Materiales de Construcción. Ciencia y Tecnología de los Materiales

Transcripción

1 Materiales de Construcción. Ciencia y Tecnología de los Materiales Hormigón: Materiales para hormigón. 3

2 Materiales para hormigón. Índice 1.- Agua Introducción Condicionantes 2.- Áridos Introducción Condicionantes de granulometría y forma Condiciones físico-químicas Condiciones físico-mecánicas 4

3 1- Agua. Introducción AGUA Fabricación Hidratación (23%) de anhidros Trabajabilidad (15-35%) a/c 0,40-0,60 (sin aditivos) Curado 5

4 Distribución del agua en el hormigón: Hormigón: Materiales para hormigón 1- Agua. Introducción Química: reacciona con los compuestos anhidros del cemento Zeolítica: rellena porosidades del interior de los granos Adsorción: cubre granos de cemento y áridos (delgada lámina fuertemente adherida) Libre: entre los granos, satura huecos del granulado y se pierde fácilmente. 6

5 1- Agua. Introducción agua 7

6 1- Agua. Condicionantes Condicionantes: ph elevado: mantener alcalinidad (12-14) Sulfatos: aparición de sales expansivas Cloruros: evitar la corrosión Hidratos de carbono: inhiben el fraguado Sustancias orgánicas: efectos retardadores Aguas marinas: cloruros y otras sales DURABILIDAD! 8

7 Materiales para hormigón. Índice 1.- Agua Introducción Condicionantes 2.- Áridos Introducción Condicionantes de granulometría y forma Condiciones físico-químicas Condiciones físico-mecánicas 9

8 2- Áridos. Introducción Como áridos para la fabricación de hormigones pueden emplearse arenas y gravas existentes en yacimientos naturales, rocas machacadas o escorias siderúrgicas apropiadas, así como otros productos cuyo empleo se encuentre sancionado por la práctica o resulte aconsejable como consecuencia de estudios realizados en laboratorio. Se prohíbe el empleo de áridos que contengan sulfuros oxidables. Por su parte, el fabricante de hormigón, que está obligado a emplear áridos que cumplan una serie de especificaciones. 10

9 Aptitud de los áridos según origen geológico: ARIDOS IGNEOS Hormigón: Materiales para hormigón 2- Áridos. Introducción ORIGEN Erupción de masas fundidas enfriadas y solidificadas APTOS Granitos, Basalos NO APTOS Lava volcánica SEDIMENTARIAS Desintegración de rocas arrastradas por viento y agua Silíceos, Calizos Arcillas, Ópalos METAMORFICAS Conglomeración de rocas igneas o sedimentarias por presión, temperatura o humedad Mármoles, Cuarcitas Pizarras Importancia de su calidad: Propiedades del Árido Peso específico Peso propio Forma y textura Trabajabilidad Físicas : Coeficiente de Coeficiente de dilatación térmica dilatación térmica Resistencia al fuego Mecánicas : Rigidez(E) Deformaciones Resistencia Resistencia Químicas : Sílice amorfa Reacción álcali-árido Materia orgánica Tiempo de fraguado Afectan las Propiedades del Hormigón Estado Fresco (Trabajabilidad) Estado Endurecido (Comportamiento estructural) Durabilidad (desgaste, estabilidad) 11

10 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma Análisis granulométrico El análisis granulométrico consiste en la determinación de la distribución por tamaño de las partículas 12

11 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma Granulometría óptima: Mezcla de grava y arena para obtener curva granulométrica ideal (aquella a la que, para la misma consistencia y misma a/c, le corresponde un consumo de cemento mínimo con la mínima segregación). Compacidad / trabajabilidad: Aumento de la compacidad Aumento de la resistencia Máxima compacidad con áridos gruesos pobres en arena Mejora de la trabajabilidad añadiendo finos en proporción adecuada No existe granulometría óptima única, sino que depende de numerosos factores: fc / transporte, puesta en obra y compactación / Tipo y dimensiones del elemento 13

12 Compacidad: relación entre el volumen de la parte sólida y el volumen que ocupa Porosidad: volumen que ocupan los huecos Ley de compacidad: se alcanza la máxima densidad de la mezcla árido fino / árido grueso cuando la masa del fino es del 30-40% del total Hormigón: Materiales para hormigón 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma 14

