1
EL HORMIGÓN ARMADO COMO BASE DE SISTEMA CONSTRUCTIVO
PANORAMA GENERAL
El hormigón como material estructural permite, según la resistencia mecánica para la que haya sido formulado, comportamientos a la compresión adecuados a diferentes rangos de exigencia. Cuando es armado, las cualidades de tracción las otorgan las armaduras y en ese caso, como consecuencia también resulta compatible frente a los esfuerzos compuestos. Sus posibilidades monolíticas, permiten a este material mixto, mixto, proyectarse proyectarse como opción para grandes rangos dimensionales. Tiene comparativamente, expresiones de mayor dimensión en sus secciones que la arquitectura del acero, pero pueden ser disminuídas aquéllas, notablemente mediante técnicas como el precomprimido. También es destacable dentro de estos conceptos su versatilidad formal íntimamente asimilable a esfuerzos y modelos estructurales por tratarse de un conglomerado artificial. En referencia a sus respuestas frente a otros fenómenos físicos y físico-ambientales es de destacar que no es vulnerable como el acero a corrosión o fuego (F-120 (F-120 en 15 cm), y cuando ha sido preparado con adecuada compacidad y carencia de porosidad comunicada tiene un comportamiento adecuado como reductor de sonidos y también puede lograr rangos aceptables de impermeabilidad al agua. Esta misma constitución masiva le permite ofrecer inercia térmica frente a condiciones climáticas oscilantes, pero frente a condiciones constantes y especialmente en espesores medianos o pequeños, se constituye en un material de alta conductividad térmica. Frente a este última última limitante la tecnología tecnología debe recurrir a soluciones mixtas de diseño, o a variar la composición del material, mejorando su cualidad aislante en desmedro de las propiedades estructurales y acústicas. Además es destacable el hecho de que su característica moldeable permite controlar el diseño diseño de su textura textura superficial según los requerimientos. Por ser un material mixto y conglomerado , requiere durante el proceso constructivo, un control de calidad calidad mucho más más acentuado en relación a sus etapas etapas de elaboración en terreno. Al respecto hay diferentes opciones en lo que respecta a diferenciar etapas industriales y etapas a nivel de obra:
Prefabricado Prefabricado total.- confía a la etapa industrial este control, y en obra se traduce más bien en una responsabilidad de montaje. montaje.
Prefabricado de armaduras.- en este caso, el sistema de armaduras de acero no tiene compromisos en obra en cuanto a control de calidad salvo sus condiciones de montaje, pero el hormigón debe asimilarse a alguno de los diversos diversos grados de formulación y elaboración.
Predosificado.- En este caso, la dosificación de los componentes del hormigón mismo ha sido abordada previo a su ingreso a la obra, pero todo su su proceso, está dependiendo del control de calidad de las faenas de ésta.
Premezclado.- En esta opción, la más habitual hoy en día (de acuerdo a la envergadura de la obra), tanto la predosificación predosificación como la preparación previa está también garantizada por el proveedor, y corresponde a la etapa de obra, el control de su correcta colocación y necesarios procesos vinculados, simultáneos y, posteriores de los cuales depende la obtención efectiva de sus propiedades.
2
Dosificado, preparado y aplicado en obra.- En este caso, la totalidad del proceso y sus respectivas normas deben ser adecuadamente especificadas y verificadas verificadas para la obra. Todo esto debe ser reconocido a adecuada escala por el Arquitecto.
La evolución tecnológica del material va aparejada con sus posibilidades formales y dimensionales, con la optimización de sus propiedades tanto físicas como mecánicas, y también con el perfeccionamiento de sus procesos y productividad. El material permite modelos tanto tradicionales de tramas, con sus adecuados esquemas dinámicos (pilares, vigas, pórticos, marcos, arcos, entramados estereométricos, placas, mixto de entramados con placas).
Como también mayor versatilidad, articulación y formas curvas
Y también sistemas mixtos mixtos incluyendo el trabajo de elementos de acero (cuerdas, membranas). membranas). Tanto la opción del precomprimido como la del ferrocemento permiten optimizar dimensiones (ambos) y formas (fundamentalmente en segundo). En el caso del ferrocemento el trabajo estructural lo realiza exclusivamente el acero, tanto a tracción como compresión, siendo el hormigón o mortero solo un complemento de relleno o recubrimiento con fines ambientales. Hay muchas construcciones hoy en día en Chile y en el mundo, que siendo de acero, acero, están recubiertas (por requerimiento de las normativas de fuego) y aparentan exteriormente ser de hormigón armado. El hormigón armado hoy en día está asociado para su uso en todo el mundo, con criterios de cálculo estructural que acompañan a la formulación de los modelos formales. formales. En nuestro sísmico país este proceso tiene un hito importante hacia 1940 después del terremoto de Chillán) por cuanto las normas de cálculo son obligatorias y de alta exigencia desde esa fecha.
3 La proyección futura del material pasa por:
Una evolución permanente de las propuestas formales. formales. Una evaluación y perfeccionamiento permanente de las propiedades con miras a su optimización dimensional dentro del esquema de las propuestas formales, dependiente de la evaluación tecnológica de su fabricación (calidad) Una evolución y perfeccionamiento de los procedimientos constructivos con miras a optimizar la productividad en la obra y en la industria. industria .
Todo esto conduce a la necesidad de profundizar los conceptos de industrialización.
INDUSTRIALIZACIÓN APLICADA EN CONSTRUCCIÓN
Involucra una racionalización, racionalización , o sea la aplicación de los principios propios del proceso industrial al área de los procedimientos constructivos, constructivos, con sus objetivos, que son optimizar productividad y calidad. Se entiende por productividad, a la obtención de mayor cantidad de productos con igualdad de recursos, o a la obtención de igual cantidad de productos destinando menos recursos (rendimiento (rendimiento). ). Dentro del concepto recursos puede entenderse incluídos no sólo los materiales y humanos, humanos, sino también el tiempo, tiempo, y las consecuencias de efectos colaterales como el impacto ambiental y ecológico. Una productividad mal concebida generalmente repercute en una disminución de la calidad, y también tradicionalmente la calidad se asociaba a menor rendimiento. En este caso se trata de planificar para optimizar simultáneamente ambos conceptos. Los principios son:
Modulación.- Usar una medida base que relaciona todos los dimensionamientos (no atenta contra la libertad creativa). (Modulor de Le Corbusier; Escuela de diseño Nórdico).
Standarización o estandarización.- Diseñar y producir elementos en forma seriada y repetitiva, lo que generalmente va aparejado con la posibilidad de darle a éstos versatilidades de usos. Requiere un acabado estudio estudio de probabilidades.
Mecanización.- Utilización de la tecnología para mejorar velocidad y calidad de proceso y producto. Disminuye mano mano de obra y sus variables involucradas.
Prefabricación.- Realización de los elementos ya sean modulados, estandarizados, y por métodos mecanizados o no, en etapas previas a la obra. obra . Llegan como elementos integrados listos para ser colocados. Pueden haber haber grados incompletos incompletos para un proceso de prefabricación, tales como como el precortado. Elementos franjibles son aquéllos que han sido predimensionados, pudiendo pudiendo modificarse en obra.
La prefabricación puede manifestarse bajo diferentes tipos de clasificación: Abierta.- A libre disposición del mercado, catálogos. Ejemplo: perfiles, pe rfiles, paneles, puertas. Cerrada.- Procedimientos industrializados específicos de un sistema Ejemplo: paneles, pilares y vigas vigas de una tipología. La prefabricación cerrada se puede “abrir”. Parcial.- De los elementos elementos básicos o estructurales solamente, o de los elementos de envolvente solamente, quedando parte fuera del proceso. constitutivos del edificio, incluido incluido integración entre sistemas. Total.-De Total.-De todos los elementos constitutivos
4 Pesada: Más de 600 Kg. Transporte mecanizado obra gruesa, generalmente de sistema cerrado. Este límite es actualmente más relativo pudiendo considerarse incluso hasta la escala de los 1000 Kg o similar. Liviana: menos de 600 Kg. Transporte manual y elementos mecánicos sencillos en obra. Durante el desarrollo de los procesos constructivos inherentes al hormigón armado como sistema, podrán visualizarse claramente las opciones tanto carentes de industrialización, como sus equivalentes en cada principio de ella, a diferentes niveles de desarrollo, y en diversos grados, aspectos y combinaciones. A título ilustrativo: ilustrativo: (Ref. Capítulo Capítulo moldajes) El moldaje multiuso no constituye prefabricación, sino más bien una aplicación con características mecanizadas de una modulación. Los moldajes deslizantes y trepantes son una clara versión de mecanización. El moldaje incorporado llega a ser en muchos casos un elemento a considerar dentro del concepto de prefabricación liviana, abierta.
Los sistemas prefabricados para el hormigón armado han encontrado en cada cada uno de los diversos medios, con sus diferencias económicas, culturales, sociales, tecnológicas, y de momentos históricos, diversa opción de desarrollo para cada una de sus escalas, alcances y grados de integralidad. Historial de la prefabricación en hormigón armado. armado. Referencia a Chile y ejemplos. Los países desarrollados, desde la primera mitad del siglo 20, se encontraron con la suficiente implementación, recursos y mercado para formular soluciones en prefabricación pesada cerrada. En el caso habitacional son emblemáticos los ejemplos franceses (“Camus”, “Coignet”) en edificios de gran altura. Por su parte, en cambio la prefabricación liviana abierta fue mucho más fácil de instaurar en medios menos desarrollados, con sus tipologías de elementos de pequeñas dimensiones que han llegado a formar parte del bagaje habitual en nuestro medio, tales como bloques huecos, losetas, bovedillas, pastelones, adocretos, tubos de alcantarillado, módulos de paneles divisorios de predios, pilarejos, viguetas, y también a otra otra escala dimensional, los postes de la vía pública. Las primeras experiencias habitacionales como sistema propiamente tal, en Chile se remontan a comienzos de la década de 1950 (Casas “Cedesco” de paneles en prefabricación pesada); y hacia 1970, con la planta planta “KPD” instalada en en El Belloto, Belloto, Quinta Región (Solución (Solución integral en base a paneles y losas, incluyendo instalaciones instalaciones y terminaciones, para edificios edificios de altura media, basado en el sistema “Camus”). Posteriormente, la opción se ha orientado generalmente por el camino de la prefabricación liviana (y mediana), ya sea a nivel de paneles (hormigón liviano), o de sistemas de entramados (entre los ejemplos antiguos puede citarse entre otros, “Structurapid”), modalidades que han experimentado un amplio desarrollo y perfeccionamiento en las últimas décadas hasta la actualidad. Una versión de la prefabricación pesada de más reciente difusión mundial y también en nuestro medio es el sistema “Tilt Up” (prefabricado a pie de obra con sistemas o equipos de accesibilidad inmediata para erigir los elementos a la posición vertical) solución en la que no se requiere del traslado. Por otra parte en casos de obras civiles no habitacionales, la prefabricación pesada en nuestro medio y como reflejo de la globalidad ha logrado llegar a metas de gran cantidad de toneladas por elemento (dovelas del metro de Santiago). Ilustraciones Ilustraciones en páginas 6 , 7 , 8 y 9
Ver reseña genérica de elementos medianos y grandes, grandes, prefabricados en en hormigón armado en capítulo: capítulo: “Hormigón, elementos prefabricados”
5
6
7
Sistema “Structurapid”
8
SISTEMA TILT - UP
9
LOSAPRET
BOTTAI
10
CONCEPTOS LIGADOS AL HORMIGON Conglomerados: Son materiales constituídos por una mezcla íntima de una materia base que aporta las propiedades generales y una materia aglomerante que aporta la coherencia. coherencia . Esta mezcla íntima se produce habitualmente basada en procesos químicos, físicos, o combinación de ambos, acompañados de condiciones físicas en cuanto a humedad, presión, temperatura, etc. Generalmente en los conglomerados existen además componentes auxiliares dentro de la mezcla Íntima que les dan propiedades más específicas.
Origen: Pueden ser naturales o artificiales según que se haya producido su síntesis ya sea en la naturaleza sin la intervención ni control del hombre, o que este haya participado en la dosificación y proceso p roceso mismo. - Ejemplos Naturales: Piedras; - Ejemplos artificiales: artificiales: arcillas crudas, arcillas cocidas, derivados de la madera, fibroaglomerados, morteros, hormigones, sintéticos.
Aridos: Se entiende comprendidas dentro del concepto de árido a las sustancias que no participan de la propiedad aglomerante dentro de un material, aportando en cambio, propiedades mecánicas o afines (son los componentes que definen la resistencia a la compresión en un hormigón por ejemplo). También hay áridos especiales para color, textura o propiedades físicas muy particulares como los refractarios. Peso específico de un árido común 2600 a 2700 [Kg/m3] = 2,6 a 2,7 [g/cm 3].
Aglomerantes: Son los materiales capaces de dar la coherencia a la mezcla que forma un conglomerado (existen varias substancias suficientemente abundantes en la corteza terrestre aptas para aglomerar áridos, y ellos pueden clasificarse en naturales y sintéticos. Entre los primeros pueden citarse: arcilla, yeso, cal aérea, cal hidraúlica, cementos en general, anhidrita, cenizas de lignito, puzolana, magnesia. Los segundos los constituyen en general las resinas derivadas de la química orgánica. Además de la función básica de aglomerar y estabilizar la mezcla pueden haber otras más accesorias más o menos desarrolladas según su naturaleza (tiempo de fraguado, adherencia, etc)
Hormigones.- (Llamados también concretos). Se definen como una mezcla intima de árido fino, árido grueso aglomerante y agua en proporciones adecuadas. No deben confundirse con los morteros que no incluyen el árido grueso ni con las pastas, pastas, que constan sólo de agua y aglomerante.
El agua.agua.- Participa en la reacción química con el aglomerante y también cumple funciones plastificantes.
Los aditivos.- Son también componentes optativos en pequeñas dosis en los morteros y hormigones. Son químicamente activos para aportar propiedades p ropiedades específicas.
Hormigón armado incluye además enfierradura para propiedades mecánicas de tracción.
11 Según responsabilidad estructural.estructural .- Los morteros y hormigones se clasifican en: -
Mecánicamente resistentes: bloques, muros No responsables mecánicamente: estucos, sobrelosas
Según modo de aplicarlos.aplicarlos .- Los morteros y hormigones se clasifican en: en: -
Prefabricados que llegan con su forma definitiva a la obra: bloques, tubos, baldosas, pastelones, pilares, vigas prefabricadas. Amorfos o formáceos que obtienen su forma in situ: morteros de pega, estucos; muros, pilares, vigas, losas que usan moldaje de obras.
Según naturaleza del árido.árido .- Los morteros y hormigones se clasifican en: -
Ordinarios.- Confeccionados con áridos pétreos naturales de peso normal 2600 a 2700 [kg/m3] ), y característica resistencia a la compresión. compresión.
-
Ornamentales.- Confeccionados con agregados o tierras de colores que reemplazan parcialmente al árido corriente.
-
Especiales.- Son aquéllos que han reemplazado parte o el total de los áridos pétreos naturales de peso normal por otros de diferente naturaleza que confieren cualidades o propiedades diferenciadas: pétreos especiales, pétreos livianos, arcillas cocidas, refractarios, fibras minerales, minerales, fibras vegetales, aserrín, materiales sintéticos, fibra óptica (en este último caso para fabricar el hormigón translúcido aún en etapas experimentales).
Usos de morteros y hormigones especiales.especiales.- Morteros.-Tejas, Morteros.-Tejas, baldosas al liquido, baldosas combinadas, combinadas, microvibradas, microvibradas, pastelones con textura textura de áridos. Existen industrialmente mezclas preparadas para terminaciones a agregar a los morteros ornamentales. Técnicas para textura en morteros especiales: retardadores superficiales, desmoldantes. Hormigones.-Sin áridos finos (con huecos de la l a granulometría visible), refractarios, hormigón de yeso y fibras de yeso, celular, de escoria de carbón (pesa 1700 [Kg /m3 ] ), de pómez, de poliestireno expandido (copos de 3 a 5 [mm] de ).
El aglomerante confiere específica definición a cada mortero u hormigón.- En el caso particular de los morteros se cita habitualmente los siguientes tipos, clasificados según dicho aglomerante: De cemento/arena De cal/arena De cemento/cal/arena De suelo-cemento De yeso El mortero de cemento/arena a su vez según la dosis de cemento se clasifica en: -
Muy pobre (bloques de muros no resistentes) Pobre ( 1:6) (bloques y albañilerías gruesas) Mediano (1:6) (albañilerías ordinarias) Regular (1:4) (albañilerías ordinarias y estucos estucos interiores) Normal (1:3) (estucos exteriores, albañilerías delgadas) Rico ( 1:3) (estructuras especiales) Muy rico (impermeabilización de uniones y retapes)
12
13
HORMIGON CORRIENTE DE CEMENTO DESCRIPCIÓN
Una vez completado su proceso se presenta como un material grisáceo cuya tonalidad puede variar desde claro* a oscuro, alta densidad, porosidad relativa y apto para sustentar responsabilidades de compresión. * Actualmente está en proceso de masificación la producción de hormigones blancos, y de diversos colores.
Peso específico de los hormigones.- Un buen hormigón, de acuerdo a la compacidad obtenida, debe tender a un peso de 2400 [Kg/m3], especialmente en el caso del hormigón armado. Un hormigón de menos densidad supone porosidad y disminución de las resistencias mecánica, acústica, acústica, e hidráulica. Hasta Hasta los 2000 [Kg/m3], se considera hormigón corriente, y bajo los 1600 [Kg/m3], se considera hormigón liviano. Si el peso específico está sobre los 2500 [Kg/m3], se considera hormigón pesado.
Denominación de acuerdo a la dosis de cemento.- Es frecuente encontrar especificado el hormigón en función de la la cantidad de cemento a utilizar en la preparación preparación de cada m3 de hormigón. Por ejemplo: 270 (Kg-cem-m3)* significa = dosis de 270 [Kg] de cemento por cada [m3] de hormigón elaborado. elaborado . También se acostumbra especificar en cantidad de sacos, por ejemplo: 6 (sacos-cemento-m (sacos-cemento-m3). *También se le suele ex presar como (Kg/cem/m3)
Denominaciones de acuerdo a su resistencia.- Desde el momento en que se produce la reacción química inicial, el hormigón empieza gradualmente a adquirir sus propiedades mecánicas. Este proceso que al comienzo es rápido, va progresivamente decreciendo y solo tiende a completarse al cabo de un largo tiempo. Basado en la experimentación se considera que en el plazo de 28 días se tiene un porcentaje significativo próximo al definitivo de las propiedades generales. Se usa, por lo tanto como indicador la resistencia a la compresión a los 28 días en [ Kg/m 2 ], llamada (R- 28). La norma NCh 170 Of. 52 no vigente, consideró consideró 5 clases de hormigón de acuerdo a su R 28 mínima a la ruptura: CLASE
R 28[ Kg/cm² ]
A B C D E
120 160 180 225 300
La norma NCh 170 Of. 85, que modifica a la anterior plantea lo siguiente: Los Hormigones se clasifican en su resistencia a la compresión por grados que van desde H-5 hasta H-50, los que equivalen respectivamente al rango desde 5 hasta 50 [MPa] (Mega Pascales) de 5 en 5. 1 [MPa] = 10 [Kg/cm²]
Por lo tanto, a título de ejemplo: un H-5 = 50 [Kg/cm²]
El mismo concepto es aplicable a la flexo-tracción desde HF-3 hasta HF-6 de 0,5 en 0,5 [MPa].
14
Controlabilidad de los hormigones.hormigones .- La normalización acepta cálculos teóricos como antecedente de comportamiento, pero estableciendo una serie de condiciones, e indicando en qué casos estos cálculos deben ir acompañados de ensayos para su verificación (en algunos casos, deben ser previos para conocer propiedades de los componentes, y fundamentalmente de verificación posterior para la resistencia mecánica). Estos ensayos de verificación son a los 7, 14 y 28 días, y si se usan aditivos acelerantes, retardadores o plastificantes son a los 3, 7, 14 y 28 días. Corresponde ensayar, según NCh 170 Of 85: -Todo hormigón simple o armado, de resistencia a la compresión superior superior a H-20. -Todo hormigón simple de dosis inferior a 170 [Kg] de cemento por cada [m3] de hormigón elaborado (170 Kg-cem-m3). -Todo hormigón armado de dosis inferior a 300 [Kg] de cemento por cada [m3] de hormigón elaborado (170 Kg-cem-m3). La anterior versiíón (NCh 170 Of 52 establecía establecía control para hormigones hormigones clase D y E (sobre 225 [Kg/cm²])
Dosificación de hormigones.- Existen diversos procedimientos de cálculo que tienden a
relacionar resistencia, con peso específico, y con dosis (coordinando en este último caso con todas las otras variables confluyentes), basados en datos tabulares empíricos, y que reciben el nombre de “cálculos de dosificación”. Su realización en los casos de hormigones predosificados y premezclados es tarea del proveedor; también existen tabulaciones preestablecidas para diversas condicionantes factibles, pero se presentan instancias en que debe corresponder realizar los cálculos específicos para una obra.
AGLOMERANTES, CEMENTOS
Durante el fraguado se manifiesta la actividad química del aglomerante y eventuales aditivos. Una vez completado el proceso químico de fraguado y endurecido, el hormigón es inerte ante los agentes habituales, y protege al acero también frente a los agentes corrosivos.
NOCION QUÍMICA
Los aglomerantes son generalmente compuestos en base a calcio deshidratado, deshidratado , que por reacción química con el agua, y en algunos casos el CO² del aire, recobran la estructura molecular hidratada y estable, similar a la que poseen en los yacimientos, antes de su proceso industrial que los deshidrata o calcina. calcina. El Yeso (sulfato de calcio).- Fragua entre 3,25 y 10,5 minutos. (SO4 Ca + ½ H2O) + 1 ½ H2O = (SO 4 Ca + 2 H2O) Yeso refinado + Agua = Yeso estabilizado
Existen diversas variedades en la naturaleza con mayor o menor cantidad de moléculas de agua en la cristalización.
15 La cal aérea (oxido de calcio puro) .- Fragua en más de 30 días. CaO + H2O = Ca (OH)2 Cal viva + Agua = Cal apagada (o Hidróxido de calcio, o lechada de cal)
Ca (OH)2 + CO2 = CO3 Ca Cal apagada + Anhídrido carbónico (del aire) = cal fraguada
+H2O + agua (evapora)
La cal hidráulica (óxido de calcio con Si O2 y AL2 O3 en pequeño porcentaje),- Fragua normalmente de 2 a 9 horas, pudiendo llegar hasta 30 días. En este caso la presencia de 3 componentes químicos forma una trama cristalina mixta. El cemento (oxido de calcio con Si O2 , Al2 O3 y Fe2 O3 (sílice, alúmina y óxido de fierro más otros componentes en variados porcentajes). porcenta jes).
En estos dos últimos casos, la reacción del CaO va entrelazada con otras simultáneas que dan a los aglomerantes diferentes propiedades (en la cal hidráulica, el fraguado sin necesidad de CO2 del aire; y en el cemento, además cualidades de velocidad de reacción reacción y propiedades en el estado endurecido como mayor elasticidad, resistencia a la compresión y otras dependientes de sus eventuales componentes. Cales y cementos se obtienen por calcinación de la caliza, con mayor o menor número de impurezas según cada caso (Ca CO3 = CaO + CO2) Tiempos Tiempo s de fragua fragu a en cales y cementos Cal débilmente hidráulica Cal medianamente hidráulica Cal propiamente hidráulica Cal eminentemente eminentemente hidráulica
16-30 días 10-15 días 5-9 días 2-4 días
Cementos corrientes según NCh 148 Of 68 Cementos alta resist. Según NCh 148 Of 68
60 min a 12 hs 45 min a 10 hs
Tiempos Tiempo s en proceso de los yesos yeso/agua amasado fraguado 100/80 1 10,5 100/80 2 7,75 100/80 3 5,75 100/80 100/45
1 1
7,25 3,25
El uso de las cales es generalmente en estado amorfo, como morteros mixtos de pega especialmente en albañilerías. El yeso es un material de aplicación tanto amorfo amorfo como en base a elementos de elaboración elaboración industrial.
CONCEPTO DE CEMENTO
En su acepción amplia abarca, por lo tanto, toda una gama de substancias con propiedades aglutinantes, con base en la caliza y la arcilla, sometidas a procesos de deshidratación, y que tienen la facultad de, al reaccionar con el agua, cementar o aglomerar, logrando una fisonomía química estable, de un material artificial con propiedades semejantes a los pétreos naturales.
Variedades de cementos.-
Pueden ser naturales o artificiales según que la composición misma se encuentre, ya en la naturaleza, o se obtenga por síntesis industrial. Ejemplo de cemento natural lo constituyen constituyen las puzolanas explotadas explotadas desde la época del Imperio Imperio Romano. Por su parte, los cementos artificiales toman diferentes nombres según la naturaleza y cantidad de las substancias que acompañan a la caliza y a la arcilla en su constitución y que en cada caso le da particulares p articulares características.
16 Existen entre otros los cementos: puzolánicos (basados en silicatos y sílico aluminatos de calcio), los cementos siderúrgicos (basados en similar compuesto obtenido como subproducto de la refinación del hierro o escoria de alto horno), los cementos aluminosos, los cementos refractarios (con alúmina en abundancia) , los cementos sobresulfatados, los cementos con fórmula Ferrari (con poca alúmina), los cementos de cenizas volantes, los cementos impermeables, los cementos blancos, los cementos marítimos, los cementos con fórmula tipo A (con substancias calcáreo-arcillosas calcáreo-arcillosas formulado por el chileno Belisario Maldonado), y muchas variedades más según región geográfica y yacimiento yacimiento o según formulaciones de laboratorio. laboratorio.
Cemento Portland.-
Fue formulado en 1824 por José Aspdin. El nombre obedece obedece a la similitud similitud de color ya fraguado, con las piedras naturales de la localidad de Portland (Inglaterra). Está constituído constituído por un conjunto de substancias calcáreas y cementicias calcinadas más otras en menor porcentaje (todas estas cantidades establecidas por normas). Este cemento, considerado internacionalmente como el normal o convencional, se obtiene de la molienda conjunta del clinquer y el yeso (este último hasta en un 32%). El clinquer se compone habitualmente de: Cal (CaO) 63,5% Sílice (SIO 2) 20,5% Alúmina (Al2O3) 5,5% Oxido de hierro (Fe2O3) 3,0% Magnesia (MgO) 2,5% Anhídrido sulfúrico (SO3) 1,75% Alcalis (K2O) (Na2O) 0,65% H2O y CO 2 2,0% Eventualmente pigmentos colorantes entre un 1% y un 5%. El yeso mezclado con el clinquer hace la reacción menos violenta y más controlable.
Cementos Portland mixtos.-
Son aquellos que poseen menos menos de ciertos porcentajes de los agregados específicos, siendo el resto Portland normal. La norma chilena establece estos estos porcentajes (20 a 30%), y considera 3 de ellos, a los que llama respectivamente: respectivamente: Portland puzolánico, Portland siderúrgico, y Portland con agregado tipo A..
Cementos comerciales en Chile.-
Las industrias productoras tradicionales tradicionales están establecidas en las siguientes regiones: regiones: Segunda (Inacesa), Quinta (El Melón-Lafarge), Metropolitana (Polpaico), Séptima (Bío bío Curicó), y Octava (Bío bío Concepción). También existen empresas comercializadoras de cementos importados.
Clase Portland Portland- puzolánico
Componentes principales Clinquer Clinquer y Puzolana hasta un 30%
Puzolánico
Clinquer y Puzolana 30% a 50% Clinquer y Escoria de alto Bío bío Especial horno 30% a 75% Bío bío Alta resist.
Siderúrgico
Marca Super Melón Melón Especial Polpaico especial Melón extra Polpaico 400 Inacesa Alta resist. Inacesa Especial
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL CEMENTO
Grado Alta resistencia Corriente Corriente Alta resistencia Alta resistencia Alta resistencia Corriente Corriente Alta resistencia
Dentro de sus componentes se advierten la naturaleza alcalina del CaO y la naturaleza ácida del SiO2, Al2O3 y Fe2O3. Es necesario necesario considerar estos antecedentes frente al eventual contacto con materiales vulnerables a estos agentes.
17 En presencia de agua se produce el proceso físico-químico complejo ya descrito y que trae como consecuencia un cambio o estado, constituyendo una masa coherente que va gradualmente endureciéndose y adquiriendo propiedades neutras. Teoría de Le Chatelier.Es la más aceptada actualmente en relación a interpretar esta reacción del cemento con el agua. Plantea 3 etapas:
En la primera se produciría una disolución en agua, o hidratación por parte de los componentes anhidros, que posteriormente se saturan. En la segunda, segunda, al saturarse, las sales hidratadas se convierten en cristales no solubles, solubles, y se libera nuevamente agua para repetir el primer proceso con otros granos aún no hidratados. En la tercera, tercera , los cristales, cristales, al formarse se van simultáneamente ligando y entrecruzado entre ellos y con la materia inerte (áridos) que pueden ir dejando atrapada.. La reacción química es exotérmica : Esto es, libera energía en forma de calor al producirse en relación directa a la velocidad del proceso (del mismo modo, el calor eventualmente aplicado, acelera la reacción, y por lo tanto es también endotérmica). endotérmica ). Este fenómeno recibe el nombre de calor de hidratación. hidratación . Como consecuencia de las nuevas ordenaciones moleculares y de la disipación del calor de hidratación se produce una retracción del volumen, que también está vinculada a la velocidad del proceso (retracción de fraguado). El tamaño de los granos mientras más fino es, se refleja en una mayor higroscopicidad, una mayor velocidad de la reacción química , la generación de mayor calor de hidratación, hidratación , una mayor retracción retracc ión de volumen que trae como consecuencia un mayor riesgo de fisuras, fisuras , y en general una agudización de las propiedades antes y después de pasar al estado sólido. Los cementos llamados de alta resistencia se caracterizan por tener un proceso de endurecimiento y adquisición de propiedades físicas más rápido, sin que por esto varíen las propiedades finales.
Propiedades generales de la pasta de cemento durante la reacción química.
En los comienzos de la reacción se obtiene un material moldeable posteriormente éste pierde viscosidad y adquiere tendencia al agrietamiento cuando se le quiere moldear. A este este último fenómeno se le llama fraguado y tarda diferente lapso en producirse según el tipo de cemento. Este punto de fragua marca la etapa del proceso de hidratación en que ya los cristales han constituído una trama suficientemente consolidada aunque aún permanezca blando porque entre ellos aún queda importante cantidad del aglomerante que aún no ha completado su ciclo. Luego se produce un gradual y progresivo endurecimiento, endurecimiento , que va aparejado con la obtención de las propiedades físicas y mecánicas definitivas por el total de la masa del material, también diferente en duración según las características del aglomerante. Desde el punto de vista físico, las pastas de cemento se caracterizan por su gran cohesión, adherencia y moldeabilidad y luego de endurecidas por su impermeabilidad y rigidez. rigidez . Desde el punto de vista químico, llegan a ser estables a las condiciones habituales cuando se ha terminado totalmente el proceso de endurecimiento.
18
19
PROPIEDADES FÍSICAS DEL CEMENTO
Los cementos en general están constituídos por un polvo habitualmente gris (existiendo variedades blancas), cuyo peso específico aparente oscila entre 1,0 y 1,8 gr/cm3 (1000 a 1800 [Kg/m3]) según su compresibilidad. Su peso específico absoluto es de 2,8 a 3,2 gr/cm3. El tamaño tamaño de los granos oscila entre 2 y 200 [micrones] como diámetro. El color gris es más claro en los siderúrgicos y más oscuro en en los puzolánicos generalmente.
Comparacion de propiedades físicas entre diferentes tipos de cementos.-
-
Fraguado más lento; lento; Puzolánico, tipo A y especialmente en el siderúrgico debiendo en este último tomar precauciones especiales para evitar la pérdida del agua antes de fraguar.
-
Endurecimiento más lento; lento; Puzolánico y más en el siderúrgico.
-
Menor calor de hidratación; hidratación; Puzolánico, tipo A, Ferrari y especialmente en el siderúrgico (tomar precauciones en tiempo).
-
Menor retracción; retracción; Puzolánico (propio de un proceso lento)
-
Mayor resistencia mecánica final; final; Puzolánico y eventualmente en el siderúrgico.
- Mayor resistencia resistencia a los agentes agresivos; agresivos; Siderúrgico fundamentalmente (principal también en menor grado en puzolánico, aluminoso, Ferrari, tipo A. Mayor estabilidad plástica - Mayor plasticidad - Mayor resistencia hidráulica - