Objetivos Docentes del Tema 7:

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1 Tema 7: Microestructura y propiedades del Hormigón. 1. El proceso conglomerante. 2. Propiedades en estado fresco. 3. Microestructura en estado fresco y endurecido. 4. Propiedades en estado endurecido. A. Propiedades físicas B. Propiedades mecánicas 5. Caracterización: Ensayos de hormigones TÉCNICA DEL HORMIGÓN Y SUS APLICACIONES Curso EUAT. Campus de Guadalajara Profesor Gonzalo Barluenga Badiola Objetivos Docentes del Tema 7: Conocer el proceso de elaboración, evolución y cambios microestructurales que condicionan y determinan las propiedades tecnológicas del hormigón en estado fresco y endurecido. Conocer los procedimientos de ensayo de caracterización de hormigones. Aplicar las relaciones principales entre los parámetros de caracterización de hormigones en estado fresco y endurecido. 1

2 Propiedades del hormigón Son diferentes en estado fresco (plástico) y en estado endurecido (rígido). En estado fresco, debe ser fácil de colocar en molde, limitando la energía de compactación (trabajabilidad). El proceso de hidratación del cemento produce el cambio en la microestructura y del comportamiento. Endurecido, debe alcanzar resistencia mecánica y frente a acciones exteriores (durabilidad). La correcta hidratación del cemento condiciona las propiedades en estado endurecido (protección y curado) Dependen de la dosificación y componentes, amasado, compactación, curado, ambiente y edad del hormigón. El proceso conglomerante Cemento + agua + áridos (se añaden los aditivos y adiciones) Hormigón en estado fresco (comportamiento plástico) Amasado (mezclado) Hormigón fraguado (rigidez y poca resistencia) Fraguado (hidratación) Endurecimiento Hormigón en estado endurecido (rigidez y resistencia, fractura frágil) 2

3 Propiedades del hormigón en estado fresco Tiempo de amasado: para obtener una masa homogénea se requiere energía mecánica (amasadora). Trabajabilidad: facilidad para conformar el material (consistencia y docilidad). Determina el tipo y tiempo de compactación. Segregación: Separación de los componentes por una incorrecta dosificación o excesiva compactación. Retracción: El fraguado y la evaporación de agua no combinada modifica el volumen del hormigón (merma). Pueden aparecer tensiones que, si superan la resistencia a tracción, pueden romper el hormigón (fisuración). Docilidad Es la facilidad con que el hormigón fresco es manejado, transportado, colocado y compactado en los moldes y encofrados con la mínima pérdida de homogeneidad. La docilidad de un hormigón aumenta con el contenido de árido fino, con la dosificación de cemento, con el empleo de cenizas volantes, con el uso de aditivos plastificantes y con el aumento del agua de amasado. Depende de la forma y tamaño del molde y de los medios de compactación Se valora determinando la consistencia y el tiempo de vibrado. 3

4 Consistencia Es la oposición que presenta el hormigón fresco a experimentar deformaciones. Se mide por el asiento de la masa en el cono de Abrams (UNE-EN 12350:06) Depende de la forma, granulometría y tamaño máximo del árido, de la dosificación de cemento, de la cantidad de agua de amasado y del eventual empleo de aditivos. Propiedad muy sensible al agua de amasado. Un 3% más de agua produce incrementos de asiento de 2,5 cm. Consistencia del hormigón en estado fresco 4

5 Consistencia de mezclas secas (Vebe) Consistómetro Vebe Modificadores de la Consistencia Mecanismo de defloculación (fludificantes) 5

6 Microestructuras del hormigón A edades tempranas (< 24 horas) el hormigón pasa por tres estados diferentes: 1. Plástico: estado líquido en el que tiene comportamiento viscoelástico 2. Semiplástico: tras el inicio de fraguado se comienza a formar un esqueleto sólido. Pasa de comportarse como un líquido a hacerlo como sólido. 3. Rígido: tras el fin de fraguado, el hormigón es rígido y empieza a adquirir resistencia conforme se completa la hidratación (inicio del endurecimiento). Evolución de la microestructura 6

7 Proceso de hidratación del cemento Fraguado e hidratación Evolución del aporte calorífico del proceso de hidratación de una pasta de cemento (Mindess y Young, 1981 en Weiss, 2002) 7

8 Tiempo de fraguado FRAGUADO ENDURECIMIENTO SCHINDLER, Prediction of Concrete Setting Grado de hidratación y resistencia Evolución de las propiedades mecánicas en función del grado de hidratación del cemento (Gutsch, 1995 en Altoubat y Lange, 2001). 8

9 Porlandita Productos de hidratación del cemento Ettringita Hidratación del hormigón 9

10 Hormigón en estado endurecido ÁRIDO ZONA DE TRANSICIÓN MATRIZ DE CEMENTO Hormigón en estado endurecido ÁRIDO ZONA DE TRANSICIÓN MATRIZ DE CEMENTO 10

