dimensiones de la pieza y del tipo de vibrador. 165

166 Figura Radio de acción de un vibrador de aguja. Generalmente, los pervibradores trabajan a altas frecuencias ( a c.p.m) para poder conseguir que con poco peso se logren fuerzas vibrantes apreciables. Es normal en obra el empleo de vibradores de 6000 c.p.m. Los vibradores de aguja deben introducirse verticalmente en la masa de forma rápida y no deben actuar durante un tiempo excesivo por el peligro de segregación y de exudación a que pueden dar lugar, especialmente en hormigones fluidos, ni tampoco durante un tiempo muy reducido por poder dar lugar a la formación de coqueras o a la falta de unión de las diferentes tongadas de hormigón. La duración de la vibración debe ser la precisa hasta ver aparecer una humectación brillante en la superficie, en cuyo momento debe retirarse el vibrador de una forma lenta para permitir que el orificio que deja a su salida se vaya rellenado con el hormigón y mortero de las proximidades. El vibrador no debe acercarse a menos de 10 a 20 cm de las paredes verticales de los encofrados a fin de evitar núcleos de pasta en las proximidades. de estas. 166

167 El campo de aplicaláyón óptimo de estos vibradores corresponde a relaciones agua/cemento comprendidas entre 0.4 y 0.6. Si esta relación es igual o inferior a 0.4 es difícil cerrar la huella debido a la rigidez del hormigón. Si la relación es superior a 0.6 el hormigón se comporta como un líquido y se produce exudación. Dreux da como tiempos de vibrado en hormigones armados o en masa los siguientes: (a).- Si V 25 litros (b).- Si V > 25 litros T = + G VF Φ A V T = + G F Φ A siendo: T = Tiempo de vibrado efectivo, en seg. Φ = Diámetro de la aguja vibrante, en mm. A = Consistencia medida en asiento en cono de Abrams, en cm. V = Volumen de la pieza o probeta, en 1. G = Coeficiente granulométrico dado en el cuadro F = Coeficiente de armado dado en el cuadro Cuadro Valores del coeficiente granulométrico Cuadro Valores del coeficiente de armado 167

168 Así, por ejemplo, si hay que colocar 30 m 3 por hora de un hormigón de consistencia 5 cm en cono de Abrams, confeccionado con árido rodados, en una losa densamente armada y empleando vibradores de 50 mm diámetro, el tiempo de vibración será: V T = + G F = = segundos Φ A Si se considera que los vibradores trabajan el 65 % del tiempo que dura el hormigonado debido a las paradas, cambios de posición, etc., el tiempo de vibrado efectivo será de 3600 x 0,65 = 2400 seg. Luego se precisarán: (22294/2400) = 9.3 pervibradores lo que exigirá disponer de 11 pervibradores para tener uno de reserva. Revibración. Una técnica que permite mejorar la resistencia a compresión de los hormigones, en una cuantía que puede alcanzar, a 28 días, hasta un 15 %, es la revibración. Esta consiste en volver a vibrar al hormigón al cabo de un tiempo comprendido entre 2 y 4 horas de haber realizado la primera vibración. Este tiempo habrá que determinarlo mediante ensayos para cada caso particular de consistencia de la mezcla y de tipo de cemento empleado. La mejora de resistencias es más importante a edades cortas y más grande en hormigones propensos a exudar, debido a que el agua existente en la masa se expulsa con mayor facilidad al revibrar. Una cualidad que se mejora también es la adherencia del hormigón a las barras de armado. La revibración no ha tenido el desarrollo esperado debido a que supone una actividad más a tener en cuenta en el proceso del hormigonado y, por consiguiente, un costo adicional que en algunos casos puede que no compense con la mejora obtenida Centrifugado. El centrifugado es una técnica de puesta en obra muy empleada en la construcción de tubos y otras piezas prefabricadas de revolución como postes, etc. El empleo más frecuente de esta técnica es en la construcción de tubos. Para esto, se hace girar un molde de acero alrededor de su eje a la vez que se introduce el hormigón fresco en el mismo para que por fuerza centrífuga se reparta y compacte contra la pared. El molde dispone de unas tapas laterales que, a la vez que impiden la salida del hormigón, conforman el perfil del sistema de unión del tubo. El molde giratorio descansa sobre varios rodillos, uno de los cuales es motor, a través de bandas de rodamiento (Figura ). Figura Centrifugado de tubos. 168

169 El centrifugado proporciona un hormigón muy compacto siempre que el llenado del molde se haga de forma uniforme y no se introduzca una capa antes de que se haya compactado la anterior. La introducción de todo el material de forma simultánea da lugar a una clasificación por tamaños de los áridos con lo cual el hormigón pierde homogeneidad. La dosificación empleada de cemento suele ser de unos 350 kg/m 3 y la relación agua/cemento la precisa para un buen manejo del hormigón. El exceso de agua empleado se eliminará durante el centrifugado con lo cual el hormigón quedará con una relación agua/cemento muy reducida. Durante el llenado el molde gira a la velocidad necesaria para que el hormigón se reparta perfectamente y quede unido a las paredes del mismo durante su giro. Una vez colocado todo el hormigón se hace girar el molde a su máxima velocidad tangencial que suele estar comprendida entre 9 y 20 m/s. Con una velocidad de 9 m/s, el hormigón situado en un tubo de 115 mm de radio medio está sometido a una fuerza centrífuga de 72 veces el peso propio del hormigón con lo cual la compactación es muy enérgica. Por efecto de la fuerza centrífuga el agua que lleva el hormigón en exceso queda sobrenadando en la parte interna del tubo formando una película fácilmente eliminable por diferentes sistemas. Mediante el centrifugado se obtiene una superficie interna del tubo muy lisa formada por una capa de 1 a 3 mm de espesor de mortero rico en cemento y en elementos finos. Aunque en muchos casos esta terminación es suficiente, en otros, y a fin de lograr una menor pérdida de carga, se recurre a mejorarla mediante el empleo de una barra cilíndrica que se pasa sobre la superficie interna del tubo en la última fase del centrifugado. La compactación del hormigón es tan enérgica y la pérdida del exceso de agua de amasado tan eficaz que una vez acabado el centrifugado los tubos pueden sacarse del molde y transportarse al parque de curado. El sistema de centrifugación es totalmente esencial para la construcción de tubos de presión incluso armados o con camisa metálica. En este sistema de puesta en obra se requiere el empleo de moldes muy bien equilibrados dinámicamente a fin de lograr espesores uniformes de paredes en las piezas. Las aceleraciones y deceleraciones deben estar muy controladas así como el número de revoluciones por minuto y la duración del centrifugado que serán función de las dimensiones de la pieza a construir y el hormigón a emplear. Si la puesta a punto del proceso está bien conseguida se obtienen piezas de una gran calidad en las que el hormigón tiene una relación agua/cemento óptima, por tanto, es muy compacto, resistente e impermeable. Junto con el agua eliminada durante la centrifugación se pierden parte de las posibles sustancias perjudiciales que puedan acompañar a los áridos Compactación por picado. Se efectúa mediante una barra metálica que se introduce en la masa de hormigón repetidas veces. Se emplea en hormigones de consistencia blanda y fluida, en general en obras de poca importancia. También es indicado para compactar zonas de piezas armadas (nudos) Compactación por apisonado. Se efectúa mediante el golpeteo repetido de un pisón adecuado. Las tongadas suelen ser de 15 a 20 cm de espesor. Se emplea generalmente en elementos de poco espesor y mucha superficie horizontal, con hormigones de consistencia plástica y blanda. 169

170 8.6.- Juntas de hormigonado. Aunque lo ideal en toda construcción de hormigón es que el hormigonado sea continuo y sin juntas a fin de obtener un monolitismo total, en la práctica, esto es muy difícil de conseguir y salvo excepciones, hay que dejar juntas de trabajo, debido a tener que interrumpir el hormigonado al final de la jornada, o a causa de mal tiempo en épocas de fuertes heladas, a falta de materiales, poca definición de la obra, suspensión de la misma por motivos económicos, etc. Dos son los problemas que presentan las juntas de hormigonado y que pueden ser causas de fallos, una es la elección de la zona donde hay que realizarlas y la otra, el tratamiento a dar a las mismas. La colocación de las juntas de hormigonado en zonas sometidas a fuertes tracciones y no normales a los esfuerzos de compresión transmitidos, suelen dar lugar a grietas y deslizamientos de unos elementos con respecto a otros. Al interrumpir el hormigonado de una estructura de hormigón es necesario que las juntas queden orientadas lo más perpendicularmente posible a la dirección de las tensiones de compresión, siendo deseable alejarlas de las zonas de máximos esfuerzos. El tratamiento a dar a las juntas es también importante. Antes de realizar la unión de los hormigones de las juntas, hay que prevenir los efectos de retracción., para lo cual es conveniente esperar el tiempo suficiente a fin de que la pieza hormigonada se haya deformado libremente. Las superficies a unir en las juntas deben desprenderse de la capa de lechada superficial mediante chorro de arena o de agua, o bien mediante cepillo de alambre, para posteriormente eliminar toda traza de suciedad o detritus desprendidos y posteriormente hay que humedecerlas. Con estas operaciones se está en buenas condiciones para lograr la unión del hormigón existente y el nuevo que se coloque. Los hormigones situados a ambos lados de las juntas deben ser similares y no se emplearán en ellos conglomerantes distintos. Antes de reanudar el hormigonado, debe limpiarse la junta de toda suciedad y material que quede suelto, retirando la capa superficial de mortero para dejar los áridos al descubierto. Posteriormente se humedece la superficie de la junta y se le aplica una capa de mortero fresco de 1 cm de espesor inmediatamente antes de verter el nuevo hormigón. No se debe hormigonar directamente sobre superficies que hayan sufrido el efecto de la helada, debiendo sanearse previamente las partes dañadas por el hielo. Cuando se prevé la necesidad de dejar juntas de hormigonado, un sistema que permite una posterior unión eficaz consiste en dejar embebido en el hormigón de espera unas piedras " guindas", o trozos de redondos, que sobresaliendo la mitad, sirvan de engranajes que absorban los esfuerzos cortantes que puedan aparecer en los planos de las juntas. En la unión de hormigones que componen las juntas se ha podido comprobar la gran eficacia de los adhesivos epoxidicos. 170

171 8.7.- Precauciones a tomar en el hormigonado en tiempo frio o caluroso Hormigonado en tiempo frío. Está demostrado que el hormigón no adquiere la resistencia necesaria cuando su fraguado y primer endurecimiento tiene lugar en tiepo de heladas, debido a la acción expansiva del agua intersticial. El hormigón queda seriamente dañado si la primera helada le sorprende cuando su resistencia no ha alcanzado los 8 N/mm 2. Debe suspenderse el hormigonado en cualquiera de los casos siguientes: 1.- Cuando se prevea que, dentro de las 48 horas siguientes, pueda descender la temperatura ambiente por debajo de los 0 ºC. 2.- Cuando la temperatura de la masa de hormigón sea inferior a 5 ºC en elementos normales, o a 10 ºC en elementos de pequeño espesor. Así pues, la acción del frío, bien sea natural o artificial, sobre un hormigón en periodo de fraguado o principio de endurecimiento, retarda e incluso, anula su endurecimiento al disminuir la velocidad de hidratación de los componentes activos del cemento o, bien, destruye las resistencias mecánicas del hormigón si el frío es tan intenso como para que se hiele el agua del amasado. Si el hormigón se hiela inmediatamente después de su colocación en obra, estando aun fresco, no fraguará al no existir agua por haberse convertido en hielo, es decir, el proceso de fraguado se habrá interrumpido. Si después de haber deshelado, el hormigón se vibra nuevamente, fraguará y endurecerá de forma totalmente normal. Para hormigonar en tiempo frío es necesario mejorar la dosificación del hormigón, adoptando relaciones A/C lo más bajas posible, empleando mayor cantidad de cemento e incluso utilizando un aditivo adecuado. Todo ello con objeto de aumentar la velocidad de endurecimiento del hormigón y el calor de fraguado de la masa. Los factores más importantes que en invierno pueden actuar sobre el hormigón son: la helada, el viento, el frío, la lluvia, la nieve y la humedad. La helada es uno de los fenómenos que más pueden afectar al hormigón durante su fraguado y principio de endurecimiento. El agua pura y libre se congela a 0 C, con un aumento de volumen del 9 %. Este agua llena los canalículos de un hormigón que aún no tiene resistencia a tracción suficiente como para soportar la presión que produce la expansión de este agua helada en los mismos, con lo cual, se disgregará y perderá toda su cohesión. Por supuesto que, cuanto más avanzado esté el proceso de endurecimiento del hormigón, tanto mejor resistirá la presión ejercida por el hielo y no sólo por tener mayor resistencia a tracción sino, también, por haber disminuido la cantidad de agua disponible al haberse combinado una buena parte de ella con los componentes del cemento. El viento reforzará la acción destructiva de las bajas temperaturas, especialmente, sin sobreviene bruscamente. Su acción consiste en acelerar la pérdida calorífica del hormigón y se manifiesta principalmente en las superficies. La dirección del viento y su velocidad condicionan la intensidad de esta acción. 171

172 Si las temperaturas no son excesivamente frías, la humedad del aire puede cederse al hormigón por condensación, si éste está más seco que aquél, favoreciendo de esta forma su curado, pero, si ocurre lo contrario, el agua será cedida por el hormigón produciéndose una desecación superficial que puede ocasionar una fisuración importante debida a la retracción hidraúlica generada. Las precipitaciones de nieve y lluvia limitan la profundidad de penetración del frío, mientras que la humedad y sus variaciones producen cambios volumétricos del hormigón que se traducen en entumecimientos y contracciones según aumente o disminuya ésta. Es difícil conocer si un hormigón está en condiciones de resistir una helada debido a que la diferencia entre el principio y final de fraguado, así como la velocidad en adquirir resistencias, va a depender mucho de las temperaturas a que haya estado sometido el hormigón antes de que sobrevengan las heladas. En la figura 2.8 se ha visto como varían los valores relativos del tiempo de fraguado de un cemento portland de categoría media sometido a diferentes temperaturas. La resistencia mínima a compresión a la cual puede decirse que un hormigón resiste la helada es muy variable según unos autores u otros, oscilando entre 5 y 14 N/mm 2. En la vida del hormigón hemos de distinguir varias fases que pueden ser fuente de efectos patológicos importantes si el paso de este material por cada una de ellas no está convenientemente cuidado. La primera fase, por supuesto, es el proyecto del hormigón. La elección del tipo y categoría del cemento ha de estar condicionada no sólo por las características climáticas del ambiente en el que el hormigón va a desarrollar su actividad, sino también, por aquellas otras particulares de la obra y que pueden ser derivadas de la masa de los elementos, la relación superficie/volumen de los mismos, etc. Todos estos datos junto con el calor de hidratación y calor específico del cemento y de los otros componentes a emplear, permitirá elegir el conglomerante más adecuado para las condiciones térmicas con las que el hormigón se va a encontrar en su primera edad. La segunda fase comprende el amasado, transporte y colocación en obra del hormigón y en ella deberán tomarse todo tipo de precauciones para evitar evaporaciones sensibles del agua de amasado. La tercera fase corresponde a la protección del hormigón una vez colocado en obra; esta fase es esencial puesto que durante la misma van a tener lugar el fraguado y primer endurecimiento del conglomerado, de aquí que, si bien la protección contra pérdidas de agua es importante en las otras fases ya vistas, en ésta es totalmente esencial,al igual que lo es mantener las temperaturas de la masa dentro de determinados límites para favorecer la ganancia de resistencias mecánicas e impedir los efectos de las heladas que al generar tensiones internas pueden destruir al hormigón joven y aún débil. Precauciones a tomar en el proyecto del hormigón. Al menos que se tome alguna precaución en forma de calefacción y protección del hormigón, es conveniente suspender el hormigonado cuando la temperatura alcance +4 C a las 9 de la mañana del día que se hormigona, ya que es probable que se alcancen los 0 C dentro de las cuarenta y ocho horas siguientes. Con ciertas precauciones puede continuarse hormigonando aún con temperaturas muy por debajo de cero, teniendo en cuenta que el grado de precaución durante el tiempo frío debe ser proporcional al descenso de la temperatura ambiente. El ACI, define como "tiempo frío" al periodo de tiempo dentro del cual, durante más de tres días consecutivos, las temperaturas medias son inferiores a +5 C. Si durante más de la mitad de cada período de 24 horas tienen lugar temperaturas superiores a + 10 C, no se considerará como "tiempo frío". 172

173 Las precauciones a tomar en tiempo frío consisten en el empleo de cementos de alto calor de hidratación que tienen la ventaja de poder emplearse con temperaturas muy por debajo de cero y siempre que se proteja al hormigón con aislantes adecuados. Otra precaución consiste en emplear aditivos acelerantes, calentar los componentes del hormigón y prever medidas de protección adecuadas, a fin de mantener las temperaturas por encima de los mínimos permisibles e impedir que el hormigón se hiele. Los acelerantes de fraguado y las adiciones de CaCl 2 aumentan la evolución térmica de los cementos portland normales y su velocidad de endurecimiento. El CaCl 2 es muy adecuado para temperaturas frías, pero se debe tener cuidado de que su tanto por ciento, sobre peso de cemento, no sobrepase el 2 % y, sobre todo, no emplearlo bajo ningún concepto con armaduras pretensadas. La adición de CaCl 2 no exime de que se proteja al hormigón. Para diseñar un hormigón resistente a la acción de las bajas temperaturas hay que conocer cuáles van a ser las magnitudes de éstas, su duración, acción del viento, etc. Fundamentalmente, en estos hormigones va a tener una gran influencia no sólo el tipo de cemento empleado y el uso o no de acelerantes sino también las medidas que se tomen en el amasado y protección de los mismos. Precauciones a tomar en el amasado, transporte y puesta en obra. Cuando el tiempo es muy frío es preciso calentar el hormigón antes de colocarlo en obra e incluso calentar a las armaduras y los moldes y disponer de protecciones aislantes suficientes que eviten una pérdida excesiva del calor. A título indicativo, las medidas recomendables a tomar en el hormigonado en tiempo frío, pueden ser: 1.- Para temperaturas ambientes comprendidas entre +5 C y 0 C, calentar el agua de amasado y los áridos, debiendo proteger al hormigón después de vertido contra la acción de las heladas. 2.- Para temperaturas entre 0 y -5 C, calentar el agua y los áridos y proteger eficazmente al hormigón Por debajo de -5 C, suspender el hormigonado o realizar la fabricación y colocación en obra en un recinto que pueda calentarse. Toda la nieve y el hielo deben eliminarse de los moldes y de las armaduras antes de proceder al hormigonado. La aplicación de vapor o de aire caliente mediante cañones calefactores puede dar muy buenos resultados a este respecto. El hormigón nunca se echará sobre un terreno helado o en moldes con armaduras cuya temperatura sea inferior a 0 C. La temperatura del hormigón al salir de la mezcladora no debe ser inferior a 10 C debido a que hay una inevitable pérdida de calor durante el transporte y colocación en obra. La temperatura al poner el hormigón en obra no debe ser inferior a 5 C. Por otra parte, la temperatura no será excesivamente alta porque entonces se produciría un aumento de retracción al bajar ésta, no debiendo ser, por tanto, superior a 22 C. El Comité 306 del ACI recomienda que cuando el tiempo es frío, con temperaturas medias inferiores a 5 C, el hormigón se coloque en obra a una temperatura no inferior a la dada en la línea del cuadro , de acuerdo con la dimensión mínima de la pieza a hormigonar. 173

174 Cuadro Temperaturas recomendadas para el hormigón. El tiempo, en días, durante el cual debe mantenerse una temperatura no inferior a la indicada está dada en el cuadro en el que se observa que este tiempo depende del tipo y cantidad de cemento empleado así como de que se hayan o no empleado acelerantes de fraguado y del servicio que vaya a prestar al hormigón. Estos cuadros están indicados para hormigones de áridos normales y no de áridos ligeros. La temperatura del hormigón puede elevarse calentando los áridos, el agua o bien la mezclas en la hormigonera. El mejor sistema consiste en calentar el agua por ser el método más cómodo y, además, porque cada kilogramo de agua almacena cinco veces más calor que el mismo peso de áridos. Si se calientan estos últimos, se hará por medio de calentadores de vapor, eléctricos, o cualquier otro sistema que no los contamine. El agua no se calentará a más 60 C o 70 C, dependiendo del tipo de cemento, para evitar tener un fraguado relámpago. Una temperatura normal es la de 40 C. Una temperatura excesiva, aparte de da lugar a un fraguado muy rápido, tiene el inconveniente de reducir la consistencia del hormigón y dificultar la puesta en obra del mismo. Sin embargo, no se han producido problemas empleando en el hormigonado de presas, cementos de bajo calor de hidratación y temperaturas del agua de 90 C. Siempre que se caliente el agua por encima de 40 C deben mezclarse primero los áridos y el agua y luego añadir el cemento. La temperatura final de la mezcla se calculará de acuerdo con la temperatura de los componentes y vendrá limitada a fin de no tener un calentamiento excesivo durante el fraguado. Un ejemplo puede aclarar este cálculo. Se trata de hormigonar en invierno con un hormigón cuya dosificación en volúmenes de conjunto es de 1:2.5:3.5, que tiene una relación (Agua/Cemento) de 0.5 estando el cemento y los áridos en el momento fabricarlo a 5 C 174

175 Cuadro Duración de la protección del hormigón en tiempo frio. Las características de los materiales que integran el hormigón son las siguientes: 175

176 El hormigón se va realizar con un cemento portland medio procedente de un clinker cuya composición potencial es: C 3 S 35 % 120 cal/g C 2 S 38 % 62 cal/g C 3 A 8 % 207 cal/g C 4 AF 9 % 100 cal/g Determinar la temperatura del agua de amasado para que al terminar éste, la de la masa sea de 15 C, así como hallar la temperatura a los siete días de edad, suponiendo que el hormigón está protegido y no hay pérdida de calor durante estos días y que a esta fecha se ha producido el 75 % del calor de hidratación del cemento. La proporción de los componentes partiendo de 1 kg de cemento será: Agua: Arena = (1/1.1) 2.5x1.6 Grava = (1/1.1) 3.5x kg 3.64 kg 4.77 kg El calor absorbido por los áridos y el cemento deberá ser igual al calor cedido por el agua, con lo que: ( ) 1x x x0.2 (15 5) = 0.5x1 x( t 15) de donde la temperatura t a que habrá que calentar el agua será: t = 52,64 C El calor de hidratación del cemento por gramo será: = cal / g 100 Como hay un kilogramo de cemento, el calor de hidratación será de Kcal. Dado que a los siete días sólo se ha producido el 75 por 100 de este calor, tendremos: 0.75x91.12 = Kcal. Estas calorías se absorberán por los componentes para pasar de la temperatura de 15 C a la temperatura final T de la masa del hormigón, luego: 68.34= 1x x x x1 ( t 15) ( ) de donde la temperatura final T del hormigón a los siete días, será: t = 43,7 C Los áridos pueden calentarse con vapor o con aire caliente, aunque lo mejor es colocarlos en cobertizos y calentar éstos con braseros o con agua caliente circulante en serpentines. La temperatura alcanzada por los áridos no será superior a 50 C. El método de calentamiento elegido dependerá de las disponibilidades y el volumen de áridos a calentar, siendo el sistema de vapor adecuado cuando se dispone de una buena instalación de drenes. El empleo de fuego es peligroso por producir calentamientos localizados que a veces resultan excesivos y perjudiciales para los áridos. Igualmente, el empleo de cañones que queman petróleo no es conveniente por crear en la superficie de los áridos una película grasienta que les resta adherencia. El tiempo de amasado cuando se emplea agua o áridos calientes debe ser ligeramente mayor que en los casos normales para evitar la formación de grumos. Los hormigones deben colocarse en obra a temperaturas lo más próximas posibles a las bajas permitidas. 176

177 Deben evitarse temperaturas que excedan en más de 5 C a las dadas en el cuadro Los hormigones puestos en obra a temperaturas entre 5 y 15 C, protegidos de las heladas y que tengan un curado adecuado, adquirirán resistencias mecánicas finales superiores, mayor durabilidad y estarán sujetos a menos riesgos de fisuración térmica que hormigones similares colocados en obra a temperaturas superiores. La colocación en obra del hormigón debe ser tan rápida como se pueda evitando en lo posible el empleo de cintas transportadoras. Si la hormigonera no está situada junto a la obra se pierde bastante calor en el transporte del hormigón, siendo la cantidad perdida variable de acuerdo con el medio de transporte que se emplee y con las precauciones que se tomen. Los camiones hormigonera son, quizá, por la agitación y el movimiento constante del hormigón, los más afectados. Se estima que en un camión hormigonera el descenso de temperatura por hora de transporte está dado por: t = 0.25 (t - t ) mientras que en un camión abierto o dumper, en igual período de tiempo, el descenso es: r a y en un dumper cubierto de: siendo: t = 0.20 (t - t ) r r a t = 0.10 (t - t ) a t = Caída de temperatura esperada durante la entrega. t r = Temperatura requerida en obra para el hormigón t a = Temperatura ambiente todas ellas expresadas en C. Así, si un camión hormigonera tarda una hora desde la central a la obra, y se requiere un hormigón a 10 C, siendo la temperatura ambiente de -2 C. La caída de temperatura será: t = 0.25 (10+2)=3 ºC luego, ala salida de la central el hormigón debe estar, por lo menos, a 13 C. Precauciones a tomar con el hormigón puesto en obra. La Instrucción, española del hormigón vigente, indica: "En general, se suspenderá el hormigonado siempre que se prevea que dentro de las cuarenta y ocho horas siguientes puede descender la temperatura ambiente por debajo de los cero grados centígrados. En los casos en que, por absoluta necesidad, se hormigone en tiempo de heladas, se adoptarán las medidas necesarias para garantizar que, durante el fraguado y primer endurecimiento del hormigón, no habrán de producirse deterioros locales de los elementos correspondientes ni mermas permanentes apreciables de las características resistentes del material. Si no es posible garantizar que, con las medidas adoptadas, se ha conseguido evitar dicha pérdida de resistencia, se realizarán los ensayos de información necesarios para conocer la resistencia realmente alcanzada, adoptándose, en su caso, las medidas oportunas ". 177

178 El efecto de la helada se va a hacer sentir en forma de expansión tanto más peligrosa cuanto menor sea la edad del hormigón. El la figura puede observarse el aumento de volumen o expansión del hormigón, en función de su edad, al sobrevenir la helada, y de la duración de la misma. Se observa que por debajo de las treinta y seis horas hay expansión, especialmente si la duración de la helada es superior a cuatro horas, de aquí que los cuidados y protección del hormigón dentro de estas primeras horas deban extremarse. Figura Incremento de volumen de un hormigón en función de la duración de la helada El efecto de los ciclos hielo-deshielo es también diferente según la edad que tenga el hormigón cuando se aplique el primer ciclo. Los daños que puedan causar los ciclos hielo-deshielo son más severos que los producidos por una helada prolongada aun cuando estos ocurran sobre hormigones que hayan estado curados a 20 C y tengan veinticuatro horas. En la figura puede verse el incremento de volumen de un hormigón de diferentes edades sometido a un número variable de ciclos de hielo-deshielo. Figura Incremento de volumen de un hormigón en función de los ciclos hielo-deshielo a que esté sometido 178

179 Por todo lo anteriormente indicado, una vez puesto en obra el hormigón es conveniente que frague a una temperatura comprendida entre 7 y 21 C y preferible que ésta no baje de 10 C al menos durante los tres días siguientes al hormigonado. Se ha indicado anteriormente que el endurecimiento del hormigón queda frenado en tiempo frío y que es tanto más lento cuanto más baja es la temperatura ambiente. El control del endurecimiento del hormigón puede llevarse mediante la rotura a compresión de probetas y a este respecto el control de obra obligatorio es nuestro país da un información bastante precisa sobre el efecto de las bajas temperaturas en el hormigón. El proceso de endurecimiento puede apreciarse también mediante la " edad ficticia" del hormigón. Otro concepto que se emplea con mucha frecuencia para tener en cuenta la acción de la temperatura sobre un hormigón en proceso de endurecimiento es el del "grado de madurez". Mediante el cálculo del grado de madurez se puede tener una idea del período de curado requerido antes de que el hormigón sea expuesto a las heladas. Pasadas estas condiciones, la hidratación puede continuar en las cavidades no heladas a temperaturas de -4 C, e incluso más bajas. Cuando pasa la helada el hormigón sigue ganando resistencias de forma normal y de acuerdo con las reglas de la madurez. Como se ha indicado anteriormente, en caso de bajas temperaturas deben emplearse mezclas ricas en cemento de alto calor de hidratación y baja relación (Agua/Cemento). El empleo de acelerantes, tipo CaC1 2, activan la hidratación del cemento a la vez que rebajan el punto de congelación del agua hasta casi -15 C. Es fundamental aislar al hormigón colocado en obra para evitar pérdidas de calor, e incluso, a este fin, pueden calentarse los moldes, tomando la precaución de que no se seque el hormigón y evitando, además, las posibles concentraciones de CO 2 que puedan producirse. Como medida extraordinaria, en caso de temperaturas excesivamente bajas, se puede recurrir al calentamiento de la masa por medio de electrodos, conductores perdidos en la masa, o simplemente, calentando las armaduras por medio de una corriente alterna de bajo voltaje. La corriente continua no debe emplearse debido al fenómeno de electrolisis que puede provocar en el hormigón fresco. Como resumen se puede decir que las precauciones que deben tomarse para el hormigonado en tiempo frío son las siguientes: Añadir CaCl 2 al agua de amasado. Calentar el agua de amasado a unos 40º-70º, cuidando que no se formen grumos. Conviene verter una parte de los áridos antes que el cemento. Calentar los áridos. Proteger las superficies hormigonadas (polietileno, balas de paja, etc.). Calentar artificialmente el ambiente de la obra. Prolongar el curado durante el mayor tiempo posible. Retrasar el desencofrado de las piezas, incluidos costeros, cuando el encofrado actúe como aislante (caso de la madera). 179

180 Hormigonado en tiempo caluroso. Las acciones perjudiciales que puede ejercer el calor sobre un hormigón joven podemos resumirlas en las siguientes: 1.- Aumentar la cantidad de agua para una determinada consistencia. 2.- Rápida evaporación del agua. 3.- Pérdida de consistencia y por tanto de docilidad. 4.- Endurecimiento rápido. 5.- Fisuración. 6.- Reducción de su durabilidad. 7.- Disminución de sus resistencias mecánicas 8.- Variaciones en su aspecto superficial. 9.- Disminución de su adherencia a las armaduras Aumento del riesgo de corrosión de armaduras al incrementarse la permeabilidad y la fisuración. Los problemas originados por el calor se han agravado últimamente por el empleo de cementos de alta finura de molido y con mayor velocidad de hidratación; el empleo de cantidades mayores de cemento para conseguir altas resistencias. La utilización de secciones de hormigón cada vez más delgadas y con mayores cuantías de acero; el empleo de vibrados enérgicos que utilizan consistencias muy secas y la necesidad de no interrumpir los trabajos de hormigonado aún en condiciones muy desfavorabes. Al igual que en el hormigonado en tiempo frío, en el caso de tiempo caluroso hay que tomar una serie de precauciones que deben extenderse a las tres fases de:proyecto, amasado, transporte y puesta en obra, y curado. Precauciones a tomar en el proyecto del hormigón. Con respecto al proyecto del hormigón es preciso tener en cuenta que, al igual que se ha visto en el hormigonado en tiempo frío, el cemento al hidratarse lo hace en forma exotérmica liberando una cantidad de calorías por kilogramo de cemento diferente según la composición potencial que tenga el mismo. Si bien, en tiempo frío el calor desarrollado en la hidratación del cemento es muy conveniente, no ocurre lo mismo en épocas calurosas en las que su efecto puede ser totalmente contraproducente, de aquí que hayan de elegirse dosificaciones reducidas de cemento y cementos de bajo calor de hidratación, es decir, pobres en aluminato y silicato tricálcicos, o haya que recurrirse al empleo de cementos puzolánicos, especialmente, cuando se trate de hormigonar elementos voluminosos o en los que predomine la superficie sobre el volumen. Un ejemplo claro, en este sentido, son las limitaciones que ponen al contenido de aluminato tricálcico los pliegos de condiciones para la construcción de firmes rígidos y así, se observa que, el español indica que en ningún caso se sobrepasará el 10 por 100 de C 3 A, mientras que el pliego francés, de acuerdo con la temperatura de puesta en obra y el tipo de áridos, hace oscilar la limitación entre el 6 y el 12 %. El calor liberado durante la hidratación suma sus efectos a las altas temperaturas ambientales haciendo que se produzca una evaporación rápida del agua de amasado con lo cual el cemento no se hidratará adecuadamente, el hormigón no adquirirá las resistencias debidas y al ser fuerte la retracción hidráulica terminará por fisurar. Por otra parte, y aun suponiendo que no haya pérdidas de agua, si el calor producido durante la hidratación no puede eliminarse fácilmente, las piezas hormigonadas permanecerán calientes y, por tanto, dilatadas durante un tiempo que puede ser grande, dada la baja conductibilidad térmica del hormigón (aproximadamente de cal/cm.seg. C), con lo cual, el hormigón adquirirá resistencias rápidamente por efecto de esta temperatura elevada. 180

181 Al producirse, con el transcurso del tiempo, el enfriamiento de la pieza, ésta tenderá a contraerse, dando lugar a que aparezcan tensiones importantes de origen térmico que pueden llegar a romper la pieza, como ocurre en vigas de gran sección que están coaccionadas en su movimiento por empotramientos o pilares rígidos y en las que se hayan empleado dosificaciones elevadas de cementos de altas resistencias. La influencia del calor de hidratación de los cementos en la elevación de temperatura es importante como se puede ver en el siguiente ejemplo. Supongamos un hormigón confeccionado con un cemento portland cuyo calor de hidratación es de 100 cal/g y en cuya dosificación se hayan empleado 350 kg de este cemento, 200 litros de agua y 1700 kg. de áridos cuyos calores específicos son, respectivamente, 0.2, 1.0 y 0.2 cal/ C.g. El calor desarrollado por metro cúbico de hormigón, será: 350x100 = kcal. La capacidad calorífica de este metro cúbico de hormigón, será: 350x x x0.2 = 620 kcal/ C La elevación de temperatura será, por tanto, de: = 56.5 º C 620 Si en vez de este cemento se emplea uno de más bajo calor de hidratación, por ejemplo, 80 cal/g y el hormigón lo dosificamos con 250 kg de cemento, 120 litros de agua y 1950 kg de áridos, el calor desarrollado por el cemento será: 350x80 = kcal La capacidad calorífica de un metro cúbico de este nuevo hormigón será: 250x x x0.2 = 560 kcal/ C La elevación de temperatura en este caso, será: = 37.7 º C 560 Como se aprecia, mediante el empleo de un cemento adecuado y una dosificación más baja del mismo, se ha rebajado el incremento de temperatura en 20,8 C., reduciéndose de esta forma la deformación lineal del hormigón en 0,21 mm por metro de estructura. En el proyecto del hormigón es preciso tener en cuenta la influencia que sobre las resistencias va a tener el calor. Los hormigones adquieren a edades tempranas resistencias más altas cuanto más elevadas sean las temperaturas; sin embargo, a edades de 28 días estas resistencias son más bajas que las de los hormigones normales (Figura ). 181

182 Figura Evolución de las resistencias con las temperaturas a 1 día y a 28 días. Otro efecto indeseable que el calor puede producir sobre el hormigón es el de hacerle precisar más agua de amasado, para igual consistencia, con el efecto desfavorable que esto puede representar para la retracción y fisuración (Figura ). Figura Agua precisa en la mezcla de hormigón en función de la temperatura. La naturaleza de los áridos también juega un papel importante en el comportamiento del hormigón frente a temperaturas altas debido a que los áridos de tipo calizo tienen mayor poder de retención de agua que los silíceos, con lo que pueden aportarla al subir las temperaturas. 182

183 Por supuesto que a la hora de proyectar el hormigón hay que conocer las características ambientales a las que ha de estar expuesto; la temperatura, humedad relativa y viento son parámetros que deben ser tenidos en cuenta. Igualmente, la magnitud de los volúmenes a hormigonar, la relación volumen/superficie, y la forma de las piezas, tienen una importancia trascendental, no pudiendo, por tanto, ser ignoradas. Precauciones en el amasado, transporte y puesta en obra. La Instrucción española vigente de hormigón vigente al referirse al hormigonado en tiempo caluroso dice textualmente: "Cuando el hormigonado se efectúe en tiempo caluroso, se adoptarán las medidas oportunas para evitar una evaporación sensible del agua de amasado, en particular durante el transporte y para reducir la temperatura de la masa. Los materiales almacenados con lo cuales vaya a fabricarse el hormigón y los encofrados y moldes destinados a recib i rlos deben estar protegidos del soleamiento. Una vez efectuada la colocación del hormigón se protegerá éste del sol y especialmente del viento, para evitar que se deseque. Si la temperatura ambiente es superior a 40 C se suspenderá el hormigonado, salvo que, previa autorización expresa del Director de obra, se adopten medidas especiales, tales como enfriar el agua, amasar con hielo picado, enfriar los áridos, etc". En el comentario de la citada Instrucción indica que, en presencia de temperaturas altas, superiores a 40 C, será necesario mantener permanentemente húmedas las superficies del hormigón durante diez días, por lo menos, o tomar otras precauciones especiales aprobadas por la dirección de la obra, para evitar la desecación de la masa durante el fraguado y primer endurecimiento. De acuerdo con la indicada Instrucción si la temperatura es superior a 40 C debe suspenderse el hormigonado, aunque tomando medidas especiales puede hormigonarse siempre que se tenga en cuenta la existencia, o no, de viento, su intensidad, la humedad relativa del ambiente y se tomen precauciones adecuadas tales como el empleo de agua fría e incluso de hielo picado en el amasado. El empleo de agua fría es muy eficaz debido a que el calor específico de la misma es cinco veces superior al del cemento y los áridos y, además, debido a que la temperatura del agua es más fácil de controlar que la de éstos; sin embargo, al entrar en poca proporción en la masa del hormigón su influencia no es muy grande y así, para un hormigón normal de 330 kg de cemento, 170 litros de agua y 1850 kg de áridos, una disminución de 2 C en la temperatura supone sólo un descenso de 0.5 C en la temperatura del hormigón. El empleo de hielo picado es mucho más ventajoso debido a que interviene el calor latente de fusión del mismo (80 cal/g). El hielo se emplea sustituyendo a parte del agua de amasado. Si en el hormigón referido anteriormente se emplea un 50 por 100 de hielo sustituyendo a la parte de agua correspondiente, sólo por el efecto de fusión del hielo se rebaja la temperatura del hormigón en 11 C. A esta reducción habrá que añadir el efecto adicional de enfriamiento producido por el agua a 0 C y que puede estimarse en un descenso de otros 4 C. En la figura puede verse como el hielo es el componente que mayor eficacia presenta en el enfriamiento del hormigón, y en la figura se obtiene el peso de hielo a añadir al agua de amasado, por metro cúbico de hormigón, en función de la reducción en la temperatura del hormigón a conseguir y de la temperatura inicial del agua de amasado. 183

184 Figura Influencia de la temperatura de los componentes en la temperatura del hormigón. Figura Reducción de la temperatura del hormigón por la adición de hielo al agua de amasado 184

185 El descenso inicial de temperatura del hormigón t, debido al hielo, si todos los materiales están a la temperatura ambiente t a, y en el amasado se han empleado P kilogramos de hielo, puede determinarse por la fórmula: P( t a + 80) t= k 680 en la que, k es un factor de eficacia cuyo valor oscila entre 0,6 y 0,8. Así, la temperatura de los materiales es de t a = 32 C, y se introducen P = 100 kg de hielo, el descenso de temperatura obtenido, suponiendo k = 0.7 será: ( + 80) 100( ) P t t= k a = 0.7 = 11.5 º C con lo cual la temperatura del hormigón al salir de la hormigonera será de 20.5 C. Precauciones a tomar con el hormigón puesto en obra. Una vez colocado el hormigón en obra, pueden aparecer daños importantes provocados por la acción aislada o conjunta del calor, sequedad, viento y sol. La Instrucción de hormigón vigente en España es excesivamente concisa al indicar solamente que, una vez colocado el hormigón hay que protegerlo del sol y especialmente del viento para evitar que se deseque. En el apartado dedicado al " Curado del hormigón ", se ven con detalle las precauciones que hay que tomar durante el mismo a fin de que éste sea eficaz y no aparezcan efectos patológicos debidos a retracciones de tipo hidraúlico o térmico. A este respecto el CEB indica que las superficies del hormigón deben permanecer húmedas durante el tiempo suficiente para que éste adquiera una resistencia mínima del 70 % de la de proyecto. Como norma general y a pesar de las protecciones, no debe hormigonarse por encima de los 40ºC, o por encima de los 35ºC si se trata de elementos de mucha superficie (pavimentos, losas, soleras, etc.). En las proximidades de estas temperaturas conviene regar continuamente, al menos durante 10 días, los encofrados y superficies expuestas de hormigón. En la tabla se da la influencia de la temperatura y de la relación (Agua/Cemento) en los tiempos de fraguado. Tabla Influencia de la temperatura y de la relación (Agua/Cemento) en los tiempos de fraguado. 185

186 9.- Curado del hormigón Introducción. Para conseguir un buen hormigón con las propiedades deseadas, hay que curarlo en un ambiente adecuado, después de ponerlo en obra y al menos durante los primeros días de su vida. La resistencia, estabilidad de volumen y durabilidad del hormigón sólo se logran si éste se cura adecuadamente. Si las condiciones ambientales de humedad y temperatura son favorables no se requiere tomar precauciones especiales de curado. El curado del hormigón tiene por finalidad impedir la pérdida de agua y controlar la temperatura del mismo durante el proceso inicial de hidratación de los componentes activos del cemento. El fin último del curado es lograr que el espacio lleno por el agua, en la pasta fresca, sea ocupado por los productos resultantes de la hidratación del cemento, es decir, que se produzca la hidratación en los capilares llenos de agua, para lo cual habrá que impedir que, el agua se escape o, sustituir la que se haya perdido por evaporación, mediante agua externa. En la figura puede observarse la evolución de las resistencias a compresión en función de la edad para un hormigón de relación agua/cemento de 0.5 y que ha estado sometido a diferentes tiempos de curado en agua o a un curado al aire. Para conseguir una buena hidratación hace falta que el hormigón esté saturado, o que al menos la presión de vapor en los capilares sea suficientemente alta, y como mínimo del 80 % de la saturación; por consiguiente, no basta con que el hormigón fresco haya perdido agua por evaporación y la que le reste sea superior a la precisa para la hidratación, sino que, si la velocidad de hidratación ha de ser alta, el hormigón debe estar saturado o próximo a la saturación, ya que por debajo del 0.8 de la presión de vapor correspondiente a la misma, la hidratación transcurre de una forma muy lenta. Es imposible, en la práctica, conseguir que todo el cemento se hidrate; no obstante, la calidad de un hormigón depende mucho de la relación gel/espacio en la pasta y así, si el espacio ocupado por el agua en el hormigón fresco es superior al de los geles, la hidratación podrá continuar, mejorando las resistencias y la impermeabilidad de éste. Figura Influencia de curados diferentes sobre las resistencias a compresión del hormigón. 186

187 La velocidad en adquirir resistencias no sólo depende de la humedad del hormigón sino también de la temperatura a que esté sometido, de aquí que en el curado tenga una gran importancia la misma. Como toda reacción química, la de hidratación está influenciada por la temperatura en el sentido de que al aumentar ésta la velocidad de aquella crece; de forma general, la velocidad de una reacción química se duplica al aumentar la temperatura en 10 C Edad ficticia y grado de madurez. Para tener en cuenta el efecto de la temperatura en la hidratación del cemento y en la ganancia de resistencias del hormigón, se hace uso de los conceptos " edad ficticia" o de " grado de madurez", aplicables al caso en que el hormigón esté sometido a una humedad relativa no inferior al 90 %. La edad ficticia permite conocer la edad que tendrá el hormigón si el curado se hubiese realizado a una temperatura de 20 C. El método es aplicable bajo la condición de que el hormigón fresco haya estado conservado durante las primeras 22 horas a una temperatura de al menos + 5 C y permite ser utilizado para temperaturas comprendidas entre -10 C y 20 C. La edad ficticia se calcula afectando a cada día de la vida del hormigón de un coeficiente K 1, de acuerdo con la temperatura media de conservación del mismo durante esta jornada. Como temperatura media del aire, sobre 24 horas, se toma la media aritmética de las temperaturas medidas en obra a las 7 y a las horas, pudiendo tomar como temperatura a las 7 horas el valor dado, para la zona de la obra, por el Servicio Metereológico, en aquellos casos en que no se dispongan de datos en la obra. Los valores de K en función de la temperatura media t m, son los indicados en el cuadro Cuadro Valores de K en función de la temperatura media t m. El valor de K = 1, corresponde a las condiciones normales de conservación de 20 C y 90 por 100 de humedad relativa. Los valores de K para las temperaturas comprendidas entre -10 y + 20 C se establecen a partir de las relaciones siguientes: tm K 0.3 = 1 + para : 10º C tm < 10 º C (9.2.1) 10 tm K 0.2 = 1 + para : 10º C tm < 20 º C 5 (9.2.2) Conociendo la naturaleza del cemento empleado y la resistencia de las probetas de control a una edad determinada, la resistencia probable del hormigón de obra puede estimarse asimilándola a aquélla que corresponda a la edad ficticia del hormigón. Como ejemplo, supóngase un hormigón que tiene 7 días y que ha estado sometido a temperaturas medias, cada uno de estos días, de 6 C, 8 C, 12 C,2 C,0 C, -2 C y 2 C. 187