13 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma densidad aparente kg/dm3 1,6 1,4 1, BASE RELLENO Para una base monogranular de tamaño d, la máxima compacidad se alcanza con un relleno monogranular de dimensión de un dieciseisavo de d (d/16) Al mezclar composiciones binarias, compuestas de su BASE con la cantidad correspondiente de RELLENO óptimo, se mantiene la compacidad máxima 15

14 Módulo de finura o granulométrico Hormigón: Materiales para hormigón 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma Corresponde a un valor medio, es un índice que representa a la granulometría por la distribución de frecuencias de tamaño, con un número. Se aplica sólo a las mallas que tienen la progresión geométrica de razón 2 Módulo granulométrico/finura (módulo granulométrico cuando serie americana): suma porcentajes retenidos acumulados (serie UNE) dividida por 100. MF = SUMA (%R.A.)/100 16

15 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma Suma porcentajes retenidos acumulados (serie UNE) dividida por 100. Todas las mezclas de áridos con el mismo módulo precisan la misma cantidad de agua para fabricar hormigones de la misma consistencia y resistencia (a igualdad en la cantidad de cemento) 17

16 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma La del árido fino deberá estar comprendida dentro del huso definido en la tabla y expuesto en la figura. Límites Superior Inferior 4 mm 0 20 Material retenido acumulado, en % en peso, de los tamices 2 mm 1 mm 0,5 mm 0,25 mm 0,125 mm 0,063 mm (1)

17 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma Dosificación 19

18 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma Tamaño: Suelen definirse por tamaño mínimo/máximo Tamaño máximo: mínimo tamiz por el que pasa (acumulado) > del 90% en peso, y el total por el de abertura doble. Tamaño mínimo: máximo tamiz por el que pasa (acumulado) < del 10% en peso. Finos ( D < 0,063 mm) Limos ( 0,02mm < D < 0.06 mm) Arcillas ( D < 0.02 mm) Arena: (0.063mm < D < 4 mm) Arena gruesa: tamaños entre 2 y 4 mm Arena fina: tamaños entre 0 y 2 mm Árido grueso Bloques (300 mm < D ) Bolón (80 mm < D < 300 mm) Grava gruesa: (20 mm < D < 80 mm) Grava fina: (4 mm < D < 20 mm) 20

19 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma Designación: d/d IL N IL: Forma de presentación: R, rodado; T, triturado (de machaqueo); M, mezcla. N: preferentemente, se indicará la naturaleza del árido (C, calizo; S, silíceo; G, granito; O, ofita; B, basalto; D, dolomítico; Q, traquita; I, fonolita; V, varios; A, artificial; R, reciclado), en cuyo caso. Árido Grueso Árido Fino D > 11,2 ó D/d > 2 D 11,2 o D/d 2 D 4 y d = 0 2 D ,4 D a) 98 a a a 100 D) b) 90 a a a 99 d 0 a 15 0 a 20 0 d/2 a) TAMIZ % Pasa acumulado Real % Pasa acumulado HUSO EHE para arena A1 A2 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 HUSO INF HUSO SUP , , , , , , , a 5 0 a 5 21

20 El tamaño máximo del árido grueso: viene limitado por: distancia horizontal entre vainas o armaduras, o entre un borde de la pieza y una vaina o armadura. dimensión mínima de la pieza. Hormigón: Materiales para hormigón 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma A mayor Dmax menor sup. específica menor agua para una trabajabilidad dada mayor resistencia usar tamaños compatibles con el elemento estructural D grande: problemas de adherencia en superficie, heterogeneidad (resistencia), segregación. 22

21 Material que pasa por el tamiz 0,063: Hormigón: Materiales para hormigón 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma La cantidad de finos que pasan por el tamiz 0,063 mm expresada en porcentaje del peso total de la muestra, no excederá los valores de la tabla. Consecuencias de un contenido excesivo de finos (limos, arcillas, ): Aumento en necesidad de agua por aumento en sup. específica Intervienen en adherencia pasta - árido menor resistencia y mayor retracción Adherencia Mecánica: rugosidad Epitaxia: cristales de pasta en árido Calizo > cuarzo> feldespato> arcilla intragrano > intergrano> pasta 23

22 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma ARIDO Grueso Fino % MAX. QUE PASA POR TAMIZ 0,063 1,5 % 6 % 10 % 16 % Cualquiera TIPO DE ARIDOS - Áridos redondeados - Áridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición llla, lllb, lllc, lv o bien a alguna clase específica de exposición (1) - Áridos de machaqueo calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición llla, lllb, lllc, IV o bien a alguna clase específica de exposición - Aridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición l, lla o llb y no sometidas a ninguna clase específica de exposición - Áridos de machaqueo calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición l, lla o llb y no sometidas a ninguna clase específica de exposición 24