11 Propiedades físicas en estado endurecido Porosidad: Depende de la granulometría y tipo de los áridos y de la cantidad de pasta y de agua (relación a/c). Condiciona la densidad, comportamiento higrotérmico, permeabilidad, resistencia y durabilidad. Densidad: Hormigón ligero (d<2000 kg/m3) Hormigón en masa (entre 2000 y 2400 kg/m3) Hormigón armado (2500 kg/m3) Hormigón pesado (hasta 6000 kg/m3) Propiedades mecánicas en estado endurecido Rigidez y Resistencia: El hormigón es un material rígido (E GPa) con alta resistencia a compresión (MPa): H 20 H 25 H 30 H 35 H 40 Tiene una baja resistencia a flexión y tracción (Rc/10). La rigidez y resistencia del hormigón aumentan con el tiempo (aunque se ralentiza el aumento con el tiempo). Se toman como referencia los valores a 28 días. H 50 Fractura: Tiene una fractura frágil (muy poca ductilidad) Fluencia: Bajo carga, aumenta su deformación con el tiempo (se reduce E), pudiendo fracturarse por fluencia. 11

12 Resistencia a compresión La resistencia del hormigón colocado en obra es una variable aleatoria, con función de distribución en general desconocida Se establece en las condiciones normalizadas de probeta cilíndrica 15/30,conservada a 20ºC y 95% de humedad y rota a los 28 días de edad. Resistencia característica de proyecto (f ck ): valor que se adopta en el proyecto. Resistencia característica real (f c,real ): valor que tiene una probabilidad del 95% de ser superado en la rotura de cualquier probeta del hormigón de la amasada colocada en obra. Resistencia a compresión 12

13 Rigidez y resistencia del hormigón (EHE) Valor medio (m): media de los valores individuales. Valor característico (k): el 95 % de los valores es mayor. σ E 0 fcm ( MPa) = fci( MPa) n E f cm f MPa = f f ct, m ( ) 8 cm ck ( MPa) = 0.3 f ck f ct,m ε E ( MPa) = f cm E ( MPa) = f cm Evolución de la Resistencia a compresión (EHE Art 30.4) Hormigones de endurecimiento rápido: con cemento de clase 42,5R, 52,5 ó 52,5R y a/c 0,60, con cemento de clase 32,5R ó 42,5 y a/c 0,50 o que se utilice acelerante de fraguado. El resto de los casos se consideran de endurecimiento normal. 13

14 Comportamiento mecánico en el tiempo (EHE, Art. 39.3) Comportamiento mecánico en el tiempo (EHE, Art. 39.3) 14

15 En estado fresco Ensayos de caracterización Propiedades físicas Densidad (aire ocluido) Reología Cono de Abrams Mesa de sacudidas Consistómetro Vebe En estado endurecido Propiedades físicas (permeabilidad, porosidad, densidad) Propiedades mecánicas Destructivos Compresión Tracción (Bras.) Flexotracción No destructivos (in-situ) Control de porosidad El principio de medida de POROSITESTER son los tubos de Karsten, desarrollados para la medida de penetración de agua en la superficie de hormigón en las fachadas por la lluvia batiente. La presión inicial de 100 mm de la columna de agua del tubo corresponde a la ejercida, por las gotas de agua proyectadas contra la pared o superficie por un viento de 140 Km/h. 15

16 Control de permeabilidad Toma de muestras y fabricación de probetas Fabricación de probetas 16

17 Ensayo resistencia a compresión Refrentado de probeta cilíndrica Ensayo a compresión Ensayo resistencia a compresión (Art. 30.4) 17

18 Ensayo de tracción indirecta (brasileño) P 2P fcti = πdl SIENDO, f cti, la resistencia a tracción, en N/mm P, la carga de compresión sobre la D, el diámetro de la probeta, en mm L, la longitud de la probeta, en mm 2 probeta, en N P f ct = f cti f f ctm ctk = 0.30 = ck f f 3 2 ck, N / mm, N / mm 2 2 Ensayo de tracción indirecta (brasileño) 18

19 Ensayo a flexión (flexotracción) Dimensiones de las probetas: 10x10x40 cm 15x15x60 cm Procedimientos: a tres puntos, carga centrada a cuatro puntos, carga en dos puntos (flexión pura) P 0.15 P/2 P/

20 "Pull off" tester Es un método de ensayo, utilizado para medir la resistencia superficial a la tracción en el hormigón. El ensayo consiste en realizar un corte circular con una pequeña broca de 50 mm. de diámetro. Seguidamente, y utilizando un adhesivo con base rápida,se pega un disco de ensayo. El disco se arranca con el DYNA, que indicará su resistencia directamente en N/mm2 o en kn. Ensayos no destructivos (in-situ) Esclerómetro Ultrasonidos 20

21 Detector de armaduras Mediante un sistema de inducción de pulsos, este aparato localiza barras en armaduras, determina el recubrimiento de hormigón, almacena en memoria hasta valores de medición y determina el diámetro de barras con una sola sonda universal. Tema 7: Microestructura y propiedades del Hormigón. 1. El proceso conglomerante. 2. Propiedades en estado fresco. 3. Microestructura en estado fresco y endurecido. 4. Propiedades en estado endurecido. A. Propiedades físicas B. Propiedades mecánicas 5. Caracterización: Ensayos de hormigones TÉCNICA DEL HORMIGÓN Y SUS APLICACIONES Curso EUAT. Campus de Guadalajara Profesor Gonzalo Barluenga Badiola 21