188 La edad ficticia de este hormigón, será: = 2.96 días es decir, aproximadamente 3 días en vez de 7 que sería su edad cronológica. Si el hormigón debía tener a estos 7 días 14 N/mm 2, quiere decirse que tendrá solamente la resistencia equivalente a 3 días con un curado en condiciones normales (20 C y 90 por 100 de humedad relativa), es decir, unos 8 N/mm 2, si se sigue la curva de ganancias de resistencias de un cemento portland de uso normal. El otro concepto que se utiliza con mucha frecuencia para tener en cuenta la acción de la temperatura sobre un hormigón en proceso de endurecimiento es el de " grado de madurez". El "grado de madurez " es quizá más expresivo que la " edad ficticia " del hormigón debido a que tiene en cuenta también el efecto de temperaturas superiores a +20 C, que al acelerar la hidratación de los componentes activos del cemento dan lugar a una evolución más rápida de las resistencias. La aplicación del grado de madurez es por consiguiente muy importante en: los curados acelerados o tratamientos térmicos del hormigón, cuando existen fuertes variaciones en la temperatura del aire, para prever las resistencias que se tendrán en las diferentes estaciones del año, etc. El grado de madurez de un hormigón viene expresado por la fórmula: en la que: R = Grado de madurez expresado en h. C, T = Tiempo de endurecimiento en h, T = Temperatura en C. R= t(10 + T) (9.2.3) El grado de madurez corresponde por tanto al área de la zona rallada de la figura 9.2.1, en la que en abcisas está representado el tiempo de endurecimiento del hormigón en horas y en ordenadas la temperatura media del hormigón en C, durante el tiempo considerado. Figura Grado de madurez de un hormigón Si la temperatura es constante durante el tiempo, el grado de madurez es fácil de determinar; si, por el contrario, la temperatura variase, puede trazarse una recta de temperaturas medias o bien se puede hallar la suma de las áreas parciales (Figura 9.2.2). 188

189 Figura Determinación del grado de madurez El aumento de 10 C introducido en la fórmula se debe al hecho de que a la temperatura de -10 C se interrumpen las reacciones de hidratación y por consiguiente la madurez no se incrementa. A temperaturas comprendidas entre 0 C y -10 C, los aumentos de madurez son muy pequeños. El que a cierto grado madurez corresponda siempre una resistencia, sólo es cierto si se cumplen determinadas condiciones. La primera es que los hormigones tengan la misma fórmula granulométrica y estén fabricados con los mismos materiales. Por otra parte, el cálculo de la resistencia por el grado de madurez será tanto más incierto cuando las temperaturas sobrepasen más los 40 C, siendo en este caso el grado de madurez calculado inferior al real, si bien el error cometido no tiene una importancia apreciable en la práctica. En la figura se ha representado la curva de resistencias a compresión, en tanto por ciento de la resistencia a 28 días, en función del grado de madurez. Esta curva se ha trazado para un hormigón estructural de tipo medio curado en laboratorio a 20 C y atmósfera saturada. Cuando se trata de un hormigón excepcional deberá determinarse la curva correspondiente mediante los oportunos ensayos de rotura de probetas a diferentes edades. A continuación se exponen algunos ejemplos de aplicación de este método. Supóngase que se trata de una estructura en la que el tiempo al que se inicia el desencofrado es de 48 horas desde la puesta en obra del hormigón, siendo la temperatura ambiente durante este tiempo de 25 C. A qué plazo habrá que iniciar el desencofrado si la temperatura es de. 7 C, en vez de 25 C?. Figura Resistencias a compresión en función del grado de madurez. 189

190 El grado de madurez del hormigón, será: R = t(t + 10) = 48(25+10) = 1680 h. C Para las nuevas condiciones se tendrá: R 1680 t= = = 99 T horas es decir, habrá que iniciar el desencofrado a las 99 horas, o sea, aproximadamente a los 4 días. Supóngase ahora que se tiene un hormigón que ha dado en unos ensayos previos realizados en laboratorio a 28 días y a una temperatura de 30 C, una resistencia a compresión de 52 N/mm 2. Las probetas hechas y conservadas en obra a 15 C han dado, a 7 días, 36 N/mm 2. Se puede considerar a este hormigón aceptable desde el punto de vista resistente? Teniendo en cuenta que 36 N/mm 2 es el 69 por 100 de 52 N/mm 2, por la curva de la figura se tiene que este tanto por ciento corresponde a un grado de madurez de El grado de madurez del hormigón ensayado a 7 días y hecho en obra es R = 7x24 ( ) = 4200, luego prácticamente no hay diferencia entre los dos hormigones, pudiendo, por tanto, darse por bueno el hormigón de obra. Existe en el mercado un termómetro de origen danés denominado " COMA meter" (COncrete MAturity- Meter) (Figura 9.2.4) que mide directamente el grado de madurez. El termómetro se introduce en el hormigón fresco que está situado en unas condiciones de temperatura dadas (Figura 9.2.5), dejándolo dentro del mismo durante un número cualquiera de días al final de los cuales no marcará la edad cronológica del hormigón sino la que tendría, en días, desde el punto de vista de madurez si el hormigón hubiese estado conservado a 20 C. Figura Medidor de la madurez de un hormigón. 190

191 Figura Colocación del medidor de madurez Un sistema que se está utilizando mucho para determinar la duración del curado en algunos países es el de la función de madurez de Arrhenius, mediante el cual se determinan las horas de madurez correspondientes a un grado de hidratación del cemento. Este grado de hidratación está relacionado con el calor de hidratación desarrollado en condiciones adiabaticas por el hormigón confeccionada con un cemento dado. Así se exigen grados de hidratación del 40 %, 60 % y 90 % si el hormigón va a estar en un ambiente pasivo, moderado y agresivo respectivamente, lo que puede equivaler para un cemento portland (Tipo I-32.5) a 15, 36 y 120 horas de madurez respectivamente. El curado no sólo trata de asegurar la evolución de resistencias del hormigón sino que, además, tiene como misión impedir que su agua se evapore y que la desecación superficial provoque fisuras en el mismo. La evaporación del agua del hormigón depende de la temperatura y de la humedad relativa del aire, así como de su velocidad por el efecto renovador del aire en contacto con las superficies del hormigón. La pérdida de agua también se encuentra afectada por las diferencias de temperaturas entre el ambiente y el propio hormigón. El ábaco de la figura permite hallar para qué condiciones de velocidad del viento, temperatura ambiente y del hormigón y, humedad relativa, el hormigón es susceptible o no de fisurarse por retracción, teniendo en cuenta que para velocidades de evaporación superiores a 0.5 1/m 2 /h es de esperar que se produzca fisuración, existiendo para una velocidad de evaporación de 1.5 1/m 2 /h una probabilidad del 100 % de que aparezcan fisuras, debiendo en este caso tomarse medidas enérgicas de curado que impidan la evaporación del agua. La importancia del curado queda puesta de manifiesto en el ábaco anterior en el que puede apreciarse como para una temperatura ambiente de 35 C, humedad relativa del aire del 40 por 100, temperatura del hormigón de 35 C y velocidad del viento de 30 km/h., condiciones muy normales de verano en muchas regiones de España, la velocidad de evaporación será de 2 l/m 2 h, lo que equivale a que la probabilidad de formación de fisuras sea del 100 %. Se comprende que en estas condiciones hay que extremar las precauciones en el curado evitando la evaporación del agua y manteniendo las superficies costantemente húmedas. Viento seco, temperaturas altas son, por tanto, dos enemigos fuertes del hormigón joven que dan lugar una deficiencia en la hidratación del cemento por pérdida de agua con la consiguiente repercusión en las resistencias y en una retracción importante que va a afectar a la integridad y durabilidad del hormigón. 191

192 Figura Influencia de la velocidad y temperatura del aire y del hormigón sobre la evaporación del agua del hormigón. 192

193 9.3.- Tipos de curado Curado ordinario. El curado ordinario es aquel en el que se hace que el hormigón experimente una evolución normal en la ganancia de sus resistencias, para lo cual, únicamente se protege al mismo a fin de que no le afecten las bajas temperaturas, especialmente a las cortas edades, o para que. el efecto de las altas temperaturas, junto con el viento y la sequedad puedan provocar su desecación dando lugar a mermas en sus resistencias y peligros en su integridad Protección contra el frío. La protección contra el frío y las heladas constituyen un medio de curado que se aparta del curado en húmedo mucho más conocido. La protección de las superficies de un hormigón joven contra el frío puede lograrse por medio de materiales aislantes que las cubran o mediante la colocación temporal de cubiertas que, incluso, pueden llevar un sistema de calefacción interno. La elección del método depende de la circunstancias y del volumen de hormigón a colocar. El hormigón requiere protección durante las primeras horas de su puesta en obra para lograr que la cantidad de calor desarrollada en la hidratación del cemento sea suficiente para compensar las pérdidas originadas por el frío; esta compensación no ocurre, en circunstancias normales, hasta aproximadamente veinticuatro horas después de la colocación. El hormigón no debe alcanzar la temperatura de congelación hasta que tenga una resistencia a compresión de por lo menos 3.5 N/mm 2. El costo de una buena protección contra el frío no es excesivo si se consideran los beneficios que de ella se obtienen. Hay que tener presente que el conseguir una buena resistencia a compresión a 28 días no es una ondición tranquilizante si la estructura presenta esquinas heladas, zonas deshidratadas o fisuración resultante de una protección inadecuada o de un curado insuficiente. La protección de grandes superficies realizada con paja bien extendida da lugar a una protección adecuada si las temperaturas no son muy bajas. Igualmente, la colocación de sacos de yute o de papel, de los que se emplean en el envasado del cemento, puede ser una protección suficiente con estas mismas temperaturas. Modernamente se recurre al empleo de hojas de polietileno que deben colocarse separadas de la superficie que protegen por medio de separadores a fin de que se forme una cámara de aire de por lo menos 3 cm de espesor. Para temperaturas severas se emplean cobertizos de lona, o de material plástico, con calefacción interior conseguida por medio de vapor libre o circulante por serpentines. En el primer caso, hay que evitar que el agua de condensación se hiele. El vapor circulante por tuberías tiende a secar el ambiente aunque no tanto como los gases calientes lamiendo al hormigón. Las salamandras y estufas tienen la ventaja de su movilidad y de ser un sistema relativamente barato de calefacción; sin embargo, adolecen del inconveniente de dar lugar a gases y poder provocar incendios. En climas muy fríos se han protegido losas de hormigón con cobertores o mantas eléctricas puestas en contacto directo con el hormigón. En túneles en Suecia se ha recurrido al calentamiento del hormigón por infrarrojos. Las partes mas sensibles de las estructuras a las heladas son las esquinas de los pilares y vigas por presentar mayor superficie en contacto con el aire, así como los forjados debido al menor espesor de hormigón que poseen. 193

194 No hay que despreciar la protección que dan los moldes y encofrados de madera frente a la nula que proporcionan los metálicos. En la figura se aprecian los resultados de los ensayos efectuados sobre un muro de hormigón de 30 cm de espesor; la temperatura en el momento de la puesta en obra fue de 15 C, colocándose acto seguido el muro, dentro de su protección, a la temperatura externa de 1 C. Figura Abrigo proporcionado por diferentes tipos de encofrados Las cuatro curvas de la figura dan las temperaturas, en función del tiempo, en la superficie del muro correspondientes a los cuatro casos siguientes: (a).- Encofrado metálico y velocidad del viento de 16 km/h. (b).- Encofrado metálico con aire en calma. (c).- Encofrado de madera de 2,5 cm de espesor y velocidad del viento de 16 km/h. (d).- Protección de las paredes con lana de vidrio de 5 cm de espesor y aire en calma. Como puede apreciarse, la mejor protección la proporciona una capa de 5 cm de espesor de lana de vidrio; sin embargo, la protección dada por el encofrado de madera es muy aceptable para las condiciones estudiadas. La protección que proporcionan los encofrados puede mejorarse mucho en tiempo frío mediante la adaptación a los mismos de un sistema de calefacción eléctrica, de circulación de agua o de aceite caliente por serpentines adosados a los moldes, o por circulación de aire caliente en moldes de doble pared Curado en húmedo. Con el curado en húmedo se trata de compensar la pérdida de agua por evaporación mediante la aportación de agua externa o bien en impedir dicha evaporación mediante la creación de barreras impermeables. Los métodos de curado en húmedo varían mucho dependiendo de las condiciones del ambiente así como del tamaño y forma del elemento e incluso de su posición. Si en los elementos predomina la superficie sobre el volumen, el mejor sistema de curado consiste en mantener las superficies de los mismos húmedas mediante riego continuo (Figura ). La temperatura del agua de curado no debe ser inferior a 10 C la del hormigón, debido a que aguas excesivamente frías pueden provocar fisuras superficiales. 194

195 Cuando el tiempo es caluroso los sistemas tradicionales de curado húmedo mediante riegos con agua, colocación de sacos mojados, etc., pueden no ser suficientemente eficaces debido a que no sólo hay que impedir la pérdida de agua sino también refrigerar al hormigón. En estos casos es muy útil el empleo de toldos que actúan a modo de cobertizos protegiendo al hormigón, no sólo de la acción directa de los rayos del sol, sino también, de los efectos de lavado y erosión que pueden provocar las lluvias torrenciales o las salpicaduras del agua del mar si la obra se encuentra en las proximidades de ella. Si el curado se realiza con agua, el suministro de ésta debe ser continuo debido a que si es intermitente el curado suele ser poco eficaz. Cuando las disponibilidades de agua son escasas y los elementos tienen gran superficie y espesor reducido, como puede ocurrir en los pavimentos de hormigón, el peligro de evaporaciones rápidas y consiguiente fisuración es muy alto. En estas situaciones se recurre al empleo de productos filmógenos de curado que son emulsiones resinosas que se rompen instantáneamente cuando se aplican sobre el hormigón fresco debido a la presencia de la cal. Los productos de curado se aplican mediante pulverización y forman una película fina y continua, adherida al hormigón, de color claro y gran poder reflectante que impide que escape el agua del mismo, a la vez que frena el aumento de su temperatura por absorción de calor. Estos productos debe extenderse sobre la estructura inmediatamente después de colocado el hormigón y antes de que haya desaparecido la posible exudación. Cualquier retraso en su aplicación hará que el hormigón se fisure y el producto pierda su eficacia. El rendimiento de estos productos suele variar entre 0.20 y 0.25 l/m 2. Figura Inundación de una losa resistente de gran espesor recién hormigonada en tiempo caluroso Salvo que se empleen relaciones (Agua/Cemento) altas, los sellados superficiales realizados con productos de curado reducen la velocidad de hidratación del cemento con respecto a los curados en húmedo bien ejecutados. Sin embargo, si el curado en húmedo se aplica de forma intermitente pueden lograrse mejores resultados con aquellos. A fin de no tener efectos patológicos por retracción hidráulica o térmica es preciso realizar un buen curado del hormigón que deberá extenderse, según indica el CEB, hasta que éste adquiera una resistencia mínima del 70 % de la del proyecto. 195

196 El tiempo de curado es variable de acuerdo con el tipo de cemento empleado y las condiciones ambientales en que se encuentre el hormigón. A título indicativo, en la figura aparecen los tiempos mínimos precisos para un hormigón de cemento portland ordinario en función de la humedad relativa y de la temperatura del aire. El Eurocódigo ENV 206, prescribe que el curado debe iniciarse tan rápidamente como sea posible. Los tiempos de curado los establece de acuerdo con la velocidad de desarrollo de resistencias que vaya a tener el hormigón, con la temperatura media ambiente y con las condiciones ambientales durante el endurecimiento. Figura Duración mínima en días del tratamiento de curado según la temperatura y la humedad relativa del aire En el cuadro se indica la duración del curado y en el cuadro la velocidad de desarrollo de resistencias de acuerdo con la relación agua/cemento y el tipo y categoría del cemento empleados. Cuadro Duración del curado en función la velocidad de desarrollo de resistencias y temperatura media del hormigón y de las condiciones ambientales durante el endurecimiento. 196

197 Cuadro Velocidad de desarrollo de resistencias de acuerdo con la relación (Agua/Cemento) y el tipo y categoría del cemento empleados Curados acelerados Introducción. Se ha indicado anteriormente que, al igual que ocurre en toda la reacción química, las de hidratación del cemento se aceleran mediante la aportación de calor; esta aceleración provocará una mayor velocidad en la ganancia de resistencias; sin embargo, el calor y la elevación de temperatura correspondiente, pueden ocasionar una evaporación rápida del agua del hormigón salvo que estos tratamientos se hagan con vapor, o se tomen precauciones para evitar la desecación del mismo. Los curados acelerados con vapor los podemos dividir en: curados a presión atmosférica y curados a alta presión. Los curados acelerados tienen por misión conseguir resistencias iniciales altas a fin de disponer cuanto antes de los moldes, tener más espacio disponible para la fabricación y menos capital inmovilizado, por consiguiente, estos curados son importantísimos en prefabricación Curado con vapor a presión atmosférica. Se aplica a prefabricados por el interés que se tiene en conseguir resistencias mecánicas altas a corto plazo. En la optimación de este sistema de curado influyen el tipo de cemento utilizado, el empleo de aditivos acelerantes, las condiciones de tratamiento, etc. Con respecto al cemento hay que tener en cuenta que hasta la temperatura de 60 C los productos de hidratación obtenidos son los mismos que a 20 C, aunque de forma más rápida, mientras que con temperaturas más altas (60 C y 100 C) se produce una cristalización más elevada, a la vez que ciertos constituyentes, como la ettringita, tienden a desaparecer en parte. Si los hormigones son de cemento portland o portland con adiciones, existen limitaciones en cuanto al contenido de aluminato tricálcico que no debe pasar del 10 %. Aunque el valor óptimo del contenido de silicato tricálcico varía con la temperatura de tratamiento, su valor debe ser elevado, a ser posible debe C3S cumplirse que 3. Con estos cementos no debe sobrepasarse la temperatura de 85 C debido a que C S 2 se tendrían resistencias a 90 días inferiores a las dadas por un hormigón curado en húmedo. 197

198 Si los hormigones son de cementos siderúrgicos o puzolánicos no existe inconveniente en alcanzar temperaturas de tratamiento de hasta 95 C. Los hormigones de cemento aluminoso no deben curarse por este sistema debido a las fuertes bajas de resistencias finales que experimentan. El calor de hidratación del cemento es también un factor importante a la hora de fijar un ciclo térmico de curado puesto que las resistencias conseguidas van a estar muy relacionadas con el calor desprendido en la reacción; así en un cemento portland se produce en un medio adiabático, y a 20 C, el 75 % de su calor de hidratación a las 24 horas. Por el hecho de aumentar la temperatura a 40 C, se producirá el 80 % del calor de hidratación a las 10 horas, obteniéndose una aceleración en la ganancia de resistencias. Las variaciones de calor de hidratación de unos cementos con respecto a otros permite que el incremento de resistencias al final del tratamiento pueda llegar a ser de hasta un 30 por 100; esto ocurre por ejemplo, si en vez de un cemento I-35 se emplea un I-45. Los aditivos acelerantes tales como el cloruro cálcico y el sulfato sódico tienden a dar resistencias superiores a las conseguidas con hormigones sin tratamiento, pero, a 28 días, éstas son iguales a las de los hormigones sin acelerantes. Estos aditivos permiten reducir la cantidad de calor suministrado durante el tratamiento lo cual es interesante en ciclos largos a bajas temperaturas. El ciclo de tratamiento debe estar muy bien estudiado a fin de que no se produzcan alteraciones en la cohesión del hormigón, no se provoquen tensiones internas que puedan fisurarlo, y no se pierda agua de constitución del hormigón ni de la precisa para su total hidratación. Hay que tener en cuenta que calentamientos rápidos ocasionan pérdidas de resistencias a largo plazo que pueden llegar a ser de un tercio de la de un hormigón curado en húmedo. Este efecto es tanto más adverso cuanto mayor sea la relación agua/cemento de la mezcla y el cemento sea de endurecimiento más rápido. La temperatura del vapor a que se somete el hormigón en su tratamiento repercute mucho en sus resistencias a los primeros días como puede verse en la figura en la que se aprecian los valores de las resistencias de Agua A un hormigón de cemento portland, con relación = = 0.50, en función de estas temperaturas. Cemento C Figura Influencia de la temperatura del vapor del agua de curado en la resistencia a compresión del hormigón 198

199 En el proceso de proyecto de un ciclo térmico de curado es preciso considerar los siguientes factores: 1.- Calor de hidratación del cemento a 7 días, C h (kj/kg). 2.- Dosificación de cemento, C(kg/m 3 ). 3.- Volumen de hormigón de la pieza tratada, V (m 3 ). 4.- Cantidad de calor desprendido en la hidratación del cemento durante el tratamiento, dando al final del mismo una resistencia relativa de: R 0.50 R =, Q 0.75 Ch. C. V 28 = ( ) 5.- Relación de superficie enmoldada a superficie total, β. 6.- Espesor medio del elemento a tratar, e (m). 7.- Conductividad térmica del hormigón ordinario, λ (W/m.K). Aproximadamente 2 W/m.K. 8.- Calor específico del hormigón normal, c e. Se puede considerar 0.96 kj/kg C λ 9.- Difusividad térmica α =, que se puede considerar aproximadamente igual α = m 2 /h para los ρ c e hormigones ordinarios Densidad del hormigón ρ (kg/m 3 ). Se puede considerar ρ = 2300 a 2400 kg/m 3. La forma en que se haga la aplicación del calor tiene mucha importancia, debiendo constar el tratamiento de las siguientes fases (Figura ): 1.- Fase inicial de conservación a temperatura ambiente T i durante un tiempo t i, en horas. 2.- Fase de levación de temperatura durante un tiempo t e, en horas, hasta una temperatura T m y con gradiente G e en C/h; 3.- Fase de tiempo de régimen isotérmico t m, durante el cual se mantiene la temperatura a T m. 4.- Fase de disminución de temperaturas o enfriamiento durante un tiempo t r en horas, al final de cual la temperatura es la inicial T f. El gradiente G r en C/h. Figura Evolución de temperaturas-tiempos en un programa de curado con vapor. 199

200 Los gradientes según la figura serán: G e T = m T t e i G r T T m f = ( ) tr En los hormigones tradicionales la fase primera t i de conservación inicial tiene gran importancia debido a que si ésta no existe y se produce el calentamiento de los hormigones sin ella, se pueden tener disminuciones de resistencias, con respecto a las de un curado en húmedo, de hasta el 32 por 100. La duración t i de este periodo inicial depende de la relación agua/cemento, de a y de G e. Se puede considerar que Agua A t i está comprendido entre 1 y 5 horas para una relación = variable de 0.35 a 0.55; a de 0.8 a 0.1 Cemento C y G e de 10 a 30 C/h, según puede verse en la figura Figura Tiempo inicial de conservación del hormigón en un curado con vapor. La fase segunda de elevación de temperatura es delicada debido a que si el gradiente es alto se puede ocasionar una microfisuración importante en el hormigón. La velocidad de crecimiento de la temperatura debe ser tal que la diferencia entre dos puntos de la masa del elemento no sea superior a 20 C. Esta velocidad estará por tanto condicionada al espesor medio e del elemento a tratar. Si e es superior a 0,3 m el calentamiento debe ser lento con G e del orden de 15 C/h, si e está comprendido entre 0.3 y 0.1 m, G e puede elevarse de 30 a 40 C/h; debido a que la baja conductividad del hormigón hará que las temperaturas entre superficie y núcleo sean diferentes, puesto que aunque las curvas presenten igual grado de madurez, la diferencia de temperatura entre estas zonas no deben sobrepasar los 20 C indicados anteriormente (Figura ). Hay que indicar que en esta fase del tratamiento el calor de hidratación del cemento apenas si tiene ocasión de intervenir pues su generación es pequeña; de todas formas, en elementos de fuerte espesor hay que prevenir el que pueda producirse una determinada desecación del hormigón si la temperatura del elemento es de 10 C a 15 C por encima de la ambiental. La tercera fase corresponde al mantenimiento de la temperatura máxima T m que tendrá una duración impuesta por factores económicos y técnicos pues depende de la resistencia mecánica deseada al final del tratamiento, de la duración del mismo y del ritmo de trabajo. La temperatura máxima T m puede llegar a ser de 85 C para los hormigones de cemento portland y de 95 C para los de cementos puzolánicos y siderúrgicos. 200

201 Sin embargo, la temperatura real de tratamiento viene impuesta por la necesidad de evitar la desecación del hormigón y por tanto, dependerá de la dosificación de cemento, de su calor de hidratación y del volumen de la pieza. Generalmente, los valores de r m y de T m se determinan experimentalmente observando los resultados obtenidos sobre probetas sometidas a diferentes temperaturas y tiempos, aunque teniendo en cuenta que los valores deducidos son sólo aproximativos ya que los elementos a curar tienen formas y volúmenes muy diferentes a los de las probetas. La colocación de pares termoeléctricos en la masa y superficie del elemento a curar puede ser de gran utilidad para determinar el valor óptimo de t m. De todas formas, en esta fase es conveniente trabajar con temperaturas inferiores a las máximas indicadas, cuando se disponga de tiempo suficiente para realizar el tratamiento. El tiempo t m suele oscilar entre 6 y 12 horas para un hormigón de cemento portland. Figura Diferente evolución de las curvas temperaturas-tiempo en puntos distintos de una pieza curada con vapor. La cuarta fase corresponde al enfriamiento, en la que no hay aporte de calor y la temperatura decrece. En esta fase la temperatura interna del hormigón es mayor que la de superficie y, aunque la bajada de temperatura se haga a la misma velocidad que la elevación, los fenómenos térmicos no son iguales debido a que, en el calentamiento, el hormigón estaba fresco y ahora está endurecido presentando un comportamiento totalmente diferente. El gradiente de enfriamiento G r debe ser inferior a G e debido a que las con tracciones que se producen en el hormigón pueden alterar la calidad del producto final. En piezas gruesas es muy importante que la diferencia de temperaturas entre el núcleo y la superficie del hormigón sea inferior a 30 C y que la pieza no se deseque, lo que obliga a veces a humedecer las superficies. La determinación del tiempo de enfriamiento no está tan definida como las de las otras fases del tratamiento debido a que la velocidad real de disminución de la temperatura varía con el tiempo pues hay que tener en cuenta que, además de la inercia térmica del hormigón, existe un aislamiento apreciable en los moldes e incluso en la propia cámara de tratamiento. El empleo del método del grado de madurez permite establecer, en una primera aproximación,el ciclo a realizar de acuerdo con la temperatura máxima a aplicar y las resistencias a obtener. Así, por ejemplo, si se supone que la resistencia a compresión de un hormigón a 28 días debe ser de 35 N/mm 2 y se quieren obtener 17.5 N/mm 2 al final del tratamiento, el grado de madurez que deberá tener el hormigón deducido de su curva de evolución de resistencias, (Figura ), será de 900 C.h. 201

202 Figura Resistencias relativas en función del grado de madurez. El tratamiento, en este caso, podría hacerse siguiendo dos ciclos, uno con temperatura máxima T m de 80 C y otro con 60 C, siempre que ambos ciclos nos diesen el misma área entre sus curvas y ejes coordenados o, lo que es igual, el mismo grado de madurez R como puede observarse en la figura Figura Tratamientos térmicos teoricamente equivalentes en un curado por vapor. En la realización práctica del curado con vapor a presión atmosférica se dispone de vapor saturado generado en calderas que trabajan a presión de 1 a 10 atmósferas y que.es enviado a las cámaras de tratamiento en las que los elementos a curar, enmoldados o no, se encuentran en contacto con el vapor libre (Figura ). La ventaja principal del vapor libre es que cede su calor latente y se condensa en forma de agua sobre las superficies de las piezas con lo que es fácil conseguir en ellas temperaturas de 80 C y la saturación. La condensación del vapor se hace sobre las superficies frías, pero puede darse el caso de que otras estén calientes, debido al calor de hidratación del cemento y mala disipación por hallarse impedida por los soportes, con lo cual en éstas se producirá una desecación que hay que evitar. 202

203 A veces el calentamiento no se hace por vapor libre actuando por convención, sino indirectamente por conducción a través de las paredes de los moldes o bancos de pretensado con la ventaja de hacer un ciclo de vapor en circuito cerrado, evitando además las pérdidas de este fluido (Figura ). En este caso hay que asegurarse que la cámara donde se encuentran las piezas a curar se halla saturada de vapor o próxima a la saturación. Figura Curado con vapor de un tubo de hormigón. Figura Curado indirecto con vapor 203

204 Otros sistemas de curado acelerado a presión atmosférica. Existen otros sistemas de curado a presión atmosférica que, aunque no tan empleados como el de vapor, sí tienen interés en determinadas aplicaciones. En éstos se emplean diferentes medios calefactores manteniendo la humedad del hormigón por distintos sistemas: (i).- Calefacción por aire o gases. Con aire caliente hay que evitar la desecación del hormigón mediante pulverizaciones con agua. Se pueden tener pérdidas de resistencias a 28 días de hasta un 40 % si el tratamiento no se realiza adecuadamente, presentándose más problemas que en los curados con vapor libre. Frecuentemente se emplean electroconvectores para calentar el aire, empleándose como fluido en ellos agua, vapor o aceite que se calientan en calderas, eléctricamente e incluso por energía solar. Una variante del sistema anterior, es producir el calentamiento mediante los gases generados por la combustión de petróleo y gas dentro de las cámaras; en este caso el anhídrido carbónico y agua formados ayudan al endurecimiento del hormigón. El sistema puede presentar peligros para los operarios. -Calefacción eléctrica. En este sistema se calientan los moldes mediante resistencias eléctricas situadas en sus paredes y protegidas por una buena capa de aislamiento térmico para evitar pérdidas de calor. Estas resistencias suelen construirse de acero inoxidable y blindadas, dando una potencia de hasta 200 watios por metro cuadrado, trabajando a tensiones de 220 ó 380 V. A veces se suele aprovechar la resistencia eléctrica de las armaduras para el calentamiento, especialmente si éstas son de pequeño diámetro y gran longitud, aunque este sistema puede dar lugar a corrosión en las armaduras. No debe emplearse corriente continua debido a los efectos electrolíticos que provoca en el hormigón fresco. Otras veces se introducen en la masa del hormigón hilos en espiral recubiertos de un aislante por los que circulan una corriente y que luego se cortan quedando perdidos dentro de la masa del hormigón. Este método es el más eficaz que la calefacción eléctrica. Hay sistemas en los que se hace uso de la resistencia eléctrica del propio hormigón, si bien hay que tener en cuenta que ésta es variable con tendencia a aumentar, al ir pasando el hormigón del estado fresco al endurecido lo que obliga a disponer de una tensión de alimentación variable de acuerdo con la resistividad que posea el hormigón. En, este sistema hay que tomar precauciones con las armaduras pues, de acuerdo con su orientación, pueden crear cortocircuitos. Mediante estos sistemas se alcanzan consumos de energía de hasta 60 kwh por tonelada de hormigón para obtener resistencias, al final del tratamiento, del 60 % de las resistencias a 28 días. (ii).- Calefacción por alta frecuencia. Suelen emplearse frecuencias de 50 MHz, con alta tensión, calentándose el hormigón como consecuencia de su poder dieléctrico. Generalmente este sistema se aplica en el curado de hormigonesligeros, no armados, al presentar éstos una constante dieléctrica superior a los hormigones tradicionales Curado con vapor a alta presión. Este sistema de curado es totalmente diferente del anterior tanto en la ejecución como en el producto obtenido. El tratamiento se realiza en autoclaves y en ellos, por efecto del calor y del vapor a alta presión, se produce una reacción entre la cal liberada en la hidratación del cemento portland y un material fino de naturaleza silícea que se añade al cemento y que puede ser: harina de sílice, cenizas volantes, etc. Esta técnica de curado es típica en la fabricación de ladrillos silíco-calcáreos, y hormigones celulares; habiéndose extendido a la prefabricación, aunque en menor escala que los curados con vapor a presión atmosférica. 204

205 En los hormigones este sistema de curado da lugar da lugar a: - Altas resistencias iniciales. A 24 horas se pueden conseguir las resistencias de 28 días. - Alta durabilidad. Se mejora la resistencia del hormigón frente a los sulfatos y otros agresivos químicos, así como a los ciclos hielo-deshielo, se reducen las eflorescencias, etc. - Muy buena estabilidad de volumen al reducir muy considerablemente la retracción, así como poca sensibilidad frente a los cambios de humedad, con entumecimientos despreciables. El tratamiento es tanto más efectivo cuanto mayor es la cantidad de sílice que se adiciona al cemento. Generalmente, se sustituye del 30 al 70 % de cemento por polvo de sílice, debiendo esta adición ser mayor cuanto más ricos en Ca(OH) 2 ; así se logrará que la relación (Cal/Sílice) sea próxima a la unidad, y se consigan las mayores resistencias. En curados cortos, los cementos con baja o moderada relación C 3 S/C 2 S dan buenos resultados. La finura de la sílice debe ser similar a la del cemento, debiendo mezclarse ambos intensamente antes de hacer el amasado del hormigón. La temperatura del tratamiento llega a ser del orden de 175 C y su duración oscila entre 8 y 48 horas dependiendo de las resistencias finales a alcanzar. Estas altas temperaturas no sólo intervienen en la reacción de la sílice y la cal sino también en la hidratación del propio cemento. Las altas temperaturas producen una pasta de cemento hidratada en la cual desaparecen poros pequeños aumentando el volumen de los grandes. Los productos procedentes de la hidratación son altamente cristalinos, lo que da lugar a que, al ser la proporción de geles de sólo un 5 %, la retracción se reduzca de un 15 a un 30 %, de la correspondiente a un hormigón curado en húmedo. Hay que tener en cuenta que los curados con vapor a presión atmosférica no producen estructura cristalina y por tanto no reducen la retracción. Al ser estables los productos procedentes de la hidratación del cemento y de la reacción sílice-cal no se producen regresiones en las resistencias típicas de algunos curados con vapor a presión atmosférica. La resistencia a los sulfatos y otros agresivos químicos queda muy mejorada debido a que a temperaturas por encima de los 60 C empiezan a producirse aluminatos tanto más estables cuanto mayor es la temperatura; de aquí que la mejora frente a los sulfatos sea mayor en cementos con alto contenido en C 3 A que en los resistentes a yesos. Al quedar fijado el Ca(OH) 2 por la sílice tendremos hormigones resistentes a las aguas puras y ácidas e impermeables. La no existencia de cal liberada reduce el peligro de eflorescencias y expansiones. No obstante todas estas ventajas, los hormigones curados con vapor a alta presión tienen el inconveniente de que en ellos se reduce a la mitad la adherencia a las armaduras de acero. En cuanto a la forma de realizar el tratamiento deben tomarse precauciones en la velocidad de calentamiento al igual que se hace en los tratamientos con vapor a presión atmosférica. Un ciclo típico puede ser: conservación inicial durante 6 a 8 horas, es decir, el tiempo suficiente para manejar la pieza y llevarla a autoclave, elevación de temperatura hasta la máxima T m de 175 a 190 C en un tiempo de 3 a 5 horas, mantenimiento de esta temperatura máxima durante 5 a 8 horas y bajada de la presión a la atmosférica en un tiempo de 15 a 60 minutos. Un descenso rápido acelera el secado y reduce la retracción. El ciclo del tratamiento debe estar impuesto en cualquier caso por las posibilidades de la planta y el tamaño de los elementos a tratar. El curado con vapor a alta presión sólo se aplica a cementos portland y nunca a los aluminosos ni siderúrgicos con los que se obtienen resultados totalmente desfavorables. 205

206 Estos curados presentan el inconveniente de requerir cámaras herméticas muy resistentes y de elevado precio, especialmente cuando se trata de elementos de grandes dimensiones, pues hay que tener presente que para conseguir vapor a 200 C se precisan presiones de 16 atmósferas que pueden reducirse a 4,9 para temperaturas máximas de 150 C., de aquí que para temperaturas altas de trabajo se requieran cámaras de paredes muy resistentes y de elevado coste. A veces se emplean tratamientos mixtos con una fase de vapor a baja presión y otra a alta presión. Tognon y Coppeti describen un tratamiento de este tipo en el que han conseguido resistencias al final del mismo de 80 N/mm 2 (800 kgf/cm 2 ) empleando un cemento CPA-400 dosificado en 400kg/m 3 y en el que habían sustituido el 25 por 100 del mismo por sílice en polvo. El tratamiento seguido consistió en una conservación inicial de 8 horas a temperatura de 20 C seguida de un calentamiento durante 5 horas con vapor a presión atmosférica y 70 C, y una fase con vapor a alta presión a 190 C durante 8 horas Tiempo de curado. Para una estimación de la duración mínima del curado en días puede aplicarse la expresión: donde: K depende del ambiente L depende de la temperatura D 1 depende del tipo de cemento D 0 depende de la velocidad de fraguado Los valores de D 1 se dan en la tabla D= KLD0 + D1 (9.4.1) Tabla Valores del parámetro D 1. Para la determinación del valor del parámetro D 0 se utiliza la tabla y para la determinación del valor de los parámetros K y L se utiliza la tabla

207 Tabla Determinación del valor del parámetro D 0. Tabla Determinación de los valores de los parámetros K y L. 207

208 10.- Caracteristicas físicas del hormigón endurecido Introducción. Las características físicas de un hormigón endurecido dependen no sólo de la propia naturaleza de éste sino, también, de su edad y de las condiciones de humedad y temperatura a las que haya estado sometido. La característica física o mecánica más frecuentemente medida en los hormigones es la resistencia a compresión y esto es debido a que es muy fácil de determinar y a que muchas de sus otras propiedades están relacionadas con ella, de aquí, que su conocimiento nos de un índice de su comportamiento frente a otras acciones. Por otra parte, el hormigón es un material que, generalmente, va a trabajar a compresión y, por consiguiente, el conocer su resistencia frente a esta solicitación es de gran interés. Hay casos en los que el hormigón ha de trabajar a flexión como ocurre en pavimentos; en estos es la resistencia a flexotracción la característica fundamental y hasta tal punto es esta importante, que los hormigones empleados en firmes de carreteras, aeropuertos o viales industriales, se definen por este tipo de resistencia. Los ensayos sobre hormigón endurecido, cuya finalidad es determinar las características mecánicas del mismo, no tienen una normativa universal, de aquí que cada país disponga de la suya propia, con lo cual, los valores obtenidos, para un mismo hormigón, pueden ser muy dispares; de todas formas esto no es preocupante dado que el valor de la resistencia suministrado por los ensayos sobre probetas no indican que la resistencia real del hormigón colocado en un elemento estructural sea igual a la obtenida en la rotura de éstas, debido, entre otras razones, a las diferencias de dimensiones y de formas existentes entre las probetas y el elemento considerado. No es de extrañar, por tanto, que los resultados de los ensayos sean meramente indicativos y aproximativos de la resistencia que tiene el mismo hormigón en el elemento estructural. Los ensayos sobre hormigón endurecido pueden ser destructivos y no destructivos; en los primeros la integridad de la probeta desaparece al realizar el ensayo, en los segundos, se puede seguir la evolución de las características mecánicas del hormigón en función del tiempo sin que el hormigón se altere. Otras características físicas importantes en el hormigón son; la densidad, que va a dar una idea muy apreciable sobre su comportamiento tanto físico como químico y, la impermeabilidad que va a determinar en gran parte la resistencia que presenta frente a agresivos de tipo químico y físico, es decir, su durabilidad. La estabilidad dimensional del hormigón puede considerarse bajo los aspectos de: retracción, o entumecimiento, provocados por variaciones en su agua interna bien libre o de gel; fluencia, consecuencia del cansancio que experimenta un hormigón constantemente cargado y que por tanto sufre una deformación que puede tener una gran repercusión mecánica en algunos elementos estructurales, especialmente en los pretensados; las variaciones dimensionales consecuencia de los cambios de temperatura,etc. En la tabla se dan las principales caracteristicas del hormigón endurecido. 208

209 Tabla Principales caracteristicas del hormigón endurecido Densidad. La densidad real de un hormigón depende fundamentalmente de la que tengan los áridos, de su granulometría, y del volumen de éstos que entre en su composición. De acuerdo con lo anterior, los hormigones de mayor densidad son los que se obtienen con granulometrías muy bien estudiadas de forma que den lugar a la máxima densidad. En menor escala influye en la densidad la relación (Agua/Cemento) del hormigón, debido a que cuanto mayor sea ésta más poroso será el hormigón. En la figura se da la variación de la densidad del hormigón en función de la dosificación en volumen de cemento y del tipo de arido. 209

210 Figura Densidad del hormigón en función de la dosificación en volumen de cemento y del tipo de arido. Los aditivos aireantes influyen también de forma negativa en la densidad al incluir en la masa del hormigón burbujas de aire. El grado de compactación también influye en la densidad, siendo ésta tanto mayor cuanto mayor sea la energía consumida en la compactación. La densidad de los hormigones es muy variable oscilando entre los 0.5 kg/dm 3 de algunos hormigones celulares, al valor próximo a 6 kg/dm 3 que presentan los hormigones pesados de áridos de acero. En los hormigones tradicionales en masa, su valor suele estar próximo a 2.2 kg/dm 3 y en los armados puede llegar hasta 2.5 kg/dm 3 dependiendo de la cuantía del armado. 210

211 Para un hormigón con unos áridos de una naturaleza determinada, una densidad elevada del mismo es índice de que éste posee buenas resistencias mecánicas y buena durabilidad. Para igualdad de componentes y naturaleza de los mismos, la mayor densidad se obtendrá con la mayor compacidad, es decir, cuanto menor sea la cantidad de huecos que tenga el hormigón, o mayor sea la consolidación del mismo. La máxima compacidad se obtiene mediante una buena dosificación del hormigón y una adecuada puesta en obra y curado de éste. Para el cálculo de la densidad del hormigón se puede utilizar la fórmula: Elasticidad. Conocer el módulo de elasticidad de un hormigón es muy importante para determinar su forma de trabajar en las estructuras en las que va a formar parte. Si se somete a una probeta de hormigón a una solicitación de compresión hasta una tensión inferior a la de la rotura y se determinan los acortamientos unitarios que experimenta en función de las tensiones a que está sometida, se obtiene una curva tensión-deformación como la de la figura En ella se observa una parte ascendente hasta llegar a la tensión de carga considerada en la que la curva no presenta zonas rectilíneas, salvo en los primeros escalones de carga, es decir, que a diferencia de los metales, en el caso del hormigón se puede asegurar que no se cumple la ley de Hooke. 211

212 Figura Módulos de elasticidad de un hormigón. El módulo de Young E, así determinado y conocido como módulo de elasticidad estático, no tiene por tanto un valor único sino que depende de las consideraciones que se hagan en su determinación y así se puede considerar un módulo tangente en el origen E o, un módulo tangente en un punto cualquiera de la curva correspondiente a una tensión f ca y válido cuando las oscilaciones de carga ± f ca sean muy pequeñas y un módulo secante E s definido por la recta que une el origen con el punto correspondiente a una fracción de la tensión de rotura; este último es el más empleado y variará con la fracción de carga de rotura que se haya considerado, aunque generalmente se toma del 40 al 50 % de ésta. Si la tensión aplicada durante el ensayo alcanza un punto B inferior a la tensión de rotura y posteriormente se descarga la probeta de una forma lenta, se obtiene la curva descendente BC, en la que se ve que la pieza no recupera su longitud inicial quedando, por tanto, con una deformación remanente OC. La pendiente de la recta BC, prácticamente coincide con la de la recta tangente en el origen, de aquí que con un ensayo de descarga pueda determinarse aproximadamente el módulo de elasticidad tangente en el origen. Si después de esta descarga se procede a cargar de nuevo la probeta, la nueva curva ascendente se aproxima más a una recta hasta el punto correspondiente a la carga supuesta, considerándose que en esta zona el hormigón presenta comportamiento elástico. A falta de otros valores puede admitirse que el valor del módulo secante es aproximadamente el 90 % del valor del módulo tangente en el origen. Mediante la realización de ensayos muy lentos en laboratorio a deformación constante es posible determinar la curva tensión-deformación hasta rotura del hormigón (Figura ), observando que está compuesta de tres partes, una prácticamente recta de muy pequeña longitud, otra en forma de curva ascendente hasta alcanzar una tensión máxima f c,max y una descendente que llega a la deformación máxima ε max en la que ocurre la rotura. Estas curvas quedan bien definidas en los ensayos a flexión, pudiendo determinarse a compresión si se vigila la velocidad de carga de forma que se produzcan escalones de deformación constante. 212

213 Figura Curva tensión-deformación del hormigón en ensayo lento. La velocidad con que se realice la determinación de la curva tensión-deformación tiene una gran repercusión en la forma de la misma y en el valor del módulo determinado. Si la aplicación de la carga es muy rápida las deformaciones son muy reducidas y en consecuencia el módulo de elasticidad es muy elevado; si, por el contrario, la duración con que se hace el ensayo es más lenta y superior a dos minutos, las deformaciones son más elevadas y en consecuencia los módulos determinados más bajos. Estas diferencias encuentran su explicación en el fenómeno de fluencia que acompaña a la deformación elástica que se obtiene con una carga muy rápida; de cualquier forma, es muy difícil discriminar en el laboratorio la diferencia entre deformación elástica y de fluencia en un ensayo elástico de determinación de módulo de elasticidad. Los componentes del hormigón, considerados aisladamente, tienen módulos de elasticidad muy diferentes, así el de los áridos es más elevado que el del hormigón dependiendo de la naturaleza de éstos, mientras que el de la pasta de cemento es más bajo que éste como puede apreciarse en la figura El comportamiento del conjunto está muy influenciado por las microfisuras que aparecen en las interfaces pasta-árido al cargar al hormigón y que hacen que la curva deje de ser lineal, dando lugar a que el hormigón se comporte como un pseudo-sólido. Figura Módulos de elasticidad de la pasta, áridos y hormigón Cuanto mayor es el módulo de elasticidad de los áridos y mayor la proporción en que entran en el hormigón, mayor es el módulo de elasticidad de este. 213

