Unidad I Bloque I. Introducción. Hormigón Lección 1 Introducción.
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Unidad I Hormigón Tecnología del material, química aplicada, ensayos, control, impacto ambiental, normativa. Bloque I. Introducción. Lección 1 Introducción. 1. Definición y consideraciones generales. 2. Antecedentes históricos. 3. Clasificaciones. • Según la EHE • Según su aplicación • En masa • Armado • Pretensazo • Postensado • Según su composición • Ordinario • Ciclópeo • Unimodular • Cascotes • Inyectado • Blindado • Aerocluso • Ligero • Áridos de baja densidad • Sin finos • Celular • Pesado • Translúcido • Refractarios 4. Composición. 1. Definición y consideraciones generales El hormigón es el material resultante de la unión de los áridos y una pasta conglomerante formada por cemento y agua que los envuelve. También se le pueden incorporar algunos materiales en el momento del amasado que pueden modificar algunas de sus propiedades tanto en estado fresco como endurecido, se les llaman aditivos y adiciones. Definiciones: Hormigón Material plástico 1 Fresco moldea en periodo de amasado. Tiempo de fraguado según cemento, la temperatura y los aditivos. Hormigón material ya fraguado. Endurecido Resistencias mecánicas ensayos a 3 − 7 y 28 días Mortero Arena (< 4mm) Cemento Cemento Agua Pasta Cemento + agua Lechada según consistencia− de cemento Normativa Normativa HM EHE UNE EUROCÓDIGO HA Especiales Análisis 2 HP Ligeros Ensayos Pesados Refractarios Estructuras Acero + hormigón Presas 2. Antecedentes históricos Piedras Maderas Paleolítico Pieles Barro Prehistoria Piedra pulimentada Neolítico Cerámica rudimentaria Vidrio 2 Bronce Edad de los metales Hierro Acero (S XVIII) Cal, yeso Conglomerantes Historia Cementos Betunes, asfaltos, alquitranes Cal + puzolana Hormigón Hormigón Armado . 3. Clasificaciones. Existen tres tipos de clasificaciones: 3.1 Según la EHE 98: T−R/C/TM/A (Tipo, resistencia, consistencia, tamaño máximo del árido, ambiente) • Tipo: ♦ HM hormigón en masa R20 N/mm2 ♦ HA hormigón armado R25 N/mm2 ♦ HP hormigón pretensado • Consistencia: ♦ S: seca ♦ B: blanda ♦ P: plástica ♦ F: fluida • Peso especifico: ♦ Ligeros 1200−2000 Kg./m3 ♦ Normales 2000−2800 Kg./m3 ♦ Pesados > 2800 Kg./m3 La resistencia se mide en N/mm2 y no en Kg./m3 3.2 Según su aplicación: • HM en masa, aquel que se vierte directamente en moldes previamente preparados y dan macizos sometidos a esfuerzos de compresión, se une el conglomerante con el árido. • HA armado, contiene armaduras metálicas en su interior y trabaja a flexión y a compresión, se introduce una armadura de acero debidamente dimensionada y situada. • HP pretensado y postensado, armadura especial tensada antes o después del fraguado. Trabaja a 3 tracción. T 3.3 Según su composición: • Ordinario: áridos de diversa procedencia, artificiales o naturales, granulometría continua o discontinua que garantizan una compacidad adecuada • Ciclópeo: ">50 cm; uno de los áridos tiene gran tamaño • Unimodular: un solo tamaño de árido. • Cascotes: fabricado a partir de la trituración de ladrillos u otros hormigones. • Inyectados: "<25mm se aplica un mortero a un encofrado que tiene ya el árido. • Blindado: tiene una capa de hormigón en masa y se le embuten piedras • Aerocluso: <6%V se inyectan burbujas de aire (0,1mm) sin sobrepasar el 6% del volumen del hormigón. • Ligero: áridos con densidad baja, hormigón sin finos hormigón utilizado en cubiertas de densidad 800 a 2000 kgr/m3, se utiliza para el la Arlita: árido artificial de arcilla cocida de muy poco peso. • Pesado: áridos de densidad muy alta, especial para la protección de radiaciones. De densidad mayor a 2600 kgr/m3 (los áridos normales varían entre 2000 y 2600 kgr/m3 • Translúcidos: pavés. Hormigones en masa que llevan embutidos pavés o vidrios • Refractarios: resistencias a altas temperaturas. Cemento rico en aluminato cálcico. Están hechos con áridos refractarios. 4. composición del hormigón Grava 40% − Hormigón convencional Arena 35% Cemento 15% Agua 10% Grava 43% Arena 28% − Hormigón de alta resistencia Cemento 20% Agua 5% Aditivos 2% Adiciones 2% Bloque II. Componentes Lección 2. Fundamentos del cemento • Definiciones • Componentes del clinker • Fases: • Desecación • Calefacción 4 • Calcinación • Reacción • Propiedades relacionadas con el hormigón • Velocidad de hidratación • Calor de hidratación • Resistencias mecánicas • Resistencias químicas • El cemento en la EHE • Pliego de instrucciones RL−97/// UNE − EN 197−2 • Objeto • Clasificaciones • Denominaciones • Pórtland CEM I • p. adiciones escorias CEM II/S • P.A. Humo de sílice CEM II/D • P.A. puzolana CEM II/P Q • P.A. cenizas volantes CEM II/V W • P.A. esquistos CEM II/T • P.A. calizas CEM II/L LL • P. mixtos CEM II/M • Escorias de altos hornos CEM III • Puzolanicos CEM IV • Compuestos CEMV • Prescripciones Mecánicas • Resistencias • Clases • Prescripciones Físicas • tiempo de fraguado • expansión volumétrica • prescripciones químicas. • Otros cementos • blancos BL−I BL−II BL−V • Especiales ESP−VI • Aluminatos cálcicos CAC/R • Características adicionales: • Resistentes a sulfatos SR • Resistentes al agua del mar MR • Bajo calor de hidratación BC • prescripciones de utilización. 1. Definiciones • Cemento: conglomerante hidráulico que una vez amasado con agua fragua y endurece. Calizas 80% CaCO3 Clinker Materias Primas Arcillas margas sílice 20% Bauxita AL • Puzolanas: rocas volcánicas silíceas de carácter ácido que se unen con la cal. • Cenizas volantes: restos de centrales térmicas (Mat. Secundarios), que tienen carbón mineral como 5 carburante. • Humo de sílice: origen industrial; por medio de ventiladores • Escorias: arrabio, metal que sale de los altos hornos que luego se convierte en acero (componente del cemento pero NO como adición). 2. Componentes del clinker Yeso Adiciones 5−6% Clinker Bloqueo inactiva Instantáneo activa A3C calizas: inerte + trabajabilidad Puzolana Cenizas volantes Humo de sílice Escorias siderurgicas de altos hornos Volcánica centrales térmicas origen industrial Silíceo carbón mineral sílice puro arrabio altos hornos Árido+cal silíceo árido+cal silicato bicalcico Árido sustituye al clinker • calizas.. CaCo3 Materias primas clinker • Arcillas Margas.. Sílice • Bauxita Al Fases 1.<900ºC 2.<1100ºC 3.<1500ºC 4. Enfriamiento 5. Molturación Descomposición cálcica, deshidratación de arcillas, formación de óxidos de hierro. 1ª etapa de sinterización formación: AF4C A3C 7−14% F2C 5−12% comienzo S2C 2ª etapa de sinterización formación S2C + CaO = S3C 20−30% (Álcalis) Enfriamiento brusco. Evita descomposición S3C 40−60% 6 CEMENTO Fases a. Desecación La materia prima entra en el horno y se va calentando poco a poco hasta temperatura <900ºC. Se produce − 1. Descomposición de la calcita − 2. Deshidratación de las arcillas − 3. Formación de óxidos de hierro b. Calefacción Entre temperatura> 900º a < 1100º Se produce la primera etapa de la sinterización: Conjunto de reacciones químicas en las que los elementos separados se unen formando nuevos compuestos AF4C / A3C / F2C / comienza el S2C c. Calcinación: Entre temperatura > 1100º a < 1500º Se produce la segunda etapa de la sinterización, S2C + CaO = S3C, o sea la formación del silicato tricalcico que es el responsable del endurecimiento del cemento d. Reacción (enfriamiento) Para que el S3C no se componga se recurre a un enfriamiento rápido obteniéndose el cemento brusco. Para ya obtener el producto denominado cemento realizamos la molturación por medio de molino de bolas. La fabricación del cemento se compone: • Extracción • Molido del crudo • Horno de clinker (enfriamiento) • Molido del cemento (añadimos adiciones) • Expedición de productos 3.− Propiedades relacionadas con el hormigón • Velocidad de hidratación: 7 Relacionada con la velocidad de fraguado S3C ÿ endurecimiento en 3 días (elevado calor de hidratación) A3C ÿ fraguado relámpago (necesidad de yeso como regulador de fraguado) • Calor de hidratación: Calor desprendido -ÿ nocivo ÿ retracciones Controlar y contrarrestar ÿ riego abundante • Resistencia mecánica: Aportada por los silicatos cálcicos • Resistencia química: Fundamentalmente agresiones externas 4.− el cemento en la EHE Instrucción para la recepción de cementos − RC−97. Resistencia mínima ÿ 32,5 N/mm2 Tipo de hormigón Tipo de cemento Cementos comunes/usos especiales Hormigón en masa Hormigón armado UNE 80301: 96 / UNE 80307 : 96 Cementos comunes Cementos comunes de los tipos: Hormigón pretensado CEM I y CEM II / A − D Todo esto se hace extensible a otros tipos ce cementos: • Blancos ÿ UNE 80305 : 96 • Resistente a sulfatos, agua de mar ÿ UNE 80303 : 96 • Bajo calor de hidratación ÿ UNE 80306 : 96 5.− instrucción para la recepción del cemento: RC−97; pliego de instrucción: • Objeto: ♦ Establecer prescripciones técnicas generales ♦ Condiciones de suministro e identificación ♦ Procedimientos de muestreo ♦ Métodos de ensayo • Clasificaciones del cemento: 8 Según: • Denominación: • Pórtland CEM I • p. adiciones escorias CEM II/S • P.A. Humo de sílice CEM II/D • P.A. puzolana CEM II/P Q • P.A. cenizas volantes CEM II/V W • P.A. esquistos CEM II/T • P.A. calizas CEM II/L LL • P. mixtos CEM II/M • Escorias de altos hornos CEM III • Puzolánicos CEM IV • Compuestos CEMV • Prescripciones mecánicas: nos va a dar las resistencias y las clases del cemento, mirar la RC−97 • Prescripciones físicas: nos van a dar el tiempo de fraguado y la expansión volumétrica, mirar la RC−97. • Prescripciones químicas 6.− Otros Cementos • Blancos ! BL−I, BL−II, BL−V. • Especiales ! ESP−VI • Aluminatos cálcicos ! CAC/R • Características adicionales ! SR, MR, BC. Cemento con adiciones filler calizo alta R. Inicial CEM II / A LL 32,5 R Alto contenido en clinker R ÿ N/mm2 7.− prescripciones de utilización • Cemento Pórtland. CEM I: • Hormigón en masa • Armados • Pretensazos de resistencias altas • Prefabricados • No recomendado en medios agresivos • Pórtland con adiciones. CEM II: • Hormigones y morteros de uso general. • Cemento de alto horno. CEM III: • Hormigones de ambientes agresivos. (sulfuros, aguas de mar, etc.) • Cimentaciones de terrenos yesíferos. • Obras marítimas. • Cemento puzolánico. CEM IV: 9 • Hormigones y morteros en general, ambientes moderadamente agresivos, ácidos • Obras hidráulicas • Baja retracción térmica • Hormigones en tiempos cálidos • Grandes masas de hormigón (presas) • Hormigones con áridos reactivos con álcalis. • cemento Pórtland compuesto. CEM V: • estabilización de suelos • bases tratadas de carreteras y firmes de hormigón • grandes macizos de hormigón compactado con rodillo • cementos resistentes a sulfatos y al agua de mar, SR, MR: • Cimentaciones de terrenos yesíferos. • Obras marítimas. • Acción con sulfatos cálcicos y magnésicos • cementos blancos, BL: • hormigones estructurales con cara vista • decorativos • bases de hormigones coloreados • solados, pavimentación, revocos, albañilería, etc. • cementos de bajo calor de hidratación. BC: • hormigones de baja retracción térmica • hormigones tiempos cálidos • grandes masas (presas) • áridos reactivos con álcalis • mezclas con otros cementos, salvo emergencias • ambientes alcalinos. Suministro y almacenamiento del cemento • suministro: • sacos de 20−50 Kg. • a granel hay que tener precaución para que el cemento no meteorice, debido a las humedades En ambos casos ya sea a granel o en sacos, el vendedor entregara albarán Conteniendo entre otros los siguientes datos: • Nombre y dirección de la empresa suministradora. • Fecha del suministro. • Identificación de la fábrica de producción. • Identificación del expedidor. • Identificación del vehículo de transporte. • Cantidad del suministro. • Designación, tipo y clase de cemento. 10 • Norma UNE que lo define. • Características adicionales en su caso. • Distintivos de calidad. • Nombre o marca comercial. • Nombre y dirección de comprador y destino. • Referencia del pedido. En el caso de que se realice el suministro en sacos, además estos llevaran impresos: ◊ ◊ Designación (tipo, clase) ◊ Características adicionales ◊ Norma UNE ◊ Masa (Kg.) ◊ Nombre comercial ◊ Procedencia ◊ Distintivos de calidad. Pórtland. SA. Fabrica Villanueva Cemento Pórtland con puzolanas CEM II/ B−V 32,5 50 Kg. UNE 80301 • Almacenamiento: • Ventilación • Defendido de la humedad ◊ Suelos ◊ Paredes • Caducidad ◊ 22.5−32.5 N/mm2 3 MESES ◊ 42.5 N/mm2 2 MESES ◊ 52.5 N/mm2 1 MES Si el producto caduca, se deberá ensayar el principio y final de fraguado y las resistencias mecánicas ◊ 32.5 N/mm2 7 días antes del uso ◊ 42.5−52.5 N/mm2 2 días antes del uso 11 Lección 3 Los áridos en el hormigón • Definiciones • clasificación • según su naturaleza 12 • silíceos • calizos • graníticos • según su forma y origen • rodados • machaqueo • artificiales • características físicas • densidad • porosidad • coeficiente de forma y superficie • humedad • características mecánicas • resistencia mecánica • adherencia • resistencia al desgaste (designación y tamaño de los áridos) • características químicas • materia orgánica • terrones de arcilla • sales • granulometría de los áridos • definición • criterios de elección • tamaño del árido • los áridos según la EHE 1. Definiciones Son materiales granulares inertes (por no reaccionar con el cemento ni con agentes medioambientales) de naturaleza inorgánica y de origen natural o artificial. Es importante para el hormigón que el árido tenga la adecuada resistencia y durabilidad ya que el 75−85% del volumen del hormigón es árido, luego éste influirá en su resistencia. Áridos usados en el hormigón Uso tradicional Desconocidos Ensayos Articulo 28 EHE Gravón 80−40 mm Grava 40−20 mm Gravas > 4 mm Tipos de áridos Gravilla 20−12 mm Garbancillo 12−4 mm Gruesa >2 mm Arenas <4 mm Fina " 2 mm Filler o polvo " 0,08 mm Necesidad de utilizar áridos en el hormigón (se encuentran en un 80 % de la dosificación): 13 • Disminuye el coste por unidad de volumen del hormigón • La resistencia aumenta a partir del árido • Disminuye la retracción (cuanto más árido grueso menor retracción) 2. Clasificación • Según su naturaleza • Silíceos ! mas estables y buena resistencia mecánica • Calizos ! cuanto más cuarzo más resistente • Graníticos ! calizas duras más resistentes • según su forma y origen • Rodados ! más dureza, más resistencia grano, menos necesidad de agua, granulometría más limpia, cuanto más esférico mejor. Disminuye la relación agua/cemento. • Machaqueo ! más resistencia a tracción, más adherencia, más dificultad en la puesta en obra. • Artificiales ! provienen de una transformación térmica (belita, celita, ) o bien de subproductos industriales (escorias) 3. Características físicas • Densidad: Optimo Silíceos Volcánicas Densas calizas Sólidos y duros Sedimentarias Baja densidad Densidad Analizar Hormigones ligeros No emplear: • Calizas blandas • Yesos • Pirita • Porosidad Los áridos porosos absorben el agua que le aportamos al hormigón y no tenemos el agua necesaria para la reacción con el cemento, como consecuencia hay que echarle más agua, y esto produce que disminuya la resistencia del hormigón. P = Vpa/Vap < 10% • Coeficiente de forma y superficie: • Rodados: morfología redonda, como consecuencia menor relación agua/cemento. • Machaqueo: semejanza a un cubo, mayor resistencia mecánica • No emplear aciculares ni laminares Coeficiente de forma = V grano/ V " mayor " 0,20 • Humedad Alta Muy alta 14 Humedad entumecimiento efecto contrario El entumecimiento es un aumento de volumen del árido provocado por el agua. Cuando el árido tiene más agua de la que puede admitir, precipita hacia el fondo y tiene el mismo volumen que el árido seco. Almacenamiento: protegidos del agua y de la humedad 4. Características mecánicas • Resistencia mecánica Una mayor resistencia del árido aporta una mayor resistencia del hormigón. 1000 − 1500 Kp/cm2 Resistencia Árido > resistencia hormigón 100 − 150 N/mm2 • Adherencia Cuanto mejor sea la adherencia cemento árido mayor será la calidad y mayor será la resistencia del hormigón La adherencia depende de la forma de los áridos, su textura y su porosidad. Es perjudicial la presencia de finos • Resistencia al desgaste Resistencias mecánicas Resistencia al desgaste Gravas Terrones de arcilla E. Los Ángeles Arenas Friabilidad Tipos Durabilidad Una vez separados los terrones de arcilla, tomamos el peso y lo metemos en un tabor con bolas de acero y este se va desgastando, tras el proceso vemos la diferencia de peso del anterior y posterior Consiste en la observación del desgaste, Excesiva dureza, teniendo en cuenta que fragilidad no haya excesiva dureza, ya que habrá mayor fragilidad. Designación y tamaño de los áridos: Mínimo d Máximo D • Tamaño máximo del árido (UNE EN 933−2:96) Es la mínima abertura del tamiz por la que pase más del 90 % en peso, siempre que por el tamiz doble al que 15 hemos utilizado pase el 100% de la muestra. • Tamaño mínimo del árido (UNE EN 933−2:96) Es la máxima abertura del tamiz de la serie UNE por la que pase menos del 10% en peso. Todo ello viene en la norma EHE Art. 28.2 5. Características químicas Son sustancias perjudiciales: • Materia orgánica Ralentiza la V. fraguado Mat. Orgánica Reacciones indeseables + en el hormigón Disminuye la Resistencia Aumenta la porosidad Se produce una perdida de adherencia entre el árido y el cemento Part. Baja densidad Se pueden producir manchas y eflorescencias • Terrones de arcilla Terrones de arcilla Debilitan el hormigón y + disminuyen la adherencia partículas blandas • Sales ♦ Provocan cristalizaciones, con lo que aumentan de volumen y provocan manchas, eflorescencias y rotura del hormigón disminuyendo su resistencia. ♦ Las sales de azufre son extremadamente peligrosas ya que destruyen el hormigón (sulfatos, sulfuros: corrosión de la armadura); cemento + sulfatos = ETTRINGITA (expansividad) Si el árido no es inerte quiere decir que tiene reactividad, pudiendo ser esta: POSITIVA ! aumenta la adherencia NEGATIVA ! produce álcalis en el cemento; en este caso hay que hacer ensayos: A. Calcáreos ! se produce expansividad A. Silíceos ! se produce gel y se expande 16 La RC−97 no limita el Álcalis porque los cementos especiales no lo tienen. La EHE limita el contenido en cloruros según el hormigón: 0,03 Hormigones pretensados Hormigones en masa 0,05 Hormigones armados Para contrarrestar el álcalis se le suele aportar al hormigón aditivos para que no se produzca esta expansividad. 6. Granulometría de los áridos • Definición Continuidad de distintos tipos de áridos que constituyen el hormigón. Para mayor compacidad y menor superficie específica (superficie del árido que toca el cemento) ya que gastamos menos cemento y sale más barato. En elementos que posean muchas armaduras se debe utilizar una granulometría pequeña, puesto que si vertimos áridos gruesos se produce el efecto PARED los áridos gruesos se quedan atrapados entre las armaduras y no dejan pasar a los finos hacia el interior de las armaduras. • Métodos granulométricos El tamaño máximo del árido la EHE lo delimita: El tamaño máximo del árido grueso será menor que las dimensiones siguientes: 1. 0.8 de la distancia horizontal libre entre varias vainas o armaduras que no formen un grupo o entre un borde de la pieza o armadura que forme un ángulo mayor de 45 con la dirección del hormigonado. 2. 1.25 de la distancia entre un borde de la pieza y una vaina o armadura que forme un ángulo no mayor de 450 con la dirección del hormigonado. 3. 0.25 de la dimensión mínima de la pieza, excepto en los dos casos Siguientes: O.25 * 10 cm. = 2.5 cm. 3.1 Losa superior de los forjados, donde el tamaño máximo del árido sea menor que 0.4 veces el espesor mínimo. 3.2 Piezas de ejecución muy cuidada (caso de prefabricación en taller) y aquellos elementos en los que el efecto pared del encofrado sea reducido (forjados que se encofran por una sola cara) en cuyo caso será menor que 0.33 veces el espesor mínimo. EJERCICIO. 1. Se va a hormigonar una solera de hormigón en masa de 15 cm. de canto. Tmax: 0.25 x 15: 3.75 cm. 17 2. Un pilar de hormigón con recubrimiento de 4 cm. Tmax: 1.25 x 4: 5 cm. 3. Una viga con recubrimiento de 5 cm. Tmax: 0.8 x 5: 4 cm. 4. La distancia entre dos armaduras de un zuncho es de 6 cm. Tmax: 0.8 x 6: 4.8 cm. 5. El forjado cuya lima tiene una capa de compresión de 5 cm. Tmax: 0.4 x 5: 2 cm. 6. Pieza prefabricada de canto de 10 cm. Tmax: 0.33 x 10: 3.30 cm. Los áridos no tendrán materia orgánica Áridos sin reactividad potencial Friabilidad de la arena (FA) " 40 (micro−deval) Desgaste de la grava " 40 (los Ángeles) Pérdida de peso de sulfato magnésico Arenas " 15% Gravas " 18% Coeficiente de forma " 0,20 = V1+V2++Vn "0,20 /6 (d13+d23++dn3) 7. Criterios de elección ♦ En primer lugar lo elegimos por el costo. Este dependerá de la calidad y de la accesibilidad en la cantera. ♦ Un criterio especial será que se necesiten unas especificaciones concretas o cualidades de los áridos. ♦ tamaño del árido Criterio Calidad de los áridos Costo Accesibilidad 18 Aceptación Rechazo Especial Especificaciones concretas Cualidades del árido Topología Características Origen árido fisicoquímicas Mecánicas Granulométricas 8. Los áridos según la EHE. En la EHE hay prescripciones de aceptación o rechazo del árido (Art. 28) por un lado según la topología y origen del árido y por otro, de sus características fisicoquímicas, mecánicas y granulométricas Consideraciones generales Tamaño del árido Prescripciones: Art. 28 Materiales ! Áridos Cap. VI ⋅ fisicoquímicas ⋅ físico mecánicas ⋅ granulométricas ⋅ condiciones de almacenamiento Art. 81.3 Control Cap. XV Aceptación o rechazo: − Comienzo de obras − Variaciones de suministro − Sin certificado de idoneidad técnica Lección 5 El agua en el hormigón ♦ El agua en el amasado y curado ♦ Funciones del agua en el hormigón ♦ Reacción de hidratación ♦ Trabajabilidad y fluidez 19 ♦ Agente de curado ♦ Calidad del agua ♦ Relación agua/cemento ♦ Agresividad del agua en el hormigón ♦ Prescripción para el agua en la construcción 1. El agua en el amasado y curado Agua + cemento = pasta − Falta de Adherencia . − Perdidas de Resistencia Áridos Origen del agua en el hormigón Amasado Áridos Los que estén húmedos El agua + el cemento forman una pasta que envuelve los áridos, hay que evitar discontinuidad en esta pasta ya que acarreará falta de adherencia y pérdidas de resistencia. 2. Funciones del agua en el hormigón ♦ Reacción de hidratación Cantidad de agua que necesita para la reacción de hidratación: 0,20 − 0,22% peso del cemento ♦ Trabajabilidad y fluidez Para la puesta en obra es necesaria una Trabajabilidad y una fluidez que aporta el agua pero teniendo cuidado con el exceso de ésta pues provoca más porosidad y disminuye la resistencia ♦ Agente de curado 1º Evaporación Humedad Le aportamos el agua que pierde 2º Refrigeración 3º Retracción Calor de hidratación Evaporación y calor 3. Calidad del agua ⋅ El agua en el amasado y curado: 20 Tipos de agua − Amasado − Curado − compensar perdidas de vapor − contrarrestar altas temperaturas por el calor de hidratación ⋅ Calidad: Curado ! + calidad − sustancias nocivas + agua + reacciones Potable ! aptas (excepto las aguas de altas montañas por excesiva pureza ! agresivas por las sales) No Potable ! amasado (no curado) Sustancias nocivas 1. Alteraciones en la velocidad de fraguado Problemas 2. Pérdida de resistencias 3. Defectos estéticos (manchas y eflorescencias) 4. Relación agua/cemento Agua Control dosificación Calidad Cemento Menos agua de amasado ! Más compacidad, pero dificulta la puesta en obra, se utilizan fluidificantes para evitarlo Más agua de amasado ! Más Trabajabilidad, pero menos tiempo de colocación (menos resistencia) Agua de mar ! Se utilizan siempre en hormigones en masa (sin existencia de armaduras) 21 En principio no la usamos ni para el amasado ni para el curado, excepto si contiene MENOS de: − Sulfatos (1 g/l SO4) − cloruros (15 g/l Cl) − Retardador de fraguado Efectos: Peligro algas − Eflorescencias ⋅ Manchas ⋅ Coqueras 5. Agresividad del agua en el hormigón Exceso de materia orgánica Agua amasado Problemas de adherencia Gases Sales Reactivas al cemento Ph ! Se pueden utilizar hasta aguas ácidas (con Ph < 5) es decir; utilizamos las mayores o iguales a 5 NO ! Ph < 5 SÍ ! Ph " 5 Sulfatos y ! Problemas de expansión y eflorescencias (en principio son nocivas) Cloruros Hidratos de ! Alteración de fraguado (AZÚCAR) Carbono 6. Prescripción para el agua en la construcción EHE Art. 27 ! cuadro general de prescripciones para el agua en la construcción. El agua utilizada, tanto para el amasado como para el curado del hormigón en obra, no debe contener ningún elemento dañino en cantidades tales que afecten a las propiedades del hormigón o a la protección de las armaduras frente a la corrosión. En general, podrán emplearse todas las aguas sancionadas como aceptables por la práctica. Cuando no se posean antecedentes de su utilización o en caso de duda, deberán analizarse las aguas, y salvo justificación especial de que no alteran perjudicialmente las propiedades exigibles al hormigón, deberán cumplir las siguientes condiciones: 22 − Exponente de hidrogeno Ph > 5 − Sustancias disueltas <15 gramos por litro 1/15 p.p.m. − Sulfatos, expresados en SO4 excepto para el cemento SR en que se eleva este <1 g/l 1000 p.p.m limite a 5 gramos por litro 5000 p.p.m − Ion cloruro, Cl − Hormigón pretensado <1 g/l − Hormigón armado o en masa que contenga armaduras para reducir la fisuración < 3 g/l − Hidratos de carbono 0 − Sustancias orgánicas solubles en éter <15 g/l Podrán, sin embargo, emplearse aguas de mar o aguas salinas análogas para el amasado o curado de hormigones que no tengan armadura alguna. Salvo estudios especiales, se prohíbe expresamente el empleo de esta agua para el amasado o curado de hormigón armado o pretensado. Lección 5 Aditivos ♦ Definiciones ♦ Necesidad del uso de aditivos ♦ Funciones de los aditivos ♦ Función principal ♦ Función secundaria ♦ Tipos ♦ Modificadores de la reología ♦ Plastificantes ♦ Fluidificantes ♦ Superfluidificantes ♦ Modificadores de fraguado ♦ Aceleradores de fraguado ♦ Retardadores de fraguado ♦ Aceleradores de endurecimiento ♦ Modificadores en contenidos de gases ♦ Aireantes ♦ Generadores de gas ♦ Generadores de espuma ♦ Otros aditivos ♦ Colorantes ♦ Anticongelantes ♦ Impermeabilizantes ♦ Aditivos no normalizados 23 ♦ Modificadores de adherencia ♦ Biocidas ♦ Endurecedores de superficie ♦ Líquidos de curado ♦ ¿De qué dependen los efectos de los aditivos? ♦ Tipo, cantidad y calidad ♦ Tipo de cemento ♦ Tipo de áridos, tiempo de amasado, climatología, etc. 1. Definiciones ⋅ ADITIVO " ADICIÓN ⋅ Según UNE 83200/84 es una sustancia orgánica o inorgánica que se añade al hormigón o a morteros antes o durante el amasado del hormigón, con una proporción < 5% del peso del cemento. Modificando las propiedades bien en estado fresco o fraguado. ⋅ Esta proporción (<5% del peso del cemento) del aditivo debe estar controlada y dosificada, ya que si existe exceso produce efectos secundarios y además siempre estará autorizado por la dirección de obra ⋅ Es un componente del hormigón (Art. 29.1.EHE) ⋅ Normativa: UNE EN 934−2:9 designación UNE en 83.275:89 EXetiquetado 2. Necesidad del uso de aditivos ⋅ En hormigones hidráulicos: Los primeros aditivos (romanos) ⋅ Sangre ⋅ Grasa de cerdo ⋅ Leche ⋅ Clara de huevo ◊ Aireante + Porosidad ◊ purificante + Durabilidad Efecto ◊ En hormigones con cemento Pórtland; efectos: Reguladores de fraguado − Yeso − Cl2Ca ⋅ − Retardador − Acelerador Plastificante ! cal + plasticidad 24 grasa + impermeabilización ¡¡¡Cada aditivo es para una obra concreta!!! 1917Hidrófugas, aceleradores de fraguado 1935Fluidificantes 1939Aireantes 1950Retardadores 1955Anticongelantes 3. Funciones de los aditivos ♦ Función principal Modifican las propiedades. Las dos funciones son totalmente independientes. ♦ Función secundaria Según Relacionada con ◊ Tipo de hormigón ◊ Puesta en obra ◊ Dosificación ◊ Agua de amasado ◊ Efectos secundarios ! MODIFICACIONES INEVITABLES NO DESEADAS: menor resistencia, velocidad de fraguado ◊ Ejemplo: si queremos hacer más líquido el hormigón, eso es un a función principal, pero aparecerá una función secundaria que será la durabilidad del fraguado. Características: ◊ Generalmente líquidos ◊ Uso en cantidad pequeña ◊ Un exceso provocará consecuencias en el fraguado, endurecimiento u otras características. ◊ Puede haber incompatibilidad entre el aditivo y el cemento. ◊ Exentos de cloruros. HP−0.03%; HA,HM−0.05% ◊ Actúan eficazmente partiendo de hormigones de buena calidad 4. Tipos ♦ Modificadores de la reología La reología estudia las deformaciones; modifica la Trabajabilidad, y son también reguladores del fraguado Se utiliza en: 25 ⋅ H. secos ⋅ Para bombear hormigones ⋅ H. vistos ⋅ H. fuertemente armados Y no en: ◊ H. blancos ◊ H. fluidos Las clases son: ♦ Plastificantes Se les dice a los fluidificantes sólidos. Son sólidos disueltos en agua. ⋅ Propiedades ⋅ Uso + Trabajabilidad (+ resistencia) Reducción relación agua/cemento Trasportes (decantación) − Segregación Grandes masas ♦ H. inyectados ♦ H. proyectados ♦ H. pretensados ♦ Fluidificantes Son líquidos. Son compuestos orgánicos líquidos − Propiedades + Trabajabilidad − relación agua/cemento − Usos H. bombeados Largos transportes H. proyectados (fuertemente armados) − Clasificación 1ª generación ! 70% de rendimiento cementíceo Plastificantes 2ª generación ! 75% de rendimiento cementíceo Fluidificantes 3ª generación ! 100% de rendimiento cementíceo Superfluidificantes ♦ Superfluidificantes Son líquidos. Se produce una hidratación de prácticamente el 100% del cemento. 26 ♦ Modificadores de fraguado ♦ Aceleradores de fraguado El principal de los elementos era el Cl2Ca. La EHE lo prohíbe porque puede corroer los hierros del hormigón armado. Sirven para disminuir tiempos de desencofrado; para hormigonar en tiempo frío, reduce tiempos de curado, para sellados, reparaciones y en contacto con terrenos húmedos − Son: − Cloruros − Hidróxidos − Carbonatos − Silicatos − se deben dosificar en una cantidad " 2,5% del peso del cemento. Con estos aceleradores, aceleramos el fraguado pero el tiempo para adquirir la resistencia. Si es > 2,5% se convierte en aditivo retardador. ♦ Retardadores de fraguado Provocan una película alrededor de los gránulos de cemento que impide que el agua reaccione con éste, retardando así el fraguado. − Su eficacia depende de: Tipo de cemento Cantidad de cemento Dosificación Relación agua/cemento − Existen dos tipos que son: ♦ Inorgánicos: − Oxido de zinc ◊ Oxido de plomo ◊ Ácido fosfórico ◊ Ácido bórico ◊ Sales ♦ Orgánicos: − Azúcar − Hidratos de carbono − Glicerina ♦ Aceleradores de endurecimiento desarrollan rápidamente la resistencia mecánica pudiendo disminuir tiempos de fraguado. Pueden provocar retracciones y disminuir las resistencias finales. ♦ Modificadores en contenidos de gases ♦ Aireantes 27 Provocan burbujas de aire de 0,05 mm en una proporción al 3−10%. Están distribuidas a lo largo de la masa del hormigón, provocan fluidez, durabilidad, Trabajabilidad. Reparten los poros y evitan la heladicidad ! (son impermeabilizantes) ♦ Generadores de gas Expanden la estructura del hormigón dando una cierta porosidad y dando mayor fluidez, durabilidad y Trabajabilidad (reacciones químicas que producen gases). Para hormigones ligeros. ♦ Generadores de espuma Para hormigones ligeros, también dan fluidez, durabilidad y Trabajabilidad. (Espuma en el interior del hormigón) ♦ Otros aditivos ♦ Colorantes Aplicación de color mediante diferentes óxidos ♦ Deben ser de fácilmente mezclables con el cemento ♦ alto poder de coloración ♦ Insolubles en agua ♦ estables a la luz ♦ resistente a los agentes medioambientales ♦ Resistente a los agentes químicos ♦ no alterar en exceso el fraguado ♦ Anticongelantes Se utilizan en temperaturas de hasta −14º recomendados para hormigonera en ambientes fríos. Cierra los poros ♦ Impermeabilizantes ♦ Aditivos no normalizados ♦ Modificadores de adherencia Mayor adherencia entre los elementos del hormigón; hormigón −armadura ♦ Biocidas Herbicidas o fungicidas. Para que no proliferen vegetales o animales en superficies de hormigón (sobre todo en hormigones vistos) ♦ Endurecedores de superficie Aportan gran resistencia a desgaste. Se usa en soleras de garaje o zonas de mucho transito. ♦ Líquidos de curado Evitan tener que regar tanto el hormigón, ya que impide que haya tanta evaporación. En tiempos muy calurosos. Se aplica una resina pulverizada que evita que el agua se evapore. 28 ♦ ¿De qué dependen los efectos de los aditivos? ♦ Tipo, cantidad y calidad ♦ Tipo de cemento ♦ Tipo de áridos, tiempo de amasado, climatología, etc. Tipo Cantidad Calidad Tipo de cemento Dependen Clinker Áridos Granulometría Tiempo de amasado Climatología Hidratación Lección 6 Adiciones ♦ Definición ♦ naturaleza y función ♦ Especificaciones ♦ Tipos de adiciones ♦ Cenizas volantes ♦ Humo de sílice ♦ Recomendaciones de uso 1. Definición Sustancia mineral orgánica que se añade en dosis mayores al 5% del peso del cemento (10−15%) y altera las características propias del cemento (propiedades cementíceas) 2. Naturaleza y función Fluidificantes Mejoran la reología Propiedades cementosas Mejoran las resistencias mecánicas y con carácter secundario mejoran la fluidez Como mucho en los ADITIVOS se llega al 5% de dosificación en el hormigón, mientras que 29 las adiciones tienen un máximo de 30%, siendo recomendado entre un 10−15% 3. Especificaciones Prohibido el uso en pretensados, el humo de sílice se puede usar pero en muy pocas proporciones. ART. 29.2 EHE. Sólo se les dosifica a los cementos CEM I (es decir, sólo con clinker) 4. Tipos de adiciones a. Cenizas volantes ◊ Son subproductos obtenidos por captación mecánica o electrostática de las partículas en suspensión de los gases de combustión procedentes del quemado de carbón en las centrales térmicas. ◊ Están constituidas por sílice, químicamente muy inestable. ◊ Necesitamos sílice activada para la conseguir las cenizas volantes. ◊ En la materia prima del cemento hay calcio en exceso que reaccionara con las cenizas volantes dando silicato de calcio. ◊ Mejoraran la fluidez por el tamaño de la ceniza, apodan resistencias mecánicas y son mucho más baratas que el cemento. ◊ Los hormigones de alta resistencia necesitan obligatoriamente esta adición. EH−20 N/mm2 −50 N/mm2 ◊ No podrán contener elementos perjudiciales que puedan afectar a la durabilidad del hormigón o corrosión de las armaduras. ◊ El exceso de anhídrido sulfúrico producirá expansiones al reaccionar con el aluminato tricalcico y producir la ettringita. ◊ El exceso en cloruros produce corrosión. ◊ La cal libre en proporciones elevadas puede producir expansiones. ◊ Las cenizas deben tener un grado tal de finura que le permita reaccionar con la cal liberada del cemento, a mayor finura mayor y mejor reacción y más rápido. ◊ El índice de actividad determina su capacidad de reacción o hidraulicidad. ◊ Si se supera el valor marcado en el ensayo de las agujas significa que hay un proceso expansivo producido por la cal libre o los sulfatos. Hasta un 35% peso del cemento (EHE) ESPECIFICACIONES − Anhídrido sulfúrico SO3 <3.0% − Cloruros. <0.1% − Oxido de cal libre <1.0% − Perdida al fuego <5.0% 30 − Finura % retenido en el tamiz 45 mm <40% − Índice de reactividad A 28 días >75% A 90 días >85% − Expansión por el método de las agujas <10 mm − La especificación relativa a la expansión solo debe tenerse en cuenta sí el contenido en oxido de cal libre supera el 1% sin sobrepasar el 2,5% b. Humo de sílice Hasta 10% del peso del cemento. Es igual que las cenizas volantes pero con un tamaño de partícula más pequeño. Tiene las mismas características. Es un subproducto, reducción cuarzo + carbón, fabricas Si, FeSi ◊ Subproducto inorgánico industrial procedente de la captación mecánica o electrostática de las partículas en suspensión en los gases procedentes de fábricas de silicio o ferrosílicio. ◊ Adición de extremada finura y riqueza en oxido de silicio. ◊ Elevada actividad resistente, aplicación para fabricar hormigones de alta resistencia. ◊ No podrán contener elementos perjudiciales que puedan afectar a la durabilidad del hormigón o corrosión de las armaduras. ESPECIFICACIONES − Oxido de silicio SiO2 > 85% − Cloruros <0.1% − Perdida al fuego <5.0% − Índice de reactividad > 100% 5. Recomendaciones de uso Hormigón en Masa ! 200 Kg./m3 Cantidades mínimas de cemento Hormigón Armado ! 250 Kg./m3 Hormigón Pretensado ! 275 Kg./m3 A mayor cal mayor expansividad Lección 7 Hormigón Fresco 31 ♦ Características del hormigón fresco: ♦ Docilidad ♦ Consistencia ♦ Fraguado ♦ Homogeneidad y uniformidad ♦ Compacidad ♦ Densidad ♦ determinación de la consistencia del hormigón. 1. Características del hormigón fresco: Hormigón recién amasado que posee plasticidad y facultad de moldearse. Tamaño de grano + Viscosidad ! Pasta Homogénea Dosificación adecuada Agua/Cemento Grado de hidratación Comportamiento Reológico Tamaño de las partículas Tiempo de amasado Temperatura a. Docilidad Aptitud del hormigón para ser puesto en obra con los medios de compactación que se disponga (workability) Trabajabilidad. Dimensiones del elemento Condicionado por: Secciones armadas Medios puesta en obra EHE Art. 30.6 La docilidad debe ser la suficiente para rodear las armaduras y rellenar los encofrados La docilidad va en función de la consistencia y es inversamente proporcional a la compacidad. No hormigones fluidos para hormigones estructurales salvo plastificantes. b. Consistencia Mayor o menor facilidad que tenga un hormigón para deformarse 32 Agua de amasado Tamaño máximo Granulometría continua Rodados Dependencia Forma de los áridos Cantidad y finura del cemento Influye el modo de compactación: Tipos Seca Fluida Plástica Blanda Vibrados enérgicos, cuidadosos, PREFABRICADOS Vibrado normal, zapatas pilares, vigas . Apisonado, nervios forjado, capa compresión, bombeos Picado con barra. Muy armados hormigones vistos Se mide en la pérdida de altura según el cono de Abrahans: Seco: 0−2 cm. ± 0 Plástico: 3−5 cm. ± 1 Blando: 6−9 cm. ± 1 Fluido 9−15 cm. ± 2 La EHE aconseja no utilizar el uso de consistencia inferior a 6 cm. (seco, plástico) c. Fraguado Tiempo para dar forma Hidratación Conglomerante Gel cristales 33 Principio Tiempo de fraguado 2 horas Principio final Falso fraguado Cuando hace mucho calor 1 hora 1 hora No confundir 5−15 m en que endurece rápidamente; se amasa de nuevo d. Homogeneidad y uniformidad Con respecto al hormigón es la regularidad en cuanto a su distribución de componentes de manera equitativa, especialmente de los áridos, y posteriormente a la regularidad de sus características, es decir, que tengan la misma resistencia en todos los sitios. O dicho de otra manera, cualidad del hormigón por la cual los diferentes componentes de este, en una misma amasada se distribuyen regularmente en la masa teniendo unas características regulares. Homogeneidad se pierde se pierde Amasado Decantación Transporte Segregación Puesta en obra La homogeneidad se consigue con una buena compacidad, buen amasado, que el transporte de éste sea correcto la buena puesta en obra (con medios adecuados) Resistencias Color Uniformidad Homogeneidad >< amasadas Dosificación Consistencia Cambios dosificación Cambios componentes Distintas manos de obra Amasado diferente Esto deriva a dos características, de aspecto negativo respecto a la homogeneidad de los áridos. Es irregularidad en la dosificación: ◊ Segregación ! reparto irregular de los áridos por una mala vibración ◊ Decantación ! deposición de los áridos hacia el fondo Estas dos anomalías pueden producirse por: 34 ◊ Proporciones y características inadecuadas de los componentes del hormigón en especial de los áridos y un exceso de agua. ◊ Transporte a larga distancia y con vibración lo que produce decantación. Esto puede resolverse amasando de nuevo el conjunto hasta devolver la homogeneidad de la pasta. ◊ Caída libre del hormigón al lugar de la obra en la que se coloca, lo que provoca la separación de los áridos y pasta. La diferencia entre homogeneidad y uniformidad es: ◊ Homogeneidad: se cumple el reparto de componentes en un mismo amasado ◊ Uniformidad: se cumple el reparto de componentes en diferentes amasados e. Compacidad Relación del volumen real y el volumen aparente C = Vr/Va Suele valorarse la porosidad en función de la compacidad según: P = 1−C En virtud del porcentaje de poros podemos realizar la siguiente valoración: POROSIDAD INFERIOR AL 10% 10% − 15% CARACTERÍSTICAS DEL HORMIGÓN H. COMPACTO Y DE BUENA CALIDAD H. PERMEABLE Y NO ADECUADO PARA AMBIENTES AGRESIVOS H. MUY PERMEABLES E INADECUADOS PARA SUPERIOR AL 15% PROTEGER LA ARMADURA A LARGO PLAZO Los hormigones que se emplean en construcción suelen tener una compacidad del 94−96% con lo que la porosidad oscila entre un 6−4%, el grado de compacidad influye fundamentalmente en las resistencias mecánicas, durabilidad, permeabilidad, retracción y heladicidad. Podemos definirla como la relación entre la densidad aparente y la real o lo que igual la relación entre el volumen real y el aparente. − Vr: volumen de la parte sólida sin incluir poros. − Va: volumen de la parte sólida incluyendo poros. La máxima compacidad solo se consigue cuando no existen poros, o sea cuando Vr = Va Los poros se producen por el agua de amasado, otros al ocluirse aire en la masa, pero la mayor parte de este aire se elimina si la colocación se realiza adecuadamente, lo que sucede al vibrar la masa del hormigón en la compactación del mismo. f. Densidad Es un índice que permite determinar si el hormigón esta dosificado según las proporciones previstas, si se ha producido falta de homogeneidad en la masa separándose o acumulándose 35 los áridos o si la masa acumula excesivo aire ocluido en el proceso e amasado y colocación en obra. Esto se comprueba determinando la densidad del hormigón recién amasado y del colocado en la unidad de obra correspondiente. g. Otros ensayos particulares: ◊ Penetración ◊ Rigidez ◊ Plasticidad ◊ Contenido en aire ◊ Exudación ! en principio es mala si es excesiva y si es normal protege al hormigón de una excesiva evaporación ◊ Contenido en agua ! en un encofrado para no perder hidratación en las paredes en talud que absorban agua colocamos una lámina de plástico. 2. determinación de la consistencia del hormigón. Cono de Abrams (norma UNE 83−813−90) ◊ Se realiza el ensayo en cuya composición no intervengan áridos de tamaño superior a 40 mm. ◊ Se utiliza un molde metálico troncónico de acero galvanizado. ⋅ Diámetro de la base mayor 200 mm. ⋅ Diámetro de la base menor 100 mm. ⋅ Altura 300 mm. ◊ Este se coloca sobre una chapa o bandeja humedeciéndose ambas piezas. ◊ Se llena el molde en tres tongadas, ocupando cada una de ellas 1/3 aproximadamente de la altura, se compacta cada capa mediante 25 golpes. ◊ Se saca el molde cuidadosamente y de forma rápida. ◊ Se mide la diferencia entre la altura del molde y el punto más alto de la masa. Se pueden sobrepasar la cifra de 15 cm. de asiento o descenso del cono si se emplean aditivos Superfluidificantes en la fabricación del hormigón. En hormigones para la construcción se recomienda consistencia blanda. Por otra parte debe recordarse que el hormigón fresco debe colocarse en obra de forma que envuelva las armaduras y rellene completamente los encofrados sin que se forme coqueras, oquedades o porosidades. Para hormigones muy secos con asientos inferiores a 1 cm. se recomienda la utilización del consistrómetro de VEBE ! vibrado automático por medio de una máquina. Compactación Vibrado energético y cuidadoso Consistencia Seca El caso de prefabricación y elementos ejecutados en taller Vibrado normal Plástica Zapatas, Pantallas, pilares, muros, Vigas. Apisonado Blanda 36 Colocación de hormigones en nervios de forjado, capa de compresión Picado con barra Fluida Elementos muy armados, viviendas industrializadas, hormigones vistos. Lección 8 Propiedades del hormigón endurecido ♦ Características físico−químicas ♦ Impermeabilidad ♦ Durabilidad ♦ Resistencia térmica ♦ características mecánicas ♦ Resistencia a compresión ♦ Resistencia de proyecto ♦ Resistencia característica ♦ Resistencia característica real ♦ Resistencia característica estimada ♦ Resistencia de calculo ♦ Ensayos destructivos ♦ Resistencia a tracción y a flexión ♦ Ensayo a flexión y tracción ♦ Ensayo indirecto o hendimiento(durabilidad) ♦ Ensayo a la abrasión ♦ Capacidad de deformación ♦ Fluencia ♦ Elasticidad 1. Características físico−químicas a. Impermeabilidad Impermeabilidad Geles Finura del cemento compacidad Cantidad de agua + compacidad − agua Contacto corrección puesta en obra El hormigón es un sistema poroso y nunca va a ser totalmente permeable. Permeabilidad: es la capacidad que tiene un material de dejar pasar a través de sus poros un fluido.Para una mayor impermeabilidad se pueden utilizar GELES (aditivos). La mayor o menor permeabilidad es función de la red capilar. Va a depender de: ◊ Contenido y tipo de cemento. ◊ Cantidad de agua de amasado. ◊ Granulometría de los áridos. 37 ◊ Puesta en obra. ◊ Compactación. ◊ Curado. La permeabilidad se corrige con una buena puesta en obra y dosificación del cemento. El agua asciende más rápido por los capilares de menor diámetro, si el diámetro es mayor el agua no asciende. Como norma general se recomienda: ◊ Usar hormigones sin finos. ◊ Hormigones compactos para muros de contención y pantallas. El método para determinar la permeabilidad de agua bajo presión viene regulado en la norma UNE 83−309−90. El ensayo se realiza sobre tres probetas de hormigón con edad superior a 28 días, colocándose cada una en recipientes y se someten a diferentes presiones de agua. Una vez finalizado este proceso se rompen las probetas en dos mitades comprobándose la penetración de agua, hay que medir la penetración máxima y la profundidad media de penetración. ◊ El hormigón compacto de baja porosidad se comporta como un material impermeable cuando el agua en contacto esta a presión normal ◊ La impermeabilidad esta en relación directa con la porosidad y con la relación agua/cemento. ◊ Un hormigón será compacto con relaciones agua/cemento inferiores a 0,5 pudiéndose mejorar su comportamiento con aditivos. ◊ Un hormigón con más tiempo (+ viejo), si hace más impermeable ! se le cierran los poros superficiales. b. Durabilidad Calor Agentes Humedad Agresivos Factores Sales Efectos Contaminantes Deterioro Deterioro Físico Mecánico Es la resistencia o comportamiento, que opone frente a los agentes agresivos como calor, humedad sales y contaminantes, estos le van a influir. Las sales con las oscilaciones térmicas van a dar un deterioro mecánico y físico. Características que afectan a la durabilidad. 38 ◊ Mecánicas: vibraciones, Sobrecargas, impactos ◊ Físicas: oscilaciones térmicas, higrométricas, fuego. ◊ Químicas: contaminación atmosférica, aguas filtradas, terrenos agresivos. ◊ Biológicas: vegetación, microorganismos. c. Resistencia térmica Bajas temperaturas hielo−deshielo Deterioro mecánico Altas temperaturas + 300º Incendio El hormigón puede estar a baja temperatura, pero con el problema de que su agua se congele, de ahí la necesidad de usar anticongelantes. Es la resistencia del hormigón a la temperatura, dependerá a las condiciones a las que este expuesto. Es bueno 300−400º a partir de esta temperatura el hormigón comienza a perder propiedades por la alteración de los componentes hidratados. Los hormigones refractarios son los más resistentes, están compuestos por ácidos silíceos y cementos aluminosos. 2. Características mecánicas Compresión Res. Calculo EHE Art.88 Fcd 95% Res. Caract. Real Res. Proyecto Resistencia Fck real Fck característica Res. Caract. Estimada Fest a. Resistencia a compresión Tomamos una probeta cilíndrica de 15 cm. de diámetro y 30 cm. de altura y se realizan las siguientes resistencias. i. Resistencia de proyecto (EHE Art. 88) Resistencia de proyecto fck. Es el valor que se adopta en el provecto para la resistencia a 39 compresión, como base de los cálculos, se denomina también resistencia característica especificada o de proyecto. Se define como aquel valor con el que existe una probabilidad de que el 95% de los valores individuales den valores superiores al dado, un 5% de los mismos pueden ser inferiores. Para HM (20 N/mm2) y para HA y HP (25 N/mm2) ii. Resistencia característica Es la que nos encontramos en la obra. Influye en la Resistencia característica real y estimada. ♦ Resistencia característica real Fck real es la que está actuando en el hormigón endurecido en cada punto, por lo que no la sabemos, recurriendo a la Resistencia característica estimada. ♦ Resistencia característica estimada Fest, es el valor que estima o cuantifica la resistencia característica real de obra a partir de un número finito de resultados de ensayos normalizados de resistencia a compresión. iii. Resistencia de cálculo Fcd = fck (de proyecto)/chef de seguridad Coef. = 1,5−1,6 deben ser mayor o igual a las citadas 20 N/mm2 25 N/mm2 iv. Ensayos destructivos Cuidado probetas Rotura de Dispersión Conservación Probetas Calibrado prensa Resistencia media Fcm Coeficiente de seguridad Nº familias Mediante la rotura de probetas, a los 28 días se rompen dos probetas. Si queremos un avance, ponemos dos probetas mas y las rompemos a los 7 días. Cuando rompemos las probetas nos da una dispersión, esta puede deberse al cuidado de las probetas, la conservación y el calibrado de la prensa. 40 Se hace una resistencia media fcm, se hace para cada familia (cada dos probetas) y con un coeficiente de seguridad para evitar la dispersión. EJEMPLO Dadas las siguientes medidas realizamos fcm: Cada uno de estos datos son la fcm de cada familia: 22,5 25 23 20 23,5 23 23,2 26,4 23,4 21,2 Luego realizando el sumatorio de los valores y hallando la media obtenemos el valor de 23.12 N/mm2, los valores de la segunda columna van a estar más dispersos (son más variados), luego van a ser más desfavorables que los de la columna 1 que son más favorables. En conclusión, no vasta con mirar sólo la resistencia media, sino también la dispersión b. Resistencia a tracción y a flexión Cortante Adherencia Tracción Relación Deslizamiento armadura Fisuración i. Ensayo a flexión y tracción Una vez realizado el ensayo de compresión: Fck, t = 0,45 " fck del ensayo a compresión Resistencia característica a tracción O bien la calculamos con el ensayo brasileño: ft, I = 2F/ Pi x diámetro probeta x longitud probeta Tamaño máximo del árido 20 mm 10 x 10 x 50 cm. 40 mm 50 mm 15 x 15 x 75 cm. 20 x 20 x 100 cm. F/2 F F/2 41 La carga puede ser: ◊ 1 centrada (F) ◊ 2 excéntricas y simétricas ( F/2 − F/2) 4a 5a ii. Ensayo indirecto o hendimiento (durabilidad) 3 probetas de la edad de 28 días (30 x 15), se les inyecta agua a presión durante 4 días, después las sometemos a compresión (rotura) y vemos la tracción indirecta (ensayo brasileño). Después de romperla medimos la profundidad del agua o hendimiento. Parámetros: ◊ Profundidad máxima Z ◊ Profundidad media T Aceptación o rechazo: ◊ Profundidad máxima Z Z<65 mm Zm = z1 + z2 + z3 / 3 " 50 mm ◊ Profundidad media T T<40 mm Tm = t1 + t2 + t3 / 3 " 30 mm iii. Ensayo a la abrasión La abrasión esta relacionada con la calidad de los materiales y con la relación a/c. Si es baja en agua, será mayor la resistencia a la abrasión (garajes, soleras. pavimentos) Hay que darle tratamientos superficiales como son los morteros o pinturas, se le aplica al modero cuando esta endurecido. Este modero estará constituido por un árido resistente y tendrá granulometría fina. Los tratamientos superficiales son: − Revestimiento de morteros Con áridos resistentes y granulometría fina. − Pinturas c. Capacidad de deformación. Retracción Deformabilidad Está relacionada con: ◊ Entumecimiento (aumento de volumen) ◊ Retracción (pérdida de agua) ◊ Exudación (el agua se va a la superficie y los materiales pesados quedan en el fondo) 42 Retracción Se define como la contracción de volumen que se verifica en el hormigón cuando el curado se realiza al aire, consecuencia de la pérdida de agua de amasado. Este proceso está influenciado por los siguientes factores: ◊ Cemento: a mayor contenido, mayor finura y resistencia mecánicas, la retracción será más alta. Este es el que más influye por sus reacciones con el agua de amasado. Los cementos de fraguado rápido tienen más retracción que los demás. ◊ Áridos: los finos incrementan la retracción, al igual que con una granulometría inadecuada. ◊ Agua: el incremento en el contenido de agua repercute de forma directa al aumento del amasado. ◊ Tipo de hormigón: el armado retrae menos. ◊ Elementos de hormigonado: a menor espesor mayor retracción, los elementos superficiales mas que otros. ◊ Curado: si se realiza en época calurosa o fuerte viento se incrementa la retracción. Los valores de retracción son: ◊ Hormigón en masa: 0,35 mm/m ◊ Hormigón armado: 0,25 mm/m ♦ La retracción produce tensiones de tracción, originando fisuras en el hormigón con la consiguiente pérdida de capacidad resistente y de la durabilidad. ♦ Los efectos que origina la retracción afectan de forma negativa al hormigón, el más importante son las fisuras que aparecen como consecuencia de los efectos de tracción. ♦ Las fisuras de retracción hidráulicas se producen a los primeros días de haber hormigonado, este proceso puede durar años. Precauciones ♦ Emplear hormigones de adecuada granulometría, pocos finos, cemento de resistencia media 32.5−42.5 N/mm2 y relaciones agua / cemento de 0.5. ♦ Un curado eficaz desde las primeras horas, en especial en tiempo caluroso o cuando hay viento. ♦ Armaduras que absorban esfuerzos de tracción que se originan con la retracción. ♦ Juntas de retracción. Deberán preverse tanto en muros como en forjados, soleras y pavimentos. ♦ Emplear cementos de retracción controlada a base de aditivos. ♦ Fibras reforzadas, polímeros (plásticos) d. Fluencia En el hormigón endurecido puede haber deformaciones debidas a tensiones constantes sobre el mismo; es decir fluencia. Ej.: solera de cemento y áridos 43 Se deforma el cemento y las partículas finas Pero no los áridos gruesos. La fluencia irá en función del tipo de cemento: ◊ Resistencia: + resistencia − deformación ◊ Edad: primeras edades, mayor fluencia ◊ Condiciones de trabajo: tensiones constantes de kilos o de impactos y sobrecargas. e. Elasticidad El hormigón no cumple la ley de Hooke. Es un material rígido que depende del: ◊ Árido: más árido más rigidez ◊ Pasta: más pasta menor rigidez. Lección 9 Durabilidad. ♦ Introducción ♦ Clases de exposiciones ♦ Generales: relativas a la corrosión de las armaduras ♦ Especificaciones: relativas a otros procesos de deterioros distintos a los de corrosión ♦ Estrategias de durabilidad. ♦ Requisitos de dosificación y comportamientos. ♦ Caracterización de hormigones. ♦ Decisiones de las clases de exposición. 1. Introducción T − R / C / TM / A Tipificación del hormigón: Ej.: hormigón armado HA−20 N/mm2 Tipo HM Resistencia HM>20 Consistencia Seca (0−2cm) HA HA>25 Plástica (3−5) ±1cm HP HP>25 Tamaño máx. árido Ambientes 20 mm si no nos I dicen nada IIa, Iib IIIa, IIIb, IIIc Blanda (6−9) ±1cm IV Fluida (10−17) Qa, Qb, Qc H F 44 E Capacidad del hormigón de soportar en su vida útil de la estructura, según sus condiciones físicas, químicas, mecánicas y biológicas a las que está expuesto. Mecánicas! sobrecargas, choques, Físicas! cambios de T. Heladas Químicas! armaduras hormigón Biológicas Causas: 2. Clases de exposiciones Definición de tipo de ambiente: Art. 8 EHE Viene definido por el conjunto de condiciones físicas y químicas a la que está expuesto, y que puede llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a los que las cargas y solicitaciones. Ver tabla 8.2.2 a. Generales: relativas a la corrosión de las armaduras Ambiente I! no agresivo en interiores de edificios y en general cuando no de al exterior. Recubiertos de ladrillo. Ambiente II! agresividad normal Sótanos, cimentaciones IIa ! humedad alta Interior H>65% Exterior<600 L/m2 Hormigón sin recubrir IIb ! humedad media Exterior < 600 L/m2 Ambiente III!marino IIIa ! aérea; Cl− cerca del mar IIIb ! sumergida Cl− cimentaciones Siempre que tengamos un IIIb +Qb IIIc + Qb IIIc ! mareas Cl− Se le pone Qb IIIa + Qa + F Ambiente IV! cloruros > < Marino 45 Piscinas Depuradoras Contacto con la nieve b. Especificaciones: relativas a otros procesos de deterioros distintos a los de corrosión Química agresiva (tabla 8.2.3.b) Qa ! Industrial agresividad débil Qb ! Agresividad media Agua de mar, residuales, industrial Qc ! Agresividad fuerte Agentes químicos Aguas residuales, industrias Heladas H ! Sin sales fundentes. H>75%; Temperaturas menores a −5º Estaciones invernales F ! Con sales fundentes. Prevenir placas de hielo Erosión E ! Pavimentos, tuberías. Fuertes oleajes 3. Estrategias de durabilidad. Art. 37.2 EHE Para que una estructura de hormigón sea perdurable: Prescripciones generales Aspectos: ♦ Formas adecuadas ! Art. 37.2.2 Art. 26−29 ♦ Calidad del hormigón ! Art. 37.2.3 Art. 68 Art. 37.3.1 Art.70 y 74 ♦ Recubrimiento de las armaduras !Art.37.2.4 / no menor a la tabla rnom = rmin + r Siendo: rmin = recubrimiento mínimo según tabla 46 rnom = recubrimiento nominal el que se pone r = 0 mm prefabricados 5 mm elm. In situ 10 mm el resto ♦ Separadores ! Art.37.2.5. tabla 66.2 ♦ Valor máximo de fisuras Art.37.2.6. tabla 49.2.4 ♦ Protecciones superficiales ! Art. 37.2.7. amb. Muy agresivos ♦ Medidas contra corrosión. ! Art. 37.4; Art.8.22; Art. 26,27,28,29 Clases de exposición Espesores de recubrimiento Materiales empleados Cont. Cl. Sulfuros, Sulfatos. 4. Requisitos de dosificación y comportamientos. Generales ! máxima relación a/c Art. 37.3.1 ! mínimo contenido cemento ! mínimo contenido aire ocluido (heladas) 4,5% Adicionales Art.37 ! cementos SR (sulfatos) ! cementos MR ! erosión ! Art.37.3.6 ! álcalis−árido Art.27.3.7 5. Caracterización de hormigones. Valores mínimos relación a/c Contenidos mínimos de cemento Resistencias mínimas del hormigón Espesor de recubrimiento armadura Tablas ♦ Decisiones de las clases de exposición. Clase I ! 0.65 Clase Qc! Valores Relación agua/cemento 0.45 47 Contenido de cemento 250 Kg./m3 Clase 350 Qc! Kg./m3 Resistencia mínima Clase I ! 25 N/mm2 Clase 35 N/mm2 Qc! Recubrimiento Clase I ! 20 mm Clase 35 mm Qa! Clase I ! Fase de proyecto cuidar elementos expuestos Tipo de ambiente Definir formas Criterios detalles estructurales protección evacuación de aguas elementos ética frente degradación del hormigón Lección 10 Control de calidad del hormigón ♦ Introducción. ♦ controles del hormigón. ♦ Documentación ♦ Ensayos y comprobaciones: ♦ Consistencia ♦ Durabilidad ♦ Resistencia: ◊ Previos ◊ Característicos ◊ Control: ⋅ Reducido ⋅ 100x100 ⋅ Estadístico ♦ Introducción. ◊ El control del hormigón. Antes Era una inspección visual y simples ensayos 48 Actualmente ! Técnicas estadísticas ! Tecnologías avanzadas ! Equipamientos ◊ Fases del control: antes/durante/después: 1º) Encargo del proyecto (antes) 2º) Ejecución de la obra (durante): controles en... ◊ requisitos de los materiales ◊ producción del hormigón ◊ ensayo de consistencia−recepción ◊ ejecución. 3º) ensayos de información (después) cuando el hormigón ya está endurecido ♦ controles del hormigón. ♦ Documentación Incluye: ◊ Demostración de los requisitos materiales que cumplen EHE de: ⋅ cemento (Art.26) ⋅ agua (Art.27) ⋅ áridos (Art.28) ⋅ otros componentes (Art.29) • aditivos • adiciones ◊ Demostración de la documentación del control de la durabilidad ⋅ Composición de esos hormigones ⋅ Identificación de las materias primas de hormigón ⋅ Copia de los resultados de los ensayos (UNE−83309) ◊ Hoja de suministro (hormigón preparado) es un modelo de alvarán es importante que incluya el sello de calidad!AENOR ⋅ La hoja de suministro es muy importante e imprescindible para la recepción del hormigón en obra. Tiene que estar archivada por el constructor a disposición de la dirección de obra. ◊ Ensayos y comprobaciones: Consistencia ! Art. 83 Durabilidad ! Art. 85 Resistencia ! Art. 84 ◊ Consistencia ⋅ control de consistencia: • grado de docilidad • recepción del hormigón en obra 49 ⋅ método de ensayo: cono de Abraham (UNE−83313) ⋅ ¿cuando se hace este ensayo? Siempre que se hagan probetas, cuando no se hagan se hará el control reducido o también por que lo ordene la dirección de obra. En ambos casos el ensayo también se hace siempre. ⋅ ¿Qué comprobamos? El índice de consistencia. La EHE recomienda a> 6 cm. y admite a>15 cm. el índice lo vemos según la tabla de consistencia: Seca 0−2 0 0−2 Plástica 3−5 ±1 2−6 Blanda 6−9 ±1 5−10 Fluida 10−15 ±2 8−17 La toma del hormigón para la probeta se tomará entre ¼ − ¾ del vertido del hormigón del camion. Aceptación o rechazo: procedimientos ⋅ 2 determinaciones ⋅ media aritmetica de las 2 determinaciones ⋅ tolerancias EHE ⋅ comparar con el proyecto ⋅ Durabilidad Es obligatorio • tipos de controles ♦ hoja de suministro (documentación) ♦ profundidad de la penetración del agua • objeto: dosificación prevista antes del comienzo de la obra nos tiene que justificar que el producto sea impermeable. • ¿Cuándo se puede eximir el ensayo? ♦ Hormigones de central (con justificación documental) ♦ Con caducidad máxima de 6 meses ♦ Si el hormigón trae un distintivo de calidad (CC − EHE) Art. 1 • Procedimiento: ♦ 3 probetas de 15 x 30 cm. ♦ tracción indirecta ♦ medicion profundidad del agua bajo presión. • Parámetros: ♦ Profundidad máxima (Z) ♦ Profundidad media (T) Aceptación o rechazo: • Zm " 65 mm • Tm " 40 mm • Resistencia: • Previos Art. 86 • Característicos Art. 87 • Control Art. 88 ◊ Reducido ◊ 100x100 ◊ Estadístico 50 Adiciones Fluidificantes Cemento Rodados Finos Finos < resistencia (+ finos +agua) Dependencia Agua Dependencia a a 51