23 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma 25

24 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma 26

25 Equivalente de arena (EAV) (altos) EAV a 70 (general I, IIa ó IIb; específica), 75 (resto). Se vierte la muestra en un probeta graduada y se añade una solución floculante, que al agitar mantendrá en suspensión a las arcillas y los finos. Se deja reposar tiempo y se miden las alturas h1 y h2. EA = H2/H1 x 100 Hormigón: Materiales para hormigón 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma 27

26 Forma Hormigón: Materiales para hormigón 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma La forma de las partículas tiene tanta importancia como su tamaño. Índice de lajas: determina la presencia de partículas alargadas (bajos) Se criban las fracciones por tamices de barras Se determina el índice de lajas de forma IL= m/r x100 m: masa de cada fracción que pasa por el tamiz de barras R: masa de cada fracción d Se estudiará la forma del árido grueso mediante: su índice de lajas (< a 35). 28

27 2.- Áridos. Condicionantes de granulometría y forma Los defectos de formas de granos se convierten en dificultad de colocación y éste se trata de compensar con exceso de finos (arena y cemento) y agua, lo que disminuye la resistencia y aumenta las deformaciones por contracción. Lo que se persigue es que se asemeje lo más posible a una esfera o cubo. Otra forma conducirá a problemas de trabajabilidad. Partículas alargadas exigirán mayor cantidad de agua para recuperar la trabajabilidad, ya que tienden a trabarse por su forma y rugosidad. Las partículas alargadas o angulosas son más frágiles y por lo tanto el hormigón también lo será. La partícula alargada (y aguzada) tiende a orientarse horizontalmente y el agua en exceso tiende a subir a la superficie, pero si ésta encuentra un obstáculo en el camino se queda como bajo él, y cuando se evapora queda un hueco abajo, o sea no queda adherida la pasta al árido. Por lo tanto se tiene que a menos adherencia menor resistencia. 29

28 2.- Áridos. Condicionantes físico - mecánicos Dureza: Ensayo de resistencia al desgaste por impacto: Los Ángeles (bajos Tambor de acero giratorio en el que se introduce el material junto a bolas de acero de 46,8 mm de diámetro B = peso seco retenido en el tamiz de 1,6 mm tras desgaste A B Coeficiente de desgaste LA= x100 A Resistencia al desgaste de la grava: 40 Los áridos de baja resistencia producen morteros y hormigones de muy baja resistencia al desgaste. Se les puede usar en hormigón armado, pero no son recomendables para pavimentos. Sus granos son porosos, por lo que tienen una alta absorción de agua y son, pues, muy débiles frente a bajas Tª (ciclo hielo-deshielo) Absorción de agua por los áridos: 5% (bajos) Dificultad en el control del agua variabilidad del hormigón Alterabilidad por agentes atmosféricos (durabilidad: hielo ) 30

29 Humedad Relación entre el peso de agua absorbida por un material y el peso del material seco Hormigón: Materiales para hormigón 2.- Áridos. Condicionantes físico - mecánicos h t P h P s P s x 100 % Absorción ab P SSS P S P S x 100 % 31

30 2.- Áridos. Condicionantes físico - mecánicos La capacidad de los áridos para contener humedad libre depende de su tamaño. A menor tamaño, mayor retención de agua Ensayo: gravas y arenas h t P h P s P s x 100 % 32

31 POROS Afectan ÁRIDOS Afectan DURABILIDAD DEL HORMIGÓN Naturaleza (continuidad) Tamaño Cantidad (volumen total) Cantidad y velocidad de penetración del agua Peso específico Resistencia del árido Adherencia árido Pasta de cemento Absorción de Agua y Permeabilidad Resistencia a ciclos hielo-deshielo Resistencia a Ataques Químicos Resistencia a la Abrasión Terrones de arcilla Hormigón: Materiales para hormigón 2.- Áridos. Condicionantes físico - mecánicos Pocos poros y gruesos: favorecen el movimiento del agua. Térmicas Interesan coeficientes compatibles. Relacionado con mineralogía Las partículas de arcillas producen una baja adherencia por efecto de la película que se adhiere a la superficie de la piedra. Al tener mayor demanda de agua produce retracciones en el hormigón. Por último son poco resistentes. Terrones de arcilla Árido fino 1 % Árido grueso 0,25 33

32 Friabilidad (HAR): Ensayo sobre arenas: Micro Deval (bajos) Cilindro en rotación que produce la fragmentación de las arenas con ayuda de unas bolas y agua. Se tamiza a tamaño máx 2 mm y se eliminan las partículas < a 0,1 mm Se realiza el ensayo y se evalúan las partículas < a 0,05 mm producidas. Se determina F.A.= m/m x100 m: masa de partículas < a 0,05 mm/ M: masa del material ensayado Friabilidad de la arena (FA): 40 Hielo deshielo (bajos) 2.- Áridos. Condicionantes físico - mecánicos Pérdida de peso máxima experimentada por los áridos al ser sometidos a cinco ciclos de tratamiento con soluciones de sulfato magnésico. (Finos <15% / Gruesos <18%) Sumergir en solución de sulfato de magnesio a 20 ºC durante 17h. Secar en estufa hasta peso constante (5 ciclos inmersión secado) Tamizar fracciones y evaluar pérdida de masa. 34

33 Sustancias perjudiciales Hormigón: Materiales para hormigón 2- Áridos. Condicionantes químicos Para obtener hormigón de buena calidad hay que emplear áridos de buena calidad física, pero además es necesario que sean químicamente inertes frente al cemento, agua y a la acción del ambiente de servicio. Al grano se adhieren impurezas como sales, materias orgánicas, películas de aceite. Estas interfieren en el proceso normal de fraguado del cemento, pueden ser solubles y dejar oquedades y/o interferir físicamente en el contacto árido-cemento. Materia orgánica (carbón lignito..) No se usarán áridos finos con proporción en materia orgánica tal que produzcan un color más oscuro que el de la sustancia patrón Causan manchas y descamaciones superficiales (apariencia) En grandes cantidades afectan a la resistencia y fraguado. Se controla en mortero. 35

34 2- Áridos. Condicionantes químicos Cloruros: Los cloruros atacan al acero del hormigón armado, produciendo corrosión electroquímica. La película de óxido que rodea la barra de acero va creciendo, o sea, va aumentando su espesor produciendo tensiones al hormigón. Se puede determinar fácilmente si en una armadura hay corrosión ya que se observan manchas que van a lo largo de toda la disposición de la armadura (eflorescencias) Sulfatos: reacción con C3A para dar ettringita (expansión). 36

35 2- Áridos. Condicionantes químicos La cantidad de sustancias perjudiciales de los áridos no excederá de los límites ss. Material retenido por el tamiz 0,063 UNE EN 933-2:96 y que flota en un líquido de peso especifico 2, determinado con arreglo al método de ensayo indicado en la UNE 7244:71 Compuestos totales de azufre expresados en S y referidos al árido seco, determinados con arreglo al método de ensayo indicado en la UNE EN :99 Sulfatos solubles en ácidos, expresados en S0 3= y referidos al árido seco, determinados según el método de ensayo indicado en la UNE EN :98 Cloruros expresados en Cl - y referidos al árido seco, determinados con arreglo al método de ensayo indicado en la UNE EN :98 hormigón armado u hormigón en masa que contenga armaduras para reducir la fisuración hormigón pretensado Cantidad máxima en % del peso total de la muestra Árido fino 0,50 1,00 0,80 0,05 0,03 Árido grueso 1,00 1,00 0,80 0,05 0,03 37

36 Reactividad potencial Hormigón: Materiales para hormigón 2- Áridos. Condicionantes químicos Los áridos no presentarán reactividad potencial con los alcalinos del hormigón (procedentes del cemento o de otros componentes): Reacciones álcali sílice o álcali - carbonato La actividad química del árido con los álcalis del cemento produce expansiones fisuración del hormigón. Límite en prismas al 0,04% Estudio petrográfico: los áridos reactivos más conocidos son entre otros el Ópalo (sílice hidratada amorfa), pequeñas cantidades de sílice opalina han provocado dilataciones excesivas y relativamente rápidas. Otras son Clacedonia, Cristobalita, etc. / Dolomitas Estudio de reactividad de la sílice y carbonato (métodos acelerados) Para que se produzca este fenómeno deben cumplirse tres condiciones; Áridos especialmente reactivos / Cemento con exceso de álcalis / Un ambiente cálido y húmedo Los álcalis del cemento (K 2 O y Na 2 O) se limitan para estos, casos 38