214 El módulo de elasticidad es tanto mayor cuanto mayor es la edad del hormigón, aumentando más rápidamente con la edad que la resistencia a compresión. La forma de los áridos y su textura superficial afectan también al módulo de elasticidad debido a su influencia en la formación de microfisuras. Cuando una pieza de hormigón se somete a varias cargas y descargas seguidas el efecto de fluencia queda muy reducido presentando la curva tensión-deformación un aspecto mucho más rectilíneo; sin embargo, desde el punto de vista de determinación de módulos de elasticidad no debe procederse de esta forma y emplear solamente el valor nova) del módulo. El módulo de elasticidad del hormigón está relacionado con su resistencia a compresión según una función de la forma: E = f(f c ), y su valor está muy influenciado por la velocidad de carga, humedad del hormigón, tipo de probeta, etc. El CEB considera como valor del módulo de elasticidad para cargas instantáneas actuando sobre probetas cilíndricas de 15Φ x 30 cm y a una edad de j días, el dado por la expresión: estando dados E cj y f ck en N/mm 2. E cj = f + 8 (10.3.1) ck Si E cj y f ck están expresados en kgf/cm 2 la expresión anterior toma la forma: E cj = f + 80 (10.3.2) ck La Instrucción española vigente da para el módulo inicial tangente en el origen a la edad de j días el valor: E oj = f (10.3.3) j siendo f j el valor de la resistencia a compresión a j días de edad y E oj el valor del módulo de elasticidad, expresados ambos en kgf/cm 2. Para el módulo instantáneo de deformación longitudinal secante, siempre que no se sobrepase el valor de 0.5 fj, da la expresión: E = f (10.3.4) j Los valores obtenidos del módulo de elasticidad en ensayos de probetas de un mismo hormigón en estado húmedo y en seco, dan valores menores para el primero. La elevación de temperatura afecta por igual y en el mismo sentido, a la resistencia a compresión y al módulo de elasticidad del hormigón. Sin embargo, hasta una temperatura de más de 200 C puede considerarse que el hormigón no sufre alteraciones. El módulo de elasticidad a tracción coincide con el de compresión si se determina como secante sobre el punto del 30 % de la resistencia a tracción. El módulo de elasticidad a flexión no es fácil de determinar debido a la dificultad de medir tensiones en flexión; por otra parte, la acción de los esfuerzos de cortante se solapa con los de flexión haciendo el problema aún más difícil. Este efecto se aprecia observando las curvas tensión-deformación a compresión y flexión (Figura ) y viendo como al principio ambas son muy similares pero al elevar las tensiones éstas se van separando notablemente. j 214

215 La determinación de la curva tensión-deformación a compresión, en ensayo estático, realizada en laboratorio sobre probeta cilíndrica se efectúa sometiendo a ésta a escalones de carga determinados y midiendo los acortamientos que experimenta, para cada uno de estos escalones, una base de medida representada por unos índices sobre los que se fija un micrómetro. Para medir el módulo de elasticidad secante se realiza la determinación de dos puntos, uno que corresponde a la tensión que produce una deformación unitaria de 50 microunidades/unidad y otro, correspondiente a una tensión igual al 40 % de la rotura. Figura Curva tensión-deformación en flexión. El módulo determinado sometiendo a carga a una probeta es el estático y en él, como se ha visto, existe una componente debida al fenómeno de fluencia, dependiente del tiempo de duración del ensayo. En la determinación dinámica del módulo de elasticidad desaparece esta componente, con lo cual el valor determinado coincide mucho con el módulo estático tangente en el origen. La diferencia entre los módulos estáticos y dinámicos es debida también a la propia heterogeneidad del hormigón que afecta a los dos módulos de diferente forma. En la figura puede observarse como varía la relación entre módulo de elasticidad estático (secante) y dinámico en función de la resistencia del hormigón. Esta relación varía también con la edad del propio hormigón tendiendo a estabilizarse a partir de los cuatro meses según puede apreciarse en la figura Figura Efecto de la resistencia a compresión sobre los módulos estático y dinámico del hormigón. 215

216 Figura Influencia de la edad del hormigón sobre los módulos estático y dinámico de elasticidad. La determinación del módulo de elasticidad dinámico se hace sometiendo a la pieza o probeta del hormigón a ensayar a una serie de impulsos ultrasónicos y midiendo el tiempo que tardan en recorrer un espacio fijo situado entre el emisor o sonda que emite el tren de impulsos y un captador o receptor que los recoge. La medida del tiempo se hace de forma electrónica. El interés de este ensayo dinámico radica no sólo en la determinación del E convencional sino también en el análisis dinámico de la propia estructura. Por otra parte, este tipo de determinación es muy útil pues, al ser un ensayo no destructivo, permite observar la respuesta en el tiempo de una pieza frente a acciones químicas o físicas, sin dañar ni alterar el comportamiento del hormigón por efecto del ensayo como ocurre con los estáticos. Es posible mediante la determinación del módulo de elasticidad dinámico predecir la resistencia a compresión de un hormigón puesto en obra y trabajando, siempre que se establezca una correlación entre ambos y en la que influirán: el tipo de árido, la dosificación del mismo, condiciones de curado, etc. Al igual que ocurre en la determinación estática, los valores obtenidos en la dinámica están muy influenciados por la propia humedad del hormigón. Los equipos de ensayos ultrasónicos suelen enviar impulsos de aproximada-mente un microsegundo de duración, generados en un piezo-eléctrico del emisor. La onda suele tener una frecuencia comprendida entre 50 y 100 kc/s. Cuando un impulso ultrasónico se envía al hormigón la energía se irradia en todas direcciones creándose cuatro tipos de ondas que poseen velocidad propia y que son conocidas como: ondas longitudinales, ondas transversales, ondas de Rayleigh y ondas de Lamb. Las ondas longitudinales se propagan paralelamente al movimiento de las partículas y reciben el nombre de ondas de presión o compresión. Estas ondas son las que poseen mayor velocidad y ésta viene dada por: siendo: V l = ged 1 υ γ υ υ ( 1+ )( 1 2 ) (10.3.5) E d = Módulo dinámico de elasticidad del hormigón. g = Aceleración de la gravedad. γ = Densidad del hormigón. υ = Coeficiente de Poisson. 216

217 Las ondas transversales dan lugar a oscilaciones de las partículas según una dirección perpendicular a la propagación. Se denominan también ondas de cizalladura y su velocidad de propagación viene dada por: V t = ge γ d ( + υ) (10.3.6) Las ondas de superficie o de Rayleigh son las más lentas de todas y se propagan en la periférica de un sólido semi-infinito siguiendo las irregularidades de la misma. Su velocidad viene dada por: V r = ged υ γ 2 1+ υ 1+ υ ( ) (10.3.7) El módulo de elasticidad dinámico puede determinarse midiendo cualquiera de las tres velocidades y así si se ha realizado la determinación mediante la velocidad longitudinal, éste vendrá dado por: ( + )( ) E d V γ = υ υ l g 1 υ (10.3.8) pudiendo estimarse el valor medio del coeficiente de Poisson en 0.2. Aunque es conveniente medir éste con la mayor exactitud posible, pués variaciones del mismo entre 0.17 a 0.24 pueden producir reducciones del módulo de hasta un 10 %. Cuando un hormigón va endureciendo sus resistencias van aumentando y la velocidad de propagación de las ondas ultrasónicas también lo van haciendo, existiendo entre la velocidad de propagación y la resistencia a compresión una relación que no es lineal sino que se aparta de la recta tendiendo hacia una parábola más o menos acentuada de acuerdo con ciertas características del hormigón tales como: relación (Agua/Cemento), granulometría, tipo de cemento, presencia o no de aireantes, condiciones de curado, etc.(figura ). Figura Relación entre la resistencia a compresión del hormigón y la velocidad de propagación de ondas ultrasónicas en el mismo. Salvo que se trate de un hormigón determinado, es muy difícil dar una relación entre velocidad de propagación y resistencia y esto a pesar de los muchos trabajos que se han realizado y entre los que existen algunos de mucho interés. Lo que sí es fácil determinar es el módulo de elasticidad dinámico del hormigón y luego relacionarlo con la resistencia a compresión o a flexotracción. 217

218 Para hormigones normales con módulos de elasticidad comprendidos entre y kgf/cm 2, para determinar la resistencia a compresión, puede emplearse la fórmula empírica: en la que todos los valores están expresados en kgf/cm f c = 3.5x10 E d - 1x10 E d (10.3.9) Si se trata de hallar la resistencia a flexión puede utilizarse la expresión: E d K ' = fcf ( ) 1 υ en la que K' es una constante que vale para hormigones con grasa silícea rodada y para hormigones de árido calizo. Dadas las muchas variables que intervienen en la resistencia del hormigón y que afectan a la velocidad de propagación es por lo que algunos autores proponen que ésta sea sólo un índice de la calidad del mismo, tal como se indica en la tabla Tabla Velocidad de propagación lineal en función de la calidad del hormigón. Si previamente en laboratorio y con probetas de resistencia conocida del mismo hormigón de obra, se ha establecido una correlación entre resistencia-velocidad de propagación, es posible tener una idea bastante aceptable de las resistencias del hormigón colocado en obra. En las determinaciones realizadas en elementos estructurales hay que huir de las zonas de grandes concentraciones de armaduras por el efecto que pueden tener en la velocidad media, dando lugar a valores dudosos Resistencia a compresion Introducción. La resistencia mecánica es la propiedad del hormigón más valorada y especificada su diseño y en el control de calidad. En algunos casos puede ser más importante la: durabilidad, impermeabilidad, estabilidad de volumen, etc. La resistencia da un panorama general de la calidad del hormigón porque está directamente relacionada con la estructura de la pasta de cemento. Muchas propiedades del hormigón (módulo de elasticidad, impermeabilidad, etc.) directamente relacionadas con resistencia. 218

219 El hormigón es un material que resiste a las solicitaciones de compresión, tracción y flexión. La resistencia que presenta frente a los esfuerzos de compresión es la más elevada de todas, cifrándose en unas diez veces de la tracción, y es la que mas interés presenta en su determinación dado que en, la mayor parte de las aplicaciones del hormigón, se hace uso de esa capacidad resistente y a que, por otra parte, la resistencia a compresión es un índice de la magnitud de otras muchas propiedades del mismo. La resistencia a compresión del hormigón depende de muchos factores, unos inherentes a la calidad del mismo y otros a la forma y dimensiones de las probetas y a las condiciones en que se lleva a efecto el ensayo. Siempre que se realiza un ensayo de compresión sobre varias probetas, procedentes de la misma masa, de hormigón, se presentan variaciones entre los resultados obtenidos en la rotura de las mismas, aunque lo normal es que éstas estén comprendidas dentro del 10 %, a menos que existan deficiencias imputables al propio ensayo. Dada la variación existente entre los resultados obtenidos, por rotura de probetas procedentes de la misma masa no puede identificarse la resistencia a compresión de un hormigón como la dada por la rotura de una única probeta, sino que hay que proceder a la rotura de una serie de ellas a fin de tener más certeza sobre el verdadero valor a tomar como resistencia representativa. Aquí aparecen entonces, los conceptos de "resistencia media" y "resistencia característica". La resistencia media del hormigón está definida como la suma de las resistencias individuales de cada probeta dividida por el número de probetas ensayadas, obteniéndose un valor que no tiene en cuenta la dispersión entre los resultados individuales obtenidos. A fin de paliar este inconveniente, aparece la resistencia característica que se basa en un estudio estadístico en base a una distribución normal y que tiene en cuenta la dispersión de los resultados individuales del ensayo. Así, la resistencia característica se define como el valor de la resistencia por debajo del cual no se presentarán más de un 5 % de roturas, es decir, el 95 % de las roturas serán de valor superior a la resistencia característica. En España la resistencia característica del hormigón se refiere a probetas cilíndricas de 150x 30 cm rotas a la edad de 28 días, aunque si el hormigón no va a entrar en servicio antes de los tres meses puede referirse la resistencia a los 90 días. Los hormigones en masa y armados, regulados por la Instrucción española, se clasifican de acuerdo con su resistencia característica a compresión a 28 días, en kgf/cm 2, en los siguientes tipos: H-125, H-150, H-175, H-200, H-225, H-250, H-300, H-350, H-400, H-450, H-500 En general, los valores obtenidos de resistencia a compresión en hormigones a 28 días de edad son muy variables dependiendo de los materiales y técnicas que se hayan empleado en su fabricación; así, con hormigones ligeros se tienen resistencias inferiores a 10 N/mm 2, con hormigones especiales impregnados con polímeros de alcanzan los 200 N/mm 2, en hormigones estructurales los valores más frecuencias oscilan entre 25 a 35 N/mm 2, y en prefabricación se utilizan hormigones de hasta 60 N/mm Probetas. Generalmente, el hormigón se emplea en elementos estructurales para aprovechar su buena resistencia a compresión, de aquí que esta característica sea del mayor interés a la hora de calificar a un hormigón, lo cual no quiere decir que en determinadas aplicaciones, como, por ejemplo, en pavimentos, no sea la resistencia a compresión sino la de flexión la característica predominante. La resistencia a compresión del hormigón puede determinarse mediante ensayos destructivos y no destructivos. Los primeros, son los más utilizados en el control del hormigonado en sus diferentes fases realizándose sobre probetas de formas cilíndricas o cúbicas, según la normativa de diferentes países. Los 219

220 valores de resistencia de rotura obtenidos en los ensayos de probetas, en general, difieren de los reales que agotarían al mismo hormigón en un elemento estructural debido a las distintas dimensiones y coacciones en estos elementos con respecto a aquéllas, no obstante, la determinación de la resistencia a compresión obtenida en la rotura de éstas da un índice de la calidad del hormigón que se está utilizando. En España, al igual que en otros países como Estados Unidos, Canadá, Australia y otros pertenecientes al CEB, se emplean las probetas cilíndricas, mientras que en Gran Bretaña, Alemania y algún otro país, siguen utilizándose las probetas cúbicas en la determinación de la resistencia a compresión. Existe, por otra parte, una marcada tendencia al empleo de probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura, aunque en Francia se empleen las de 16 cm de diámetro y 32 cm de altura por la ventaja de tener una superficie de aplicación de la carga de, prácticamente, 200 cm 2. Con probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro no deben emplearse áridos de tamaño superior a 50 mm, es decir, el tamaño máximo de estos no debe superar el tercio del diámetro del molde. Si el tamaño máximo del árido es pequeño e inferior a 20 mm deben utilizarse probetas de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura, debido a que si éstas son muy grandes con relación al tamaño máximo del árido el efecto pared disminuye y los resultados obtenidos cambian. Así se ha podido comprobar, empleando diferentes dimensiones de probetas, que con áridos de tamaño máximo comprendido entre 20 y 40 mm, las de 150 x 30 cm.son las que proporcionan mayores resistencias y uniformidad en los resultados, mientras que con áridos de tamaño máximo de 10 mm, las probetas de 100 x 20 cm. son las idóneas Factores que influyen en la resistencia Introducción. Las resistencias mecánicas del hormigón, se puede decir que están influenciadas por todo; materiales, dosificación de los mismos, amasado del hormigón, puesta en obra, consolidación, curado, forma y dimensiones de las probetas, realización del ensayo de rotura, la cual se encuentra afectada a su vez por el centrado de las probetas, refrentado, velocidad de puesta en carga e incluso robustez de la misma máquina de ensayo. Es claro que a la hora de proyectar un hormigón se eligen los materiales más convenientes y se estudia adecuadamente la dosificación de éstos, al igual que a la hora de realizar un ensayo de rotura sobre probetas se procura que éstas estén bien centradas en la prensa y aplicar la carga a la velocidad prevista en las normas; sin embargo, hay tres fases muy delicadas en la vida del hormigón y que además suelen estar poco vigiladas, una es la colocación en obra que, a veces, induce a emplear una cantidad de agua superior a la de proyecto, otra es la consolidación del hormigón y la tercera es el curado al que se le suele prestar poca atención; ambas deficiencias pueden influir de una forma muy negativa en las resistencias mecánicas, en la estabilidad dimensional y en la durabilidad del hormigón Influencia de los materiales. Los materiales elegidos tienen que ser los adecuados para el hormigón que se trata de confeccionar. No existe un hormigón único sino que dependiendo de las características resistentes elegidas, de acuerdo con las acciones que tenga que soportar y del medio en que se vaya a ejercer su función, habrá que diseñar uno u otro. En el caso de las resistencias mecánicas, el tipo y la categoría del cemento tendrán que ser los adecuados; los áridos deberán elegirse sabiendo que el hormigón no puede tener una resistencia superior a la que poseen estos; por otra parte, estos no deben poseer sustancias nocivas que les resten adherencia a la pasta de cemento o que alteren a la hidratación del mismo; el agua deberá ser apta para el amasado de hormigones no teniendo sustancias perjudiciales por encima de los límites que marcan las normas e instrucciones. 220

221 Las adiciones pueden influir también sobre las resistencias como ocurre con las bentonitas, arcillas, tierra de diatomeas que exigen más agua para una misma trabajabilidad del hormigón; sin embargo, otras pueden favorecer a la resistencia, especialmente a largo plazo, como ocurre con las cenizas volantes y puzolanas naturales que mejoran la durabilidad del hormigón al fijar la cal liberada, e incluso al hacer a los hormigones más impermeables Influencia de la relación (Agua/Cemento). La relación (Agua/Cemento) puede decirse que es el factor que más influencia tiene en la resistencia de un hormigón. En 1986 Feret, se dio cuenta de la importancia de la relación (Agua/Cemento) al establecer la resistencia a compresión S, el volumen absoluto de cemento c, de agua e y aire a, estaban relacionados a través de una constante K por medio de la ecuación: c S = K c + e + a 2 ( ) En un hormigón bien compactado por vibración se puede suponer que el volumen de aire es aproximadamente del 1 %. Si la compactación es a mano y no muy buena el volumen de aire es bastante mayor disminuyendo por tanto las resistencias. Si el hormigón se ha amasado con mucha más agua de la precisa para la hidratación del cemento, dejará un gran volumen de huecos al evaporarse la sobrante, con lo cual disminuirán también las resistencias. La variación de las resistencias, teniendo en cuenta la influencia del agua y del aire, viene dada por la curva de la figura , en la que puede apreciarse como con cantidades de agua de amasado altas bajan las resistencias y si éstas son demasiado bajas, el hormigón no puede compactarse adecuadamente por ser demasiado seco quedando en su masa un gran volumen de huecos. Aunque la curva de la figura anterior es muy ilustrativa y en ella se observa muy bien la forma de variación de las resistencias con el aumento de la cantidad de agua de amasado, no quiere decirse que esta forma sea única sino que dependiendo del tipo de cemento empleado, del grado de compactación y del margen que se considere de variación de la anterior relación, habrá casos en que la curva se presente como una hipérbola y otros en que se aproxime a una recta como se aprecia en la figura Figura Influencia de la cantidad de agua de amado en las resistencias de un hormigón. 221

222 Figura Influencia de la relación (Agua/Cemento) en la resistencia a compresión del hormigón. De lo anterior parece desprenderse que si en un hormigón se mantiene constante la relación (Agua/Cemento) las resistencias relativas serán iguales. Sin embargo, se observa que cuanto mayor es el contenido de cemento, al ser la cantidad de pasta más elevada, la docilidad del hormigón también lo será con lo cual al consolidarse mejor el hormigón dará lugar a menos huecos y por tanto a mayor resistencia relativa. Por pura lógica se ve también que no cabe pensar en que si la relación (Agua/Cemento) se mantiene constante se puedan obtener las mismas resistencias con diferentes cantidades de cemento, puesto que, en el límite, se llegaría al absurdo de que con una cantidad de cemento próxima a cero se tendrían las mismas resistencias que con una elevada. También hay que pensar que a igualdad de relación (Agua/Cemento) y contenido de este último las resistencias dependen del grado de hidratación del cemento, de sus propiedades químicas y físicas, de su temperatura de hidratación e incluso, de las posibles fisuras que hayan podido aparecer como consecuencia de una exudación. Al hablar de la relación (Agua/Cemento) conviene distinguir entre la que se denomina " efectiva" y " teórica". Cuando los áridos están secos o húmedos sin saturar absorben agua de la introducida en la hormigonera, dependiendo la cantidad absorbida de la porosidad y tipo de poros de aquellos; estos áridos se saturan en un tiempo que puede llegar a ser de media hora desde el momento de su puesta en contacto con el agua y, en este caso, hay una disminución del agua disponible con lo que la relación (Agua/Cemento) efectiva será inferior a la teórica. Si los áridos están saturados con superficie seca la relación (Agua/Cemento) efectiva coincide con la teórica Influencia del tamaño máximo del árido. En un principio puede pensarse que cuanto mayor sea el tamaño máximo del árido menor será la superficie específica que presente y menor la cantidad de agua necesaria para su mojado y, por consiguiente, mayor la resistencia obtenida en el hormigón. La experiencia demuestra que esto no ocurre de esta forma sino que, dependiendo de la relación (Agua/Cemento), existe una influencia más o menos negativa del tamaño del árido en el sentido de que cuanto mayor sea éste menor será la resistencia del hormigón. Este efecto es debido a que a mayor tamaño de árido menor superficie adherente existirá entre la pasta y él, y por otra parte, a que la pasta poseerá menos libertad para experimentar deformaciones sin que sufra una microfisuración que debilite a la resistencia. Este efecto es especialmente importante en hormigones de altas resistencias o ricos en cemento en los que es conveniente emplear áridos de dimensiones pequeñas, mientras que en los hormigones pobres en cemento 222

223 interesa utilizar áridos de mayor tamaño, pues las resistencias máximas se consiguen con áridos de tamaños más grandes conforme el contenido de cemento se va haciendo más pequeño y esto es consecuencia de que cuanto más pequeño es el árido no sólo precisa más agua el hormigón sino también mayor contenido de cemento. Un tamaño máximo ideal en hormigones estructurales es el de 40 mm., que en el caso de prefabricados debe reducirse a 20 mm. En la figura puede verse influencia del tamaño máximo del árido en la resistencia a la compresión a los 28 días de hormigones con diferentes dosificaciones de cemento. Figura Influencia del tamaño máximo del árido en la resistencia a la compresión a los 28 días de hormigones con diferentes dosificaciones de cemento. El módulo granulométrico del árido compuesto tiene por otra parte una gran influencia en las resistencias. En la figura puede observarse como varía la resistencia relativa a compresión en función del módulo granulométrico del árido compuesto. Figura Influencia del módulo granulométrico del árido en la resistencia relativa a compresión. 223

224 No hay que pensar que únicamente influye el tamaño máximo del árido en las resistencias puesto que también le afectan a éstas, de una forma significativa, la propia resistencia del árido así como su forma y textura y, por supuesto, la granulometría del árido compuesto Influencia de la forma, dimensiones de las probetas y de la ejecución del ensayo. La resistencia a compresión de un hormigón determinada por medio de la rotura de una probeta sometida a una carga axial puede sufrir alteraciones como consecuencia de varios factores entre los que caben destacarse: el efecto probeta-plato, la dureza de los platos, el tamaño y esbeltez de la probeta, la velocidad de aplicación de las cargas e incluso el diseño de la propia máquina. Aparte de estos factores hay que tener en cuenta otros que son comunes para todos los ensayos, como: falta de paralelismo entre las caras de la probeta sobre las que se realiza el ensayo, descentrado de la probeta, deficiente acabado de las superficies sobre las que se ejerce la carga, el que las probetas estén humedal o secas, etc. Los platos de la prensa impiden, por fricción, que los extremos de la probeta se deformen lateralmente en la misma magnitud que en el centro creándose por tanto unas tensiones de cortante en el hormigón que se superpondrán a las de compresión. La deformación en el hormigón próximo a los platos es aproximadamente el 0.4 de la que se tiene en el centro de una probeta normal haciendo que la resistencia del hormigón en el centro sea ligeramente más baja que en las superficies en contacto con los platos; de aquí la conveniencia de colocar entre éstos y las superficies del hormigón unos cartones duros que aminoren este efecto de fricción. La tensión de cortante que aparece en las probetas como consecuencia del efecto zuncho provocado por la fricción entre platos y superficie del hormigón va decreciendo conforme nos acercamos al centro de la probeta y queda puesta de manifiesto por los conos que aparecen en la rotura de las probetas y que alcanzan prácticamente veces la dimensión lateral de las mismas, es decir,en el caso de probetas cilíndricas, su diámetro (Figura ). Figura Conos de rotura producidos por efecto de la fricción plato-probeta. Si una probeta cilíndrica tiene una longitud superior a 1.73 veces su diámetro, dispondrá de una parte central en la que el efecto de cortante antes indicado habrá desaparecido y los valores de la resistencia a compresión medidos, aunque algo más bajos que en probetas más cortas, serán más uniformes y reales que cuando la longitud de la probeta es igual o inferior a 1.73 veces el diámetro. El superar muy sobradamente la cifra 1.73 diámetros nos podría llevar a probetas de esbelteces excesivas en las que se podría alterar el valor de la resistencia a compresión y esta es la razón de que muchas normas,entre ellas la española, fijen la relación longitud/diámetro en 2. En la extracción de probetas testigo del diámetro de las mismas viene fijado por el de la sonda disponible mientras que la longitud de la probeta depende del espesor de la pieza a ensayar. Si la longitud es grande, es suficiente cortar la probeta de forma que se obtenga una esbeltez de 2, pero si la longitud es pequeña e inferior a 1.5 veces el diámetro, se produce un incremento notable de la resistencia por efecto del cortante 224

225 con respecto a las de mayor longitud; en este caso, y dado que los valores de las resistencias obtenidas serían superiores a aquellos determinados en probetas de relación altura/diámetro 2, habrá que multiplicar estas resistencias por los factores medios de corrección dados por las normas españolas y que aparecen en la tabla Tabla Factores medios de corrección en función de la relación (Altura/diámetro). Estos factores medios correctores están determinados para un hormigón estructural; si éste fuese de alta resistencia, el efecto de la corta longitud de la probeta sería menor con lo que los factores correctores anteriores aumentarían, al igual que disminuirían si el hormigón fuese de baja resistencia, siendo, por consiguiente, estos más sensibles a la disminución de longitud de la probeta. En el gráfico de la figura , pueden observarse los valores de las resistencias relativas a compresión del hormigón en probetas de diferentes esbelteces. Se aprecia como las variaciones son muy sensibles para esbelteces inferiores a 2 y bastantes suaves, con tendencia a la constancia, para valores superiores a 2. Figura Efecto de la esbeltez de las probetas sobre las resistencias del hormigón. Las dimensiones de las probetas también influyen en la resistencia a compresión como puede apreciarse en el gráfico de la figura Puede observarse como por encima de un determinado diámetro el efecto desaparece y las resistencias no continúan bajando; prácticamente, por encima de los 45 cm, éstas se mantienen. Se ha observado también que, la disminución de resistencias con el aumento del tamaño de las probetas es menos pronunciada en hormigones de bajas resistencias que en los de altas. 225

226 Figura Influencia del diámetro de las probetas en las resistencias relativas. Tabla Factores medios de corrección en función de la relación (Altura/diámetro). Si las probetas son cúbicas de diferentes tamaños los factores correctores medios por los que hay que multiplicar a las resistencias para obtener la equivalente a la de un cubo de 15 cm de lado, son los indicados en la tabla Tabla Factores medios de corrección en función de la relación (Altura/diámetro). Para un mismo hormigón la relación existente entre las resistencias dadas por una probeta cúbica de 15x15x15 cm y una cilíndrica de 15 cm de diámetro y 30 cm del altura es función, además, de la forma de las probetas, de la dosificación de cemento del hormigón. En la tabla se dan los valores de la relación entre resistencia cúbica y cilíndrica para diferentes hormigones. Tabla Factores medios de corrección en función de la relación (Altura/diámetro). 226

227 Si no conoce la dosificación de cemento y sí la resistencia en probeta cúbica, se puede establecer que la anterior relación es de 1,25 para hormigones de resistencia igual o inferior a 25 N/mm 2 y de 1.20 si ésta es superior a 25 N/ mm 2. Los moldes empleados en la confección de probetas deben ser de acero y suficientemente rígidos, dado que éstos proporcionan probetas más uniformes al tener dimensiones muy precisas y realizarse una buena compactación del hormigón en ellos. Se ha comprobado que los moldes de plástico y de cartón dan resultados de resistencias a compresión más bajos; concretamente,en el caso de moldes de cartón se obtienen resistencias de un 2 al 15 % más bajas que empleado moldes de acero. El acabado superficial, o refrentado, y el paralelismo entre las caras comprimidas es fundamental para obtener resultados fiables. Las probetas deben tener perfectamente planas y paralelas las caras que han de estar en contacto con los platos de la prensa; un acabado superficial realizado con espolvoreado de cemento y terminado con llana no es suficiente pues, además de falsear el paralelismo, puede dar lugar a superficies no planas con lo cual se crean tensiones muy desiguales en la masa del hormigón como consecuencia de los contactos puntuales existentes entre platos y caras de la probetas. Las caras de las probetas cilíndricas deben refrentarse con una mezcla caliente formada por: Flor de azufre Arena fina < 0,5 mm Negro de humo 62 p.p. 36 p.p 2 p.p. En la figura pueden verse unas probetas de hormigón refrebtadas con azufre. Figura Probetas de hormigón refrebtadas con azufre. El refrentado se realiza en un aparato que proporciona además paralelismo entre las dos caras. Después del refrentado debe esperarse dos horas antes de proceder a la rotura de la probeta, a fin de permitir que la capa dada se enfríe. El refrentado también puede realizarse por rectificado con discos de corte de diamante (Figura ). Grandes exigencias de paralelismo, perpendicularidad y planeidad (ASTM-D ) Podría complementarse con un sistema de pulido preciso 227

228 Figura Refrentado con disco de diamante Si las probetas son cúbicas no se suelen presentar estos problemas debido a que éstas se ensayan en una dirección perpendicular a la de moldeo, con lo cual siempre se dispone de las dos caras paralelas y perfectamente planas que proporcionan las caras de los moldes. El paralelismo es esencial en el ensayo aunque con prensas que dispongan de una rótula adecuada en el plato superior se puedan admitir ligeras faltas de él. La velocidad de carga tiene una gran influencia en los resultados obtenidos, de aquí que ésta deba estar normalizada. Si la velocidad es elevada las resistencias obtenidas son altas, si por el contrario es lenta los valores obtenidos son bajos. La velocidad de carga a compresión normalizada en España es de 0.5 N/mm 2 /seg., (5 kgf/cm 2 /seg), con una tolerancia de ± 0,2 N/mm 2 /seg (±2 kgf/cm 2 /seg). Aumentos o disminuciones de 30 veces sobre esta velocidad de carga pueden dar lugar a aumentos o disminuciones de un 12 % de la resistencia. El tiempo que dura la aplicación de la carga a la probeta o pieza es fundamental, pues con cargas rápidas se obtienen valores elevados de la tensión de rotura, mientras que con cargas mantenidas o muy lentas los valores obtenidos son menores debido a un fenómeno de " cansancio del hormigón" que aparece en piezas totalmente comprimidas y que es despreciable en piezas sometidas a flexión simple. La reducción en la resistencia a compresión por efecto del cansancio del hormigón puede llegar hasta un 20 %. El ensayo de rotura de las probetas en laboratorio no debe realizarse con éstas recien sacadas de la cámara de curado y, por consiguiente, mojadas, sino que las mismas deben secarse con un paño húmedo y dejarlas de tres a cuatro horas en ambiente de laboratorio antes de proceder a su refrentado y rotura. Las probetas secas dan resistencias que pueden ser del 5 al 15 % a las obtenidas con probetas humedas Influencia de la edad del hormigón. El hormigón experimenta una ganancia de resistencias con el tiempo dependiendo ésta del tipo y categoría de cemento empleado, de la relación (Agua/Cemento) con que se haya fabricado aquél y de la temperatura a que esté sometido. 228

229 El conocimiento de la evolución de la resistencia de un hormigón con el tiempo es de suma utilidad puesto que permite predecir la resistencia que puede tener un hormigón a 28 días en función de la que posea a 7 días e incluso a menor edad. No se puede dar una regla fija sobre la evolución de las resistencias con la edad debido a las muchas variables que intervienen en ella; por esto, lo más seguro es determinar, para cada hormigón en particular, la ecuación que liga resistencias-tiempo bajo determinadas condiciones ambientales. La relación (Agua/Cemento) del hormigón influye en el sentido de que las mezclas en las que ésta es baja, la ganancia de resistencias con respecto a la de 28 días crece más rápidamente que en el caso de mezclas con altos valores de esa relación. Este fenómeno es consecuencia de que cuanto más baja es la relación (Agua/Cemento), más próximos se encuentran los granos de cemento y al hidratarse, el gel formado puede crear con mayor rapidez un sistema estable. En la figura , puede observarse, para un mismo cemento portland y condiciones de curado, entre qué zonas se mueve la curva para relaciones (Agua/Cemento) comprendidas entre 0.4 y 0.8. Para los cementos portland sin adiciones puede suponerse que la resistencia a 7 días oscila entre el 60 y el 77 % de la de 28 días, siendo frecuente emplear el valor del 66 %. Estas variaciones son debidas a la distinta forma de molido de los distintos cementos. Figura Influencia de la edad sobre las resistencias relativas del hormigón Si los cementos tienen adiciones puzolánicas o de escorias los valores anteriores cambian al ser éstos menos activos a corto plazo que los que no las tienen. Con estos cementos se impone aún más el realizar la determinación en laboratorio de las curvas de evolución de las resistencias con el tiempo para cada hormigón que se considere, puesto que ésta va a depender de las características del clinker, del tanto por ciento de adición que lleve incorporado, del tipo de ésta y de la relación (Agua/Cemento). La temperatura tiene también una influencia muy marcada en esta evolución dando lugar a una ganancia de resistencias más fuerte a edades más tempranas cuanto mayor sea la misma. La ganancia de resistencia en tracción y en flexión a cortas edades es ligeramente más rápida que en compresión para un mismo hormigón, sin embargo el crecimiento de resistencias por encima de los 28 días es más lento, pudiendo estimarse que con un cemento portland ordinario el hormigón gana sólo el 10 % de resistencias a 360 días con respecto a la resistencia de 28 días. 229

230 Generalmente, las resistencias más interesantes son las correspondientes a los 28 días puesto que son las especificadas para el cálculo estructural. Sin embargo, a veces es conveniente conocer por razones de seguridad la capacidad resistente de una estructura a una edad superior y, por tanto, la ganancia de resistencias a esa edad con respecto a la de 28 días. Se pueden considerar aproximadamente como variaciones de resistencias a diferentes edades para un mismo hormigón y de acuerdo con el CEB los valores dados en la tabla Tabla Ganancia o perdidad de resistencia a una determinada con respecto a la de 28 días. Haciendo las apreciaciones con mayor rigor se puede suponer que: - Un cemento portland con contenido de silicato tricálcico mayor del 50 % y de aluminato del orden del 20 %, incluyendo un máximo de un 8 % de ferrito aluminato tretracálcico, gana un 15 % de resistencias a compresión a los 3 meses y un 26 % a los 6 meses. - Un cemento portland con contenido de aluminato de aproximadamente el 23 %, incluyendo como mínimo el 14 % de ferrito aluminato tretracálcico, y cementos siderúrgicos o puzolánicos con adición activa en proporción no superior al 40 %, ganan aproximadamente el 35 % de resistencia a los 3 meses y el 50 % a los 6 meses. - Cementos portland con contenido de silicato bicálcico no menor del 50 % y cementos siderúrgicos con un contenido de escoria no superior al 50 % ganan un 60 % de resistencias a los 3 meses y el 50 % a los 6 meses Probetas testigo. En determinadas ocasiones hay que recurrir a la ejecución de ensayos informativos realizados por medio de rotura de probetas testigo o mediante ensayos ultrasónicos e incluso esclerométricos. La necesidad de estos ensayos puede estar motivada: por disconformidades en la aceptación de un hormigón al ser la resistencia estimada inferior a un tanto por ciento de la resistencia característica, por cambio de uso de la estructura que ocasione solicitaciones sobre los elementos y que obligue al conocimiento de la capacidad actual, a fin de optar por reforzar o no a la misma, para determinar la capacidad resistente residual de una estructura que ha sufrido daños por incendio, corrosión, etc, para determinar las características resistentes de los hormigones en el caso de hundimiento de estructuras, para determinar la resistencia real del hormigón puesto en obra en los casos en que las probetas de control hayan sufrido los efectos de una helada, por haber existido fallos en los ensayos de rotura de las probetas, etc. Las probetas testigo son piezas de forma cilíndrica, cúbica o prismática que se extraen del hormigón puesto en obra mediante corte. En el caso de probetas cilíndricas se emplean sondas rotativas o perforadoras tubulares (Figura ) y en los demás casos se utilizan discos de diamante. 230

231 Figura Máquina de extracción de testigos. Mediante la extracción y rotura de probetas testigo pueden determinarse en el hormigón, sus resistencia a compresión, a tracción, módulo de elasticidad y diagrama tensión-deformación. Las determinaciones no suministran, a veces, resultados absolutos debido a las muchas variables que pueden intervenir en éstos, siendo, por tanto, preciso, en casos de duda, compararlos con los facilitados por otros métodos. Dado que en los ensayos de control sobre probetas normales, de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, las condiciones en que estos se desarrollan son ideales por cuanto se emplea hormigón salido de la hormigonera, las probetas son confeccionadas por personal especializado de laboratorio, el curado se hace en condiciones óptimas, etc., es de suponer que los testigos extraídos del hormigón de obra que ha tenido que someterse a unas operaciones de transporte, colocación, compactación y curado, no tan ideales, tengan que suministrar valores de resistencia inferiores al dado por las probetas de control enmoldadas, haciendo que la relación entre las resistencias de las de control y las de los testigos tenga que ser, para la misma edad, superior a la unidad. La diferencia entre ambas resistencias aumenta con la calidad del hormigón y así para uno de 20 N/mm 2 suele ser del 5 al 10 %, para hormigón de 30 N/mm 2 oscila entre el 10 y el 20 % y para los de 40 N/mm 2 o más, puede llegar a ser del 30 %. La Instrucción vigente española recomienda exigir a las probetas testigo sólo el 90 % de la resistencia pedida a las probetas moldeadas; valor excesivamente conservador. Por otra parte, la resistencia de los testigos suele ser inferior a la real del hormigón de obra, a pesar de ser el testigo una parte integrante de la misma, y esto es debido, entre otras razones, a la influencia que tienen las dimensiones del mismo sobre de la de los componentes del hormigón, a las condiciones de contorno, a las microfisuras originadas por la extracción, etc. Para tener en cuenta estos factores, algunas normas recomiendan multiplicar los resultados dados por los testigos por un coeficiente variable 1.10 a Los testigos extraídos deben ser representativos de todo o del lote de hormigón considerado, por consiguiente es preciso definir las zonas o lotes de una estructura construidos con un determinado volumen de hormigón. A veces, en una obra ya construida, no es posible conocer la situación de estos lotes; en estos casos puede dar buen resultado realizar ensayos paralelos ultrasónicos o esclerométricos a fin de tratar de identificarlos. 231

232 El número de testigos a extraer de una zona puede ser variable pero lo que es preciso es que la separación entre ellos sea la suficiente para que correspondan a amasadas diferentes de un mismo lote al objeto de tener una muestra que sea realmente representativa del hormigón procedente de diferentes amasadas. Se sobreentiende que la separación mínima entre testigos deberá estar condicionada al volumen de la hormigonera utilizada y a las dimensiones del elemento estructural. La extracción de testigos no debe realizarse a edades inferiores a 14 días si el cemento es portland normal, pudiendo rebajarse esta edad si el cemento es de alta resistencia inicial. Esta limitación se debe a que en los hormigones de bajas resistencias hay un mayor peligro de microfisuración, desprendimientos de áridos y pérdidas de adherencia con la pasta, lo que repercute en las resistencias a compresión. Parece que si la resistencia del hormigón es inferior a 5N/mm 2 existe peligro de fuerte microfisuración. No existe un criterio fijo en cuanto al número de testigos que debe formar la muestra, aunque este número debe estar relacionado con el criterio seguido para determinar la resistencia característica del hormigón a compresión; sin embargo, si hay ciertas recomendaciones que conviene recoger y así la ACI y la ACI indican que se extraigan tres testigos por cada zona a analizar. La ACI recomienda que por cada componente estructural, de luz igual o menor a 7.6 m o zonas que presenten áreas iguales o menores de 58.1 m 2, se extraigan testigos de cada elemento. Por su parte la Concrete Society exige cuatro testigos de cada zona y la DIN indica que se extraigan un mínimo de seis testigos si el diámetro es igual o mayor de 100 mm o de doce si éste es menor de 100 mm y la dimensión máxima del árido es igual o menor de 16 mm. La dirección de la extracción con relación a la puesta en obra y compactación del hormigón tiene influencia en los resultados obtenidos de tal forma que si la puesta en obra ha sido vertical y los testigos se extraen horizontalmente suelen tener una resistencia del 5 al 8 % inferior a la obtenida si se hubiese realizado la extracción vertical. Es frecuente que cuando no se ha realizado un replanteo previo de la armaduras del elemento estructural, los testigos contengan algún trozo de barra en su interior y perpendicular a la dirección axial del testigo. Aunque la primera impresión es que este hecho no debe alterar la resistencia del testigo, ocurre con frecuencia que el corte provoca la pérdida de adherencia de la barra, e incluso deteriora al testigo, lo que obliga a rechazarlo. Cuando esto no ocurre la disminución de resistencia es despreciable y no suele llegar al 5 %, siendo lo más conveniente eliminar la parte que contenga las armaduras, siempre que el testigo tenga una esbeltez mayor de uno. Normalmente los testigos extraidos con sondas rotativas tienen una longitud que puede llegar hasta los 80 cm, con diámetros que oscilan entre 5 y 15 cm. Los más frecuentes son los testigos de 10 cm de diámetro con longitud de 20 cm y por tanto piezas de esbeltez igual a dos. Si el diámetro de los testigos es pequeño, grande será el deterioro causado por la sonda al realizar la extracción y por tanto, más bajo será el valor de la resistencia obtenida, de aquí que diferentes normas se ocupen de este tema. La ASTM C42-84 recomienda que el diámetro del testigo sea como mínimo igual a tres veces el tamaño máximo del árido. Este mismo valor lo recomiendan otras normas a fin de obtener un material homogéneo y para que la influencia de la extracción no sea excesiva. La norma UNE , indica que la dimensión menor de la probeta deberá ser igual o superior a tres veces el tamaño nominal máximo del árido y en ningún caso inferior a dos veces este tamaño máximo. Peterson, ha tratado este tema de forma extensa comparando diferentes investigaciones y llega a la conclusión de que los testigos de diámetros iguales o superiores a 100 mm son equivalentes a los de 150 mm, puesto que en ellos se respeta, prácticamente, la misma relación con respecto al tamaño máximo del árido; por otra parte, la dispersión de los resultados es mayor a menor diámetro de los testigos. Para áridos de 30 mm puede existir una diferencia de un 5 % en las resistencias utilizando testigos de 75 ó 100 mm de diámetro, Nosotros hemos encontrado diferencias de hasta el 10 % entre testigos de 75 y de 100 mm. de diámetro. 232

233 Todo esto es lógico si suponemos que el hormigón es un material compuesto de elementos de resistencias muy distintas, de aquí que, cuanto mayor sea el tamaño de la probeta o testigo a ensayar, más próximos estemos de la resistencia real del hormigón y más alejados de la influencia que pueda ejercer un elemento de resistencia extrema. Se comprueba en la realidad que la resistencia medida sobre probetas de diferentes diámetros es más regular cuanto mayor es el tamaño de éstas. Este hecho constatado estadísticamente ha servido de base para fijar el tamaño mínimo de las probetas; el máximo viene limitado por razones de manejabilidad, capacidad de las máquinas de ensayo, espacio para almacenamiento y curado, sensibilidad a golpes, etc. Otro factor a tener en cuenta es la relación altura-diámetro de los testigos. En probetas cilíndricas está normalizada esta relación en el valor dos; sin embargo, en los testigos lo normal es que esta relación no se cumpla, como se ha indicado con anterioridad, debiendo en estos casos estimar la resistencia de esbeltez dos. La ASTM, la BS y la UNE, entre otras, dan factores de corrección a aplicar para diferentes valores de la relación altura-diámetro, que quedan recogidos en el cuadro , aunque se ha visto, mediante ensayos, que estos valores pueden estar influenciados también por la propia resistencia del hormigón siendo tanto más afectados cuanto menor es la resistencia del mismo. Cuadro factores de corrección a aplicar para diferentes valores de la relación altura-diámetro. Cualquiera que sea la altura del testigo (Figura ) antes de proceder a su rotura hay que repasar las caras con disco de diamante hasta conseguir una perfecta planeidad y perpendicularidad al eje del testigo. La norma UNE permite sólo una desviación máxima de 5. Si las desigualdades de las superficies son superiores a 0.1 mm es conveniente refrentar las caras de los testigos en igual forma que se ha indicado para las probetas enmoldadas. En la figura anterior pueden verse estos testigos refrentados. Un tema que suele ser polémico es el de las condiciones de rotura de los testigos. La ACI indica que los testigos deben romperse en las condiciones termo-higrométricas de servicio del hormigón de la estructura. La ASTM C42-84 viene a coincid i r con lo indicado por el ACI. La DIN recomienda que los testigos sean rotos inmediatamente después de su extracción y la UNE indica que si la pieza, estructura o unidad de obra, de la cual se han extraido los testigos va a estar sometida a saturación de agua o a una humedad continuada, las probetas se mantendrán totalmente sumergidas de 40 a 48 horas en agua a una temperatura de 20 ± 2 C, antes de su rotura, y en otros casos las probetas se dejarán al aire, durante el mismo tempo, en el ambiente de laboratorio. 233

234 Figura Probetas testigo refrentadas de diferentes esbelteces. El hacer roturas de los testigos en las condiciones en que el hormigón está trabajando en obra es totalmente fundamental puesto que, en muchos casos, estos ensayos lo que tratan es de conocer la resistencia real del hormigón de obra y mal se puede saber ésta si el hormigón se rompe en condiciones diferentes, por tanto, si éste va a estar en contacto permanente con el agua, como ocurre en un depósito o canal, los testigos habrá que romperlos en húmedo, es decir, saturados, pero si la estructura va a estar en ambiente seco éstos deben romperse en seco. La influencia de saturado a seco es por otra parte notoria ya que en húmedo puede haber descensos importantes de la resistencias y así, Petersons, Bloem y Delibes, entre otros, han observado bajas de resistencias del 15 al 20 % en testigos sumergidos en agua durante 40 horas o más con respecto a las resistencias dadas por testigos secos. Mills explica la pérdida de resistencia de las probetas sumergidas como una consecuencia del debilitamiento de los geles de cemento al adsorber agua haciendo que las fuerzas de cohesión entre las partículas sólidas disminuyan. Para un hormigón de 35 N/mm 2 de resistencia, Mills ha encontrado un incremento en la resistencia del 10 % al secarlo prolongadamente y del 5 % si el secado se hacía durante 6 horas. En los ensayos de rotura de probetas testigos, además de las dimensiones de las mismas, factores de corrección utilizados y aspecto que presentan, se debe indicar la dirección de aplicación del esfuerzo con relación a la compactación del hormigón en la estructura. Con los valores obtenidos en la rotura de testigos hay que encontrar la resistencia del hormigón sabiendo que, si ésta da valores aceptables, es lógico pensar que estos estén más próximos a los del hormigón real que los que proporcionan las probetas de control, debido a que los testigos, una vez hechas todas las correcciones, son más representativos del hormigón que existe en la obra al ser una parte del mismo. El código ACI específica que el hormigón de la zona sometida al ensayo de probetas testigo se considerará aceptable si la resistencia media de tres probetas testigo es por lo menos el 85 % de la resistencia a compresión especificada y siempre que ninguna de los resultados individuales haya sido inferior al 75 % de dicha resistencia. La Instrucción española indica que el hormigón se aceptará cuando la resistencia estimada deducida de la rotura de probetas testigo sea igual o superior al 90 % de la resistencia característica. Finalmente puede indicarse que si los testigos se han extraido de un pilar, éste queda delimitado en su sección debido al taladro efectuado. A fin de eliminar este inconveniente se procede al relleno de los huecos, para lo cual se aplica un adhesivo epoxi a las paredes de los mismos, para luego llenarlos con un hormigón o mortero de alta resistencia y muy seco, que se compacta enérgicamente. 234

235 Determinación "in situ" de la resistencia a compresión. La rotura a compresión de probetas de hormigón tomadas en obra y conservadas en laboratorio, hasta la edad de ensayo, da una información valiosa sobre esta resistencia pero que puede ser muy distinta a la real que posee el mismo hormigón de la misma edad, colocado en una estructura y sometido a unas condiciones climáticas diferentes a las del laboratorio. Si las probetas se conservan en obra y siguen todas las visicitudes climáticas de la misma, se puede estar más próximo al conocimiento de la resistencia real del hormigón colocado en ella, siendo esto especialmente importante en el caso de emplear cementos con adiciones u hormigones con ellas. Hay casos en que es interesante conocer la resistencia real del hormigón puesto en obra y que puede diferir del de las probetas como consecuencia del efecto de la diferente dimensión pieza-probeta, de haber sufrido compactaciones distintas, etc. Por otra parte, hay casos en que se trata de conocer la resistencia que tiene un hormigón colocado en una estructura hace tiempo y del que no se poseen probetas, etc. En estas situaciones es interesante recurrir a sistemas de predicción de resistencias mediante ensayos no destructivos, o semidestructivos, realizados "in situ". En la actualidad existen varios métodos para hacer estas determinaciones dentro de los cuales están los que predicen las resistencias por determinación de la dureza superficial, los métodos de rebote o esclerométricos, los de penetración, los de arrancamiento, los dinámicos, los de madurez, etc. En muchos de estos métodos se hace la determinación de un parámetro que se correlaciona con la resistencia a compresión. (a).- Métodos basados en la determinación de la dureza superficial. Están basados en la medida de la huella dejada sobre el hormigón por un objeto duro proyectado por un equipo determinado, como puede ser la "pistola de Willians", el " martillo de bola de Frank", que actua mediante muelle, o el " martillo pendular de Einbeck". La resistencia a compresión se determina a través del valor obtenido del ensayo, teniendo en cuenta el tipo de cemento, de árido grueso, edad del hormigón y condiciones de curado. Mediante estos martillos puede predecirse la resistencia del hormigón con un error del 20 al 30 % si bien con la pistola Williams el error es algo menor. (b).- Método de rebote. El equipo típico fundado en el método de rebote es el "martillo Schmidt", con el cual se mide el rebote que experimenta una masa cargada con un muelle al golpear sobre la superficie del hormigón (Figura ) relacionando la magnitud del rebote con la resistencia de compresión. Este sistema es rápido, cómodo y económico de empleo, permitiendo comprobar la uniformidad del hormigón. El método ha sido aceptado por muchos países como un sistema útil para comparar la resistencia a compresión de hormigones y la uniformidad de los procedentes de diferentes amasadas. Cuando el martillo está perfectamente tarado sobre una probeta cargada de resistencia conocida, permite conseguir valores de la resistencia a compresión con un error del 10 al 15 %. Figura Esclerómetro registrador Schmidt. 235

236 Al igual que ocurre en los métodos basados en la determinación de la dureza superficial por huella, el martillo Schmidt tiene prácticamente las mismas limitaciones que ellos y en los resultados obtenidos actúan los mismos factores. El martillo Schmidt ha tenido una aceptación muy amplia en numerosos países empleándose como un sistema de control de resistencia compresión de hormigones colocados en obra; sin embargo, no ha llegado a sustituir el ensayo de rotura de probetas debido a su falta de precisión. Los sistemas de rebote, al cual pertenece el esclerómetro Schmidt, pierden mucha precisión cuando el hormigón tiene mucha edad y la carbonatación de la capa superficial ha alcanzado cierta profundidad. (c).- Métodos de penetración. De estos métodos tres son los más conocidos: el "perforador Simbi", los "clavos Spit" y "la pistola Windsor". El perforador Simbi basa la predicción de la resistencia en la profundidad de perforación de una broca. Los clavos Spit están basados en la correlación entre la resistencia y la profundidad de hincado de un clavo de acero introducido en el hormigón con una energía determinada. La pistola Windsor dispara un proyectil de acero especial sobre el hormigón por medio de un cartucho de carga conocida para relacionar la longitud penetrada por el proyectil con la resistencia del hormigón: este método, muy empleado en Estados Unidos, aunque dispone de gráficos de calibración suministrados por el fabricante, no impide que el usuario deba confeccionar sus propias tablas basadas en ensayos sobre hormigones de resistencia conocida fabricados con los áridos que utiliza. Los métodos de penetración, como los de impacto y rebote, están basados en la dureza superficial del hormigón; sin embargo, los de penetración están mucho más afectados que los otros por la naturaleza de los áridos empleados, haciendo que se hayan registrado coeficientes de variación en estos ensayos de hasta el 35 %. (d).- Métodos dinámicos o vibratorios. Los métodos dinámicos o vibratorios pueden clasificarse en dos tipos, unos que miden la frecuencia natural de resonancia de la pieza de hormigón y los otros basados en la medida del tiempo transcurrido en el recorrido de un impulso ultrasónico. En el primer caso, se emplean generadores electromagnéticos que envian una vibración continua de frecuencia variable a lo largo del material hasta determinar cual es la de resonancia del hormigón. En el segundo, se utiliza un emisor y un captador situados en contacto con el hormigón a una distancia fija, determinándose el tiempo que tarda el impulso en recorrer la separación entre emisor y receptor, por medio de un equipo electrónico. Por ambos métodos puede determinarse no sólo el módulo dinámico de elasticidad que está correlacionado con la resistencia a compresión sino también la posible existencia de fisuras y coqueras en la masa del hormigón así como la uniformidad del mismo. En la determinación de la resistencia, tanto a compresión como a flexotracción, intervienen una serie de variables que influyen en la relación entre los valores medios y las resistencias determinadas. (e).- Métodos de arrancamiento. Con estos métodos se mide la fuerza precisa para arrancar una varilla o perno de acero que tiene anclada en el hormigón una parte de su longitud. Durante el arranque el hormigón se encuentra sujeto a unas tensiones de tracción y de cortante que pueden relacionarse con la resistencia a compresión del mismo. En realidad, se trata de un ensayo de "pull-out" en el que se relaciona fuerza de arrancamiento con resistencia a compresión. La precisión de este sistema es bastante menor debido a que se relacionan resistencias a rotura. 236

237 Los resultados obtenidos están influenciados por el tamaño máximo, forma y textura superficial del árido. El ensayo es adecuado para hormigones jóvenes en los que se introducen los varillas o pernos roscados de anclaje en el hormigones fresco; para los hormigones existentes en estructuras y, por tanto, endurecidos, se realiza un taladro o se introducen los pernos dotados en sus extremos de un sistema de expansión que produzca el anclaje. La profundidad de anclaje de los pernos o varillas suele ser de 25 mm y la extracción se realiza con un equipo de tracción que indica la carga precisa para arrancar a éstos. La rotura da lugar a un cono que luego puede rellenarse con un mortero si es necesario restaurar la superficie del hormigón. Este tipo de ensayo es fácil y rápido de realizar. A este tipo pertenecen los equipos "Lok-test" y "Capo-test". La norma ASTM C se ocupa de este tipo de ensayos. (f).- Método de madurez. El desarrollo de resistencias del hormigón es consecuencia de la reacciones de hidratación del cemento con el agua. Como en toda reacción química, la velocidad de la misma es función de la temperatura ambiente y de la que el hormigón adquiere como consecuencia de la exotermicidad de la hidratación del cemento. Mediante el efecto combinado del tiempo y de la temperatura, controlada por medio de termómetros especiales como el "Coma test" o de termopares colocados en la masa del hormigón, puede conocerse el grado de madurez y, por tanto, la resistencia a compresión con la cual está relacionada. Existen equipos que integran tiempos-temperaturas, dando directamente el grado de madurez y por tanto, la resistencia a compresión. La correlación con la resistencia es distinta para cada tipo de hormigón y puede sufrir alteraciones importantes con las altas y bajas temperaturas así como con las desecaciones fuertes del mismo. El sistema es muy eficaz y seguro pero exige obtener previamente en laboratorio, unas curvas de correlación grado de madurez-resistencia a compresión para cada uno de los hormigones estudiados. (g).- Método de corte. Mediante este método de corte o "break-off", se determina la resistencia a flexión "in situ " de un cilindro. Un sistema que obedece a este tipo de determinación es el "B.O. Texter ", basado en la realización, con una corona de 55 mm de diámetro interior, de un corte de 70 mm de profundidad, similar al obtenido en la extracción de probetas testigo. Este corte deja aislado a un cilindro de hormigón que queda unido por una de sus bases al resto del mismo. Una vez efectuado el corte se ejerce una carga lateral creciente sobre una zona del cilindro por medio de un gato que penetra hasta una profundidad de 10 mm, en el corte realizado. La carga del gato se va aumentando hasta que el cilindro rompe por flexión en la zona de unión del mismo con el resto del hormigón (Figura ). En este sistema se relaciona la carga de rotura medida con la resistencia a compresión del hormigón, siendo la precisión de los resultados muy concordantes con la resistencia_ real del hormigón colocado en obra y mayor que la obtenida con los ensayos a compresión de probetas normalizadas en ambiente de obra. Los valores son especialmente precisos cuando se hacen cinco ensayos por cada determinación. El procedimiento es rápido de ejecución y con el equipo B.O. pueden realizarse los cinco ensayos en un tiempo de unos diez minutos. 237

238 Figura Predicción de la resistencia a compresión del hormigón mediante ensayo de "break-off' Resistencia característica del hormigón. Cuando se realiza un ensayo de compresión sobre una serie de n probetas, los valores de los resultados obtenidos x 1, x 2,.., x n, son normalmente distintos existiendo, por tanto, duda sobre cuál es el valor representativo de la serie y, por consiguiente, sobre el valor que cabe asignar a la resistencia a compresión del hormigón. El sistema de utilizar la resistencia media f cm, no da un índice de la verdadera calidad del hormigón al no tener en cuenta la dispersión de los resultados obtenidos. Si ésta se tuviese en cuenta, se observaría que puede ser variable en hormigones de igual resistencia media, con lo cual el grado de fiabilidad del hormigón sería tanto mayor cuando, a igualdad de esta resistencia, la dispersión de la serie fuese menor. Este hecho traería consigo el que a la hora de proyectar hormigones de igual resistencia media, habría que aplicarles coeficientes de seguridad distintos según fuese la dispersión que presentasen los resultados de los ensayos. A fin de paliar el inconveniente anterior y adoptar un coeficiente de seguridad único, aparece el concepto de "resistencia característica" en la cual se tiene en cuenta tanto la resistencia media f cm como el coeficiente de variación δ que presentan los resultados obtenidos en el ensayo. Así, la resistencia característica f ck del hormigón es el valor que representa un grado de confianza o fiabilidad del 95 %, con lo cual sólo existe una probabilidad de 0.05 de que se presenten valores más bajos que ella (Figura ). 238

239 Figura Resistencia característica La definición anterior obedece a la expresión: ck cm ( ) f = f δ ( ) deducida suponiendo una distribución normal de tipo gaussiano de frecuencias, y en la que: f cm es la resistencia media deducida mediante la expresión: fc 1+ fc fcn fcm = ( ) n y δ el coeficiente de variación deducido por: 2 1 n fci fcm δ = n i= 1 f ( ) cm El valor de δ en un hormigón bien ejecutado debe ser inferior al 15 %. Al hablar de resistencia de un hormigón se entiende que es la referida a la rotura por compresión de probetas cilíndricas de Φ15 x 30 cm, conservadas en condiciones normalizadas y a la edad de 28 días; sin embargo, cabe extender el concepto de resistencia característica a otro tipo de probetas, edades e incluso ensayos, siempre que en estos casos se indiquen las condiciones en que se han realizado las determinaciones. La relación existente entre la resistencia media que es preciso alcanzar en laboratorio para obtener una resistencia característica determinada en obra, depende de las condiciones de ejecución en ésta del hormigón, ya que de ellas va a depender el coeficiente de variación δ. En la tabla queda recogida esta relación. Tabla Relación existente entre la resistencia media que es preciso alcanzar en laboratorio para obtener una resistencia característica determinada en obra. 239

240 Las condiciones de ejecución de obra a las que se refiere el cuadro anterior son las siguientes: Condiciones medias: Cemento sin conservación perfectamente adecuada, ni comprobaciones frecuentes de su estado. Aridos medidos en volumen por procedimientos aparentemente eficaces, pero de precisión no comprobada. Ausencia de correcciones en los volúmenes de arena utilizados, cuando varía la humedad de ésta y por tanto su entumecimiento. Cantidad de agua bien medida al verterla en la hormigonera, pero sin corregir de acuerdo con la que, en cada caso, contenga la arena. Condiciones buenas: Cemento bien conservado con comprobaciones frecuentes de su calidad. Aridos cuidadosamente medidos en volumen, procurando corregir los volúmenes de arena utilizados de acuerdo con su entumecimiento. Reajuste de la cantidad de agua vertida en la hormigonera, siempre que varíe notoriamente la humedad de los áridos. Vigilancia a pie de obra con el utillaje mínimo necesario para realizar las comprobaciones oportunas. Condiciones muy buenas: Control estricto de la calidad del cemento y de la relación (Agua/Cemento). Aridos medidos en peso, determinando periódicamente su granulometría y humedad. Control de la consistencia del hormigón. Laboratorio a pie de obra, con el personal e instalaciones necesarias, en cada caso. Constante atención, a todos los detalles (posible descorrección de básculas, cambio de partida de cemento, etc Tipos de roturas. Los tipos de rotura que pueden presentarse en probetas cúbicas se pueden ver en la figura

241 Figura Tipos de rotura que pueden presentarse en probetas cúbicas. Por su parte, en la figura pueden verse los tipos de rotura que pueden presentarse en probetas cilindricas 241

242 Figura Tipos de rotura que pueden presentarse en probetas cilindricas. En la figura se dan los factores que afectan a la resistencia del hormigón a compresión. 242

243 Figura Factores que afectan a la resistencia del hormigón a compresión. 243

244 Resistencia a traccion Introducción. El hormigón es un material que presenta una resistencia a tracción baja, del orden de la décima parte de su resistencia a compresión. Esta debilidad de la resistencia a tracción es causa frecuente de la fisuración del mismo. La determinación de la resistencia a tracción del hormigón tiene importancia en determinados casos, especialmente cuando se quiere conocer su comportamiento frente a fisuración. La fisuración del hormigón se produce como consecuencia del agotamiento de éste frente a tracción cuando está sometido a esfuerzos de flexotracción o de cortante debidos a solicitaciones mecánicas, o cuando lo está a los esfuerzos ocasionados por la retracción hidráulica o térmica. Por otra parte, en elementos de hormigón armado con barras de alto limite elástico las deformaciones pueden ser elevadas y por consiguiente las tracciones en el hormigón, produciéndose fisuras en éste que pueden favorecer la corrosión del acero. Igualmente, en el diseño de hormigones en los que sea característica fundamental la impermeabilidad como ocurre en depósitos, canales e incluso protecciones contra radiaciones, es conveniente conocer la resistencia a tracción del hormigón. La determinación de la resistencia a tracción pura de un hormigón es muy difícil de llevar a efecto debido a las tensiones secundarias que se suelen introducir al realizar los ensayos y aunque con el empleo de elementos de anclaje formados por cabezas unidas con resinas epoxi al hormigón y dotadas de barras articuladas pueden conseguirse valores bastantes fiables, el sistema es lento y costoso, pues, no solamente hay que disponer de estos elementos sino esperar varios días hasta que las resinas hayan alcanzado una resistencia conveniente. A fin de evitar estos inconvenientes se emplea el método indirecto conocido como "ensayo brasileño" y el de la determinación de la resistencia a flexotracción Ensayo de tracción indirecta. En la resistencia a tracción tienen una gran influencia la naturaleza, procedencia y tamaño máximo de los áridos así como su limpieza, (los áridos procedentes de machaqueo y de menor tamaño dan los valores más altos), el contenido del cemento y la edad del hormigón. La resistencia a tracción pura está relacionada con la resistencia a compresión del hormigón. El CEB liga la resistencia media f ctm y característica f ctk a tracción con la resistencia característica a compresión, estando expresadas en N/mm 2, por las expresiones: f ctm 2 ck = f, f ctk 2 ck = f ( ) En el caso de expresar f ctm, f ctk y f ck en kgf/cm 2 las expresiones anteriores se convierten en: f ctm 2 ck = f, f ctk 2 ck = f ( ) En el ensayo de tracción indirecta o "brasileño" se utilizan probetas cilíndricas, iguales a las de compresión, que se colocan entre los platos de la prensa con su eje principal horizontal y se someten a compresión entre dos generatrices opuestas hasta que se produce la rotura según un plano diametral (Figura ). 244

245 Figura Ensayo de tracción (método brasileño). La tensión horizontal de tracción viene dada por: f cti 2P = ( ) π DL siendo: f cti = Resistencia a tracción, en N/mm 2 P = Parga de compresión sobre la probeta, en N. D = Diámetro de la probeta, en mm. L = Longitud de la probeta, en mm. La carga debe aplicarse con una velocidad de 1.5 N/mm 2 por minuto (15 kgf/cm 2 /min), a través de unas tiras de madera contrachapada de 4 x 15 mm interpuestas entre las generatrices de la probeta y los platos de la prensa. En estas circunstancias aparecen unas compresiones elevadas en las proximidades de los contactos con las tiras de madera que son compensadas por las compresiones verticales haciendo que no falle la probeta por compresión (Figura ). Figura Distribución de tensiones en el ensayo brasileño. La resistencia a tracción pura es el 85 % de la de la tracción indirecta. Los resultados del ensayo brasileño son bastante reproducibles y la dispersión obtenida en éstos, para un mismo hormigón, es muy pequeña. 245

246 Por otra parte, para la realización de este ensayo no se precisan otras probetas que las de compresión, lo cual es muy práctico en aquellos países que tienen adoptadas en sus normas las cilíndricas Ensayos a flexotracción. El ensayo de flexotracción se realiza sobre probetas prismáticas de 10x10x40 cm o de 15x15x60 cm, siendo estas últimas las normalizadas en los ensayos de hormigones para pavimentos. Estas probetas se apoyan sobre rodillos separados a tres veces la arista y la carga se ejerce sobre un rodillo centrado o sobre dos situados a un tercio de la luz; en el primer caso, el momento flector máximo corresponde a la vertical que pasa por el punto de aplicación de la carga y por consiguiente afecta sólo al hormigón situado sobre esa línea (Figura ), en el segundo, se tiene una zona central de momento flector constante con lo cual la rotura se producirá en el hormigón más débil de esta zona (Figura ). No es de extrañar, por tanto, que para un mismo hormigón se obtengan generalmente valores de la resistencia más bajos cuando el ensayo se hace con cargas a un tercio de la luz (Figura ). Figura Ensayo de flexotracción con carga centrada Figura Ensayo de flexotracción con cargas a un tercio. 246

247 Figura Diferencia entre los resultados obtenidos en flexotracción con carga centrada y a un tercio de la luz. La velocidad de aplicación de la carga durante el ensayo debe ser de 16 N/mm 2 por minuto (16 kgf/cm 2 /min). La tensión teórica del hormigón a flexotracción viene dada por la de la fibra más tendida, es decir, más alejada de la fibra neutra y en el caso de cargas a un tercio de la luz se obtiene por: en la que: f ck = Resistencia a flexotracción, en N/mm 2. P = Carga aplicada, en N. a = Canto de la probeta, en mm. f cf 3P = ( ) 2 a El valor obtenido en el ensayo a tracción indirecta es más pequeño que el determinado a flexotracción, aproximadamente un 40 % de éste. Esto es debido a que, en la aplicación de la fórmula se considera una distribución de tensiones lineal con fibra neutra en el centro de la probeta (Figura ). Sin embargo, cuando se va llegando a la rotura, el diagrama de tensiones cambia de la recta AA' a la curva AA 1 de forma que O A 1 ~ 0.6O A. Aunque el coeficiente multiplicador de O A' varía en función de las dimensiones de las probetas. Así la resistencia a tracción determinada por el ensayo a flexotracción vendrá dada, en probetas de 10x10x40 cm, por: 0.63x3P 1.8P fct = = ( ) 2 2 a a Figura Distribución de tensiones en el ensayo de flexotracción. 247

248 En el gráfico de la figura puede verse la relación existente entre la resistencia a flexotracción y resistencia a tracción. La influencia de las dimensiones de las probetas es grande y a mayor tamaño de estas menos resistencia se obtiene como puede apreciarse en el gráfico de la figura Los coeficientes de conversión respecto a la resistencia a 28 días de edad, en los diferentes ensayos de resistencia a tracción de un mismo hormigón, son los indicados en la tabla Figura Relación entre resistencias a flexotracción y a tracción. Tabla Coeficientes de conversión respecto a la resistencia a 28 días de edad, en los diferentes ensayos de resistencia a tracción de un mismo hormigón. La resistencia a flexotracción en ensayo con carga centrada puede relacionarse con la resistencia a compresión del mismo hormigón por medio de: f cf 0.54 = 0.62 f c estando expresados f cf y f c en N/mm 2 248

249 Deformación del hormigón traccionado. En los ensayos a tracción del hormigón, especialmente cuando el esfuerzo es axial, se produce un alargamiento de la pieza o aumento unitario de su longitud, denominándose "elongabilidad" a la capacidad que tiene el hormigón para soportar un alargamiento por tracción sin romperse. Esta elongabilidad depende principalmente de la ductilidad de la pasta de cemento y de la adherencia de ésta a los áridos; normalmente, se estima su valor en rotura entre 0.01 y %. Si la aplicación de la carga se hace de forma muy lenta, el valor de la deformación unitaria en rotura aumenta hasta llegar a valores comprendidos entre 0.03 y 0.04 % como consecuencia de sumarse a la deformación elástica una parte de la de fluencia. Generalmente, los hormigones presentan menor elongabilidad cuanto más resistentes son, de aquí que los hormigones con alta relación (Agua/Cemento), poca edad, o deficientemente curados, presenten, cuando están sometidos a tracción, mayor alargamiento que los de mayor calidad que romperán con rotura frágil y con poca deformación Permeabilidad. La permeabilidad de un hormigón es la facilidad que presenta éste a ser atravesado por un fluido, bien sea líquido o gas, y es consecuencia de la porosidad que posee la pasta hidratada y los áridos, de una falta de compactación adecuada e incluso de la exudación. El volumen de poros por estos dos últimos conceptos puede llegar a alcanzar el 10 % del hormigón, siendo consecuencia de un deficiente estudio de la mezcla o de una ejecución y puesta en obra poco cuidadosa. La permeabilidad de un hormigón depende no sólo del volumen de poros del mismo, sino también del tamaño, distribución e interconexión existente entre ellos. Dentro del hormigón hay que considerar la pasta de cemento y los áridos; en la primera, aparecen los poros de gel y los capilares, los de gel caracterizados por su gran número y su pequeño tamaño constituyen el 28 % de la pasta y su permeabilidad es muy reducida en comparación con los capilares cuyo volumen oscila entre el 0 y 40 % dependiendo de la relación (Agua/Cemento) y de la hidratación del cemento. En los áridos existe una porosidad muy variable, en cuanto a volumen y tamaño de poros, que depende de la naturaleza de las rocas de procedencia, sin embargo, en los áridos utilizados normalmente la permeabilidad es mucho más reducida que en las pastas. La permeabilidad de una pasta de cemento está muy relacionada con su capilaridad, en el sentido de que aumenta fuertemente al incrementarse ésta, alcanzando valores muy elevados por encima de una porosidad capilar superior al 30 %. Con el transcurso del tiempo, el cemento va progresando en su hidratación generando geles que, aparte de ser más impermeables, van cerrando capilares con lo cual la permeabilidad de la pasta va decreciendo. Así una pasta con una relación (Agua/Cemento) de 0.7 puede tener en estado fresco un valor de la permeabilidad de 2x10-4 cm/s, que queda reducida a 4x10-8 a los 5 días y a 1x10-10 a los 24 días. La influencia de la relación (Agua/Cemento) sobre la permeabilidad es notable según puede observarse en la figura , en la que se aprecia como al pasar la relación (Agua/Cemento) de 0.7 a 0.3 la permeabilidad se reduce mil veces. 249

250 Figura Influencia de la relación (Agua/Cemento) del hormigón sobre su permeabilidad. De lo anterior se deduce que pueden existir dos caminos para reducir la permeabilidad de un hormigón, uno consiste en reducir la relación (Agua/Cemento), con lo que se reduce la porosidad, y el otro en hacer curados húmedos prolongados que den lugar a la formación de geles. Para una misma relación (Agua/Cemento) y dosificación de cemento, la permeabilidad está influenciada por el grado de finura de éste, pues cuanto mayor sea el mismo más rápidamente se hidratará y tendrá lugar la formación de geles, reduciéndose la permeabilidad. Las pastas de cemento y los hormigones curados al vapor presentan una permeabilidad mayor que los curados en húmedo como consecuencia de la formación de cristales en vez de geles. En los hormigones la permeabilidad depende no sólo de la pasta de cemento sino también de la contribución que pueden aportar los áridos; en este sentido, los áridos, en general, son menos permeables que la pasta con lo cual, para un hormigón de relación (Agua/Cemento) determinada, la permeabilidad será mucho más reducida que para la pasta de la misma relación. En presas tiene una gran importancia la permeabilidad por la presión que puede ejercer el agua en los poros y por el efecto de disolución que pueden provocar sobre portlandita las aguas puras o de ataque, sobre la misma, de las aguas ácidas. La U.S Army Engineer Waterway Experimental Station da como valor de permeabilidad para diferentes hormigones de presas de Estados Unidos el recogido en la tabla Tabla Valor de permeabilidad para diferentes hormigones de presas de Estados Unidos. 250

251 La determinación de la permeabilidad al agua por percolación se lleva a efecto midiendo el tiempo que tarda en pasar ésta a través de un espesor determinado de hormigón al estar sometida a una determinada presión. Para dicho fin, se utilizan probetas con sus caras laterales impermeabilizadas con una resina epoxi, aplicando sobre una de las caras libres agua a una presión conocida y observando el tiempo que tarda en fluir el agua por la cara opuesta a la de aplicación del agua a presión, o bien la cantidad de ésta que atraviesa un espesor dado de hormigón durante un tiempo conocido. El coeficiente de permeabilidad se determina por medio de la ecuación de Darcy: en la que: dq h = KA ( ) dt L dq/dt = Velocidad de flujo de agua, en cm 3 /s. A = Area de la sección de la probeta, en cm 2. h = Altura de columna de agua sobre la probeta, en cm 2. L = Espesor de la probeta en cm. K = Coeficiente de permeabilidad, en cm/s. Si se emplea aire comprimido para presionar al agua hay que evitar que ésta se mezcle con aquél a fin de que no se falsee el resultado del ensayo. Debido a que un buen hormigón es poco permeable, se requieren altos valores de Ah, siendo también elevado el tiempo que tarda en atravesarlo el agua. A veces, se recurre a medir sólo la profundidad penetrada por el agua por difusión en el hormigón seco. El coeficiente de difusión se define como la relación entre la profundidad medida de penetración del agua y el producto de la presión hidrostática aplicada por el tiempo de actuación. El coeficiente de difusión es proporcional al de permeabilidad. En la figura se dan los valores del coeficiente de difusión de un hormigón a 48 horas, para diferentes relaciones (Agua/Cemento) y tamaño máximo del árido. Figura Influencia de la relación (Agua/Cemento) y del tamaño máximo del árido en el coeficiente de difusión de agua. 251

252 La forma del árido también influye en la permeabilidad y así se observa que los áridos machacados presentan un coeficiente de difusión 1.6 veces mayor que los rodados. El empleo de aireantes da lugar a una reducción de la permeabilidad debido a que al aumentar la docilidad de los hormigones permiten reducir la relación (Agua/Cemento) y por tanto, restar poros capilares. Con respecto a la permeabilidad al aire se ha observado que, al igual que ocurre con el agua, la velocidad de paso del mismo depende del espesor de la pieza y de la presión a que es sometido, alcanzándose el equilibrio de flujo de aire al cabo de varias horas. Si se aumenta la dosificación de cemento la permeabilidad decrece; igualmente, se produce una disminución de ésta si: la relación (Agua/Cemento) es baja, se emplean cenizas volantes o puzolanas, aireantes, se hace un estudio preciso de granulometria y se lleva a efecto un curado prolongado en húmedo; en este sentido hay que tener en cuenta que una microfisuración, que en el caso de permeabilidad al agua no tenga importancia, en el del aire o los gases puede ser muy decisiva. El estudio de la permeabilidad del hormigón frente al aire y gases tiene mucha importancia en depósitos destinados a contener estos fluidos y en las vasijas de los reactores nucleares que normalmente se encuentran presurizadas Retraccion y entumecimiento Introducción. Ambos fenómenos, retracción y entumecimiento, son cambios de volumen que experimenta el hormigón y que tienen lugar independientemente de los movimientos debidos a los cambios de temperatura o a las solicitaciones mecánicas externas a que esté sujeto el mismo. La retracción es una contracción que se presenta durante el fraguado y primera época del endurecimiento del hormigón, especialmente, si se produce una falta de agua en el mismo. Por el contrario, el entumecimiento es una expansión o aumento de volumen del hormigón como consecuencia de la absorción del agua. Los movimientos por variaciones volumétricas están generalmente total o parcialmente restringidos, con lo cual se inducen tensiones (σ ct ) Retracción. Se pueden considerar varias facetas de la retracción: la retracción plástica, la de secado y la de carbonatación. La retracción térmica es más rápida e intensa, mientras que la retracción hidráulica es más lenta y suave, pero sostenida. En la figura puede verse la evolución comparativa de los efectos térmicos y de la retracción hidráulica. 252

253 Figura Evolución comparativa de los efectos térmicos y de la retracción hidráulica Retracción plástica. Tiene lugar mientras el hormigón se encuentra en estado plástico, es decir, antes de que haya finalizado el proceso de fraguado, experimentando el volumen de la pasta una contracción del orden del 1 % con respecto al volumen absoluto de cemento seco (Volumen absoluto de los compuestos hidratados de la pasta cemento esmenor que el volumen de los compuestos originales del cemento contracción.). Esta contracción ocurre dentro de las primeras ocho horas, de aquí el nombre de "retracción plástica". La retracción plástica se incrementa cuando hay una evaporación rápida del agua superficial, dando lugar a una fisuración de " aforagado" caracterizada por muchas fisuras próximas que se cruzan dando el aspecto de piel de cocodrilo, pero que no llegan a alcanzar gran profundidad. A mayor dosificación de cemento mayor es el valor de la retracción plástica como puede verse en la figura , en la que se aprecian las retracciones experimentadas por una pasta de cemento, un mortero 1:3 y hormigones con dosificaciones de cemento de 500, 300 y 200 kg/m 3, conservados durante esas primeras horas a 20 C, 50 % de humedad relativa y con un viento de 3,6 km/h. Figura Retracción plástica de pasta de cemento, mortero y hormigones. 253

254 A veces, durante las primeras horas del fraguado se produce una exudación del hormigón que evita el desecado superficial haciendo que no aparezcan fisuras debido a que la velocidad de migración del agua de la masa hacia la superficie es mayor que la de evaporación. Sin embargo, en algunos casos se ha podido apreciar fisuración en hormigón sumergido en el agua y que parece ser debida a movimientos diferidos de la pasta que encontraba su desplazamiento impedido por áridos gruesos e incluso por armaduras. La retracción plástica afecta especialmente a las piezas de hormigón en las que predomina la superficie de un plano sobre otros como ocurre en pavimentos, forjados, cubiertas, etc., dando lugar a fisuras perpendiculares a la cara mayor que pueden llegar a seccionar el espesor de la pieza si ésta es delgada. El viento provoca una desecación superficial del hormigón, en sus primeras horas de vida, que puede ser muy rápida aumentando mucho la retracción plástica, especialmente, si la superficie del mismo no se encuentra protegida con agua o por un producto de curado. En la figura , pueden apreciarse los valores de la retracción plástica, en hormigones no protegidos y protegidos, para diferentes velocidades del viento. Figura Retracción plástica en hormigones, con o sin protección, para diferentes velocidades de viento. En la figura puede verse la influencia de la relación (Agua/cemento) y el contenido de árido en la contracción por fraguado. Se puede observar que a mayor relación (Agua/cemento) mayor retracción y para una relación (Agua/cemento) dada la retracción disminuye al aumentar la dosificación de árido. 254

255 Figura Influencia de la relación (Agua/cemento) y el contenido de árido en la contracción por fraguado. En la figura se da la relación entre la contracción por fraguado y el tiempo para hormigones almacenados a diferentes humedades relativas. Se deduce que a menor humedad relativa mayor es la contracción por fraguado. Figura Relación entre la contracción por fraguado y el tiempo para hormigones almacenados a diferentes humedades relativas. 255

256 Retracción de secado. Cuando el hormigón ha fraguado y se encuentra en un ambiente no saturado pierde agua apareciendo una contracción que se denomina "retracción de secado o por tensión supeficial". Esta retracción es irreversible y es debida a pérdida de agua en la pasta de cemento. La retracción de secado da lugar a un cambio volumétrico capaz de crear tensiones importantes en piezas impedidas de deformarse, haciendo que si estas tensiones son superiores a la resistencia a tracción del hormigón se produzca rotura por tracción (Figura ). Figura Mecanismo de la fisuración por retracción de secado. El cambio de volumen experimentado por el hormigón, motivado por esta desecación, es inferior a la pérdida del volumen de agua evaporada. Al iniciarse el fenómeno tiene lugar una pérdida del agua libre que apenas causa retracción. Si la evaporación continúa, se inicia una pérdida del agua adsorbida por los geles y el cambio de volumen será igual a la pérdida de agua comprendida en la suma de las capas, de una molécula de espesor de la misma, que recubre a todas las partículas de gel. Dado que el espesor de una molécula de agua es aproximadamente el 1 % del tamaño de una partícula de gel, la contracción lineal de la pasta de cemento en el secado completo de ésta se estima en 10000x 10-6 m/m. Como nunca se llega al secado completo de la pasta, los valores reales son menores habiéndose medido retracciones de hasta 4000 x 10-6 m/m. Como consecuencia de la pérdida de la capa de agua que envuelve a los geles, cuanto más finamente molido se encuentre un cemento mayor será el número de partículas que existan en él por unidad de peso y en consecuencia, mayor será también la retracción experimentada por la pasta pura de cemento; pero, esto no indica que forzosamente tenga que ser mayor la retracción del mortero u hormigón hecho con ese cemento. Por otra parte se ha observado que las partículas de tamaño superior a 0.08 mm, que se hidratan lentamente, actúan disminuyendo la retracción al hacer un papel parecido al de los áridos. Las condiciones de curado demuestran por sí mismas la pérdida de agua de los geles desde el momento que los hormigones curados al vapor en los que en vez de geles se forman microcristales, aunque de baja superficie, retraen la décima parte e incluso menos, que los curados en agua, es decir, la retracción de secado está muy relacionada con la estructura física de las partículas hidratadas del cemento y poco con su carácter químico o mineralógico. 256

257 La retracción de secado está influenciada por la relación (Cemento/árido) que posea el mortero u hormigón, por la naturaleza de los áridos, por la relación (Agua/Cemento) de los morteros u hormigones, por las condiciones y tipo de curado empleado, por la relación superficie/volumen de la piezas, etc. Cuanto mayor es la relación árido/cemento de un mortero u hormigón menor es el valor de la retracción de secado que experimenta para unas condiciones determinadas de humedad y temperatura. En la figura , puede apreciarse como desciende la retracción relativa de la pasta pura de cemento cuando aumenta el tanto por ciento de árido más cemento sin hidratar con respecto al de cemento seco empleado. Figura Influencia del contenido de árido en la retracción relativa. El tamaño máximo del árido influye en el sentido de que cuanto mayor sea éste menor será la retracción; este efecto es consecuencia de que cuanto más grande sea el árido, menor contenido de pasta precisan los hormigones y por consiguiente menor será la retracción. La naturaleza de los áridos también influye, por cuanto la retracción será tanto mayor cuanto menor sea el módulo de elasticidad de los mismos, es decir, más deformables sean éstos. La contaminación de los áridos por arcillas da lugar a que disminuya el poder frenante de la retracción que ejercen éstos, a la vez que aumente la retracción como consecuencia de la aportada por las propias arcillas provocando incrementos que, a veces, llegan al 70 %. Troxell, ha determinado la retracción experimentada por hormigones de la misma composición pero confeccionados con áridos diferentes y conservados a 20 C y con una humedad relativa del 50 %, obteniendo los valores indicados en el gráfico de la figura

258 Figura Influenciada de la naturaleza de los áridos en la retracción. Se ha dado el caso de algunos áridos que retraen al perder agua interna; esto es normal cuando aquellos tienen una absorción elevada. En este caso, los valores de retracción medidos en el hormigón son más altos. La cantidad de agua de amasado influye mucho en la retracción debido, fundamentalmente, a que reduce el volumen de áridos a introducir en el hormigón, y que son los que verdaderamente frenan la retracción; en este sentido, conociendo el contenido de agua de una mezcla determinada puede tenerse una idea del orden de magnitud de la retracción que se puede esperar de la misma (Figura ). En el cuadro puede verse, por otra parte, como varía la retracción de hormigones con diferentes relaciones árido/cemento y (Agua/Cemento), a los seis meses de estar conservados a 20 C y una humedad relativa del 50 %. Las medidas se han efectuado sobre probetas de sección cuadrada y lado 12,5 cm. Figura Retracción de un hormigón determinado en función del contenido de agua de amasado. 258

259 Cuadro Variación de la retracción del hormigón con diferentes relaciones (Árido/Cemento) y (Agua/Cemento), a los seis meses de estar conservados a 20 C y una humedad relativa del 50 %. En el cuadro dado por la De la Peña, puede apreciarse la variación que experimenta la retracción en hormigones en los que se han efectuado variaciones de veinticinco litros en su contenido de agua y/o de veinticinco kilogramos en su dosificación de cemento. Cuadro Variación que experimenta la retracción en hormigones en los que se han efectuado variaciones de veinticinco litros en su contenido de agua y/o de veinticinco kilogramos en su dosificación de cemento. Según puede apreciarse, por cada veinticinco litros de variación en la cantidad de agua, la retracción experimenta una oscilación que varía entre 97 y 155 micras metro, mientras que esa variación oscila sólo entre 4 y 48 micras por metro en el caso de variaciones de veinticinco kilogramos de cemento. En el mismo cuadro se observa como para un hormigón de 300 kg de cemento y 150 1itros de agua y para otro de 400 kg de cemento y 200 1itros de agua y, por consiguiente, ambos con idéntica relación (Agua/Cemento), el segundo experimenta una retracción de 2.18 veces la del primero, lo cual en muchos casos puede ser un gran inconveniente. 259

260 La influencia que sobre la retracción del hormigón tienen los aditivos es muy variable dependiendo del tipo de aditivo utilizado; así, cuando se emplean acelerantes tipo cloruro cálcico, aumenta la retracción en una proporción que oscila entre el 10 y 50 %, debido a la formación de geles de tamaño muy pequeño y tal vez, debido también, a la carbonatación más enérgica que se produce con este aditivo. Los aireantes no suelen producir alteraciones en la retracción e igual suele ocurrir con los fluidificantes reductores de agua. En cuanto a la evolución de la retracción con el tiempo se observa que ésta es elevada al principio y va decreciendo rápidamente conforme transcurre éste; así, se ha visto que con respecto a la retracción a los 20 años, en las dos primeras semanas el hormigón retrae del 14 al 34 %, a los tres meses del 40 al 80 % y al año del 65 al 85 %. Estos valores fueron medidos sobre probetas cilíndricas de 10 cm de diámetro fabricadas con hormigones que tenían relaciones (Árido/Cemento) entre 4.25 y 6.75 y (Agua/Cemento) de 0.5 a 0.8, curados durante 28 y 90 días y conservados luego a 20 C y con una humedad relativa del 50 al 70 %. Los curados prolongados con agua son beneficiosos debido a que, si bien dan lugar a una mayor hidratación del cemento con una gran formación de geles y por tanto con menos partículas que coarten la retracción, la pasta se hace más resistente con la edad y soporta mejor las tensiones de retracción sin llegar a fisurarse, de aquí la conveniencia de los curados húmedos y prolongados. La humedad relativa del medio afecta mucho a la retracción como puede observarse en la figura Se ve en ella que para una humedad creciente la retracción va disminuyendo; para una humedad del 100 %, el hormigón no retrae sino que, por el contrario, aumenta de dimensiones, es decir, se produce en él un entumecimiento. Figura Influencia de la humedad relativa en la retracción. El valor de la retracción medida depende ligeramente del tamaño de las probetas empleadas en los ensayos en el sentido de que disminuye cuando las dimensiones de éstas crecen hasta un límite a partir del cual permanece constante. La forma de las probetas o de las piezas también influye, especialmente, por cuanto, a mayor relación volumen/superficie menor será la pérdida de agua y por consiguiente menor la retracción, apreciándose una relación lineal entre esta relación y el logaritmo de la retracción. La retracción de secado no hay que considerarla uniforme en todo el espesor de las piezas de hormigón debido a que la pérdida de humedad se produce con mayor intensidad en la superficie que en el interior de la masa con lo cual se tiene una retracción diferencial. En losas de mortero se han encontrado, a 200 días, diferencias de retracción entre la capa superficial y la situada a 15 cm de profundidad de 470x10-6 m/m. Estas diferencias en un mismo elemento pueden provocar una fuerte fisuración si la deformación elástica (E t /f ct ) a tracción es inferior al valor de la deformación por retracción, (Figura ), apareciendo las fisuras en el momento en que ambas curvas deformación elástica y retracción se cortan. 260

261 El CEB-FIP da como valor de la retracción total de un elemento de hormigón en masa desde su puesta en obra hasta la edad de t días, el valor: ε = ε ε β ( ) t 1 2 ε 1 depende de la humedad del medio ambiente y los valores que toma están indicados en el cuadro Cuadro Valores de ε 1 dependientes de la humedad del medio ambiente. t ε 1 depende del espesor ficticio de la pieza e y sus valores vienen dados por: 2A e= α ( ) u siendo: α = Viene dado por el cuadro A = Área de la sección del elemento u = Perímetro de la sección transversal en contacto con la atmósfera Si una de las dimensiones de la sección es muy grande con respecto a la otra, el espesor ficticio coincide con el real. En la figura se obtiene el valor de ε 2 en función del espesor ficticio e, en mm. Figura Influencia del espesor ficticio sobre la retraccion. 261

262 β t da la evolución de la retracción con respecto al tiempo y está dada en el gráfico de la figura en función del espesor ficticio e de la pieza. En abcisas en el gráfico está representada la edad estimada del hormigón en días. Si el curado se ha realizado en condiciones normales se tomará la edad real o cronológica y si no la estimada dada por la expresión: j( T+ 10) t= [ ] j 30 ( ) siendo j el número de días y T la temperatura en C correspondiente a cada uno de estos días. Figura Evolución de la retracción en el tiempo. Si se desea determinar la retracción, no desde el principio sino, a partir de una edad j, el valor de la misma en el instante t, vendrá dado por: ( ) ε = ε ε β β ( ) t 1 2 t j Si en el amasado del hormigón se ha empleado un fuerte exceso de agua o se ha empleado un cemento rápido de gran finura, la retracción puede llegar a ser un 25 % superior a la determinada por las fórmulas anteriores, especialmente a las primeras edades; por el contrario, en hormigones muy secos la retracción puede disminuir en un 25 %. Conociendo la retracción correspondiente al hormigón en masa se puede determinar aproximadamente la E st del hormigón armado por medio de: 1 ε st = εs ( ) 1+ np siendo: n = (E s /E) el coeficiente de equivalencia p = (A s /A) la cuantia geométrica dela pieza. 262

263 El ACI da como expresión de la retracción, la siguiente: en la que: ε = ε R R R R R R R t sh t h e s f ai d ( ) ε sh = Retracción final (0.42 a 1.07x10-3 ) tomando los valores medios de: 0.8x10-3 si el curado es en húmedo y de 0.73x10-3 si el curado es con vapor. R t = Coeficiente función del tiempo en días y que viene expresado por: t Rt = para hormigones con un curado normal húmedo durante 7 días a 15 C 35+ t y por: t Rt = para hormigones curados al vapor. 55+ t La primera expresión es aplicable a edades superiores a 7 días, mientras que la segunda lo es para edades mayores a un día. R h = Coeficiente que depende de la humedad relativa del ambiente y que toma los siguientes valores: R h = H para 40<H<80 % y R h = H para 80<H<100 % R e = Función del espesor mínimo de la pieza R e = 1 para e 15 cm y R e = 0.84 para e 23 cm para espesores intermedios se puede interpolar. R s = Depende de la consistencia del hormigón y toma los siguientes valores de acuerdo con el asiento en el cono de Abrams: Asiento en el con Abrams (cm) R s R f = Depende del tanto por ciento en peso de elementos finos que entran en la composición del hormigón tomando los valores siguientes: Finos en el hormigón (%) R f R ai = Coeficiente que depende del aire ocluido contenido en el hormigón y que vale: Aire ocluido contenido en el hormigón (%) R ai R d = Depende de la dosificación de cemento en el hormigón, tomando los siguientes valores: Dosificación de cemento en el hormigón (kg/m 3 ) R d

264 Sin necesidad de aplicar las determinaciones del CEB o del ACI, se puede estimar a grosso modo que la retracción hidráulica del hormigón, es decir, la correspondiente a la plástica y de secado en condiciones medias, oscila entre 1.5x10-4 y 3.5x10-4, tomándose generalmente el valor de 3.5x10-4 para hormigones en masa de dosificaciones normales y de 2.5x10-4 es decir, 0.25 milímetros por metro para hormigones armados convencionales Retracción por carbonatación. En el hormigón en proceso de endurecimiento o prácticamente endurecido, tiene lugar un fenómeno de carbonatación de compuestos hidratados por la acción del CO 2 del medio ambiente que provoca una retracción de carbonatación que, aunque no tan importante ni profunda como la de secado, se superpone a ésta incrementándola (Figura ). Figura Contracción de fraguado por secado y por carbonatación del mortero a diferentes humedades relativas. El fenómeno de carbonatación del hormigón se puede considerar de gran importancia no sólo por la retracción en si, sino por sus efectos sobre la pérdida de alcalinidad del hormigón y, por tanto, de protección de las barras de acero en el caso de que esté armado. No obstante, es conveniente conocer como afecta a la retracción. El CO 2 contenido en el aire ambiente tanto de atmósferas industriales, como urbanas o rurales, reacciona en presencia de la humedad, con una velocidad distinta según sea la humedad relativa del aire, con el Ca(OH) 2 al que carbonata así como con otros componentes del cemento hidratado. Ca(OH) + CO + H O CaCO + H O Las reacciones se producen en las superficies libres del hormigón y van progresando en profundidad según una ley que aproximadamente es función de la raíz cuadrada del tiempo y en la que intervienen unos parámetros relacionados con la permeabilidad del hormigón. 264

265 El tamaño de la pieza también influye en la velocidad de carbonatación toda vez que el agua producida en la reacción de carbonatación tiene que difundirse para mantener el equilibrio de humedad entre la atmósfera y el interior de la pieza. Si esta difusión es lenta, la presión de vapor en el interior del hormigón alcanza la saturación y el agua no dejará penetrar al CO 2 con lo cual la carbonatación quedará interrumpida. La carbonatación del hormigón da lugar además de a retracción, a un ligero incremento de peso del mismo, a un aumento de su resistencia a compresión, a una pérdida de reserva alcalina y a una disminución de la permeabilidad. La retracción de carbonatación parece ser debida a una disolución de los cristales de hidróxido cálcico o portlandita en las zonas comprimidas como consecuencia de la retracción de secado, y a la precipitación de cristales de carbonato en las zonas libres de tensiones. Como se observa en el gráfico de Verbeck (Figura ), la carbonatación y por tanto, la retracción debida a ella, alcanza su valor máximo para una humedad relativa del 50 al 60 %, siendo despreciable su valor para humedades próximas al 10 % y al 100 %. Con una humedad del 50 % se ha observado que por efecto de la retracción debida a la carbonatación un mortero de cemento puede llegar a retraer, a largo plazo, un 50 % más que en el caso de que no se hubiese producido la carbonatación. Este efecto puede hacerse más notorio en el caso de piezas sujetas a alteraciones de humedad y secado como puede ocurrir en estructuras situadas en zonas de oscilación de mareas o de salpicaduras de agua, en las que la retracción por carbonatación alcanza valores mayores pudiendo dar lugar a la fisuración superficial de los elementos. Figura Carbonatación de una pasta de acuerdo con la humedad del aire. 265

266 Entumecimiento. Cuando el hormigón está constantemente sumergido en agua experimenta un aumento de peso y un incremento de volumen como consecuencia de la adsorción de agua por los geles procedentes del cemento hidratado que, al contrario que en la retracción por secado, tienden a esponjarse dando lugar a este hinchamiento. Los valores del entumecimiento lineal de las pastas, morteros y hormigones son muy diferentes en razón del poder restrictivo que ejercen las partículas de los áridos. Por otra parte, el entumecimiento tiene lugar con gran velocidad al principio de la inmersión del hormigón en el agua y luego éste va decreciendo hasta llegar con el tiempo a una práctica estabilización; así, se han medido en probetas de pasta de cemento sumergidas en agua a las 24 horas de su confección los siguientes valores de expansión lineal: 1.300x10-6 a 100 días 2.000x10-6 a 1000 días 2.200x10-6 a 2000 días El incremento de peso de la pasta como consecuencia del agua que penetra en los espacios creados por la contracción de volumen de ésta al hidratarse el cemento, con respecto ala suma de volúmenes de cemento más agua, llega a ser del 1 %. En el caso de hormigones los valores del entumecimiento son más reducidos que en las pastas dependiendo, fundamentalmente, de la dosificación y tipo de cemento así como de la relación (Agua/Cemento) del hormigón. Para hormigones con 350 kg/m 3 de cemento I-45 y relación (Agua/Cemento) de 0.55 se han medido entumecimientos a 100 días de 170x10-6 y de 220x10-6 al año. Con la misma dosificación de este cemento y relación (Agua/Cemento) de 0.65 los valores medidos a las mismas edades han sido de 100x10-6 y 140x10-6. Hormigones de 350 kg/m 3 de cemento II-35 y relación (Agua/Cemento) de 0.55 han dado a las edades de 100 días y un año los valores de 120x10-6 y 145x10-6 respectivamente y con una relación (Agua/Cemento) de 0.65 y a las mismas edades los valores de 110x10-6 y 130x10-6. Se observa que cuanto más finamente molido se encuentra el cemento mayores son los valores de los entumecimientos como consecuencia de la mayor cantidad de geles que se producen en la hidratación del mismo. Igualmente, se ve que las relaciones (Agua/Cemento) altas dan lugar a menores entumecimientos que las bajas como consecuencia de ser menor el diámetro de los poros por lo que los efectos de absorción capilar son más reducidos. Un hecho que se ha podido comprobar es que si los hormigones están secos y se introducen en agua experimentan mayor entumecimiento que aquellos otros que desde su confección se han encontrado sumergidos en ésta. En presas de hormigón puede observarse un fenómeno típico de acción de entumecimiento y retracción actuando simultáneamente; el primero sobre el paramento de aguas arriba en contacto permanente con agua y la segunda, en el de aguas abajo en contacto con un ambiente que puede ser seco y con vientos calientes. Ambos fenómenos actúan sobre la presa dando lugar, como se ha podido comprobar, a una ligera modificación de la curvatura de la misma. 266

267 Efecto de los ciclos de humedad-sequedad. Si un hormigón que está situado en un ambiente seco se introduce en agua, o en un ambiente de humedad más alta, entumece pero sin llegar a compensar la retracción de secado que tenía (Figura ) y esto ocurre aunque el tiempo transcurrido de inmersión sea muy alto, es decir, se está ante un proceso irreversible que puede alcanzar una recuperación del 30 al 60 % dependiendo de la composición del hormigón. Esta retracción remanente es consecuencia de los enlaces que aparecen en los geles y que los hacen menos esponjosos. La retracción remanente es tanto menor cuanto mayor haya sido el tiempo de curado húmedo y así se observa como hormigones curados en agua durante seis meses no presentaban retracción residual cuando después de secos se introducían nuevamente en agua. Figura Retracción y entumecimiento de hormigón Cuando un hormigón se somete a cambios alternados de humedad y sequedad las variaciones dimensionales provocadas por estos cambios tienden a amortiguarse, por la aparición de enlaces entre los geles. La carbonatación superficial de los hormigones resta capacidad de absorción de agua y por consiguiente restringe el entumecimiento. Los hormigones ligeros presentan mucha mayor sensibilidad que los tradicionales a los cambios de humedad Fluencia. Si a un elemento de hormigón se le somete a una tensión fija y mantenida, experimenta una deformación instantánea elástica y otra plástica que es función del tiempo, a esta última se le denomina "fluencia" (Figura ) y su conocimiento es necesario para estudiar el comportamiento mecánico de las estructuras, especialmente de las pretensadas. La deformación por fluencia puede alcanzar valores varias veces superiores a los de la deformación instantánea. Un fenómeno relacionando con la fluencia y que puede determinarse a través de ella es la "relajación" del hormigón en la cual se produce una pérdida de tensión en la pieza cuando ésta se encuentra sometida a una deformación fija y constante. Al aplicar una carga a una pieza de hormigón es muy difícil discriminar la deformación que corresponde a la deformación elástica instantánea y la que corresponde a la de fluencia incipiente, dado que la primera depende mucho de la velocidad de aplicación de la carga y siempre incluye algo de deformación por fluencia; de todas formas, lo importante no es conocer la magnitud de estas por separado sino la deformación total que experimenta la pieza. 267

268 Dado que el módulo de elasticidad de un hormigón aumenta con su edad, la deformación elástica para una carga determinada disminuirá, de aquí que en la determinación de la deformación de fluencia a una edad dada haya que tenerse en cuenta la verdadera deformación elástica que tiene el hormigón a la edad considerada; sin embargo, el error que se comete al considerar la deformación elástica a otra edad diferente es muy pequeño, pues pequeña es también la variación del módulo de elasticidad con el tiempo a partir de la fecha en que puede entrar en carga una estructura. A veces hay que considerar en la deformación de una pieza cargada un tercer factor que es la retracción o entumecimiento según que el ambiente sea seco o que la pieza cargada esté en contacto con el agua. En el primer caso, la deformación aumenta en una magnitud que puede considerarse, sin gran error, igual a la retracción que experimenta la pieza sin cargar para las mismas condiciones ambientales, mientras que en el segundo caso se tendrá una deformación total algo menor debido al efecto de entumecimiento. Figura Medida de la deformación por fluencia a compresión. La adición de la deformación de fluencia a la retracción es normal en elementos estructurales, superponiéndose simultáneamente los dos efectos que habrá que tenerlos en cuenta y muy especialmente en el caso de estructuras pretensadas. Dado que la influencia de las condiciones ambientales sobre la retracción son muy grandes, la medida de la fluencia, con la aportación que pueda llevar de retracción, debe hacerse en cámaras climatizadas a unas condiciones fijas. 268

269 Cuando una pieza de hormigón se descarga, al cabo de cierto tiempo de haber estado sometida a una tensión, recupera la parte de deformación elástica, ya que al haber aumentado el módulo de elasticidad del hormigón la deformación elástica será inferior a la obtenida cuando se realizó la carga. La deformación debida a la fluencia nunca llega a recuperarse totalmente, de lo cual se deduce que ésta no constituye un fenómeno reversible (Figura ). Figura Deformación por fluencia del hormigón La fluencia se presenta como un aumento de la deformación del hormigón cargado con el tiempo, transcurriendo ésta con una velocidad decreciente que tiende a anularse. Se puede estimar, según Troxel, que del 18 al 35 % de la fluencia a 20 años se alcanza en dos semanas, del 40 al 70 % en tres meses y del 64 al 83 % al cabo del año. El mismo investigador da como valores medios de aumento de la fluencia de hormigones fabricados con cementos Tipo I y III de la ASTM, con relación (Árido/Cemento) comprendida entre 4.25 y 6.75 y relación (Agua/Cemento) entre 0.5 y 0.8, cargados entre 28 y 90 días y conservados a una humedad relativa del 50 %, los valores de la tabla medidos sobre probetas de 10 cm de diámetro. Tabla Deformación fluencia en función del tiempo bajo carga. Como se ve la fluencia tiende a mantenerse constante con el tiempo aunque es difícil predecir a qué edad deja de crecer. En general, puede admitirse que la deformación final por fluencia, en la que se incluye la instantánea más la diferida, es del orden de dos a tres veces la deformación elástica instantánea. 269

270 La deformación por fluencia está influenciada por una gran cantidad de factores entre los que intervienen: los áridos, el cemento, la compactación, la edad del hormigón, el tamaño de la pieza, el nivel de carga a que está sometida ésta, la temperatura y humedad ambiente, etc. Los áridos influyen en la fluencia por el efecto de restricción que dan a la misma ya que los áridos convencionales, a diferencia de la pasta de cemento, no tienen una fluencia apreciable, con lo cual, cuanto mayor sea el contenido de ellos en un hormigón tanto menor será la fluencia que experimenta para una misma dosificación de cemento y relación (Agua/Cemento). El poder restrictivo de los áridos es tanto mayor cuanto mayor sea su módulo de elasticidad y también cuanto mayor sea su compacidad, así, los áridos procedentes de areniscas dan lugar a hormigones con una fluencia mucho mayor que los de procedencia caliza. Clasificando a los áridos de acuerdo con el orden creciente de fluencia que proporcionan a los hormigones se tiene la siguiente escala: basálticos, cuarzosos, silíceos, marmóreos, graníticos y areniscas. Los áridos ligeros no dan lugar a una deformación por fluencia superior a la de los áridos normales, sin embargo, su deformación elástica, como consecuencia de su menor módulo de elasticidad, si es mucho mayor, de aquí que la relación entre la deformación de fluencia y la elástica sea superior en los hormigones tradicionales que en los de áridos ligeros. El tipo de cemento no suele tener una influencia apreciable en la fluencia salvo la debida a las resistencias mecánicas que proporciona a una edad determinada. No obstante, los cementos siderúrgicos con alto contenido en escorias dan valores de fluencia más altos que los otros cementos. La finura del cemento puede afectar en cuanto los que la tienen mayor se hidratan antes y proporcionan resistencias más elevadas a edades cortas, pero, en general, puede decirse que lo que realmente influye a la hora de poner en carga una pieza es la resistencia que tenga el cemento cualquiera que sea éste. La fluencia para una determinada mezcla y contenido de cemento, es inversamente proporcional a la resistencia del hormigón deduciéndose, por tanto, que cuanto mayor sea la relación (Agua/Cemento), y menor la relación (Árido/Cemento), mayor será la fluencia. La edad a la cual se carga el elemento tiene importancia y ésta es muy variable; su influencia está condicionada por la variación de la resistencia con la edad, así en hormigones jóvenes se notan mucho estas variaciones pero, a partir de una determinada edad de los mismos se producen pocas alteraciones en el valor de la fluencia debido a que las resistencias, a partir de esa edad, quedan muy estabilizadas. Existe una relación directa, prácticamente lineal, entre la deformación por fluencia y la tensión a que se somete a la pieza de hormigón dentro del margen comprendido entre el 30 y 75 % de la carga de rotura y siempre que el hormigón no sufra la acción de la carga a edades excesivamente tempranas. Este margen comprende perfectamente las tensiones de trabajo normales para cualquier elemento estructural pudiendo, por consiguiente, suponer que existe una proporcionabilidad entre tensión y deformación. Por encima del 75 % de la carga de rotura la deformación aumenta considerablemente y a mayor velocidad como consecuencia de las microfisuras que aparecen en el hormigón, llegando un momento en el que, para relaciones entre la tensión aplicada y la de rotura del 80 al 90 % se produce el fallo del hormigón al superarse el límite último de deformación. El aumento de la temperatura influye también en la fluencia haciendo que ésta sea mayor como consecuencia de la pérdida de agua de la superficie de los geles, obteniéndose, por tanto, a mayores temperaturas mayores deformaciones por fluencia. Esta variación de la fluencia tiene una gran importancia en determinadas estructuras y especialmente en las de puentes. Los ensayos de fluencia de laboratorio hay que realizarlos a una temperatura definida y mantenida para evitar los errores que pueda ocasionar un cambio de la misma. 270

271 Los cambios de humedad tienen también una notable influencia sobre la fluencia dando lugar a un crecimiento de la misma cuando disminuye la humedad relativa; así, para una humedad relativa del 50 % la deformación por fluencia puede tener un valor del orden de dos a tres veces el correspondiente a una humedad del 100 % según puede apreciarse en la figura De todas formas hay que tener presente que los aumentos grandes de fluencia se observan cuando la disminución de humedad tiene lugar sobre hormigones que están cargados; igualmente, se ha comprobado que cuando la humedad relativa del ambiente, estando el hormigón cargado, oscila dentro de un margen determinado, los valores de la fluencia aumentan con respecto al correspondiente a cualquiera de los comprendidos dentro del margen considerado; esto es importante y es la razón por la que los ensayos de fluencia deben realizarse en cámaras mantenidas a una humedad constante. Las variaciones de la fluencia bajo distintas humedades parece que están motivadas por variaciones en la presión de vapor de agua del gel. Figura Influencia de la humedad relativa en la deformación por fluencia. Los hormigones que presentan una gran retracción suelen tener al mismo tiempo una fluencia alta, sin embargo, las dos deformaciones no dependen de los mismos factores pues en el primer caso hay pérdida de agua mientras que en el segundo ésta no existe; por otra parte, los hormigones que han tenido un buen curado, que reduce su retracción, no ven reducida en la misma cuantía la fluencia. El tamaño de la pieza, al menos hasta un espesor de un metro, tiene también influencia en el sentido de que cuanto menores sean las dimensiones de las piezas mayores serán las fluencias detectadas para igualdad de cargas. Este fenómeno hay que atribuirlo a que la retracción y la fluencia actúan simultáneamente y, la fluencia no está afectada por la pérdida de agua mientras que la retracción si y, por tanto, cuanto mayor sea la relación (Superficie/Volumen) de la pieza, mayor será esta pérdida y por consiguiente la deformación. Por otra parte, en piezas de dimensiones superiores a un metro, el núcleo mantiene la humedad y sigue hidratándose y aumentando su resistencia y disminuyendo al mismo tiempo la fluencia, hecho que no ocurre en piezas delgadas. 271

272 La deformación diferida de fluencia ε t de un elemento de hormigón armado viene dada por: σ ε = ϕ (10.8.1) t t E c siendo: ϕ t = Coeficiente. σ = Tensión constante aplicada. E c = Módulo de elasticidad del hormigón a 28 días de edad y que se puede estimar en función de la resistencia característica a compresión f ck del mismo hormigón. Expresado en kgf/cm 2, viene dado por: E = f (10.8.2) c ck El coeficiente ϕ t a j días puede determinarse por la expresión: siendo: ( ) ( t, j) = a ( j) + o1 o2 t j + ' tj ϕ β ϕ ϕ β β β (10.8.3) t = Instante, en días, para el cual se evalúa la fluencia. j = Edad del hormigón a partir de la puesta en carga, expresada en días, a partir de la confección del hormigón. β a(j) = 0.8 (1 - (f j /f )). El valor de (f j /f ) se obtiene a partir del gráfico de la figura , a falta de datos más precisos. ϕ o1 = Coeficiente que depende del medio ambiente y que toma los valores del cuadro Cuadro Valores del coeficiente ϕ o1 dependiente del medio ambiente. ϕ o2 = Coeficiente que depende del espesor ficticio de la pieza e y que puede deducirse de la figura β t, β j = Coeficientes que reflejan la variación de la deformación plástica diferida en función de la duración t-j en días, del efecto de la fluencia, según se desprende de la figura β t-j = Coeficiente que refleja la evolución en el tiempo de la deformación plástica diferida de acuerdo con la figura

273 Figura Variación de la resistencia del hormigón con el tiempo Figura Coeficiente ϕ o2 en función del espesor ficticio.. Figura Evolución en el tiempo de la deformación plástica diferida 273

274 Figura Evolución en el tiempo de la deformación plástica diferida Las curvas de la figura , corresponden a distintos espesores ficticios de la pieza e, que se calculan mediante la expresión: 2A e= α (10.8.4) u en la que: α = Ccoeficiente dado en el cuadro A = Área de la sección transversal del elemento, en mm 2 u = Perímetro de la sección transversal que está en contacto con la atmósfera, en mm. Si una de las dimensiones de la sección es muy grande en comparación con la otra, el espesor ficticio coincide sensiblemente con el real. En el gráfico de la figura , aparece la edad teórica del hormigón en días t. Si el hormigón está sometido a temperaturas normales, la edad teórica coincide con la real. Si no es así, se tomará como edad teórica t la dada por la expresión: t= [ j( T+ 10) ] j 30 (10.8.5) siendo j el número de días durante los cuales el endurecimiento se efectúa a una temperatura media diaria de T grados centígrados. Si el hormigón se ha amasado con gran cantidad de agua, la deformación plástica diferida puede alcanzar un valor mayor que el indicado, al menos en un 25 %. Por el contrario, en hormigones muy secos, tal deformación puede ser inferior a la calculada en un 25 %. La deformación elástica diferida no experimenta alteraciones por este concepto. La corrección afecta, por consiguiente, sólo al primer sumando de ϕ t. 274

275 Propiedades térmicas Introducción. El conocimiento del comportamiento térmico del hormigón es de gran importancia en el proyecto del propio hormigón y de las estructuras con él realizadas. El coeficiente de dilatación térmica, la conductividad, el calor específico y el coeficiente de difusión, tienen una influencia notable en las dimensiones de los elementos de hormigón, en la elevación de temperatura del núcleo de las piezas o en el aislamiento térmico que presente los mismos. Por otra parte, las altas temperaturas afectan fuertemente a las resistencias del hormigón Coeficiente de dilatación térmica. El coeficiente de dilatación térmica de un hormigón es variable de acuerdo con la composición del mismo y su estado de humedad. En el hormigón se pueden considerar dos materiales con coeficientes de dilatación distintos, por una parte, los áridos que según su naturaleza presentan valores que oscilan entre 0.9x10-6 y 16x10-6 m/m. C, con un valor que para los áridos ordinarios más empleados en hormigón como son los calizos y silíceos, oscila entre 7x10-6 a 12x10-6 para los primeros y entre 4.5x10-6 y 13.5x10-6 para los segundos y, por otra parte, la pasta de cemento cuyo coeficiente oscila entre 11x10-6 y 19.8x10-6 m/m. C. El hormigón, al estar formado por áridos y pasta, tendrá un coeficiente de dilatación térmica con un valor intermedio que dependerá de la proporción de áridos que entre en su composición y del propio coeficiente de éstos. Se puede considerar como coeficiente de dilatación térmica lineal del hormigón con árido calizo el valor de 7.4x10-6 m/m C, con árido silíceo el de 13.1x10-6, con árido granítico el de 9.6x10-6 y con árido cuarcítico el de 12.8x10-6, todos ellos dentro de un margen de temperaturas comprendido entre -15 C y 50 C. Para el hormigón ordinario y a falta de datos más precisos puede tomarse como valor medio el de 10x10-6 m/m C. La diferencia existente entre los valores del coeficiente de dilatación de los áridos y de la pasta puede ocasionar tensiones diferenciales en la interfase de unión y pérdida de adherencia entre ellos; sin embargo, este fenómeno es solamente apreciable a temperaturas muy por encima de las normales de trabajo. El coeficiente de dilatación térmica de un hormigón varía según el estado de humedad en que se encuentre siendo más bajo cuando el hormigón está seco y aumentando cuando lo está parcialmente saturado, llegando a un valor máximo que tiene lugar entre el 50 y 70 % de humedad relativa por encima del cual vuelve a decrecer. Estas variaciones están relacionadas con el comportamiento de los geles de la pasta como lo demuestra el hecho de que los hormigones curados en autoclave y que, por tanto, no contienen geles presenten un coeficiente de dilatación térmica constante para cualquier valor de la humedad Conductividad térmica. El coeficiente de conductividad térmica del hormigón seco tiene un valor comprendido entre 0.05 y 1.15 Kcal m/m 2.h C () dependiendo de la naturaleza de los áridos, de su composición y del contenido de aire. Los hormigones celulares y los de áridos ligeros poseen valores más bajos, especialmente si no poseen árido fino, debido a que los granos de arena tienen una influencia muy marcada en la conductividad al actuar como puentes térmicos que facilitan el paso del calor. La naturaleza de los áridos influye mucho en la conductividad. Los basaltos y la barita presentan valores bajos, mientras que las calizas y dolomitas tienen valores medios y los áridos silíceos los poseen altos. La pasta de cemento tiene una conductividad parecida a la de los áridos ligeros de aquí que cuanto más rico sea el hormigón en cemento más baja será su conductividad térmica. 275

276 El contenido de humedad del hormigón influye en la conductividad siendo mayor ésta en los hormigones saturados que en los secos, lo cual es lógico debido a que en los secos los poros están llenos de aire que tiene una conductividad térmica más baja que la del agua. Para un hormigón ordinario seco, la conductividad térmica se puede estimar en 1.10 Kcal m/m 2 h C y con un contenido de humedad del 2 % en volumen se incrementa a 1.50 Kcal m/m 2 h C. La conductividad de un hormigón puede ser determinada, de acuerdo con Loudon, multiplicando el valor de la conductividad en seco, en función de la densidad, por un factor K 1 que depende del contenido de humedad y otro K 2 que es función del tipo de hormigón y cuyos valores están dados en las tablas y Como valores usuales del tanto por ciento de humedad, en volumen, se recomiendan tomar los siguientes: para hormigón expuesto a la intemperie el 5 % si es de áridos ordinarios y el 8 % si es de áridos ligeros o es aireado. Para hormigones protegidos de la intemperie el 2.5 % con áridos ordinarios y el 5 % con áridos ligeros u hormigones aireados. Así, en un hormigón de áridos ordinarios, de densidad en seco de 2.2 kg/dm 3, expuesto a la intemperie, con un contenido de humedad del 5 %, el valor de la conductividad se puede estimar, de acuerdo con los cuadros anteriormente indicados, en: 0.80x1.75x1.10 = 1.54 kcal, m/m 2.h C Tabla Conductividad térmica base en función de la densidad del hormigón en seco. Tabla Factor K 1 dependiente del contenido de humedad 276

277 Tabla Factor K 2 dependiente del tipo de hormigón Calor específico y difusividad térmica. El calor específico de los hormigones se puede considerar independiente de la naturaleza de los áridos y prácticamente constante dentro de determinados rangos de temperatura, no obstante, aumenta con el contenido de humedad del hormigón. Puede considerarse que su valor oscila entre 0.20 y 0.28 Kcal/kg C dependiendo de la naturaleza de los áridos empleados. Se considera que 1 cal/g C es equivalente a 4.18 J/g C. La difusividad térmica representa la velocidad a la cual tienen lugar los cambios de temperatura dentro de la masa del material considerado. La conductividad k y la difusividad térmica α, están relacionadas por la expresión: k α = ( ) c ρ siendo: α = Difusividad térmica K = Conductividad térmica c e = Calor específico. ρ H = Densidad del hormigón. Para un hormigón ordinario protegido de la intemperie y de densidad 2.24 kg/dm 3 puede tomarse como valor de la conductividad térmica, k el de 1.47 kcal m/m 2.h C y para un hormigón de áridos de arcilla expandida y densidad 1.28 kg/dm 3 el de 0.49 kcal.m/m 2.h C. La difusividad de los hormigones ordinarios oscila entre y m 2 /h dependiendo de la naturaleza de los áridos empleados en ellos. El ACI recomienda para hormigones ordinarios el valor de m 2 /día. Si los hormigones están húmedos los valores anteriores aumentan ligeramente. Los hormigones que poseen cuarcitas como árido dan los valores más altos, los de basaltos son de valores más bajos y los de granitos y calizas dan valores intermedios. e H 277

278 11.- Durabilidad del hormigón Introducción. Las obras de hormigón deben proyectarse no sólo para que resistan las cargas o acciones mecánicas previstas sin que alcancen su estado límite de agotamiento, sino, también, para que resistan aquellas acciones ambientales de tipo físico o químico que puedan deteriorarlas reduciendo su vida de servicio o exigiendo para su conservación un costo importante de mantenimiento o reparación. La historia de la construcción nos muestra varios ejemplos de estructuras que han cumplido satisfactoriamente la vida de servicio proyectada e incluso en ocasiones- esta resultó mayor a la esperada durante su ejecución. Sin embargo otras no logran cumplir satisfactoriamente el ciclo de vida para el cual fueron proyectadas. Se tratará de analizar algunas de las principales causas de deterioro de las estructuras de hormigón, entender su mecanismo para luego establecer reglas de diseño que permitan la obtención de estructuras durables. La durabilidad de un hormigón de cemento portland puede definirse, por tanto, como la capacidad que tiene éste de resistir a la acción del ambiente, ataques químicos, físicos, biológicos, o cualquier proceso que tienda a deteriorarlo. Así, un hormigón durable será el que conserve su forma original y su capacidad resistente de servicio en el tiempo, cuando se encuentre expuesto a estas acciones. Entendiendo como durabilidad del hormigón a la habilidad del material para resistir las acciones del medioambiente, ataques físicos, químicos u otros procesos de deterioro durante el ciclo de vida para el cual fue proyectado con mínimo mantenimiento, resulta evidente que para que una estructura mantenga adecuadas condiciones de servicio durante el período de diseño debe estar adecuadamente proyectada y construida, utilizando los materiales adecuados. Es por eso que resulta fundamental un minucioso estudio durante la etapa de proyecto de las cargas actuantes sobre la estructura y las condiciones de agresividad a las que estará expuesta, incluyéndose dentro de éstas la erosión, la acción del ambiente, el ataque químico y todos aquellos otros procesos de deterioro que puedan afectar al hormigón y/o la armadura. Una vez conocidas las condiciones de agresividad, se deberá diseñar una estructura que posea las dimensiones, espesores de recubrimientos, calidad de hormigón y, en ocasiones, protecciones adicionales cuando el grado de agresividad resulta muy importante. En la figura 11.1 puede verse una distribución de fallos de acuerdo según la etapa del proceso constructivo por la cual se produjo. También se observa un detalle de las causas de fallo debidas errores durante la etapa de proyecto. Generalmente, un hormigón sano y compacto presenta una buena durabilidad cuando se encuentra sometido a unas condiciones normales de ambiente y de desgaste, presentando además, una buena protección frente a la corrosión del acero en el caso de estar armado. En los hormigones sometidos a condiciones ambientales y climáticas severas con bajas temperaturas, heladas, acción de sales de deshielo, aguas puras, ácidas, etc., la durabilidad se encuentra muy disminuida dependiendo ésta, de la calidad de aquellos y de los medios que se hayan adoptado para protegerlos. Estos hormigones han exigido, en muchos casos, costos elevados de reparación e incluso su demolición, como ha ocurrido en puentes, pavimentos de carreteras y aeropuertos, estructuras marinas, etc. La acción destructora de los ciclos hielo-deshielo se atenúa con el empleo de un hormigón compacto de baja relación (Agua/Cemento) y con la incorporación de un agente aireante. La acción del agua del mar y de los sulfatos se reduce empleando hormigones de alta calidad y cementos adecuados. Las protecciones y revestimientos juegan un papel importante en la vida de estos hormigones. 278

279 Figura Distribución de fallos de acuerdo según la etapa del proceso constructivo por la cual se produjo. También se observa un detalle de las causas de fallo debidas errores durante la etapa de proyecto. La abrasión en pavimentos industriales y obras hidráulicas puede disminuirse con hormigones de alta calidad y áridos duros, resistentes al desgaste y de tamaño grande. La disgregación provocada en el hormigón armado por la corrosión de armaduras, especialmente en estructuras situadas en las proximidades del mar y en las de puentes en las que se emplean sales de deshielo, puede disminuirse con el empleo de grandes recubrimientos, hormigones de baja permeabilidad y con fuerte reserva alcalina. Algunas veces hay que utilizar protecciones especiales. Las disgregaciones provocadas por la reacción alcalí-árido pueden evitarse eligiendo cementos de bajo contenido en álcalis, puzolánicos, o mediante el empleo de áridos que no sean reactivos. Los principales procesos de deterioro a los que están expuestas las estructuras de hormigón son: (a).- Fisuras, grietas y otros defectos (b).- Ataque físico (c).- Ataque químico (d).- Corrosión de armaduras y otros metales embebidos en el hormigón (e).- Reacción álcali - agregado (f).- Otros procesos internos de deterioro La diferenciación entre los distintos procesos no siempre resulta del todo clara, estableciéndose en muchos casos criterios un tanto arbitrarios. Por ejemplo, existen causas de deterioro físico que induce a fisuras que a su vez- facilitan el ingreso de agentes del tipo químico que afectan directamente al hormigón o la armadura. Existen también procesos inversos o intermedios que complican la clasificación. 279

280 A la durabilidad del hormigón se le ha prestado, en general, poco interés dejándola siempre relegada a un segundo o tercer término, frente a las características de resistencias mecánicas que debía tener el hormigón. El proyectista empieza a ser consciente de la importancia de la durabilidad hasta el punto de que en muchos países la durabilidad llega a ser un parámetro de diseño tan importante como la resistencia; ésta es cada día más conocida, así como son los también, los mecanismos que producen el deterioro del hormigón. La durabilidad de un elemento de hormigón es un proceso complejo en el cual están involucrados: - Las condiciones ambientales a las que van a estar expuesto. - Los materiales componentes del hormigón y éste mismo. - El diseño estructural de la obra. - La calidad de ejecución de la obra, incluyendo compactación y curado. - Los sistemas de protección adoptados. Para lograr la durabilidad del hormigón será necesario seguir una estrategia, que incluirá, al menos, los siguientes aspectos: 1.- Selección de formas estructurales adecuadas 2.- Consecución de una calidad adecuada de hormigón, y en especial de su capa exterior. 3.- Adopción de un espesor de recubrimiento adecuado para la protección de las armaduras. 4.- Control del valor máximo de abertura de fisura (W máx ) 5.- Disposición de protecciones superficiales en el caso de ambientes muy agresivos. 6.- Adopción de medidas contra la corrosión de armaduras Acciones fisicas Introducción. Un hormigón endurecido puede destruirse como consecuencia de acciones físicas de naturaleza muy diferente.al igual que ocurre con cualquier material permeable, el agua puede penetrar en el interior del hormigón y si ésta se hiela dará lugar a tensiones importantes que podrán destruirlo. Si los áridos presentan coeficientes de dilatación térmica muy diferentes al de la pasta los cambios fuertes de temperatura crearán tensiones internas que microfisurarán al hormigón, reduciendo sus resistencias y acabando por destruirlo. El calor de hidratación del cemento puede ocasionar que los núcleos de grandes macizos de hormigón se encuentren a temperaturas más elevadas que las superficies con lo que al enfriarse, con el paso del tiempo, se contraerán y agrietarán. La abrasión, erosión y cavilación, son formas de acciones físicas que terminan destruyendo al hormigón; algunas, como la cavitación, de una forma bastante notable. Las piezas de hormigón de gran longitud, si se encuentran impedidas de deformarse libremente, pueden fisurarse si no disponen de juntas con la separación conveniente, al sobrevenir un descenso de temperatura. Las losas de carreteras de hormigón están sometidas a un gradiente térmico importante, especialmente en algunas zonas de nuestra península, haciendo que éstas puedan curvarse positiva o negativamente de acuerdo con las variaciones de temperatura que ocurran durante las veinticuatro horas del día, dando lugar a que se rompan al trabajar en bóveda bien directa o invertida. Por último, el fuego puede considerarse como' otra acción física de una gran capacidad destructora. 280

281 Acción de los ciclos hielo-deshielo. El agua al helarse experimenta un incremento de volumen de un 9 %. Si el agua se encuentra llenando parcialmente los poros del hormigón y el espacio libre ocupado por el aire es igual o superior a ese 9 %, al producirse la helada existirá espacio suficiente para absorber la expansión y, por tanto, no se producirán tensiones en el hormigón que puedan dañarlo; sin embargo, si el grado de saturación es elevado y el espacio libre reducido, la expansión del agua se encontrará impedida y las tensiones a que quedará sometido el hormigón podrán llevarlo al agotamiento. La temperatura a la que se produce la congelación del agua en el interior del hormigón no puede asegurarse que sea la misma que la del agua situada en espacios abiertos, pues depende de factores tales como, presión capilar, sales sueltas procedentes del propio hormigón, etc. El agua en los poros capilares del hormigón está sometida a una presión que es tanto más alta cuanto menor es el diámetro de éstos; por otra parte, cuanto mayor sea esta presión menor será la temperatura de congelación con respecto a la correspondiente a la presión atmosférica. Al descender la temperatura, el agua de los poros de mayor diámetro se hiela antes que la de los poros más finos con lo cual los cristales de hielo que se han formado en los primeros impiden la expansión del agua al helarse en los más finos dando lugar a la creación de una presión hidráulica sobre las paredes de los poros que pueden llegar a fisurar al hormigón. La presión producida en los poros depende de la velocidad de enfriamiento, del grado de saturación y de la presencia de burbujas de aire que interrumpan los capilares del hormigón. El agua contenida en los poros del hormigón está en forma de solución débilmente alcalina con lo cual, hasta que no se supera el punto de congelación no tiene lugar la formación de hielo. Al ocurrir esto, en la porción de agua no helada aumenta la concentración en sales disueltas con lo cual se crea un potencial osmótico que impele a las moléculas de agua desde los poros no helados hacia las cavidades heladas dando lugar a que la dilución resultante de la disolución en contacto con las zonas heladas haga aumentar la presión creando tensiones que pueden llegar a fisurar a la pasta de cemento. Actualmente se piensa que las tensiones resultantes de la presión osmótica son las causantes de la mayor parte de las microfisuras que se presentan en la pasta de cemento. Cuando la pasta contiene aire ocluido y la distancia entre burbujas del mismo no es demasiado grande, éstas tienden a atraer el agua no helada con más facilidad que los capilares, no produciéndose, por consiguiente, tensiones peligrosas. El factor de espaciamiento entre burbujas, que suele ser menor de 0,2 mm, y el diámetro de las mismas dan la cantidad de aire que debe incorporarse a un hormigón y ésta debe ser función de la frecuencia de las heladas previstas y del tamaño máximo de árido empleado. Para un aireante de calidad reconocida el control de su efecto puede realizarse midiendo la cantidad de aire ocluida en el hormigón. Los áridos empleados en el hormigón también poseen su sistema de poros caracterizado por su volumen, tamaño y continuidad y, por consiguiente, influyen en el comportamiento propio del hormigón frente a las heladas. Los áridos de baja porosidad resisten la acción del agua helada por deformación elástica. Si la porosidad es media o alta estos pueden dañarse, dependiendo el daño producido de la relación entre su tamaño y el de los poros. En el conjunto pasta-árido que forma el hormigón, el comportamiento de éste va a depender mucho de la diferencia de tamaño de poros existente entre la pasta y los áridos. En los casos en que se presenten interacciones entre la pasta y los áridos ocasionadas por la helada, la zona de contacto entre ellos es la más critica, de aquí que la adherencia pasta-árido deba ser muy buena, circunstancia que obliga a elegir áridos con adecuada rugosidad superficial, de una gran limpieza y a ser posible que presenten carácter epitáxico con el cemento. En un hormigón sin aire ocluido la pasta que envuelve a los áridos puede fallar cuando tiene una saturación crítica de agua y sobreviene la helada. Si, por el contrario, la pasta posee burbujas de aire y existe una distribución adecuada de tamaño y espaciamiento de las mismas, no se producirán tensiones peligrosas. 281

282 Más que la helada en sí, en el hormigón son peligrosas las alternancias de heladas y desheladas con lluvias intermedias, es decir, los denominados ciclos hielo-deshielo; en éstos, se produce una saturación del hormigón seguida de temperaturas frías que provocan la helada del agua y posteriormente una subida de temperatura que descongela el hielo formado, para posteriormente producirse otra nueva saturación de agua y repetir el ciclo. Este sistema de ciclos hielo-deshielo es el seguido en los ensayos de laboratorio para conocer la resistencia que frente a esta acción presentan determinados hormigones. Para que realmente exista peligro en un hormigón debido a la acción de los ciclos hielo-deshielo, es necesario que éste se encuentre prácticamente saturado de agua (Figura ). En un hormigón estructural y a partir de una determinada edad, el agua interna del mismo se ha autoeliminado, en parte por las reacciones de hidratación y, en parte por el secado, con lo cual el peligro de helada es muy reducido, de aquí que en estructuras de hormigón no expuestas directamente a la acción del agua, de la lluvia, o que sufran grandes alteraciones de humedad, el peligro de helada sea mínimo. No ocurre lo mismo en aquellas estructuras en las que por su forma de trabajar reciben directamente la acción de las aguas procedentes de lluvia y luego la del frío, a veces intenso, como ocurre en los tableros de puentes o en carreteras, en los que esta acción puede encontrarse agravada por el empleo de sales de deshielo. Figura Ataque de un hormigón por la acción de los ciclos hielo-deshielo. Como productos de deshielo se emplean sales, generalmente, cloruro sódico y a veces cloruro cálcico, cuya misión es fundir la nieve y el hielo formado sobre el hormigón al rebajar el punto de congelación del agua. Al fundirse el hielo absorbe el calor latente necesario para la fusión del agua, rebajando con esto la temperatura del hormigón y dando lugar a la congelación del agua interna que aún no se hubiese helado, con lo cual las tensiones y el peligro de fisuración del hormigón se incrementan. La disminución de temperatura en el hormigón por este concepto puede alcanzar la velocidad de 14 C por minuto. Por otra parte, las sales de deshielo penetran en el interior del hormigón dando lugar a una concentración de ellas que disminuye de la superficie al interior, haciendo que cuando se produzca un descenso importante de la temperatura exista una zona superficial del hormigón en la que el agua se congela y una interna en la que ocurre el mismo fenómeno; sin embargo, entre ellas existe una zona en la que el agua no se congela debido a su gran concentración en sales. Si la temperatura desciende aún más, el agua de esta capa intermedia empieza a congelarse pero su expansión se encuentra impedida por las dos capas congeladas anteriormente descritas, con lo cual se producen unas tensiones elevadas que disgregan al hormigón en las capas superficiales. 282

283 Por consiguiente, puede decirse que el hormigón se deteriora como consecuencia de un mecanismo físico-químico en el que se generan, durante la helada, presiones de origen hidráulico y osmótico, principalmente en la pasta de cemento. La concentración de sales tiene una importancia fundamental en la disgregación del hormigón, observándose que los daños mayores tienen lugar para concentraciones comprendidas entre el 3 y 4 %. Tanto los cloruros sódico y cálcico, como la urea y el alcohol etílico dan lugar a un aumento en el grado de saturación del hormigón por efecto de la presión osmótica; por otra parte, las soluciones de estas sales en agua poseen una presión de vapor inferior a la del agua pura frenando, por tanto, la evaporación que pudiera existir entre una fase de deshielo y la siguiente de helada dentro de un ciclo, con lo cual el hormigón permanecería saturado agravando la situación. Como puede observarse después de lo indicado, el empleo, necesario, a veces, de sales de deshielo hace aún más crítico el efecto de las heladas sobre el hormigón. Como medidas a tomar para que una obra de hormigón sea durable frente a la acción de las heladas se pueden dar las siguientes: - Proyectar la obra adecuadamente a fin de que no esté expuesta directamente a la acción del agua, dándole las pendientes precisas que eviten retenciones de la misma, disponiendo el menor número posible de juntas, empleando drenes para evitar acumulaciones de agua, etc. - Emplear cementos adecuados; los puzolánicos, a partir de una determinada edad, dan hormigones más impermeables que los portland ordinarios, aunque sean más sensibles a las heladas a edades cortas, debido a que impiden la lixiviación del hidróxido cálcico. - Utilizar áridos compactos, limpios y con buena rugosidad superficial. - Usar relaciones (Agua/Cemento) lo más bajas posibles. En puentes y piezas de pequeña sección, con recubrimientos inferiores a 2,5 cm., es conveniente emplear una relación (Agua/Cemento) del orden de 0,45. En otras estructuras se puede incrementar esta relación hasta 0,50. - Emplear agentes aireantes, especialmente en carreteras, puentes, obras hidráulicas, etc. - Cuidar el curado húmedo del hormigón para que se formen geles que cierren los poros y para conseguir resistencias altas a edades tempranas. Un hormigón aireado debe ser capaz de resistir de uno a dos ciclos hielo- deshielo tan pronto como alcance una resistencia de 3,5 N/mm 2, debiendo conseguir esta resistencia al segundo día aunque la temperatura ambiente sea de 10 C. Es deseable que el hormigón posea una resistencia a compresión no inferior a 27,5 N/mm 2 antes de estar expuesto a una helada intensa. En general tanto los investigadores como los reglamentos presentan un acuerdo generalizado acerca del beneficio de incorporar pequeñas burbujas de aire en forma intencional y controlada para mejorar el comportamiento de la pasta cementicia ante este tipo de ataque físico. Es habitual que los pliegos especifiquen un cierto contenido de aire que habitualmente varía entre el 4 y el 7 % en función del tamaño máximo nominal del árido grueso y de las condiciones exposición de la estructura. Sin embargo, en muchos casos no se especifica el factor de espaciamiento, que es un índice que brinda información acerca de la distancia entre burbujas de aire. En la figura se esquematiza la importancia de la obtención de un factor de espaciamiento adecuado. 283

284 Figura Esquema de la incorporación correcta (izquierda) e incorrecta (derecha) de aire. En ambos casos el volumen de aire incorporado resulta similar, sin embargo una correcta distribución del aire asegura un mejor desempeño del hormigón ante los ciclos de congelación y deshielo. No obstante las precauciones que se tomen en el diseño mediante una correcta incorporación una tencional de aire, el hormigón sometido a congelación y deshielo puede fallar por congelamiento del agregado grueso. El riesgo de deterioro por esta causa aumenta cuando mayor es el tamaño máximo y contenido de humedad del agregado. La fallo típico por esta causa comienza en la rotura del agregado ubicado cerca de la superficie con el consiguiente reventón localizado del hormigón (Figura ). Figura Reventón del hormigón debido a congelamiento del agregado Abrasión del hormigón. La abrasión del hormigón en su superficie se produce cuando sobre ella roza otro cuerpo o cuando sufre percusión. La abrasión de las superficies del hormigón puede ser debida a acciones de tipo mecánico provocadas por el aire, por el agua que lleve partículas sólidas en suspensión, o por la acción de elementos granulares deslizando sobre las superficies del hormigón. Puede decirse que la resistencia al desgaste de un hormigón está relacionada con su resistencia a compresión. Cuando se trata de desgaste por rozamiento de pisadas o de tráfico ligero, la resistencia al desgaste de los áridos tiene una influencia superior a la propia resistencia a compresión del hormigón que queda relegada a un segundo término; sin embargo, cuando se trata de acciones de percusión de pequeños objetos o partículas sólidas, la resistencia de unión de la pasta al árido juega el papel más importante. 284

285 Si el hormigón está sujeto a la acción del agua, su resistencia al desgaste va estar relacionada con la velocidad que posea ésta, la cantidad, tamaño, forma y peso de las partículas que arrastre y la rugosidad superficial del hormigón. En canales es fácilmente observable que cuando la velocidad del agua no es excesiva y las partículas que arrastra son muy densas, se forma una capa de éstas sobre el fondo de los mismos que impide o frena su desgaste. En el caso de abrasión en agua el mejor comportamiento del hormigón se obtiene cuando la resistencia a compresión del mismo es elevada y las partículas de árido se encuentran muy próximas entre sí. Los áridos de tamaño máximo grande aumentan la resistencia a la abrasión. La erosión por cavitación tiene lugar cuando dentro de un líquido que circula a gran velocidad se producen y estallan burbujas de aire o de un gas que puede ser vapor de agua; cuando estas burbujas implosionan en zonas de alta presión, en contacto con el hormigón, producen sobre él un continuo descarnado que da lugar a la creación de cavernas que pueden ser importantes como ocurre en los aliviaderos de presas. La erosión por cavitación es un problema importante en hidráulica y difícil de solucionar, aunque en estos casos suele dar buen resultado el empleo de hormigones de árido limitado en tamaño máximo y bien adherido a una pasta de buena calidad, a los que se deben proteger con un revestimiento muy liso, con cambios muy suaves de dirección y bien unido a ellos como puede ser una resina epoxídica. Las características del hormigón frente a esta erosión pueden mejorarse mediante la adición a su masa de fibras de acero y de microsilice. Sin ser específico respecto del grado de agresividad se recomienda para hormigones expuestos a abrasión debido a resbalamiento de materiales a granel o movimiento de objetos pesados o escurrimiento rápido de aguas diseñar hormigones de relación a/c 0,42, f c 40 MPa, asentamiento < 10 cm, sin aire intencionalmente incorporado y agregado grueso con un tamaño máximo 26,5 mm y resistencia al desgaste Los Ángeles < 30%. De esta manera se prevé el uso de hormigones de alta resistencia, baja porosidad y mínima tendencia a exudar, elaborados con agregados de bajo desgaste, sin embargo no brinda información del desempeño en servicio esperado para estos hormigones. En la figura se observa que, si bien existe una cierta relación entre la resistencia a la compresión del hormigón y su resistencia al desgaste, su relación y magnitudes pueden ser algo diferentes en función de las características de los agregados utilizados. La resistencia a la abrasión del hormigón puede ser mejorada a través de la utilización de algunos polímeros y/o un cuidadoso y esmerado curado. En pisos industriales la resistencia al desgaste suele mejorarse a través del uso de endurecedores de superficie compuestos básicamente por cemento pórtland y arena de cuarzo (en ocasiones también se incorpora algún pigmento) que al ser aplicados adecuadamente sobre hormigones en estado fresco mejoran notablemente la resistencia superficial al desgaste del hormigón. 285

286 Figura Influencia de la resistencia del hormigón y del tipo de agregado en la resistencia al desgaste por abrasión del hormigón. En pisos donde se prevé una acción abrasiva muy severa puede considerarse la posibilidad de pulir la superficie de hormigón de manera de eliminar la capa superficial de menor resistencia y/o la aplicación de revestimientos. En este último caso siempre que se trate de ambientes que permanecen a temperatura normal- resulta habitual el uso de productos epóxicos diseñados a tal fin. Si el ataque resulta combinado (abrasión + ataque químico) se deberá optar por una solución que permita una adecuada protección del hormigón. En la figura se observa un corte transversal de una losa de hormigón que en estado fresco presenta exudación, evidentemente la relación (agua / cemento) de la zona superficial resultará mayor que la del resto de la masa por lo cual la porosidad de esta zona será mayor y, consecuentemente, la resistencia será inferior. Es por eso que los hormigones en la superficie resultan más permeables por lo tanto, más propensos al ingreso de sustancias perjudiciales y menos resistentes al desgaste y la abrasión. En casos de hormigones con exceso de exudación y, muchas veces acompañados por otros defectos como la falta de curado, hace que la superficie presente polvo suelto durante bastante tiempo. Sólo mediante un adecuado diseño de la mezcla de hormigón y el respeto de las reglas del arte de colocación, compactación, terminación, protección y curado se minimiza este fenómeno. 286

287 Figura Corte transversal de una losa de hormigón que en estado fresco presenta exudación En la figura se muestra el empolvamiento superficial de una superficie de hormigón, como consecuencia del fenómeno de exudación. Figura La fotografía muestra claramente que el material se desprende fácilmente al simple paso del dedo de una mano. Como generalmente el empolvamiento superficial sólo incluye un espesor muy reducido, suele ser suficiente el paso de un equipo de pulido para eliminar la capa débil. 287

288 Acción del fuego sobre el hormigón. Cuando el hormigón está sometido a la acción del fuego sus componentes sufren modificaciones importantes: a partir de los 100 C el agua libre o capilar incluida en la masa del mismo empieza a evaporarse retardando de esta forma su calentamiento; entre 200 C y 300 C, la pérdida de agua capilar es completa sin que se aprecien aún alteraciones en la estructura del cemento hidratado y sin que las resistencias disminuyan de forma apreciable; de 300 C a 400 C se produce una pérdida de agua del gel del cemento teniendo lugar una sensible disminución de las resistencias y apareciendo las primeras fisuras superficiales en el hormigón. A los 400 C una parte del hidróxido cálcico procedente de la hidratación de los silicatos se transforma en cal viva; hacia los 600 C, los áridos, que no tienen todos el mismo coeficiente de dilatación térmica lineal, se expanden fuertemente y con diferente intensidad dando lugar a tensiones internas que empiezan a disgregar al hormigón. Muchas veces esta expansión está incrementada por transformaciones estructurales ocurridas dentro de ciertos áridos. Si analizamos los áridos desde el punto de vista mineralógico, tenemos que: los de tipo cuarzoso como el granito y el gneis se fisuran por encima de los 500 C por la acción del aumento volumétrico que experimenta el cuarzo al cambiar de estructura con el calor; los no cuarzosos, como el basalto, no experimentan daños por la acción del calor, los ligeros naturales, debido a su estructura porosa y vítrea, se comportan muy bien frente a las altas temperaturas, los ligeros artificiales como las arcillas expandidas, escorias, etc., tienen una reacción frente al fuego muy similar a la de los áridos no cuarzosos. Hay que tener presente que las temperaturas a las que han sido formados son muy superiores a las del incendio. Si consideramos el coeficiente de dilatación térmica de los áridos, se observa que los que contienen mayor proporción de sílice son los que presentan un valor más alto mientras que los áridos calizos son los de valor más bajo: 1.3x10-5 m/m C para los áridos silíceos y cuarzosos; 1.0x10-5 para los granitos y escorias de alto horno y 0.8x10-5 para los áridos calizos. Los áridos calizos son, junto con los ligeros, los menos afectados por el fuego debido, aparte de que tienen un coeficiente de dilatación térmica bajo, a las reacciones endotérmicas que se producen en ellos al elevar su temperatura y a la creación alrededor de ellos de una película superficial de CO 2 que actúa como aislante térmico. Se ha comprobado también que hormigones con una buena granulometría y gran proporción (Árido/Cemento), se comportan mucho mejor frente al fuego que los pobres en áridos y con deficientes curvas granulométricas. El hormigón en proceso de elevación de temperaturas va sufriendo una serie de cambios de coloración, especialmente si los áridos son silíceos, que pueden servir de índice de las pérdidas de resistencias y del cambio de condiciones experimentado. Así, a 200 C el color del hormigón es gris y no hay cambio apreciable en sus condiciones, existiendo una ligera disminución de la resistencia a compresión que a los 300 C puede valorarse por término medio en un 10 %, decreciendo progresivamente a partir de esta temperatura. De 300 a 600, el color cambia de rosa a rojo bajando la resistencia a compresión hasta valores de un 50 % de valor primitivo, el módulo de elasticidad puede descender hasta en un 80 % y la resistencia a tracción llega a tener un valor prácticamente despreciable. Entre 600 y 950 C el color cambia de nuevo a un segundo gris con puntos rojizos siendo índice de friabilidad y alta succión de agua, la resistencia a compresión para temperaturas comprendidas entre estos límites es muy pequeña. De 950 a 1000 C el color cambia a amarillo anaranjado o ante y el hormigón empieza a sintetizarse. Entre 1000 y 1200 C el hormigón sufre la sintetización tomándose su color a amarillo claro y anulándose prácticamente sus resistencias, el material queda totalmente calcinado y se deshace con facilidad a estas temperaturas (Figura ). 288

289 Figura Influencia de la temperatura sobre la resistencia relativa a compresión del hormigón. La coloración es apreciada sólo con áridos silíceos. Por su parte, en la figura puede verse el efecto de la temperatura sobre la resistencia residual y coloración de hormigones elaborados con agregados calizos. Figura Efecto de la temperatura sobre la resistencia residual y coloración de hormigones elaborados con agregados calizos. 289

290 Los cambios descritos anteriormente son permanentes y las observaciones de color pueden ser hechas, lo mismo al día siguiente del incendio que a varias semanas e incluso meses de su extinción. Sin embargo, si la estructura ha estado sometida a temperaturas superiores a los 600 C y después actúa sobre ella el agua, la coloración puede cambiar e inducimos a error debido a los depósitos de limo que pueden producirse sobre ella. Si la temperatura del hormigón no ha sobrepasado los 500 ºC, éste puede experimentar una rehidratación posterior que puede hacerle recuperar hasta el 90 % de su resistencia inicial al cabo de un año. La tabla se recoge como influye la temperatura sobre la pérdida de resistencia del hormigón y los cambios de coloración del mismo. Como puede apreciarse en el cuadro siguiente, el módulo de elasticidad queda muy afectado por la acción del fuego y ésto es especialmente importante si el hormigón forma parte de elementos de pequeño espesor como pueden ser los forjados, losas, etc. Tabla Influencia de la temperatura sobre la pérdida de resistencia del hormigón y los cambios de coloración del mismo. Se han realizado ensayos de comportamiento al fuego de hormigones confeccionados con áridos silíceos, calizos y ligeros y en los que el cemento empleado era equivalente a un P-350, siendo la dosificación del mismo de 350 kg/m 3. La arena empleada en todos los casos fue de rio. Con estos hormigones que únicamente diferían en la naturaleza de los áridos empleados se fabricaron probetas de 15 x 15 x 300 cm que se ensayaron a temperaturas comprendidas entre 70 y 200 C y que habían sido calentadas siguiendo la curva temperatura-tiempo ISO R 834. En los ensayos se midieron resistencias a compresión, módulos de elasticidad, conductividad térmica, calor específico, etc. En la determinación de las resistencias a compresión las probetas se sometieron, en algunos casos a una precarga equivalente a 1/3,5 de la tensión de rotura a 20 C. Las conclusiones sacadas en cuanto a resistencia a compresión, son que la existencia de precarga es un factor favorable en la resistencia, hecho que concuerda con la realidad. Con los dos tipos de solicitaciones, el hormigón con áridos calizos y ligeros se comporta bastante mejor que el que posee grava silícea; así a 700 el hormigón de áridos calizos tenía un 50 % de resistencia, el de áridos ligeros un 41 % y el de áridos silíceos un 18 % (Figura ). El módulo de elasticidad sufre casi idénticas pérdidas que la resistencia a compresión reduciéndose a la temperatura de 700 C al 68 % para áridos calizos, al 45 % para los ligeros y al 31 % para los silíceos (Figura ). 290

291 Figura Disminución de la resistencia a compresión del hormigón en función de la temperatura. Figura Disminución del módulo de elasticidad del hormigón en función de la temperatura. En cuanto a la conductividad térmica se aprecia que los hormigones de áridos ligeros presentan un coeficiente poco variable, siendo además bajo: 0.8 kcal/m.h C, mientras que en el de áridos calizos baja desde 1.7 a 20 C hasta 0.9 a 700 C y en el de grava silícea desde 2.5 hasta 1.5 a 350 C. Se observa por tanto, que los áridos ligeros y calizos tienden a volverse más aislantes conforme la temperatura aumenta con lo cual protegen al hormigón (Figura ). 291

292 Figura Influencia de la temperatura en la conductividad térmica del hormigón. El calor específico suele ser en los tres hormigones de 0.25 kcal/kg. C y varía poco con la temperatura (Figura ). La difusividad térmica es, por tanto, mayor en los hormigones de áridos silíceos que en los calizos y ligeros (Figura ). De lo expuesto anteriormente se deduce que a favor del comportamiento del hormigón frente al fuego cuenta la baja conductividad térmica que posee éste, de aquí que el calentamiento del hormigón por el fuego afecte sólo a las capas superficiales o más externas del mismo, alcanzándose temperaturas que pueden poner en peligro su integridad sólo hasta profundidades de 50 a 100 mm salvo que el incendio tenga una gran duración. Existen diferentes opiniones acerca del efecto de la humedad en el comportamiento del hormigón frente al fuego. De forma general puede estimarse que un contenido de humedad del 1 % incrementa la resistencia al fuego de un 4 a 5 %. Sin embargo, se ha observado que si esta humedad es excesiva, alcanzando el 5 % en volumen, y la porosidad del hormigón es escasa, la rápida evaporación puede ocasionar grandes tensiones que provocarán desprendimientos de las esquinas de la piezas, exfoliaciones superficiales y pérdidas de recubrimientos en el caso de hormigón armado. Figura Influencia de la temperatura en el calor específico del hormigón. 292

293 Figura Influencia de la temperatura en el coeficiente de difusión del hormigón. En general puede afirmarse que el comportamiento al fuego de un hormigón será tanto mejor cuanto más concurran en él las siguientes condiciones: - Empleo de áridos de menor coeficiente de dilatación térmica. - Buena granulometría con alta proporción de áridos. - Utilización de áridos ligeros o calizos. - Buena compactación del mismo. - Baja conductividad térmica. - Alta resistencia a tracción. - Contenido bajo de humedad. - Empleo de cementos de escorias o puzolánicos, especialmente estos últimos por la facultad que tienen de fijar la cal liberada Ataques químicos Proceso de ataque. La resistencia que presenta el hormigón al ataque químico por determinadas substancias, e incluso por el agua pura, depende de su permeabilidad y de la distribución y tamaño de sus poros. y su grado de conectividad, dando lugar a los mecanismos de absorción capilar, permeabilidad y difusión. Por otro lado, resulta necesario que la composición química y mineralógica del cemento pórtland, su grado de hidratación y las características de la interfase pasta-agregado resulten adecuadas para resistir el ataque químico. La acción degradante de los agentes químicos externos comienza en la superficie del hormigón, penetrando progresivamente hacia el interior a medida que incrementan la porosidad, permeabilidad y tensiones internas produciendo pérdida de masa y capacidad resistente a medida que avanza el grado de deterioro. La agresión química puede realizarse de dos formas fundamentales: una, por disolución de los compuestos fácilmente solubles del propio hormigón o por la formación de sales también solubles y extracción de las mismas o lixiviación cuando haya un acceso continuo de agua y otra, por ataque con formación de compuestos insolubles de mayor volumen que los primitivos y que al recristalizar dentro del sistema capilar dan lugar a una expansión que produce tensiones mecánicas capaces de destruir al hormigón. 293

294 Hay que considerar también a algunas substancias perjudiciales que acompañan al agua de amasado y que, incluso, en débil concentración, pueden dañar al hormigón al actuar negativamente sobre el proceso de hidratación del cemento; este efecto es importante, no sólo durante la fase en que el hormigón está en proceso de fraguado sino, también, durante el curado si, este se encuentra en contacto continuo con estas aguas nocivas. El hormigón puede proyectarse, fundamentalmente, eligiendo el tipo de cemento adecuado, los aditivos convenientes y la cantidad de agua de amasado, para que resista, de forma satisfactoria, las condiciones atmosféricas, determinados agentes químicos contenidos en las aguas y en los suelos, e incluso ciertos reactivos químicos. Existen, no obstante, muchos agentes químicos agresivos frente a los cuales el comportamiento del hormigón va a ser deficiente y en cuyo caso habrá que tomar precauciones para prevenir y reducir su deterioro y, por tanto, hacer que tenga una vida adecuada. Muchos agentes químicos son muy agresivos para el hormigón cuando se encuentran en disolución y en concentraciones superiores a ciertos valores críticos. Estos mismos agentes cuando se encuentran en estado sólido no perjudican al hormigón con el cual estén en contacto. La agresividad de un determinado producto químico se incrementa, cuando: la temperatura del mismo aumenta, la velocidad del fluido agresivo en contacto con el hormigón crece, el hormigón presenta una compactación deficiente, ha tenido un mal curado, hay alternancias de humedad y sequedad, las armaduras se encuentran corroidas. Esta agresividad disminuye, si: se ha empleado en el hormigón una relación (Agua/Cemento) baja, el tipo de cemento es adecuado al medio y el hormigón tiene baja absorción y permeabilidad. El grado de agresividad de los productos químicos según su naturaleza se indica a modo de guía en la tabla Tabla Agresividad de los productos químicos según su naturaleza. 294

295 Por otro lado, los compuestos formados durante la hidratación de la pasta de cemento se mantienen estables mientras exista un equilibrio entre la solución de poros y la disolución de los compuestos hidratados que proveen el medio alcalino para su preservación. Sin embargo, el ataque químico puede alterar este equilibrio modificando el ph de la solución de poros produciendo la descomposición de los compuestos. En la tabla se muestra que el deterioro comienza en valores de ph por debajo de 12 a 12,5 hasta que en valores por debajo de 9 se produce una descomposición total de los compuestos SCH (silicatos de calcio hidratados) responsables de la resistencia y durabilidad de la pasta cementicia, quedando sin efecto su poder aglomerante con la consiguiente pérdida de masa del hormigón Tabla Descomposición prevista en la pasta cementicia al variar el ph de la solución de poros Ataque por ácidos. El hormigón no posee buena resistencia frente a los ácidos, aunque tolere bien los ácidos débiles. La actividad de un ataque por ácidos depende de la naturaleza de los mismos, de su concentración y de la temperatura. De acuerdo con el grado de disociación en la disolución acuosa, los ácidos pueden ser fuertes o débiles, siendo tanto más agresivos para el hormigón cuanto más fuertes sean. Desde el punto de vista de su naturaleza se pueden considerar los ácidos inorgánicos y los orgánicos. De acuerdo con el ph de la disolución se puede considerar como débilmente agresiva si el ph está comprendido entre 6.5 y 5.5, fuertemente agresiva si lo está entre 5,5 y 4,5 y altamente agresiva si es menor de 4.5. (a).- Acidos inorgánicos. Los gases procedentes de la combustión de muchos combustibles contienen SO 2 que con la humedad ambiente se transforma en ácido sulfúrico. Las aguas drenadas de algunas minas y las aguas industriales pueden contener ácidos que ataquen al hormigón. Determinadas piritas al oxidarse se transformarán posteriormente en sulfatos. El agua de montaña suele ser muy pura pero en general lleva en disolución CO 2 siendo, por tanto, algo ácida y atacando a las superficies del hormigón. Las de zonas urbanas e industriales suelen tener CO 2 y ácido sulfuroso que al pasar en presencia de bacterias a ácido sulfúrico atacan más enérgicamente. En general el ataque ácido se produce sobre el hidróxido cálcico procedente de la hidratación del cemento dando lugar a sales solubles que se eliminan produciendo oquedades en la masa del hormigón. Se excluyen de este proceso los ácidos oxálico y fosfórico que no producen sales solubles en agua y por tanto no se eliminan. - Acido clorhídrico. Los cloruros procedentes de la reacción de este ácido, especialmente, con el hidróxido cálcico, son muy solubles y por consiguiente fácilmente lixiviables. Son peligros cualquiera que sea su concentración. 295

296 - Acido sulfhídrico. Es ligeramente agresivo, formando en disolución acuosa, un ácido ligeramente débil que reacciona con el hidróxido cálcico generando sales lixiviables al igual que los cloruros. El peligro mayor del sulfhídrico es que puede oxidarse a sulfúrico especialmente si hay bacterias. Suele presentarse en forma de gas y normalmente procede de la fermentación de aguas residuales. - Acido sulfúrico. Es un ácido fuerte que al reaccionar con el hidróxido cálcico da lugar a la formación de sulfato cálcico dihidrato cristalizado y expansivo que puede destruir al hormigón. El ácido sulfúrico es peligroso en cualquier concentración. Generalmente procede del ácido sulfhídrico oxidado, atacando frecuentemente a tuberías de desagüe y alcantarillas de hormigón dando lugar a un deterioro importante del mismo por encima del nivel del líquido o residuos que se transporte la tubería. - Acido sulfuroso. Se forma por disolución acuosa del anhídrido sulfuroso procedente de los gases de escape de vehículos o de calefacciones que queman fuel. Los efectos sobre el hormigón son similares a los del ácido sulfúrico y los sulfatos en los que suele trasformarse. - Acido carbónico. Se forma por disolución acuosa del anhídrido carbónico procedente de la combustión de carbones y otros combustibles. Este ácido reacciona con el hidróxido cálcico y magnésico del hormigón formando carbonatos. Los carbonatos en presencia de aguas carbonatadas pueden formar bicarbonatos solubles que pueden eliminarse por lixiviación del interior del hormigón dando lugar a un lavado de la cal. Este efecto es típico de las aguas puras que llevan en disolución anhídrido carbónico y que deben su agresividad a su gran poder de disolución de la cal. - Acido nítrico. Es un ácido fuerte que reacciona con la cal dando nitrato muy soluble; su efecto es muy perjudicial. - Acido fosfórico. El ácido fosfórico es un ácido fuerte que al reaccionar con el hidróxido cálcico forma una capa de fosfato insoluble que protege al hormigón frente a otros ataques. - Acido fluorhídrico. Es un ácido moderadamente fuerte que al reaccionar con el hidróxido cálcico da lugar a fluoruro cálcico insoluble que cierra los poros del hormigón. En pequeñas cantidades actúa como protector pero en grandes puede producir daños importantes. - Acido brómico y crómico. Aunque no tan frecuentes como los anteriores estos ácidos actúan atacando también al hormigón. (b).- Acidos orgánicos. - Acido acético. Es un ácido moderadamente fuerte que se encuentra en los vinos y vinagres y que al reaccionar con el hidróxido cálcico forma sales solubles dando lugar a un deterioro importante del hormigón. - Acido láctico. Es un ácido moderadamente fuerte que se encuentra en las aguas residuales de las industrias lácteas y en los silos de forraje; da lugar a la formación de lactatos fácilmente lixiviables y produce una destrucción importante del hormigón. - Acido oxálico. Es un ácido fuerte que con la cal forma oxalato de cal que es insoluble y cierra los poros del hormigón protegiéndolo contra nuevos ataques. No sólo produce daños sino que se emplea en tratamientos protectores de superficie del hormigón antes de que sean expuestos a otros ataques ácidos. - Acido tánico. Es un ácido débil y muy poco agresivo. - Acido fórmico. Se trata de un ácido moderadamente fuerte y de características parecidas al ácido acético pero menos corrosivo que él. 296

297 - Acido titímico. Es un ácido débil que reacciona con el hidróxido cálcico dando sales insolubles que producen daños importantes en el hormigón. Se encuentra en las aguas pantanosas y su presencia en las aguas de amasado da lugar a alteraciones en el fraguado y endurecimiento del hormigón. (c).- Otras substancias. Además de los ácidos descritos anteriormente, hay otras muchas substancias que no siendo ácidos pueden reaccionar con el hidróxido cálcico del hormigón formando las sales correspondientes, algunas de las cuales pueden producir daños en el hormigón si por su naturaleza son fácilmente lavables o expansivas, entre ellas caben destacarse las siguientes: - Azúcares. Como se ha indicado al estudiar las substancias perjudiciales en los componentes del hormigón, los azúcares influyen, aún en pequeñas concentraciones, retardando el fraguado y endurecimiento del hormigón e incluso, si su concentración es alta, inhibiendo el fraguado del cemento. Los daños ocasionados por las disoluciones de azúcares dependen de factores tales como temperatura, viscosidad y concentración. - Alcoholes. Tanto el alcohol metílico como el etílico son fuertemente agresivos. La glicerina y el glicol dan lugar a sales solubles de cal y son moderadamente agresivos. -Aldehidos. No son agresivos; sin embargo, la disolución de formaldehido da lugar a la formación de ácido fórmico que es moderadamente agresivo Ataque por aguas puras. Las aguas puras o blandas procedentes del deshielo o de lluvias en zonas no industriales, tienen una gran capacidad de disolución sobre el hidróxido cálcico (1.6 g/l a 20 C) procedente de la hidratación de los silicatos y de la cal libre y sobre el hidróxido magnésico del hormigón. La agresividad de estas aguas depende de su pureza, es decir, de la carencia de sustancias disueltas. La agresividad del agua de lluvia se ve incrementada por el contenido de anhídrido carbónico y aún más por el de anhídrido sulfuroso procedente de los gases de combustión; en ambos casos, aparte de ser aguas blandas son además ácidas. Otras aguas agresivas son las procedentes de plantas de desalinización de agua de mar o de plantas de destilación. La agresividad de estas aguas radica fundamentalmente en su poder de disolución del hidróxido cálcico, dando lugar a un aumento de la porosidad del hormigón, a pérdida de su reserva alcalina, a un incremento notable de su permeabilidad, pérdida de masa y de resistencias mecánicas. La capacidad de lixiviación de estas aguas depende no sólo de su pureza sino también de la facilidad de renovación del agua en los poros; si el flujo de agua es lento la difusión de la cal disuelta queda muy retardada. Otros factores que pueden influir en la agresividad es la presencia de álcalis en el agua siendo ésta más agresiva cuando existen éstos. El proceso de lixiviación se acelera si el CO 2 disuelto en el agua esta por encima del preciso para convertir el hidróxido cálcico en carbonato. Este exceso de CO 2 reacciona con el agua para formar H 2 CO 3 el cual posteriormente reacciona con el CaCO 3 para formar bicarbonato cálcico según la reacción: CO +H O H CO (1)

298 La solubilidad del CO 2 presente en la atmósfera es relativamente baja en aguas puras pero, en presencia de CaCO 3, se combina para formar bicarbonatos y ácido carbónico que reducen el ph del agua provocando el ataque al hormigón en contacto: H2CO 3+CaCO3 Ca(HCO 3) 2 (2) Al contrario que el carbonato cálcico el bicarbonato es muy soluble en agua y fácilmente eliminable descomponiéndose al alcanzar la superficie del hormigón en carbonato según: Ca(HCO ) CaCO + CO + H O (3) El CO 2 en exceso presente en el agua, por encima del necesario para obtener el equilibrio químico planteado en la reacción (2), se convierte en CO 2 agresivo para el hormigón y su valor depende del grado de saturación del bicarbonato de calcio. El CO 2 agresivo está presente en cantidades apreciables en las aguas blandas debido a la poca cantidad disponible de sales disueltas necesarias para combinarse con el CO 2 y formar bicarbonato de calcio. La concentración de CO 2 disuelto en aguas naturales puede alcanzar a 150 mg/l. La cantidad de CO 2 libre en el agua aumenta con la presencia de otras sales de calcio y disminuye en presencia de álcalis (Na y K). En agua de mar la concentración de CO 2 es de 35 a 60 mg/l. El ataque ácido carbónico corresponde a la acción de un ácido débil, disolviendo al hidróxido de calcio y formando carbonato de calcio (ereacción 4) que precipita en los poros del hormigón produciendo una zona más compacta e impermeable. Dicha precipitación causa un aumento del CO 2 agresivo que disuelve más hidróxido de calcio. Finalmente este proceso tiende a causar la inestabilidad del SCH perdiendo su capacidad resistente. H + + HCO Ca(OH)2 CaCO H 2 O (4) En este proceso la velocidad de degradación disminuye con el avance del ataque debido a la disminución de la permeabilidad por acción del CaCO 3 depositado en los poros. El proceso de lixiviación es continuo y al eliminarse el Ca(OH) 2, los silicatos y aluminatos cálcicos hidratados se descomponen para dar más hidróxido cálcico con lo que eventualmente todo el cemento hidratado se puede descomponer dando lugar a que el hormigón se transforme en áridos, sílice hidratada, óxido de hierro y alumina. La disolución de la cal liberada y su eliminación por lavado da lugar a que los poros aumenten en tamaño y número haciendo que posteriores ataques se realicen con más facilidad y dando lugar a que los hormigones sean muy sensibles a las heladas. Si el hormigón es muy compacto la velocidad de corrosión es pequeña y si, además, los poros son de diámetro reducido puede producirse su sellado por medio de los productos procedentes de la hidrólisis y de las reacciones de intercambio que acompañan a la corrosión. Los cementos portland ricos en silicato tricálcico y por consiguiente fuertemente generadores de portlandita son mucho más atacados que los portland con adiciones, especialmente si éstas son puzolanas o escorias básicas de horno alto. Las puzolanas tienen la ventaja de fijar la cal impidiendo su lavado por las aguas puras. A veces, en obras atacadas por aguas puras aparecen estalactitas blanquecinas de cálcica producidas por el arrastre hacia el exterior de la cal disuelta, evaporación del agua, cristalización y carbonatación al aire de Ca(OH) 2. Para evitar este inconveniente se deben elegir, en estos casos, conglomerantes que liberen poca o ninguna cal durante la hidratación, cementos puzolánicos o siderúrgicos. Otras veces, estas concreciones pueden estar originadas no sólo por la cal del cemento y su carbonatación al aire, sino también por la percolación del agua del suelo cargada de bicarbonato de cal insoluble. 298

299 Ataque por sales orgánicas e inorgánicas. (a).- Sales orgánicas. Las sales orgánicas son combinaciones químicas de esteres glicéricos y de ácidos grasos, Su origen puede ser vegetal o animal y su viscosidad puede ser muy variable. Estos compuestos reaccionan con el hidróxido cálcico dando lugar a sales cálcicas de ácidos grasos o jabones. Por supuesto que, el grado de ataque dependerá de la posibilidad de penetración en el hormigón y en este sentido cuanto más pequeño sea el diámetro de los poros y más viscoso sea el aceite o grasa menor será la posibilidad de ataque. La temperatura actúa desfavorablemente debido a que tiende a fluidificar a estos productos permitiendo que penetren en los poros con más facilidad. Como medidas de protección contra el ataque se tiene la fabricación de hormigones muy compactos y cerrados, el empleo de cementos con adiciones que fijen la cal y que reduzcan la porosidad y el empleo curados en húmedo eficaces que den lugar a un buen cierre de poros por efecto de los geles. (b).- Sales inorgánicas. Las sales inorgánicas se producen por la reacción entre un ácido y una base. En ellas cabe distinguir una parte básica o catión que puede reaccionar con aniones hidroxilo y una parte ácida o anión que reacciona con cationes cálcicos. Las sales pueden ser neutras, ácidas o básicas dependiendo del carácter de sus componentes. Al actuar una sal sobre un hormigón puede dar lugar a la formación de productos que pueden ser solubles o insolubles y expansivos. El grado de corrosión depende del tipo de aniones o de cationes que tenga la sal, del tipo de cemento, de la permeabilidad del hormigón,de la concentración de la sal y la temperatura. Aniones. - Sulfatos. La mayoría de los sulfatos tienden a producir soluciones corrosivas. El sulfato de bario insoluble y el de plomo que es muy poco soluble, se pueden considerar no peligrosos. En un apartado posterior se contempla detalladamente la agresión por sulfatos. - Cloruros, La agresividad de los cloruros sobre el hormigón depende mucho de los cationes con los que estén unidos. Muchos cloruros, incluso en pequeñas cantidades, pueden ser perjudiciales; en grandes proporciones pueden dar lugar a la solubilidad de algunos componentes del cemento. En las aguas de amasado la Instrucción española limita el contenido de iones cloro a 6 g/litro como máximo, en el hormigón armado. Esta cifra puede elevarse de tres a cuatro veces, si el hormigón es en masa. La presencia de iones de cloro en el hormigón armado puede desencadenar y acelerar el proceso de corrosión del acero de las armaduras. En caso de ataque por sulfatos los aniones de cloro frenan la acción de aquéllos. - Nitratos. Prácticamente todos los nitratos son solubles en agua y reaccionan con los componentes del cemento dando lugar a nuevas sales solubles que se lixivian con facilidad, La mayoría de los nitratos pueden considerarse medianamente corrosivos con excepción del nitrato amónico que es altamente agresivo. - Sulfuros. Dan lugar a ataques ligeros, pero, si por oxidación se transforma el radical sulfuro en sulfato los ataques pueden ser más enérgicos y al igual que ocurre con el ácido sulfúrico. 299

300 - Carbonatos. En general, son sales insolubles, no obstante, las sales de álcalis o de amonio que son solubles no perjudican al hormigón. - Fosfatos. Generalmente no producen daños aunque debe protegerse al hormigón frente a algunos fosfatos que tienen carácter ácido. - Silicatos. En la protección del hormigón se emplea el silicato cálcico formado por la unión del ión silicato, procedente de silicatos alcalinos solubles, con la cal. - Fluoruros. El ión fluor se une con la cal para formar fluoruro de cal que se emplea junto con los silicatos en la protección del hormigón. Cationes. Los principales por la acción que producen en el hormigón son los de magnesio y amonio. - Magnesio. Actúa con facilidad en las reacciones de intercambio favoreciendo la corrosión del hormigón. Si ésta en cantidad suficiente puede reemplazar al calcio produciendo daños importantes en el hormigón. La formación del hidróxido magnésico cristalino (brucita), puede ser beneficiosa debido a que, al ser este hidróxido insoluble, sella los poros impidiendo o retardando otras acciones corrosivas. La acción agresiva del sulfato se ve muy incrementada por la presencia de iones de magnesio haciendo que las soluciones de sulfato magnésico sirvan para marcar un índice del comportamiento de un hormigón frente a ataques por sulfatos. Un contenido de 100 a 300 miligramos por litro de cationes magnesio puede considerarse débilmente agresivo, de 300 a 1500 fuertemente agresivo y superior a 1500 altamente agresivo. - Amonio. Prácticamente todas las sales de amonio son muy solubles. Las reacciones de intercambio con cal dan lugar a la formación de amoníaco en forma gaseosa. Si se forman sales de amonio con cloruros, sulfatos, sulfuros, etc., éstas son perjudiciales, especialmente los nitratos de amonio. Si las soluciones son débilmente agresivas el empleo de cementos de bajo contenido en cal puede solucionar el problema. Si, por el contrario, son fuertemente agresivas habrá que proceder a proteger al hormigón. Se puede considerar que una disolución es débilmente agresiva si el contenido en miligramos por litro de cationes amonio está comprendido entre 15 y 30, fuertemente agresiva, si lo está entre 30 y 60 y altamente agresiva si es superior a Ataque por sulfatos. El ataque del hormigón por sulfatos es una de las causas de agresión química más peligrosas, produciendo la desagregación de este material. Las reacciones químicas que incluyen la formación de productos expansivos en el hormigón o mortero ya endurecido pueden dar lugar a efectos perjudiciales, ya que la expansión puede producir tensiones mecánicas internas que, eventualmente, se traducen en deformaciones y desplazamientos en diferentes partes de la estructura, en la aparición de grietas y fisuras, desconchados, etc. Los sulfatos pueden ser de origen natural, biológico o provenir de la polución doméstica o industrial. Los sulfatos están presentes en los suelos donde constituyen un elemento nutritivo de las plantas. Su concentración, habitualmente, es bastante pequeña variando, en media, entre el 0.01 y 0.05 % sobre suelo seco. Sin embargo, no es raro encontrar valores mucho más elevados, superiores al 5 %, en regiones donde el subsuelo puede contener yeso o anhidrita. 300

301 Los suelos aluviales y arcillosos son susceptibles de contener piritas que se oxidan a sulfatos en contacto con el aire y la humedad con formación de ácido sulfúrico. Este último, por reacción con el carbonato de calcio, finamente repartido en el suelo, puede dar lugar a la formación de yeso. Los sulfatos presentes en el suelo pueden provenir también de la descomposición biológica aerobia de sustancias orgánicas conteniendo azufre: estiércol, plantas en la superficie de los suelos. El sulfato de amonio, particularmente agresivo, resulta de la utilización intensiva de abonos en la agricultura. Las aguas subterráneas y las de infiltración en contacto con los suelos sulfáticos se cargan en iones SO La solubilidad de algunos sulfatos en el agua a 20 ºC se da en la tabla Depende de la temperatura y de la presencia de otras sales. Así, la solubilidad del yeso en un agua cargada de cloruro de sodio se incrementa de forma significativa. El yeso y la anhidrita muestran un máximo de solubilidad a 40 ºC. Los elevados contenidos de sulfatos de las aguas subterráneas son debidos esencialmente a los sulfatos alcalinos a al sulfato de magnesio. Tabla Solubilidad de diferentes sulfatos en el agua (temperatura 20 ºC). En las zona industriales ( industria química, fabricación de ábonos, coquerías, galvanización, fotografía, etc) la contaminación de las aguas subterráneas puede conducir a concentraciones muy superiores a los límites de agresividad generalmente admitidos, situándose en el entorno de1500 mg/l. Por otra parte, en las zonas industriales y en las grandes aglomeraciones urbanas, la combustión del carbón y de, con más o menos contenido de azufre, desprende dióxido de azufre (SO 2 ), que en presencia de oxígeno y de humedad, conduce a la formación de ácido sulfúrico. El efecto indirecto de los humos cargados de dióxido de azufre se manifiesta en las ciudades donde y la degradación de ciertas fachadas son, a menudo, debidas a la formación superficial de yeso y la fijación de polvos (cenizas, partículas carbonosas, etc.). Excepcionalmente, la fuente de sulfatos puede ser interna, es decir, provenir del propio hormigón debido a una contaminación de los áridos o a la utilización de áridos con presencia de yeso. La presencia de sulfuros en ciertos áridos puede también contribuir a aumentar el contenido de sulfatos por oxidación de aquellos. El ataque del hormigón de cemento portland por medio de los sulfatos puede realizarse por tres vías: 1.- La primera consiste en la transformación del hidróxido cálcico en sulfato cálcico hidratado cristalizado con incremento de volumen y rotura del hormigón. 2.- La segunda es la conversión del aluminato calcio hidratado y el ferrito aluminato en sulfoaluminato y sulfoferrito con aumento de volumen y rotura del hormigón. Esta vía de ataque suele ser la más peligrosa. 3.- La tercera consiste en una descomposición de los silicatos cálcicos hidratados con una pérdida apreciable de resistencia en el hormigón. Este proceso es diferente a los dos anteriores y es típico del sulfato magnésico. 301

302 Proceso de ataque por los sulfatos. La degradación de los hormigones por la acción de los sulfatos se debe, principalmente, a los fenómenos de expansión relacionados con la cristalización de etringita denominada secundaria, para diferenciarla de la primaria, que se obtiene en las primeras etapas de hidratación del cemento Pórtland por reacción del yeso y del aluminato. Esta etringita primaria nunca da lugar a fenómenos de expansión. La formación de la etringita secundaria se realiza en dos etapas: (i).- Formación de yeso secundario, como resultado de una reacción de sustitución entre la portlandita, Ca(OH) 2, y el sulfato. En el caso del sulfato de sodio se tiene: Ca(OH) 2 + Na 2 SO 4 + H 2 O CaSO 4.2H 2 O + NaOH (12.2.1) Si el contenido en sulfato es elevado, superior a 1000 mg/l, y si la concentración local de iones Ca 2+ y SO 4 2- en la fase liquida intersticial del hormigón excede el producto de solubilidad del yeso, este último precipitará. El volumen del sólido precipitado representa un poco más del doble del de los productos de partida, con lo que puede presentarse un fenómeno de expansión. Sin embargo, en la mayoría de los casos dicha reacción está limitada en la medida que el yeso se forma según un proceso de disolución y cristalización en los espacios libres de la pasta endurecida. (ii).- Reacciones entre el yeso secundario y los aluminatos de calcio del cemento formando etringita. Se pueden presentar varios escenarios: - A partir de restos de aluminato tricálcico, C 3 A, anhidro: C 3 A + 3CaSO 4.2H 2 O + (24-26) H 2 O C 3 A.3CS.H 32 (12.2.2) - A partir de aluminato tetracalcico hidratado, C 4 AH 13, C 4 AH CaSO 4.2H 2 O + (24-26) H 2 O C 3 A.3CS.H 32 (12.2.3) - A partir del monosulfoaluminato de calcio (MSA), C 3 A.CS.H 12, que es el producto de hidratación cuando el contenido de es superior al 5 %. C 3 A.CS.H CaSO 4.2H 2 O + x H 2 O C 3 A.3CS.H 32 (12.2.4) Según sea la composición de la fase liquida, en particular del contenido de calcio, la cristalización de la etringita puede ser expansiva o no. Si el contenido de calcio es alto según se desprende de los datos de la tabla , la solubilidad de la etringita es muy pequeña formándose una disolución fuertemente sobresaturada, con lo que la velocidad de nucleación de la etringita es muy superior a la de crecimiento de sus cristales, produciéndose una formación en masa de cristales muy pequeños de naturaleza más o menos coloidal de baja densidad (Figura a). La nueva masa sólida formada, cuyo volumen molar es de 3 a 8 veces mayor que el de la masa inicial, desarrolla tensiones muy elevadas debidas a las presiones de cristalización que acompañan su formación. La expansión da lugar a que el hormigón se fisure haciendo que penetre el agua agresiva con mayor facilidad y provocando la desagregación total del mismo. En la superficie del hormigón aparece una papilla blanquecida característica así como fisuras. 302

303 Tabla Solubilidad de la etringita, a 25 ºC, en función del contenido en CaO de la solución. Por el contrario, en los cementos que liberan menos portlandita la etringita precipita a partir de disoluciones con un grado de saturación menor, formando cristales de forma acicular bien formados con una densidad mayor y, por tanto, el aumento de volumen que se produce es menor que en el caso anterior y se acomoda a los vacíos intersticiales existentes en el hormigón, no dando lugar a fenómenos de expansión (Figura b). (a) (b) Figura Micrografías de la etringita. (a).- Etringita masiva expansiva mal cristalizada formada topoquimicamente. (b).-cristales bien formados de etringita no expansiva precipitados a partir de la solución. En la figura , se puede observar que la resistencia química del hormigón aumenta con la dosificación de cemento, es decir con la compacidad del hormigón. Así mismo, la velocidad de degradación es prácticamente proporcional al porcentaje de C 3 A del cemento, hasta contenidos del 10 % aproximadamente. Figura Influencia de la dosificación de cemento y de su contenido en C 3 A sobre la velocidad de degradación del hormigón. 303

304 Por otra parte, no solamente hay tener en cuenta el contenido de C 3 A del cemento, sino el valor de la C3A relación. La figura muestra que mantener el valor de dicha relación por debajo de 3 es buen SO 3 criterio para una adecuada resistencia del hormigón frente al agua de mar. Figura Relaciones entre los contenidos de C 3 A y SO 3 del cemento y el hinchamiento de morteros conservados en agua de mar durante un año. Además de la figura anterior se puede deducir lo siguiente: - Si el contenido de SO 3 es inferior al 3 %, el hinchamiento es pequeño ( < 1000 mm/m), aunque el contenido de C 3 A sea elevado (12.8 %). - Si el contenido de C 3 A sobrepasa el 7 % el hinchamiento aumenta rápidamente si el contenido de SO 3 es superior al 3 %. - Los contenidos elevados de SO 3 no causan expansiones excesivas si el contenido de C 3 A permanece bajo (< 2 %). El sulfato reacciona también con otros componentes del cemento hidratado tales como la cal y la magnesia hidratadas formando, en el primer caso, yeso dihidrato de acuerdo con la ecuación: ( ) SO + Ca(OH) + 2H O CaSO.2 H O+2 OH Estas formaciones de sulfato actúan modificando la reacción principal de formación de ettringita. 304

305 Para que la reacción de ataque de los sulfatos sobre el hormigón tenga lugar es preciso que: 1.- Existan iones de sulfato, lo cual es frecuente en aguas naturales e industriales así como en las que atraviesan terrenos ricos en yesos. 2.- Que el hormigón sea suficientemente permeable para que exista acceso de las aguas sulfatadas al mismo. 3.- Que el contenido de aluminato tricálcico del cemento supere determinados límites. En la tercera alternativa de ataque por sulfatos, indicada anteriormente, el sulfato magnésico reacciona con el silicato cálcico hidratado dando lugar a la formación de hidróxido magnésico, sílice hidratada y sulfato cálcico. Este proceso aunque no es expansivo reduce el ph del hormigón y conduce a una descomposición del silicato cálcico hidratado. Un aspecto a tener en cuenta en el ataque por sulfatos es que, al contrario de lo que ocurre en otras reacciones agresivas, la velocidad de ataque disminuye con el aumento de temperatura dentro del margen comprendido entre 0 y 89 C. Aunque la agresividad de las disoluciones de sulfatos aumenta con la concentración de las mismas, la magnitud de los daños está influenciada por otra serie de factores como presencia de otros componentes, temperatura, ph de disolución, etc, lo que hace que no pueda hacerse una clasificación de agresividad en función únicamente del contenido en sulfatos; no obstante, pueden darse unos valores orientativos. La ettringita empieza a formarse en los hormigones cuando la concentración de la disolución, de CaSO 4 es de 4 a 8 miligramos por litro. En la magnitud del ataque influye el que el agua esté en movimiento o estancada; el poder de lavado de los cementos es mayor en el primer caso y así en suelos cohesivos en los que el movimiento del agua es lento, la intensidad del ataque es menor que en el caso de suelos arenosos. Las aguas estancadas que contienen más del 0.5 % de SO 3 son peligrosas, lo mismo que las renovadas continuamente que contienen más del 0.1 % de SO 3. Si hay oscilaciones del nivel freático, en la zona de subida y bajada de las aguas el ataque es mayor al cristalizar con mayor rapidez las sales. El agua empleada en las tones de refrigeración puede tener contenidos de sulfatos elevados debido a la concentración en estos que se produce como consecuencia de la evaporación constante de agua. A título orientativo, en la tabla se indican, de acuerdo con las directrices alemanas e inglesas recogidas por el CEB, los valores del contenido de sulfatos en agua que dan lugar a diferentes grados de corrosión. Tabla Valores del contenido de sulfatos en agua que dan lugar a diferentes grados de corrosión. 305

306 En Estados Unidos el grado de agresividad queda fijado por los valores dados en la tabla Tabla Grado de agresividad en Estados Unidos. Los tres sulfatos más comunes son el cálcico, el sódico y el magnésico. Ambos tienen diferentes grados de solubilidad en el agua, siendo en gramos SO 3 por litro las siguientes: sulfato calcio 1,2, sulfato sódico 200 y sulfato magnésico 150. El ataque sobre el hormigón se produce siempre con soluciones de sulfatos de aquí la importancia de conocer su solubilidad. Así, una concentración de 1.2 g/1 de SO 3 corresponde a 2000 g/1 de sulfato cálcico que sería la de un suelo muy yesífero si la concentración es superior a este valor es índice de que existe la presencia de sulfatos sódico y/o magnésico. El agua que contiene sulfato magnésico es eminentemente agresiva dado que la solubilidad de esta sal es muy elevada. Cuando se estudia la agresividad de los sulfatos, hay que considerar no sólo la concentración del SO 3 sino también el catión al que está unido el ión sulfato, pués de él va a depender el que el ataque se realice por una vía u otra de las tres indicadas al principio; así, si se trata del catión calcio el proceso de ataque ocurre según la vía segunda, mientras que si se trata de sulfato sódico el ataque se realiza por las vías 1 y 2 y si hay presencia de sulfato magnésico puede ocurrir por los tres caminos anteriormente enumerados. Un sulfato muy agresivo es el de amonio aunque es menos frecuente que los tres anteriores. El agua de mar es una excepción en el ataque por sulfatos pues, aunque debido a su alto contenido en iones sulfato y magnesio, se podría considerar como muy agresiva, sin embargo, la existencia en ella de cloruros da lugar a la formación de cloroaluminato tricálcico hidratado (C 3 A.CaC1 2.10H 2 O) que frena la acción agresiva de los sulfatos convirtiendo a estas aguas en moderadamente agresivas. La impermeabilidad de un hormigón juega un papel decisivo en la resistencia al ataque por sulfatos. Cuando el hormigón está bien proyectado, confeccionado con el cemento adecuado, puesto en obra sin segregación, bien consolidado y curado, puede considerarse como durable frente a la acción de este agresivo. La relación (Agua/Cemento) tiene una gran importancia en este sentido cualquiera que sea el tipo de cemento empleado. Así, un hormigón es susceptible de ser atacado por disoluciones ligeramente agresivas cuando la relación (Agua/Cemento) < 0.6, no lo es en disoluciones moderadamente agresivas cuando la relación (Agua/Cemento) < 0.5 y no es susceptible al ataque de disoluciones altamente agresivas cuando la relación (Agua/Cemento) <0.4. Los cementos aluminosos y los siderúrgicos son muy resistentes a la acción de los sulfatos, debiendo emplearse los de alto contenido en escorias o siderúrgicos cuando los terrenos sean ricos en yesos. 306

307 La adición de puzolanas en el cemento en proporción del 15 al 25 % son beneficiosas al fijar la cal y reducir la cantidad de sulfato formado. Con cenizas volantes se logran buenos efectos siempre que se haga un estudio de su puzolanicidad y del tipo de cemento con el que se van a emplear. La utilización de CaC1 2 es también beneficiosa para reducir el ataque por sulfatos. La resistencia a los sulfatos de un cemento portland depende de su contenido en aluminato tricálcico. En Estados Unidos, se limita el contenido de C 3 A al 8 % para los cementos portland moderadamente resistentes a ellos, correspondiendo a los tipos II y V, respectivamente, de la ASTM. En España, se consideran cementos resistentes a los sulfatos, aquellos cementos de las normas UNE que por su composición, o por la constitución de su clinker, o por ambas cosas, cumplan las especificaciones indicadas en la tabla Se refieren a límites porcentuales de C 3 A y C 3 A + C 4 AF. Los contenidos de C 3 A y C 4 AF, se determinarán por medio de las fórmulas de BOGUE. Es de advertir que no se especifica ningún límite en el caso de los cementos de los tipos III/B y III/C, los cuales, en razón de sus contenidos altos de escoria de horno alto son homólogos de los CEM III/B y CEM III/C, son siempre resistentes a los sulfatos. También son resistentes al agua de mar Norma UNE :2001, aunque no se da la reciprocidad, en razón de las respectivas exigencias. Tabla Cementos resistentes a los sulfatos y al agua de mar. Los sulfitos son potencialmente agresivos debido a que por oxidación se transforman en sulfatos y ácido sulfúrico libre. 307

308 Resistencia al agua del mar. El hormigón en contacto con agua de mar sufre un deterioro complejo que combina efectos químicos y físicos. Los iones que se difunden en el hormigón atacan los productos de hidratación, facilitan la reacción álcali-agregado, la cristalización de sales en la zona de mojado y secado, y la corrosión de armaduras, mientras que también existen procesos puramente físicos como la erosión de las olas y los objetos flotantes. Varios de estos procesos pueden ocurrir en forma simultánea provocando un deterioro progresivo difícil de evitar una vez iniciado y/o de reparar. Así pues, los componentes agresivos del medio marino son múltiples, pero simplificando se pueden distinguir cuatro categorías de factores: 1.- Factores químicos. El agua del mar contiene diversos tipos de iones cuyos efectos no tienen por que ser acumulativos. 2.- Factores calificados de geométricos. Las fluctuaciones del nivel del mar (mareas, tempestades) hacen que parte de la construcción puede estar continuamente sumergida o continuamente no sumergida a alternativamente sumergida o no sumergida 3.- Factores físicos. En las partes no sumergidas y en climas rigurosos pueden producirse fenómenos de hielo-deshielo. Por su parte, en los mares y océanos de clima caliente, la temperatura es un parámetro de activación de las reacciones de deterioración. 4.- Factores mecánicos. La energía cinética de las olas y de los materiales que ellas transportan, en ciertos casos los choques de los trozos de hielo flotantes, constituyen causas de erosión y de figuración de los hormigones que favorecen los ataques químicos posteriores. La concentración de sales en el agua de mar resulta muy variable de acuerdo a la localización geográfica, sin embargo la constitución y proporción relativa de los compuestos resulta bastante similar. En zonas frías y templadas la concentración resulta inferior a las zonas cálidas, siendo especialmente alta la concentración salina en las costas bajas de alta evaporación. En la tabla se observa la concentración iónica media del Océano Atlántico cuyo contenido de cloruros resulta muy alto, poniendo en serio riesgo las estructuras de hormigón armado expuestas al ambiente marino debido a la difusión de cloruros en el hormigón y la consecuente aceleración de la velocidad de corrosión de armaduras que se tratará más adelante. Tabla Composición de diferentes aguas de mar. Composición media de las aguas del Océano Atlántico 308

309 Mecanismos de ataque por las aguas del mar. Los procesos quimicos de ataque de los hormigones por el agua del mar resultan de la acción de varias reacciones, más o menos simultáneas e interdependientes, que se basan en diferentes mecanismos: 1.- Disolución-lixiviación. 2.- Reacciones de cambio de bases. 3.- Precipitación de compuestos insolubles. 4.- Cristalización de sales expansivas. Las principales reacciones puestas en juego pueden descomponerse de la manera siguiente. (i).- Acción de los cloruros. Independientemente de sus efectos nocivos sobre el acero del hormigón armado, los cloruros pueden ser el origen de alteraciones del conglomerante cuando están presentes en proporciones elevadas. Una parte de los cloruros se fija por los silicatos de calcio hidratados u otra parte se combina con el aluminato tricálcico bajo la forma de monocloroaluminato de calcio: C 3 A.CaCl 2.10H 2 O El cloruro de magnesio reacciona igualmente con la portlandita según la reacción de intercambio siguiente: MgCl 2 + Ca(OH) 2 CaCl 2 + Mg(OH) 2 (Brucita) La brucita es insoluble y se deposita en la superficie del hormigón, mientras que el cloruro de calcio reacciona con los aluminatos para formar monocloroaluminato de calcio. (ii).- Acción del sulfato de magnesio. Las reacciones: Ca(OH) 2 + MgSO 4 MgSO 4 + Mg(OH) 2 C 3 A + 3CaSO 4.2H 2 O + 26 H 2 O C 3 A.3CaSO 4.32H 2 O C-S-H + MgSO 4 CaSO 4.2H 2 O + (C, M) S-H conducen a la formación de ettringita expansiva y a la sustitución de los iones Ca 2+ por los iones Mg 2+, en los C-S-H y en la portlandita (Formación de brucita). La transformación progresiva de C-S-H en silicatos de magnesio hidratados M-S-H, los cuales no tienen propidades hidráulicas. (iii).- Acción del dióxido de carbono. El dióxido de carbono reacciona con la portlandita según la reacción: CO 2 + H 2 O + Ca(OH) 2 CaCO H 2 O El carbonato de calcio precipita sobre la superficie del hormigón bajo la forma de aragonito y de calcita, los cuales colmatan los poros. 309

310 (iv).- Acción simultánea de diferentes iones. Zonas e interferencia de los procesos de ataque. Para hormigones sumergidos se ha propuesto tener en cuenta el esquema de la figura , en el cual puede verse la localización preferencial de los diferentes ataques iónicos. Dichas zonas no son fijas y con el tiempo progresan hacia el interior del hormigón. Por otra parte, es importante tener en cuenta que las acciones de cada uno de los iones no son acumulativas. Así, el monocloroaluminato de calcio se vuelve inestable en presencia de los sulfatos y se descompone para formar ettringita. La ettringita en presencia de sílice disuelta y de carbonatos, se transforma parcialmente en taumasita: CaCO 3.CaSO 4.CaSiO 3.15H 2 O La interferencia de los diferentes iones presentes en el agua del mar es lo que explica su agresividad sobre el hormigón sea más débil que la de las aguas sulfatadas. Figura Esquema de las zonas de ataque del hormigón por el agua del mar. En la tabla se resumen los diferentes procesos de ataque del agua del mar sobre el hormigón y los efectos que originan. 310

311 Tabla Deterioración del hormigón por el agua del mar. 311

312 En la figura se esquematiza el ataque producido por el agua de mar sobre un pilar de hormigón armado, determinándose tres zonas. En la zona de marea existe el ataque combinado de corrosión del acero debido al aumento de concentración de cloruros a través de los ciclos de mojado y secado, por otra parte la cristalización de sales sumada a los gradientes térmicos tienden a fisurar al hormigón. También se produce una erosión debido a la acción directa de las olas y de los sólidos que flotan en ellas, sin olvidar el ataque por sulfatos que también se da en la zona sumergida. El hormigón de la zona atmosférica resulta poco dañado en forma directa pero la difusión de cloruros provoca la corrosión de las armaduras. Figura Esquema del ataque típico del agua de mar sobre un pilar semisumergido de hormigón armado A pesar de que se ha mencionado la presencia de una alta concentración de iones agresivos como Mg 2+ y SO 4 2- la conjunción de éstos otros iones resultan menos agresivos que si los mismos atacaran individualmente. Esto se debe fundamentalmente a la formación de cloroaluminato de calcio -también conocido como sal de Friedel- (Reacción 1) y la cabonatación superficial debido a la acción del CO 2 disuelto en el agua (Reacción 2). Es por ello que los reglamentos modernos prefieren caracterizar al agua de mar como un ambiente de ataque moderado y se muestra una cierta tendencia de los expertos en especificar en estos ambientes el uso de cementos del tipo MRS (moderada resistencia a los sulfatos) con 4% C 3 A 8% arriesgando a un cierto deterioro por sulfatos pero favoreciendo la formación de sales de Friedel que tiendan a proteger al hormigón respecto de la penetración de cloruros y, de esta manera, evitar un rápido deterioro por corrosión de armaduras. 312

313 También resultan muy efectivos ante este tipo de ataque los cementos con adiciones activas como las puzolanas o escoria granulada de alto horno. En éste último caso se recomienda el uso de CAH con altos contenido de escoria (en general mayores al 50 %) independientemente del contenido de C 3 A que posee el clinker que lo compone. donde: C 3 A + CaCl H 2 O C 3 A.CaCl 2.10H 2 O (Reacción 1) C 3 A: Aluminato tricálcico (producto de hidratación de la pasta cementicia) C 3 A.CaCl 2.10H 2 O: Cloroaluminato de calcio donde: - Ca(OH) 2 + HCO 3 + H+ CaCO3 + 2HO (Reacción 2) Ca(OH) 2 : Hidróxido de calcio (subproducto de hidratación de la pasta de cemento) CaCO 3 : Carbonato de calcio (carbonatación) Se consideran cementos resistentes al agua de mar aquellos cementos de las normas UNE que por su composición, o por la constitución de su clinker, o por ambas cosas, cumplan las especificaciones indicadas en la tabla Se refieren a límites porcentuales de C 3 A y C 3 A + C 4 AF. Los contenidos de C 3 A y C 4 AF, se determinarán por medio de las fórmulas de BOGUE. Tabla Cementos resistentes al agua de mar. Tampoco aquí se señala límite alguno en el caso de los cementos III/B y III/C, por las razones ya expuestas, los cuales son siempre resistentes al agua de mar, aunque no necesariamente a los sulfatos, por ser sus exigencias menos estrictas que en el caso de éstos Norma UNE :2001. En la figura puede verse un hormigón atacado por agua de mar. 313

314 Figura Hormigón atacado por agua de mar Reacción alcalí-áridos Introducción Para estructuras de hormigón que estarán en contacto permanente o frecuente con la humedad se recomienda el análisis de los áridos que serán utilizados en la elaboración del hormigón, sobre todo si existen fuentes de áridos considerados como potencialmente reactivos. Algunos áridos que contienen sílice amorfa como los ópalos o, parcialmente cristalizada como las calcedonias y las tridimitas, reaccionan con los álcalis del cemento, cuando existe presencia de agua en los poros, dando lugar a un compuesto gelatinoso de silicato alcalino que es expansivo y puede destruir al hormigón. La reacción álcali-agregado se produce en presencia simultánea de las siguientes condiciones: (1).- Presencia de humedad (2).- Agregados con suficiente cantidad de minerales potencialmente reactivos (3).- Suficiente cantidad de álcalis disponibles en la solución de poros del hormigón. Si cualquiera de estas tres condiciones no se cumple la reacción no se produce o al menos- no resulta deletérea. Dentro la reacción álcali-agregado se conocen básicamente dos mecanismos que se diferencian fuertemente por el tipo de agregado utilizado y de la velocidad de deterioro: (a).- Reacción álcali-sílice (RAS), producida entre los álcalis y la sílice amorfa presentes en algunos agregados que resulta bastante lenta ya que generalmente se manifiesta luego de 5 a 15 años. (b).- Reacción álcali-carbonato (RAC), producida entre los álcalis presentes en la solución de poros y algunos compuestos carbónicos que forman parte de ciertos agregados calizos o dolomíticos. En este caso la reacción suele ser bastante más rápida manifestándose luego de unos cuantos meses. 314

315 Reacción alcalí-sílice. El hormigón endurecido posee una red de poros capilares parcialmente ocupada por una solución altamente alcalina (ph > 12,5) compuesta principalmente por iones alcalinos (Na +, K +, Ca 2+ ), iones oxihidrilos (OH - ) y otros iones como Al 3+, Fe 3+, SO 4 2- que se encuentran en menor proporción. Por otra parte los áridos que constituyen al hormigón no resultan totalmente estables y reaccionan con la pasta cementicia que en ocasiones resultan favorables y en otras desfavorables. Algunos áridos reaccionan en el medio altamente alcalino de la solución de poros produciendo compuestos expansivos que provocan tensiones internas que, en ocasiones, cuando las condiciones resultan propicias provocan fisuras que pueden resultar deletéreas al hormigón. La reacción se produce al ser atacados los minerales silíceos del árido por los hidróxidos alcalinos derivados de los álcalis, Na 2 O y K 2 O contenidos en el cemento. El gel formado en la reacción embebe agua produciéndose una fuerte expansión del mismo que al estar impedida por la pasta de cemento endurecida da lugar a fuertes tensiones que fisuran al hormigón y destruyen a la pasta. La expansión provocada puede tener su origen en el aumento de volumen del gel al absorber agua y a un efecto de presión hidráulica generada por un fenómeno de ósmosis. A veces, parte de este gel abandona el interior del hormigón a través de las fisuras y aparece en las superficies en forma de gotas. Las reacciones producidas en este tipo de ataque son las siguientes: SiO + 2NaOH + nh O Na.SiO.nH O Na SiO.nH O +Ca(OH) + H O CaSiO.mH O + 2NaOH En la figura puede verse una fotografía de un corte de hormigón afectado por la reacción álcalisílice. La flecha indica la presencia del gel rodeando al agregado. Figura Fotografía de un corte de hormigón afectado por la reacción álcali-sílice. La flecha indica la presencia del gel rodeando al agregado. 315

316 En la tabla se observa la variación de la solubilidad de la SiO 2 amorfa en función del ph del medio. En la figura se observa la diferencia entre la sílice cristalina y la sílice amorfa. Tabla Efecto del ph del medio de exposición sobre la hidrólisis de la sílice amorfa. Figura Interacción entre los iones oxihidrilos y la sílice para sílice cristalina y amorfa. Si bien existen varias teorías acerca del mecanismo de expansión de los compuestos de RAS, lo cierto es que su formación depende de la conjunción simultánea de las siguientes condiciones: (i).- Presencia de agregados reactivos con suficiente cantidad de sílice metaestable o amorfa. (ii).- Concentración suficiente de iones alcalinos en la solución de poros. (iii).- Humedad permanente o periódica en la red de poros capilares. Adicionalmente se debe considerar la influencia de la temperatura sobre la velocidad de reacción y la disposición de tiempo suficiente ya que, en general, a temperatura ambiente normal la RAS se manifiesta en las estructuras de hormigón luego de algunos años. 316

317 En la figura se observan conceptualmente la curva típica de expansión donde se identifican 3 períodos característicos: el primero es el de inducción donde se inicia la reacción a través de la acción de los iones presentes en la solución de poros que actúan sobre los minerales reactivos de los agregados, luego se presenta el período de reacción franca donde se acelera la expansión para finalmente entrar al período de amortiguamiento donde hay un agotamiento de alguno de los reactivos intervinientes en la reacción (por ejemplo la falta de álcalis disponibles). Figura Curva típica de RAS para un agregado reactivo de reacción media o rápida. El efecto destructor de la expansión está relacionado con: el contenido de álcalis en el cemento, la forma y unión de estos álcalis en el mismo, el tipo de cemento, la naturaleza mineralógica de los áridos, así como con la cantidad y tamaño máximo de los mismos, porosidad del hormigón, y presencia de agua. También puede influir, aunque no de forma tan importante, el contenido de álcalis en el agua de amasado, los aditivos, la temperatura y humedad relativa del ambiente, y la tensión mecánica a que esté sometido el hormigón. Los álcalis libres y peligrosos proceden del cemento ya que los que acompañan al agua de amasado pueden considerarse despreciables. No pueden indicarse cifras concretas de contenido de álcalis puesto que la agresión está muy relacionada con la presencia de otros factores. Los daños que presentan los hormigones dañados por la reacción áridotálcali se manifiestan en forma de pequeñas fisuras de forma irregular que aparecen en la superficie del hormigón con aspecto de "espuela de gaucho", o en forma de cráteres localizados en cuyos bordes pueden aparecer las gotas de gel blando antes mencionado. Para cada árido existe un contenido máximo de álcalis para el que el riesgo de expansión es mayor y por encima del cual este riesgo decrece. Dependiendo del tipo de cemento utilizado los álcalis pueden ser hidratados en su totalidad o sólo en parte como consecuencia de existir un tanto por ciento de estos unidos en forma tan compleja que impide su reacción, sin embargo, en los cementos portland la totalidad de los álcalis es susceptible de reaccionar. Si los áridos son reactivos el tanto por ciento de álcalis en el cemento, expresados como: Na 2 O K 2 O debe ser igual o inferior a 0.6 %. 317

318 Los cementos portland con adiciones se comportan mejor que los que no las llevan debido a que en estos últimos la velocidad de difusión de los cationes, después de varios días de hidratación, es varias veces superior a la que tiene lugar en los cementos con adición, por ejemplo, de escorias. Los cementos con adición tienen la ventaja, por otra parte, de que si están bien curados son más impermeables que los portland, como puede verse en la figura Figura Efecto del curado sobre la permeabilidad de hormigones de cementos con diferente contenido en adiciones activas. Se ha observado que la expansión provocada por este tipo de reacción en cementos siderúrgicos con contenidos de escorias superiores al 60 %, tiene lugar a una velocidad de 100 a 1000 veces más reducida que en los hormigones de cemento portland. En los cementos puzolánicos fabricados con puzolanas naturales o con cenizas volantes se observa un efecto parecido en cuanto a velocidad de expansión. Con cualquiera de estos cementos el contenido de álcalis no es un criterio válido para conocer la actividad de éstos. En la tabla se dan los tipos de rocas reactivas ante los álcalis y en la tabla los componentes reactivos frente a los álcalis. 318

319 Tabla Tipos de rocas reactivas ante los álcalis 319

320 Tabla Componentes reactivos frente a los álcalis Reacción álcali-carbonato. Otro tipo de reacción álcali- árido es la RAC (reacción álcali-carbonato) que a diferencia de la RAS- se produce con el uso de agregados carbónicos (calizas, dolomitas) y en tiempos muy inferiores, encontrándose obras con signos evidentes de reacción luego de sólo 2 o 3 meses aunque también existen antecedentes de RAC donde los efectos se manifestaron luego del año de edad. Las reacciones de los álcalis no sólo se producen con los áridos de naturaleza silícea sino también con aquellos otros que contengan carbonatos como los de magnesio o calcio y magnesio, según la reacción. CaMg(CO ) + 2NaOH CaCO + Na CO + Mg(OH) La reacción anterior se denomina de deadolomitación y la dolomita es reemplazada por 2 fases sólidas (brucita y calcita), mientras que el carbonato alcalino es una solución. Esta reacción produce expansiones en el interior de las rocas reactivas que, en caso de ser superiores a las admisibles por la roca, producen la fisuración de la roca y del hormigón El carbonato sódico formado en la reacción anterior puede reaccionar con la cal liberada regenerando a los álcalis, según la reacción: Na CO + Ca(OH) CaCO + 2Na(OH) con lo cual el proceso agresivo continúa

321 A diferencia de la RAS que puede ser evitada a través del uso de adiciones minerales activas o sales de litio, en el caso de RAC estas no resultan efectivas y sólo puede evitarse a través de alguna de las siguientes medidas: (i).- Evitar el uso de calizas y dolomitas que hayan demostrado en obra o en ensayos de laboratorio ser potencialmente reactivas (ii).- Reducir el tamaño máximo del agregado grueso reactivo debajo del valor crítico para evitar su carácter deletéreo (iii).- Reducir el contenido total de álcalis en el hormigón En la figura se observa en el gráfico (a) que también existe una importante influencia de la temperatura de exposición sobre la expansión del hormigón. Esto indica que en zonas frías la RAC resultaría menos deletérea debido a una menor velocidad de reacción. Por otra parte ya se mencionó la influencia del tamaño del agregado grueso en la expansión, esto se observa claramente en el gráfico (b) donde las fracciones finas presentan menores valores de expansión. Figura Influencia de la temperatura y el tamaño del agregado grueso sobre la expansión por RAC A este tipo de agresividad se le suele prestar menos atención que a la reacción de los álcalis con áridos silíceos y sin embargo, puede dar lugar a problemas serios. La susceptibilidad de los áridos aumenta con el contenido de alúmina que contengan éstos. En el caso de este tipo de reacción de los álcalis sobre los áridos de naturaleza dolomítica, los cementos con adiciones activas se comportan mucho mejor que los que no las tienen. La reacción álcali-árido silíceo se presenta con mucha frecuencia en países como Estados Unidos, Canadá, Escandinavia, Australia, Nueva Zelanda, India y algunos otros. En España no suele ser un tipo de agresión preocupante al no ser frecuente la existencia de áridos reactivos, no obstante, cuando se trate de grandes obras como presas o cuando, sin ser obras de gran volumen, existan dudas sobre su presencia deberán realizarse ensayos. 321

322 Ataque por álcalis. Al ser el hormigón un material alcalino parece, en principio, que no debería ser atacado por las disoluciones alcalinas, y esto es cierto si estas son de baja concentración en bases débiles; sin embargo, si las disoluciones son de bases fuertes se producen unas reacciones de intercambio que pueden producir la lixiviación de los silicatos y aluminatos dando lugar a daños en el hormigón que, en el caso en que existan alternancias de humedad y secado, pueden agravarse por causa de la expansión provocada por los cristales formados. El ataque por álcalis suele darse en aguas industriales que contengan o estén en contacto con álcalis fuertes, pero prácticamente no se dan con aguas naturales en las que el contenido en álcalis es muy reducido. Los cementos aluminosos son muy sensibles a estos ataques incluso cuando se trata de medios con débil alcalinidad. Los cementos portland se comportan muy bien y siempre mejor que los que llevan adiciones, siendo su resistencia a este tipo de ataque tanto mayor cuanto más reducido sea su contenido en aluminato tricálcico Ataque ácido por acción bacteriana. Es el caso típico de los conductos de desagüe cloacal. En la figura se muestra un esquema donde el líquido cloacal se fermenta por la acción de las bacterias y desprende sulfuro de hidrógeno y metano que reaccionan en la superficie del hormigón que se encuentra sobre el nivel de agua con el CO 2 y el vapor de agua formando carbonatos y sulfatos de calcio. Esta deposición causa la reducción del ph superficial del hormigón por debajo de 9 lo que facilita la proliferación de colonias bacterianas. Algunos de dichos microorganismos secretan ácido causando la reducción localizada del ph donde se reproducen nuevas colonias de bacterias más resistentes que secretan más ácido hasta crear zonas de ph muy ácidas donde proliferan los thiobacilus que oxidan el H 2 S típico del ambiente cloacal para formar ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) que ataca fuertemente al hormigón. Este tipo de degradación resulta más intensa en áreas planas y climas cálidos pudiendo degradar rápidamente tanques y conductos. Para disminuir los efectos de este ataque se recomienda el uso de hormigones compactos elaborados con agregados gruesos calizos o dolomíticos. La adición de microsílice tiende a mejorar el desempeño de hormigones sometidos a este tipo de ataque. También se recomienda el uso de protecciones, recubrimientos, formas, ventilaciones y otras acciones que tiendan a evitar o minimizar el desarrollo de los microorganismos. 322

323 Figura Esquema del ataque ácido causado por la acción bacteriana en un conducto de desagüe cloacal Corrosión de armaduras y otros metales embebidos en el hormigón. En un medio acuoso, la corrosión metálica es un proceso del tipo electroquímico que supone la existencia de una reacción de oxidación y otra de reducción debido a la circulación de iones a través de un electrolito (pila electroquímica). Sobre la superficie del metal se generan dos zonas donde en el ánodo se producirá la oxidación: Me Me +n + ne - liberándose electrones, que emigran a través del metal hacia otro lugar donde producen la reducción de los iones hidrógeno en medios ácidos presentes en el electrolito: 2 H e - H mientras que el oxígeno disuelto en el agua en medios alcalinos y neutros para formar oxihidrilos: 2 O e - 4 OH - Entonces la corrosión a través del metal y del electrolito entre el ánodo y el cátodo es un circuito cerrado que no puede funcionar si se interrumpe en algún punto lo que generaría la detención del proceso de corrosión. 323

324 (a) (b) (c) Figura (a).- Oxidación del hormigón por formación de una pila. (b).- Mecanismo de coorossión electroquimica (c).- Mecanismo de coorossión electroquimica en presencia de cloruros 324

325 No todos los metales presentan la misma tendencia a oxidarse, incluso los denominados metales nobles conservan indefiniblemente su forma elemental. En la tabla se presenta la llamada serie electroquímica de los metales que los ordena de acuerdo a su tendencia a oxidarse tomando como cero arbitrario la oxidación de hidrógeno a protón. Tabla Potenciales normales de electrodo. El proceso de corrosión en un medio acuoso se produce como producto de las reacciones de equilibrio de los iones en disolución, es decir que al depender en forma directa o indirecta de los iones del agua, su velocidad depende del ph del medio. En la figura se indica el diagrama simplificado de Pourbaix que establece las condiciones de ph y potencial en las que el metal se corroe, pasiva o permanece inmune. Mientras que en el estado de inmunidad el metal no se oxida debido a la ausencia de condiciones termodinámicas que favorezcan el proceso, en el estado de pasividad el metal se recubre de una fina capa de óxido que actúa como barrera, impidiendo la oxidación en profundidad. 325

326 Figura Diagrama simplificado de Pourbaix para el Fe a 25 C. Adicionalmente al ph, la velocidad de corrosión depende de la naturaleza del electrolito, el contenido de oxígeno y la resistividad del medio. Las formas que puede adoptar la corrosión son diversas y se suelen clasificar por el tamaño del área afectada, siendo los tipos más frecuentes la generalizada, la localizada, por picaduras y la fisurante que se esquematizan en la figura En general, las armaduras embebidas en el hormigón sufren de corrosión generalizada debido a una disminución del ph del medio, siendo la causa más frecuente la carbonatación del hormigón de recubrimiento, mientras que la corrosión localizada por picaduras se debe a la acción de iones despasivantes (generalmente cloruros aunque también los sulfatos y sulfuros) y el agrietamiento resulta típico de las armaduras altamente tensionadas. 326

327 Figura Esquema de la morfología de la corrosión. La corrosión de armaduras ha sido identificada desde hace varias décadas como la causa más frecuente de deterioro de las estructuras de hormigón armado, es por ello que desde allí se han propuesto varios modelos de predicción. Sin dudas el modelo más conocido es el modelo simplificado de Tuutti, indicado en la figura , que propone un grado de deterioro en función del tiempo, donde durante un cierto tiempo denominado de iniciación no se observa deterioro pero a partir de este punto éste es progresivo. A pesar de su alta difusión, este modelo es puramente cualitativo por lo que su utilidad, por el momento, resulta sólo a los fines didácticos. La penetración de cloruros y el grado de carbonatación del hormigón de recubrimiento actúan como factores desencadenantes durante el período de iniciación, mientras que la presencia de oxígeno, temperatura y humedad actúan como factores acelerantes. 327

328 Figura Modelo simplificado de Tuutti sobre vida útil respecto de la corrosión Los iones cloruro tienden a destruir la capa pasivante provocando fundamentalmente la corrosión localizada conocida por picaduras. Los cloruros se encuentran presentes en el hormigón debido al aporte que pueden realizar los materiales componentes (fundamentalmente aditivos, agua de mezclado y agregados) y/o al aporte externo a través de la red de poros. El primer caso se controla a través de la verificación de los contenidos de cloruros de los materiales componentes cumpliendo los límites recomendados por los reglamentos. El segundo resulta de más difícil control ya que depende del grado de agresividad del medio, es por ello que en cada caso se deberá establecer las características de diseño del hormigón sobre todo en ambientes marinos o en puentes y carreteras en zonas de clima frío donde se prevé el uso de sales descongelantes. Figura Esquema de variación del contenido crítico de cloruros en función de la calidad del hormigón y la humedad ambiente. 328

329 Los límites de cloruros aceptados en los reglamentos generalmente se relacionan proporcionalmente al contenido de cemento. Estos límites se refieren a los cloruros totales, a pesar que sólo una parte de los presentes en la masa del hormigón se combinan con las fases ferroaluminosas formando cloroaluminatos que se suman a las fases sólidas de la pasta cementicia, resultando agresivos únicamente los cloruros disueltos en la solución de poros. Sin embargo los cloruros combinados pueden disolverse debido al fenómeno de carbonatación y tornarse agresivos. Cuando el ataque es externo, la velocidad de penetración de cloruros en el hormigón depende de la concentración de cloruros, la naturaleza del catión que acompaña al cloruro, la calidad del hormigón de recubrimiento, la temperatura de exposición, la humedad ambiente y el ancho y cuantía de fisuras. La profundidad de penetración por difusión se ajusta aproximadamente a la siguiente ley de proporcionalidad: donde: x= K t x = Profundidad de penetración de cloruros K= Constante que depende del hormigón y las condiciones de exposición T = Tiempo La presencia de fisuras tiende a aumentar considerablemente la velocidad de corrosión, sin embargo cuando estas presentan anchos inferiores a los 0,4 mm, los propios productos de corrosión se encargan de obturarlas, resultando en estos casos más significativas la influencia del espesor y calidad del recubrimiento. En la figura , se observa la influencia de las fisuras con anchos mayores de 0,4 mm sobre la carbonatación y difusión de cloruros sobre la corrosión localizada. Por otro lado existe la corrosión generalizada producida fundamentalmente por una despasivación de las armaduras debido a un descenso del ph del hormigón de recubrimiento por debajo de 9. El proceso de disminución de la alcalinidad se debe a una carbonatación de los compuestos básicos que se combinan con el CO 2 y SO 2 atmosférico que son de carácter ácido. La velocidad de carbonatación del hormigón sigue una ley de proporcionalidad similar a la difusión de cloruros. La determinación del espesor carbonatado en el hormigón resulta especialmente sencilla a través del uso de indicadores como la fenoftaleína que se torna de coloración rojo-púrpura en la zona carbonatada. Figura Esquema de la influencia de las fisuras en la corrosión localizada de armaduras. 329

330 La corrosión de las armaduras afecta la capacidad mecánica del acero, fisura al hormigón y afecta la adherencia acero/hormigón. Los productos de corrosión resultan de mayor volumen que el acero original produciendo tensiones radiales a las armaduras que generan tracciones que el hormigón no puede resistir generándose una disminución de la adherencia y fisuras en el hormigón de recubrimiento. En general para mejorar la durabilidad de las estructuras de hormigón armado ante la corrosión se recomienda la ejecución de un hormigón con las siguientes características: baja relación a/c (agua/cemento, en masa) contenido unitario de cemento superior a 350 kg/m 3 asentamiento compatible con las condiciones de colocación recubrimientos adecuados protección y curado Adicionalmente, cuando las condiciones de exposición resultan muy agresivas o se prevé una vida útil mayor a la habitual puede resultar necesario tomar precauciones adicionales como: uso de aditivos inhibidores de corrosión pinturas o recubrimientos sobre el hormigón recubrimientos epóxicos o galvánicos sobre las armaduras protección catódica Cada una de estas medidas de protección presentan virtudes y defectos, resultando adecuadas en mayor o menor proporción de acuerdo al medio agresivo al cual estará sometida la estructura y la facilidad técnicoeconómica de aplicación. En la tabla se indica a modo ilustrativo los distintos casos. Tabla Análisis de los métodos habituales de protección de armaduras En la figura se observa un esquema simplificado del riesgo de fisuración en las diferentes zonas marinas, siendo las zonas de salpicaduras y la zona de atmósfera marina las más afectadas. Conociendo que la mayor parte de las construcciones se realizan en la zona de atmósfera marina (típica de las ciudades de la costa atlántica de la Pcia. de Buenos Aires) resulta evidente que en estas construcciones se deberían extremar las medidas precautorias de manera de asegurar la vida útil de servicio para el cual fueron proyectadas. 330

331 Figura Esquema de las zonas marinas y su correspondiente riesgo de figuración. Adicionalmente a las barras de acero que forman parte de los distintos elementos de las estructuras de hormigón armado con el fin principal de tomar esfuerzos de tracción generados por efectos de flexión y corte o torsión, o de ayudar a tomar esfuerzos de compresión en el caso de elementos fuertemente comprimidos o, simplemente, como control de fisuración y/o a los efectos constructivos, el hormigón puede tener embebidos otros metales como aluminio, cobre, zinc y otros metales, así como otros materiales como los plásticos o la madera. La corrosión del aluminio se produce fundamentalmente cuando éste material está en contacto con la armadura de acero y resulta especialmente dañina en presencia de una alta concentración de cloruros. El uso de inhibidores del tipo nitrito de calcio demostró ser efectivo para evitar este tipo de corrosión. Un caso diferente es el del cobre y sus aleaciones que normalmente no se corroe en contacto con el hormigón, esto se demuestra con el excelente comportamiento de las cañerías de aleaciones de cobre utilizadas embebidas en el hormigón durante muchos años y solamente se han reportado casos de corrosión de caños de cobre en presencia de amoníaco. En el caso del zinc, resulta conocido que reacciona con los materiales alcalinos, sin embargo suele utilizarse para galvanizar armaduras en caso de estructuras de hormigón sometidas a ambientes con alta concentración de cloruros, especialmente si se utilizan inhibidores de corrosión del tipo nitrito de calcio. También en estos casos puede utilizarse armaduras de acero inoxidable (aleación de cromo-níquel) que posen un excelente desempeño similarmente a la plata y al estaño. Los plásticos que últimamente se utilizan en juntas waterstops, cañerías, separadores de armaduras y otros embebidos en el hormigón demostraron un buen comportamiento, sobre todo aquellos especialmente diseñados para soportar ambientes altamente alcalinos. 331

332 otros procesos de deterioro. Adicionalmente a la RAS y RAC existen otros procesos de deterioro que tienden a ser deletéreos con el hormigón. Entre estos, los más frecuentes y estudiados son: (1).- Presencia de arcillas en rocas basálticas alteradas (2).- Hidratación tardía de CaO y/o MgO (3).- Ataque interno de sulfatos (ettringita diferida) (4).- Fisuración en hormigón masivo Expansiones por presencia de arcillas en rocas alteradas. La utilización de rocas basálticas puede ser habitual en diversas regiones del mundo. En general, esta roca presenta alta dureza y densidad lo que las hace indicadas para su utilización en hormigón. Sin embargo, varias canteras presentan bancos donde los basaltos se encuentran contaminados con arcillas de los tipos esmectitas o montomorillonita que poseen estructura bidimensional y de alta superficie específica lo que permite la retención de una importante cantidad de agua entre sus capas provocando un importante aumento volumétrico que puede generar tensiones internas de intensidad suficiente para destruir la roca. Muchas veces dichos procesos pueden asociarse a la RAS tanto en forma incorrecta debido a los efectos de deterioro similares como en forma correcta ya que los productos secundarios pueden participar en forma directa junto al vidrio volcánico en la RAS o también puede participar como disparador debido a la retención de agua y estado inicial de fisuración que favorece el crecimiento del gel de RAS Expansiones por hidratación tardía del CaO y el MgO. Los procesos de fabricación de cemento pórtland actualmente presentan un grado de control tan importante que no se registran antecedentes en las últimas décadas de esta causa de deterioro. Sin embargo, a los fines didácticos resulta interesante su conocimiento ya que las normas IRAM de cementos presentan límites estrictos sobre estos compuestos. La presencia de una cierta cantidad de CaO libre en el cemento pórtland puede generar expansiones cuando la hidratación de este compuesto se produce lentamente durante el período de endurecimiento de la pasta hasta su rigidez. En esta condición el aumento volumétrico puede generar tensiones y fisuras sobre todo en elementos de gran volumen. Cuando se utiliza como materia prima rocas dolomíticas debe limitarse el contenido de MgO en la formulación de la harina (material crudo que ingresa al horno de cemento dentro del cual sufre un proceso termoquímico para formar el clinker pórtland) ya que la presencia de magnesia libre en el clinker provoca una hidratación lenta de este compuesto que puede durar hasta varios años provocando la fisuración de la pasta cementicia y, consecuentemente, del hormigón Ataque interno de sulfatos. El ataque interno por sulfatos se debe a la formación de ettringita diferida en el hormigón endurecido sin el aporte externo de sulfatos. Las fuentes internas de sulfatos son: (1).- Utilización de agregados contaminados con yeso, (2).- Cemento pórtland con una elevada proporción de SO 3 (3).- Uso de aditivos o cementos de contracción compensada. 332

333 Adicionalmente, se ha encontrado en los últimos años que los hormigones curados a vapor o masivos que hayan adquirido alta temperatura resultan sensibles a la formación de ettringita diferida en presencia de cementos con moderado a alto contenido de AC Fisuración en hormigón masivo. Cuando se construyen elementos estructurales de hormigón cuya mínima sección es mayor de 75 cm, existe riesgo que la temperatura que se genera por efecto de la hidratación del cemento se eleve hasta valores que generen una expansión tal que el hormigón no soporte las tensiones de tracción que se generan durante la retracción producida durante la etapa de enfriamiento. La manera de mantener esta elevación dentro de los límites razonables es la utilización de un mínimo contenido de cemento compatible con los requerimientos de resistencia y durabilidad del hormigón, restringir la temperatura de colocación del hormigón ( 20 C), limitar el CUC (contenido unitario de cemento) y utilizar un cemento pórtland que genere bajo calor de hidratación o reemplazar parte del cemento por adiciones minerales activas. En algunos casos, estos requerimientos pueden ser reemplazados o complementados con algunas metodologías constructivas que permiten una mejor disipación de la temperatura. Sin dudas en elementos evidentemente masivos como diques y presas de hormigón, el riesgo de fisuración por efectos térmicos se maximiza y esto justifica un exhaustivo análisis de manera tal de analizar los métodos que resultan más adecuados en cada caso desde los puntos de vista técnico y económico. Una de las acciones más utilizadas para disminuir el calor de hidratación es la incorporación de altos contenidos de puzolanas. La regla del dedo gordo dice que el calor generado durante la hidratación de las puzolanas es del orden del 50 % del que generaría el cemento al cual reemplaza. Sin embargo también resultan necesaria la consideración de otros aspectos muy importantes que tienen que ver con el diseño de la mezcla como el nivel de resistencia necesario, relación (Agua/Cemento), composición, tipo y finura del cemento, Tmáx del agregado grueso, CUC, difusividad térmica, temperatura de colocación, módulo de elasticidad, etc. Adicionalmente se debe analizar la influencia de la forma y dimensiones del elemento, estrategias de hormigonado, temperatura ambiente y restricciones internas y externas de la estructura entre otros aspectos. Para ello suelen utilizarse elementos de cálculo computacional por el método de los elementos finitos que brindan información muy precisa en función del grado de precisión que se tiene sobre cada uno de los aspectos antes mencionados Fisuracion del hormigon Introducción. Uno de los inconvenientes que cabe ponérsele al hormigón es la facilidad con que se fisura y que es consecuencia de su baja resistencia a la tracción y reducida tenacidad. La fisuración parece ser la característica más negativa del hormigón. Las fisuras en el hormigón pueden ponerse de manifiesto al cabo de algunas horas, de semanas, de meses e incluso al cabo de años. Las causas de la fisuración pueden ser muy variadas y la determinación de su origen no siempre es fácil aunque, en general, puede decirse que las mismas causas producen idénticos tipos de fisuras. 333

334 Hay que señalar que las fisuras de amplitud inferior a 0.05 mm se consideran como microfisuras y no son perceptibles a simple vista, careciendo por otra parte de importancia salvo en la interrupción que producen del monolitismo e impermeabilidad del hormigón. Las fisuras de amplitud comprendida entre 0.1 y 0.2 mm no suelen ofrecer peligro de corrosión de armaduras salvo que se dé la circustancia de que el medio sea agresivo. La fisuración aparece en el hormigón cuando se crean en él tensiones, generalmente de tracción, que es incapaz de resistir. Si las causas que crean estas tensiones son muy variadas, aún lo son más, las que impiden que el hormigón sea capaz de resistirlas. A veces la fisuración es consecuencia de una acción aislada, en otras ocasiones, lo es de varias acciones combinadas; así, una microfisuración de origen estático puede ser la puerta de entrada de agentes agresivos que corroyendo las armaduras den lugar a una fisuración más enérgica. Los factores que provocan la fisuración son muy distintos, algunos de ellos pueden ser los siguientes: 1.- Alto contenido de agua en el hormigón. Cuanto mayor es el contenido de agua mayor es la retracción hidráulica y por tanto la posibilidad de que aparezcan fisuras. 2.- Alta dosificación de cemento. Esta da lugar a la necesidad de tener que emplear más agua con lo cual aparecen los mismos problemas anteriores. Es conveniente recordar que los mejores hormigones son aquéllos que proporcionan las características de resistencia y durabilidad deseadas con el menor consumo posible de cemento. 3.- Alto calor de hidratación del cemento. Un contenido excesivo de cemento, especialmente si éste es rico en silicato tricálcico, desprende una gran cantidad de calor que puede ocasionar tensiones térmicas diferenciales que sobrepasen la resistencia a tracción del hormigón especialmente a edades tempranas. 4.- Los ciclos de sequedad y humedad debidos al sol y la lluvia dan lugar a concentraciones y expansiones que pueden óriginar tracciones que causen la fisuración. 5.- Las reacciones de los álcalis del cemento con determinados áridos de naturaleza silícea pueden dar lugar a la formación de geles que originan presiones internas que provoquen la rotura del hormigón. 6.- Los cambios de temperatura. El hormigón en verano puede alcanzar 50 C y en invierno temperaturas inferiores a -10 C. Estas variaciones pueden crear acortamientos que, si están impedidos, provoquen la fisuración del hormigón. 7.- El viento seco y caliente actuando sobre el hormigón recien puesto en obra provoca una pérdida rápida de agua que da lugar a una retracción superficial que lo fisura. 8.- Los ciclos hielo deshielo, además de cambios de temperaturas, producen tensiones internas provocadas por la acción del agua al helarse en los poros del hormigón. Igualmente ocurre en el caso del empleo de sales de deshielo que son absorbidas en disolución por los poros del hormigón donde luego cristalizan generando tensiones que pueden crear fisuras. 9.- El ataque de los sulfatos sobre el aluminato tricálcico hidratado del hormigón da lugar a la formación de ettringita expansiva que crea tensiones internas de tal intensidad que con facilidad destruyen al hormigón previa fisuración del mismo Los movimientos de las estructuras debidos a asientos diferenciales o a la existencia de suelos expansivos produce fisuras muy características del hormigón Los excesos de cargas, bien estáticas o dinámicas, provocan igualmente la fisuración del hormigón La corrosión de las armaduras en el hormigón armado y especialmente cuando éste está situado en ambiente marino es una causa de fuerte fisuración debida a la expansión que experimenta el acero al corroerse. En la tabla se recogen algunos de los tipos de fisuras que con más frecuencia aparecen en el hormigón. 334

335 Tabla Tipos de fisuras que con más frecuencia aparecen en el hormigón Fisuras debidas a retracción plástica e hidráulica. El hormigón en condiciones normales presenta, durante un corto período de tiempo, que generalmente se extiende entre 2 y 4 horas, un estado plástico y maleable que permite luego de mezclado- transportar y colocar el material dentro de los encofrados para luego compactarlo y terminarlo. Este estado es conocido como estado fresco del hormigón. Luego de este corto período, el material endurece y pasa a un estado endurecido donde es capaz de tomar resistencia a través de las reacciones de hidratación de la pasta cementicia. En estado fresco, cuando no se toman las debidas precauciones, suelen presentarse fisuras de retracción plástica o asentamiento plástico además de otro fenómeno que puede depender de la exudación del hormigón y/o la protección y/o el curado entre otras causas como es la debilidad superficial. Las causas más importantes de fisuración en el hormigón son la retracción plástica y la hidráulica, éstas pueden dar lugar a fisuración como consecuencia de restricciones de deformación externas e incluso internas. 335

336 La retracción plástica del hormigón tiene lugar durante las primeras horas que siguen a su puesta en obra. Hay dos tipos de fisuras debidas a este fenómeno, unas son las de retracción plástica que tienen lugar fundamentalmente en piezas en las que predomina la superficie sobre el espesor como es el caso de losas y, otras lo son al asiento del hormigón y, ocurren normalmente en elementos de más altura. Ambos tipos de retracción suelen estar relacionados con fenómeno de segregación y exudación del hormigón. La segregación es la separación de los componentes del hormigón ya amasado y tiene su origen en las diferencias de tamaño y pesos específicos de las partículas componentes del hormigón. Las formas de segregación son (Figura ) 1.- Separación del árido grueso (mezclas muy secas: falta de agua) 2.- Separación de la pasta de cemento (mezclas muy húmedas: exceso de agua) Las consecuencias de la segregación son: Figura Formas de segregación. 1.- La mezcla pierde uniformidad en cuanto a la distribución de las partículas 2.- Produce serias dificultades en colocación y compactación 2.- Construcciones resultan defectuosas: poros y nidos Los procedimientos para evitarla son: 1- Emplear dosis agua equilibrada (depende del hormigón) 2.- Emplear áridos de granulometría adecuada 3.- Dosificar apropiadamente razón (árido grueso/árido fino) 4.- Usar dosificaciones de cemento adecuadas 5.- La segregación se reduce incorporando a la mezcla un aditivo que introduzca aire. 6.- Ejecutar correctamente los procesos: - Transporte: (i).- cuidar manejo de áridos (ii).- evitar transporte hormigón con cambios de dirección -Colocación: (iii).- evitar caída hormigón de gran altura (iv).- evitar desplazar hormigón con vibrador (v).- evitar descarga contra obstáculos -Compactación: (vi).- evitar vibrado en exceso 336

337 La exudación del agua de amasado es la tendencia del agua a ascender a la superficie del hormigón ya colocado y compactado, produciendo una decantación de los materiales sólidos. Tiene su origen hormigón constituido por materiales distinto peso especifico. La exudación se detiene cuando las partículas sólidas se tocan y no pueden decantar más o bien el cemento se rigidiza y previene mayores movimientos. Los fenómenos (Internos y Externos) que produce la exudación son: 1.- Formación de una película superficial con alto contenido de agua y sedimentos finos (de mm a 2 a 3 cm), cuyas consecuencias son las siguientes: (i).- Mayor relación (Agua/Cemento), lo que implica una menor resistencia (ii).- Capa superior mas porosa, relativamente permeable (iii).- Capa propensa al desgaste, polvorienta, mala adherencia juntas hormigonado (iv).- Aumenta riesgo de dados por congelamiento (v).- Permite acabado superficial (platachado) Los casos en que debe considerarse son: (a).- Hormigones sometidos a desgaste superficial (b).- Hormigones utilizados como relleno bajo elementos con fondo horizontal (reparaciones groutt bajo placas fundación) (c).- Juntas de hormigonado: tratamiento para eliminarla 2.- Formación de canales capilares ascendentes, cuyas consecuencias (i).- Aumenta permeabilidad del hormigón (ii).- Aumenta riesgo de daños por congelamiento Los casos en que debe considerarse son: (a).- Hormigones impermeables (por ejemplo, obras hidráulicas) (b).- Fundaciones en terrenos húmedos 3.- Exudación interna del hormigón, cuyas consecuencias son: (i).- Formación de poros bajo árido grueso y armaduras por acumulación agua ascendente. (ii).- Reducción adherencia. (iii).- Reducción impermeabilidad en plano horizontal: si existe armadura que impide el paso del agua o la exudación, ésta queda topando a la armadura y se produce un plano de falla horizontal. Los casos en que debe considerarse son: (a).- Hormigones impermeables (por ejemplo, obras hidráulicas) (b).- Fundaciones en terrenos húmedos 337

338 Los procedimientos para atenuar la exudación son: 1.- Emplear bajas dosificaciones de agua (necesaria) 2.- Usar una relación de (Agua/Cemento) más pequeña. 3.- Propiedades del cemento, la exudación disminuye con: - Alto contenido de álcalis y C 3 A - Mayor finura 4.- Mayor dosificación de cemento 5.- Utilizar una proporción adecuada de granos finos (< 150 µm). 6.- Emplear áridos de granulometría adecuada y una proporción (grava/arena) favorable ( 1,9) (cantidad arena cercana al contenido optimo de huecos grava) 7.- Aumentar la dosificación y finura de la arena (Usar arena rodada) 8.- Usar aditivos incorporadores de aire (reducen velocidad y capacidad exudación) 9.- Los aditivos retardadores aumentan la capacidad de exudación 10.- Adición de puzolana, polvo de aluminio y cloruro de calcio disminuye exudación (cuidar otros efectos adversos) 11.- Aumentar tiempo de amasado (facilita adecuado humedecimiento y retención del agua en los sólidos) 12.- Demorar operaciones de terminación 13.- Colocar hormigón en capas delgadas 14.- A mayor temperatura mayor velocidad de exudación pero igual capacidad de exudación total 15.- A mayor velocidad viento mayor velocidad y capacidad de exudación 16.- En caso de hormigones de relleno, agregar aditivo expansivo (polvo de aluminio en dosis 2,5 a 3 gramos por saco cemento (42,5 kg.)) Entre los defectos más frecuentes producidos en el estado fresco del hormigón se encuentran las fisuras de retracción plástica y las de asentamiento plástico. Las primeras se producen en elementos del tipo plano o cáscara, donde una dirección resulta poco significativa respecto de las otras dos e implica el hormigonado de grandes superficies no protegidas como puede ser el caso de las losas de estructura, de pavimento o de piso, que al estar sometidas a condiciones atmosféricas que favorezcan una rápida evaporación del agua superficial (velocidad de evaporación > velocidad de exudación), sufren una contracción diferencial que genera las fisuras. Las segundas tienden a ser más frecuentes en elementos de mayor espesor como vigas, tabiques y columnas aunque en casos extremos también se presentan en losas y otras estructuras laminares cuando la exudación del hormigón resulta excesiva. Las fisuras de retracción plástica resultan en general relativamente cortas, poco profundas y erráticas (aunque a veces se muestran paralelas) que pueden aparecer en el estado fresco del hormigón durante los trabajos de terminación en días ventosos, con baja humedad y alta temperatura del aire. La rápida evaporación de la humedad superficial supera a la velocidad ascendente del agua de exudación, causando que la superficie del hormigón se contraiga más que el interior. Mientras el hormigón interior restringe la contracción del hormigón superficial, se desarrollan tensiones de tracción que exceden la resistencia del hormigón y consecuentemente se desarrollan fisuras en la superficie. Las fisuras de retracción plástica varían desde unos pocos centímetros de largo hasta 1,50 ó 2,00 m y suelen tener una profundidad de 2 a 3 cm aunque pueden penetran hasta la mitad o más del espesor de la losa cuando las condiciones ambientales son muy adversas y las prácticas de protección y curado resultan deficientes. En la figura pueden verse las fisuras de retracción plástica en pavimento urbano y una losa de estructura. 338

339 Figura Fisuras de retracción plástica en pavimento urbano y losa de estructura. 339

340 La capacidad de frenar la fisuración de un hormigón depende no sólo de la retracción potencial que experimente sino también de su extensibilidad, es decir, de su propia capacidad de deformación; desde este punto de vista, un hormigón muy deformable permitirá grandes cambios de volumen sin riesgo de fisuración. Por otra parte, cuanto mayor sea la resistencia a tracción del hormigón menor será el peligro de que rompa, pero hay que tener en cuenta que a altas resistencias corresponden altos módulos de elasticidad y por tanto pequeñas deformaciones, lo que parece un contrasentido debido a que para que no haya fisuración se precisan altas resistencias y deformabilidades. Sin embargo, estas altas deformaciones las proporciona la fluencia del hormigón que es grande a corta edad y se va reduciendo con el transcurso del tiempo, lo que ocasiona que el peligro de fisuración aumente con él, para iguales resistencias y retracciones. Uno de los factores que más influyen en la fisuración del hormigón por retracción es la cantidad de agua de amasado debido a que ésta incrementa la retracción a la vez que disminuye las resistencias mecánicas. Las dosificaciones altas de cemento, aunque aumentan la retracción, tienen la parte positiva de incrementar las resistencias, al igual que ocurre con la finura de molido de los cementos. Las arcillas procedentes de los áridos dan lugar a mayor retracción y riesgo de fisuración. Los hormigones que adquieren altas resistencias iniciales se rigidizan fácilmente y, por tanto, no se acomodan a las deformaciones por retracción presentado, por consiguiente, alta tendencia a fisurarse. La fisuración del hormigón por retracción, en general, no se puede atribuir a una causa única sino que es consecuencia de la acción conjunta de varios factores que actúan simultáneamente. En la retracción por asentamiento del hormigón se produce una expulsión hacia el exterior del agua motivada por el empuje generado sobre ella por los elementos sólidos sometidos a la acción de la gravedad, con lo que se produce un asiento del hormigón fresco y una disminución el volumen del mismo. Si el movimiento de descenso está impedido por las armaduras o por el encofrado se producirá una retracción diferencial que dará lugar a la aparición de fisuras. Las fisuras, en este caso, suelen coincidir con las líneas de situación de las barras de armado. En la figura se observa claramente la forma que una viga recién hormigonada que sufre asentamiento plástico y la armadura longitudinal superior y los estribos sirven de restricción produciéndose la fisuración del hormigón en coincidencia casi perfecta con las armaduras. Estas fisuras afectan la durabilidad de las armaduras y la adherencia acero-hormigón de éstos y otros elementos estructurales y se produce por la conjunción del asentamiento plástico propiamente dicho y un espesor de recubrimiento inadecuado. En general, aquellos hormigones que son adecuadamente diseñados con relaciones (agua/cemento en masa) suficientemente bajas, con contenidos de agua adecuados, con asentamiento bajo compatible con las condiciones de colocación y compactación, con agregados limpios y de buena cubicidad, en proporciones racionales, colocados y compactados adecuadamente que son protegidos de la pérdida superficial de agua inmediatamente, no presentan fisuras en estado fresco. 340

341 (a) (b) Figura (a).- Fisuras por asentamiento plástico en vigas de hormigón armado (b).- Fisuras por asentamiento plástico columna de hormigón armado y panel premoldeado. La retracción plástica tiene lugar cuando se produce una evaporación rápida del agua en la superficie del hormigón sin dar tiempo a que sea sustituida por la que migra hacia ella desde el interior de la masa. Las fisuras pueden ser de "aforagado" y son consecuencia de una retracción superficial y enérgica producida por una desecación debida a temperaturas altas o viento seco. Las fisuras de aforagado se presentan con una distribución caprichosa cortándose unas a otras dando lugar a que, a veces, aparezcan fuertes concentraciones de fisuras localizadas en zonas de superficie reducida y que se denominan "nidos de fisuras". Las fisuras de aforagado no siguen líneas determinadas sino que se ramifican o presentan sinusoidades debido a que, como ocurre en un hormigón con poca resistencia, han de adaptarse al contorno de los áridos a los que no pueden atravesar. 341

342 Por otra parte, estas fisuras son siempre superficiales y de pequeña profundidad, no llegando, en general, a los 10 cm. Si la pérdida de agua por evaporación es grande aparecen fisuras que pueden tener una anchura de 2 a 3 mm siendo más anchas en la superficie que en el interior de la pieza. Estas fisuras en el caso de losas suelen ser perpendiculares a la mayor dimensión de las mismas aunque, a veces, aparecen formando ángulos de 45 con respecto a sus ejes. La separación entre ellas puede ser de 1 m o más. Las fisuras de retracción hidráulica de un elemento, por ejemplo una viga, lo seccionan totalmente según un plano perpendicular al eje mayor de la pieza (Figura ). Las fisuras de retracción plástica pueden evitarse mediante un buen proyecto de la mezcla y con un curado adecuado que evite la evaporación y proteja al hormigón del calor al menos durante las primeras horas o días según los casos. Las armaduras no sólo impiden la fisuración por retracción plástica sino que a veces pueden contribuir a agravar el problema. Figura Fisura de retracción hidráulica en una viga Fisuras debidas a retracción térmica. La fisuración por retracción térmica suele tener lugar en losas, paredes o vigas que están unidas monolíticamente en sus extremos a estructuras masivas o muy rígidas; el acortamiento provocado por la retracción origina fuertes tensiones de tracción que si superan la resistencia del hormigón a esta solicitación dará lugar a su rotura. Dos pueden ser los orígenes de fisuración térmica: uno, radica en la deformación que experimenta un elemento al enfriarse desde la alta temperatura provocada por la hidratación del cemento, las fisuras formadas en este caso tienen a confundirse con las de retracción hidráulica y aparecen generalmente en elementos de gran longitud como pueden ser vigas, paredes o losas, debiendo procurar para evitarlas utilizar cementos de bajo calor de hidratación, enfriar bien al hormigón o bien, hormigonar por tramos cortos dejando endurecer en cada uno de ellos al hormigón. 342

343 El otro, es consecuencia de un enfriamiento importante en un elemento endurecido de gran longitud e impedido en su deformación, o de un calentamiento diferencial como el que tiene lugar en las zonas interna y externa de una chimenea, cámara frigorífica, etc. El hormigón en estado endurecido también resulta sensible desde el punto de vista dimensional a los cambios de temperatura. Este fenómeno debe ser adecuadamente considerado por los ingenieros proyectistas y estructuralistas en aquellas estructuras o elementos estructurales que por su tamaño y/o exposición a gradientes térmicos determinen la necesidad de prever mecanismos constructivos para absorber las deformaciones y/o las tensiones en el caso de existir necesariamente restricciones de borde que provocan las fisuras por restricción al cambio volumétrico. A continuación se indica la fórmula a aplicar para determinar la deformación un elemento lineal sometido a un gradiente térmico T: donde: L =α TL L = Valor absoluto de la dilatación/contracción α = Coeficiente de dilatación térmica lineal del hormigón T = Variación máxima de temperatura prevista entre el día y la noche ( o entre media diaria de invierno y media diaria de verano) L = Longitud de análisis Como ejemplo (ver figura caso 1) se supone una viga de hormigón clase H-21 simplemente apoyada de 35 m de luz con una sección de 0,50 m de ancho x 1,20 m de altura expuesta a la radiación solar que sufrirá un gradiente térmico máximo de 40 C (temperatura máxima de verano temperatura mínima de invierno) considerado como temperaturas medias diarias: L = 10 1/ C. 40 C. 35 m = 0, / C. 40 C. 35 m = 0,014 m (= 1,4 cm) Es decir, en este caso habría que diseñar un apoyo que sea capaz de absorber un movimiento de 1,4 cm. Suponiendo que esto resulta imposible por particularidades del proyecto, este movimiento restringido se transformaría en una carga horizontal que debería ser absorbida por la estructura (ver figura caso 2). La magnitud de este esfuerzo horizontal sería: TEI H = α L donde: Entonces: H = Carga de tracción/compresión provocada por la variación de temperatura E = Módulo de elasticidad del hormigón I= Momento de inercia de la sección del muro α = Coeficiente de dilatación térmica lineal del hormigón T = Variación máxima de temperatura prevista entre el día y la noche ( o entre media diaria de invierno y media diaria de verano) L = Longitud del elemento H = [(0, / C. 40 C) kg/cm2. 50 cm. (120 cm) 3 / 12] / 3500 cm = ,14 kg Evidentemente, la carga horizontal que provocaría una restricción al movimiento previsto resulta suficientemente importante como para ser considerada. Una falta de previsión en el proyecto o en el mantenimiento de la estructura provocaría altas tensiones que, al no ser previstas, serían deformaciones no previstas con la consecuente aparición de fisuras y grietas sin descartar el posible colapso de la estructura. 343

344 Figura Efecto de la temperatura sobre una viga de hormigón armado simplemente apoyada sin y con restricción de movimiento horizontal. Evidentemente cuando existe restricción horizontal en el movimiento se deberá prever estructuralmente el efecto de la carga horizontal provocada por el gradiente térmico. Las fisuras de origen térmico suelen confundirse con las de retracción hidráulica debido a que las formas que presentan so muy similares. Los cambios diferenciales de humedad pueden generar fisuras en el hormigón endurecido. Es el caso típico de las losas de piso o pavimento cuando la superficie inferior en contacto con el suelo húmedo mantiene una importante cantidad de agua mientras que la superficie superior expuesta a la intemperie o a otros ambientes de menor humedad relativa se seca, este gradiente de humedad en el espesor de la losa de hormigón provoca un alabeo con levantamiento de esquinas en losas rectangulares que puede provocar fisuras por incompatibilidad de deformaciones y tensiones producidas directamente por este efecto o indirectamente a través de la aplicación de una carga circulante por las esquinas que poseen un apoyo nulo o limitado sobre la base Fisuras debidas a la acción directa de cargas. Este tipo de fisuración ha sido muy estudiado en el hormigón armado. En las piezas de hormigón armado, las barras están situadas en las zonas traccionadas de las mismas a fin de que éstas absorban los esfuerzos para los que el hormigón no está capacitado. Al entrar en carga un elemento de este tipo es normal que, a partir de un determinado valor de ésta, el hormigón se fisure en sus zonas traccionadas, pero si el elemento está bien proyectado las fisuras que en él aparecerán, para las solicitaciones de servicio, serán de ancho reducido y siempre inferior a un valor que estará de acuerdo con el destino de la estructura y del medio en que vaya a ejercer su función. Las aberturas admisibles dadas por el CEB son las indicadas en la tabla

345 Tabla Aberturas máximas admisibles de las fisuras dadas por el CEB. De acuerdo con la forma de trabajar el hormigón pueden aparecer fisuras de formas muy diversas tales como de flexión, tracción, cortante, torsión, etc. Cuando una pieza de hormigón armado está sometida a carga, en el momento en que se fisura, se produce una redistribución de esfuerzos internos pasando a incrementarse la tensión del acero para compensar los esfuerzos que ha dejado de absorber el hormigón en la zona fisurada. Si las cargas siguen creciendo, el hormigón situado entre dos fisuras puede alcanzar también el agotamiento con lo que se producirán nuevas fisuras intermedias. La fisuración del hormigón armado depende de factores tales como: - Naturaleza y situación de las cargas. - Características adherentes de las barras. - Separación entre barras. - Espesor de los recubrimientos. - Espesor de las zonas traccionadas Clasificación de los ambientes agresivos Introducción. La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE. 98) prevé una serie de tablas donde clasifica distintos ambientes en función de su grado de agresividad. Antes de comenzar el proyecto, se deberá identificar el tipo de ambiente que defina la agresividad a la que va a estar sometido cada elemento estructural. Para conseguir una durabilidad adecuada, se deberá establecer en el proyecto, y en función del tipo de ambiente, una estrategia acorde con los criterios expuestos en el Capítulo VII de la EHE. Definición del tipo de ambiente. El tipo de ambiente al que está sometido un elemento estructural viene definido por el conjunto de condiciones físicas y químicas a las que está expuesto, y que puede llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a los de las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. 345

346 El tipo de ambiente viene definido por la combinación de: 1.- Una de las clases generales de exposición, frente a la corrosión de las armaduras, de acuerdo con las clases generales de exposición ambiental en relación con la corrosión de armaduras. 2.- Las clases específicas de exposición relativas a los otros procesos de degradación que procedan para cada caso, de entre las que se definirán en clases específicas de exposición ambiental en relación con otros procesos de degradación distintos de la corrosión. En el caso de que un elemento estructural esté sometido a alguna clase específica de exposición, en la designación del tipo de ambiente se deberán reflejar todas las clases, unidas mediante el signo de adición "+". Cuando una estructura contenga elementos con diferentes tipos de ambiente, el proyectista deberá definir algunos grupos con los elementos estructurales que presenten características similares de exposición ambiental. Para ello, siempre que sea posible, se agruparán elementos del mismo tipo (por ejemplo, pilares, vigas de cubierta, cimentación, etc.), cuidando además que los criterios seguidos sean congruentes con los aspectos propios de la fase de ejecución. Para cada grupo, se identificará la clase o, en su caso, la combinación de clases, que definen la agresividad del ambiente al que se encuentran sometidos sus elementos. Clases generales de exposición ambiental en relación con la corrosión de armaduras. Todo elemento estructural está sometido a una única clase o subclase general de exposición. A los efectos de esta Instrucción, se definen como clases generales de exposición las que se refieren exclusivamente a procesos relacionados con la corrosión de armaduras y se incluyen en la tabla Además de las clases recogidas en la tabla , se establece otra serie de clases específicas de exposición que están relacionadas con otros procesos de deterioro del hormigón distintos de la corrosión de las armaduras (tabla a). Un elemento puede estar sometido a ninguna, a una o a varias clases específicas de exposición relativas a otros procesos de degradación del hormigón. Por el contrario, un elemento no podrá estar sometido simultáneamente a más de una de las subclases definidas para cada clase específica de exposición. En el caso de estructuras sometidas a ataque químico (clase Q), la agresividad se clasificará de acuerdo con los criterios recogidos en la tabla b. 346

347 Tabla Clases generales de exposición relativas a la corrosión de las armaduras. 347

348 Tabla a.- Clases específicas de exposición relativas a otros procesos de deterioro distintos de la corrosión. 348

349 Tabla b.- Clasificación de la agresividad química Estrategia para la durabilidad Prescripciones generales Para satisfacer los requisitos establecidos en el Artículo 5º de la E.H.E será necesario seguir una estrategia que considere todos los posibles mecanismos de degradación, adoptando medidas específicas en función de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento. La estrategia de durabilidad incluirá, al menos, los siguientes aspectos: (a).- Selección de formas estructurales adecuadas. (b).- Consecución de una calidad adecuada del hormigón y, en especial de su capa exterior. (c).- Adopción de un espesor de recubrimiento adecuado para la protección de las armaduras. (d).- Control del valor máximo de abertura de fisura. (e).- Disposición de protecciones superficiales en el caso de ambientes muy agresivos. (f).- Adopción de medidas contra la corrosión de las armaduras Selección de la forma estructural. En el proyecto se definirán los esquemas estructurales, las formas geométricas y los detalles que sean compatibles con la consecución de una adecuada durabilidad de la estructura. Se procurará evitar el empleo de diseños estructurales que sean especialmente sensibles frente a la acción del agua. 349

350 Se tenderá a reducir al mínimo el contacto directo entre las superficies de hormigón y el agua (por ejemplo, mediante la disposición de goterones). Además, se diseñarán los detalles de proyecto necesarios para facilitar la rápida evacuación del agua, previendo los sistemas adecuados para su conducción y drenaje (imbornales, conducciones, etc.). En especial, se procurará evitar el paso de agua sobre las zonas de juntas y sellados. En la medida de lo posible, se evitará la existencia de superficies sometidas a salpicaduras o encharcamiento de agua.cuando la estructura presente secciones con aligeramientos u oquedades internas, se procurará disponer los sistemas necesarios para su ventilación y drenaje. Salvo en obras de pequeña importancia, se deberá prever, en la medida de lo posible, el acceso a todos los elementos de la estructura, estudiando la conveniencia de disponer sistemas específicos que faciliten la inspección y el mantenimiento durante la fase de servicio Prescripciones respecto a la calidad del hormigón. Una estrategia enfocada a la durabilidad de una estructura debe conseguir una calidad adecuada del hormigón, en especial en las zonas más superficiales donde se pueden producir los procesos de deterioro. Por un hormigón de calidad adecuada se entiende aquel que cumpla las siguientes condiciones: - Selección de materias primas acorde con lo indicado en los Artículos 26º al 36º. - Dosificación adecuada, según lo indicado en el Apartado , así como en el Artículo 68º. - Puesta en obra correcta, según lo indicado en el Artículo 70º. - Curado del hormigón, según lo indicado en el Artículo 74º. - Resistencia acorde con el comportamiento estructural esperado y congruente con los requisitos de durabilidad. - Comportamiento conforme con los requisitos del apartado Recubrimientos. El recubrimiento de hormigón es la distancia entre la superficie exterior de la armadura (incluyendo cercos y estribos) y la superficie del hormigón más cercana. En el caso de las armaduras pasivas o armaduras activas pretesas, se observarán los siguientes recubrimientos: (a).- Cuando se trata de armaduras principales, el recubrimiento deberá ser igual o superior al diámetro de dicha barra (o diámetro equivalente si se trata de un grupo de barras) y a 0,80 veces el tamaño máximo del árido, salvo que la disposición de armaduras respecto a los paramentos dificulte el paso del hormigón, en cuyo caso se tomará 1,25 veces el tamaño máximo del árido (ver 28.2 dela EHE Designación y tamaños del árido). (b).- Para cualquier clase de armaduras pasivas (incluso estribos) o armaduras activas pretesas, el recubrimiento no será, en ningún punto, inferior a los valores mínimos recogidos en la tabla en función de la clase de exposición ambiental (según lo indicado en el apartado: Definición del tipo de ambiente). Para garantizar estos valores mínimos, se prescribirá en el proyecto un valor nominal del recubrimiento r nom, donde: donde: = + r r nom r mín r nom = Recubrimiento nominal r mín =Recubrimiento mínimo r = Margen de recubrimiento, en función del nivel de control de ejecución. 350

351 El recubrimiento nominal es el valor que debe prescribirse en el proyecto y reflejarse en los planos, y que servirá para definir los separadores. El recubrimiento mínimo es el valor a garantizar en cualquier punto del elemento; su valor se recoge en la tabla El margen de recubrimiento es función del nivel de control de ejecución, y su valor es: 0 mm en elementos prefabricados con control intenso de ejecución 5 mm en el caso de elementos in situ con nivel intenso de control de ejecución, y 10 mm en el resto de los casos En el caso de elementos (viguetas o placas) prefabricados en instalación industrial fija, para forjados unidireccionales de hormigón armado o pretensado, el proyectista podrá contar, además del recubrimiento real del hormigón, con el espesor de los revestimientos del forjado que sean compactos e impermeables y tengan carácter de definitivos y permanentes, al objeto de cumplir los requisitos de la tabla Sin embargo, en estos casos, el recubrimiento real de hormigón no podrá ser nunca inferior a 15 mm. Tabla Recubrimientos mínimos. 351

352 (c).- El recubrimiento de las barras dobladas no será inferior a dos diámetros, medido en dirección perpendicular al plano de la curva. (d).- Cuando por exigencias de cualquier tipo (durabilidad, protección frente a incendios o utilización de grupos de barras), el recubrimiento sea superior a 50 mm, deberá considerarse la posible conveniencia de colocar una malla de reparto en medio del espesor del recubrimiento en la zona de tracción, con una cuantía geométrica del 5 por mil del área del recubrimiento para barras o grupos de barras de diámetro (o diámetro equivalente) igual o inferior a 32 mm, y del 10 por mil para diámetros (o diámetros equivalentes) superiores a 32 mm. (e).- En piezas hormigonadas contra el terreno el recubrimiento mínimo será 70 mm, salvo que se haya preparado el terreno y dispuesto un hormigón de limpieza, en cuyo caso será de aplicación la tabla No rige en este caso lo previsto en el Apartado (d). En el caso de las armaduras postesas, los recubrimientos (figura ) serán por lo menos iguales al mayor de los límites siguientes: - en dirección vertical: - 4 cm; - la dimensión horizontal de la vaina o grupos de vainas en contacto; - en dirección horizontal: - 4 cm; - la mitad de la dimensión vertical de la vaina o grupo de vainas en contacto; - la dimensión horizontal de la vaina o grupo de vainas en contacto. En los casos particulares de atmósfera fuertemente agresiva o especiales riesgos de incendio, los recubrimientos indicados en el presente Artículo deberán ser aumentados Separadores Figura Recubrimientos n el caso de las armaduras postesas. Los recubrimientos deberán garantizarse mediante la disposición de los correspondientes elementos separadores colocados en obra. Estos calzos o separadores deberán disponerse de acuerdo con lo dispuesto en el apartado 66.2 de la EHE. Deberán estar constituidos por materiales resistentes a la alcalinidad del hormigón, y no inducir corrosión de las armaduras. Deben ser al menos tan impermeables al agua como el hormigón, y ser resistentes a los ataques químicos a que se puede ver sometido este. 352

353 Independientemente de que sean provisionales o definitivos, deberán ser de hormigón, mortero, plástico rígido o material similar y haber sido específicamente diseñados para este fin. Si los separadores son de hormigón, éste deberá ser, en cuanto a resistencia, permeabilidad, higroscopicidad, dilatación térmica, etc., de una calidad comparable a la del utilizado en la construcción de la pieza. Análogamente, si son de mortero, su calidad deberá ser semejante a la del mortero contenido en el hormigón de la obra. Cuando se utilicen separadores constituidos con material que no contenga cemento, aquellos deberán, para asegurar su buen enlace con el hormigón de la pieza, presentar orificios cuya sección total sea al menos equivalente al 25% de la superficie total del separador. Se prohíbe el empleo de madera así como el de cualquier material residual de construcción, aunque sea ladrillo u hormigón. En el caso de que puedan quedar vistos, se prohíbe asimismo el empleo de materiales metálicos Valores máximos de la abertura de fisura. La durabilidad es, junto a consideraciones funcionales y de aspecto, uno de los criterios en los que se basa la necesidad de limitar la abertura de fisura. Los valores máximos a considerar, en función de la clase de exposición ambiental, serán los indicados en la tabla Tabla Valores máximos de la abertura de fisura en función de la clase de exposición ambiental Medidas especiales de protección. En casos de especial agresividad, cuando las medidas normales de protección no se consideren suficientes, se podrá recurrir a la disposición de sistemas especiales de protección. Las protecciones adicionales pueden ser susceptibles de tener una vida útil incluso más pequeña que la del propio elemento estructural. En estos casos, el proyecto deberá contemplar la planificación de un mantenimiento adecuado del sistema de protección Durabilidad del hormigón. La durabilidad del hormigón es la capacidad de comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas o químicas agresivas y proteger adecuadamente las armaduras y demás elementos metálicos embebidos en el hormigón durante la vida de servicio de la estructura. La selección de las materias primas y la dosificación del hormigón deberá hacerse siempre a la vista de las características particulares de la obra o parte de la misma de que se trate, así como de la naturaleza de las acciones o ataques que sean de prever en cada caso. 353

354 Requisitos de dosificación y comportamiento del hormigón Para conseguir una durabilidad adecuada del hormigón se deben cumplir los requisitos siguientes: (a).- Requisitos generales: - Máxima relación (Agua/Cemento), según el apartado Mínimo contenido de cemento, según el apartado (b).- Requisitos adicionales: - Mínimo contenido de aire ocluido, en su caso, según el apartado Utilización de un cemento resistente a los sulfatos, en su caso, según el apartado Utilización de un cemento resistente al agua de mar, en su caso, según el apartado Resistencia frente a la erosión, en su caso, según el apartado Resistencia frente a las reacciones álcali-árido, en su caso, según el apartado Limitaciones a los contenidos de agua y de cemento. En función de las clases de exposición a las que vaya a estar sometido el hormigón, definido de acuerdo con las tablas y , se deberán cumplir las especificaciones recogidas en la tabla a. En el caso de que el tipo de ambiente incluya una o más clases específicas de exposición, se procederá fijando, para cada parámetro, el criterio más exigente de entre los establecidos para las clases en cuestión. En el caso particular de que se utilicen adiciones en la fabricación del hormigón, se podrá tener en cuenta su empleo a los efectos del cálculo del contenido de cemento y de la relación agua/cemento. A tales efectos, se sustituirá para entrar en la tabla a el contenido de cemento C (kg/m³) por C+KF, así como la relación A/C por A/(C+KF) siendo F(kg/m³) el contenido de adición y K el coeficiente de eficacia de la misma. En el caso de las cenizas volantes, se tomará un valor de K no superior a 0,30. El Director de Obra, podrá admitir un valor de K superior al indicado, pero no mayor de 0,40 en el caso de edificación o de 0,50 en el caso de obras públicas, y siempre que ello se deduzca de la realización de un exhaustivo estudio experimental previo donde se consideren no sólo aspectos resistentes, sino también de durabilidad. En el caso del humo de sílice, se tomará un valor de K no superior a 2, excepto en el caso de hormigones con relación agua/cemento mayor que 0,45 que vayan a estar sometidos a clases de exposición H ó F en cuyo caso para K se tomará un valor igual a 1. En el caso de utilización de adiciones, los contenidos de cemento no podrán ser inferiores a 200, 250 ó 275 kg/m 3, según se trate de hormigón en masa, armado o pretensado. Una constatación experimental, de carácter indirecto, del cumplimiento de los requisitos de contenido mínimo de cemento y de relación máxima agua/cemento, se lleva a cabo comprobando la impermeabilidad al agua del hormigón, mediante el método de determinación de la profundidad de penetración de agua bajo presión, según la UNE 83309:90 EX. Su objetivo es la validación de dosificaciones, de acuerdo con lo indicado en el Artículo 85º. Esta comprobación se deberá realizar cuando, de acuerdo con la tabla , las clases generales de exposición sean III ó IV, o cuando el ambiente presente cualquier clase específica de exposición. Un hormigón se considera suficientemente impermeable al agua si los resultados del ensayo de penetración de agua cumplen simultáneamente que: - La profundidad máxima de penetración de agua es menor o igual que 50 mm. - La profundidad media de penetración de agua es menor o igual que 30 mm. 354

355 Tabla a.- Máxima relación (Agua/Cemento) y mínimo contenido de cemento Tabla b.- Resistencias mínimas compatibles con los requisitos de durabilidad 355

356 Resistencia del hormigón frente a la helada. Cuando un hormigón esté sometido a una clase de exposición F, se deberá introducir un contenido mínimo de aire ocluido del 4,5 %, determinado de acuerdo con UNE : Resistencia del hormigón frente al ataque por sulfatos. En el caso particular de existencia de sulfatos, el cemento deberá poseer la característica adicional de resistencia a los sulfatos, según la UNE 80303:96, siempre que su contenido sea igual o mayor que 600 mg/l en el caso de aguas, o igual o mayor que 3000 mg/kg, en el caso de suelos Resistencia del hormigón frente al ataque del agua de mar. En el caso de que un elemento estructural esté sometido a un ambiente que incluya una clase general del tipo IIIb ó IIIc, el cemento a emplear deberá tener la característica adicional de resistencia al agua de mar, según la UNE 80303: Resistencia del hormigón frente a la erosión Cuando un hormigón vaya a estar sometido a una clase de exposición E, deberá procurarse la consecución de un hormigón resistente a la erosión. Para ello, se adoptarán las siguientes medidas: - Contenido mínimo de cemento y relación máxima agua/cemento, según la tabla a. - Resistencia mínima del hormigón de 30 N/mm². - El árido fino deberá ser cuarzo u otro material de, al menos, la misma dureza. - El árido grueso deberá tener un coeficiente de Los Ángeles inferior a No superar los contenidos de cemento que se indican a continuación para cada tamaño máximo del árido D: D Contenido máximo de cemento 10 mm 400 kg/m³ 20 mm 375 kg/m³ 40 mm 350 kg/m³ - Curado prolongado, con duración, al menos, un 50% superior a la que se aplicará, a igualdad del resto de condiciones, a un hormigón no sometido a erosión Resistencia frente a la reactividad álcali-árido Las reacciones álcali-árido se pueden producir cuando concurren simultáneamente la existencia de un ambiente húmedo, la presencia de un alto contenido de alcalinos en el hormigón y la utilización de áridos que contengan componentes reactivos. A los efectos del presente artículo, se consideran ambientes húmedos aquellos cuya clase general de exposición, según la tabla , es diferente a I ó IIb. Para prevenir las reacciones álcali-árido, se deben adoptar las siguientes medidas: (a).- Empleo de áridos no reactivos, según el apartado de la EHE (Condiciones físico químicas de los áridos). (b).- Empleo de cementos con un contenido de alcalinos, expresados como óxido de sodio equivalente (0,658 K 2 O + Na 2 O) inferior al 0,60% del peso de cemento. En el caso de no ser posible la utilización de materias primas que cumplan las prescripciones anteriores, se deberá realizar un estudio experimental específico sobre la conveniencia de adoptar una de las siguientes medidas: 356

357 (a).- Empleo de cementos con adiciones, salvo las de filler calizo, según la UNE 80301:96 y la UNE 80307:96. (b).- Empleo de adiciones al hormigón, según lo especificado en 29.2 de la EHE referente a adiciones.. En estos casos, puede estudiarse también la conveniencia de adoptar un método de protección adicional por impermeabilización superficial Corrosión de las armaduras Las armaduras deberán permanecer exentas de corrosión durante todo el período de vida útil de la estructura. La agresividad del ambiente en relación con la corrosión de las armaduras, viene definida por las clases generales de exposición según la tabla Para prevenir la corrosión, se deberán tener en cuenta todas las consideraciones relativas a los espesores de recubrimiento, indicadas en el apartado de recubrimientos ( ). Con respecto a los materiales empleados, se prohíbe poner en contacto las armaduras con otros metales de muy diferente potencial galvánico. Asimismo, se recuerda la prohibición de emplear materiales componentes que contengan iones despasivantes, como cloruros, sulfuros y sulfatos, en proporciones superiores a las indicadas en los Artículos 27º, 28º y 29º de la EHE Corrosión de las armaduras pasivas Además de la limitación específica del contenido de iones cloruro para cada uno de los materiales componentes, se deberá cumplir que el contenido total de cloruros en un hormigón que contenga armaduras no activas, sea inferior a los siguientes límites: - obras de hormigón armado u obras de hormigón en masa que contenga armaduras para reducir la figuración 0,4% del peso del cemento Corrosión de las armaduras activas En el caso de estructuras pretensadas, se prohíbe el uso de cualquier sustancia que catalice la absorción del hidrógeno por el acero. Además de la limitación específica del contenido de iones cloruro para cada uno de los materiales componentes, el contenido total de cloruros en un hormigón pretensado no deberá superar el 0,2% del peso del cemento. Se prohíbe la utilización de empalmes o sujeciones con otros metales distintos del acero, así como la protección catódica. Con carácter general, no se permitirá el uso de aceros protegidos por recubrimientos metálicos. El Director de Obra podrá permitir su uso cuando exista un estudio experimental que avale su comportamiento como adecuado para el caso concreto de cada obra Protección y conservación de las armaduras activas y de los anclajes Se adoptarán las precauciones necesarias para evitar que las armaduras activas, durante su almacenamiento, colocación, o después de colocadas en obra, experimenten daños, especialmente entalladuras o calentamientos locales, que puedan modificar sus características o dar lugar a que se inicie un proceso de corrosión Selección del tipo de cemento. En la tabla se da el tipo de cemento según el tipo de aplicación. Por su parte, en la tabla se da el tipo de cemento a utilizar según las circunstancias de hormigonado. Finalmente, en la tabla se da el tipo de cemento a utilizar según la clase de exposición. 357

358 Tabla Selección del tipo de cemento a utilizar según el tipo de aplicación. 358

359 Tabla Selección del tipo de cemento a utilizar según las circunstancias de hormigonado. 359

360 Tabla Selección del tipo de cemento a utilizar según la clase de exposición. 360

361 12.- Nomenclatura del hormigón. Los hormigones se tipifican según el siguiente formato: T - R / C / TM / A donde: T = Indicativo que será HM en el caso de hormigón en masa, HA en el caso de hormigón armado y HP en el de pretensado R = Resistencia característica especificada, en N/mm² C = Letra inicial del tipo de consistencia TM = Tamaño máximo del árido en milímetros A = Designación del ambiente En cuanto a la resistencia característica especificada, se recomienda utilizar la siguiente serie: El 20 solo se puede utilizar en hormigón en masa y 50 es la máxima resistencia avalada por la EHE. 361

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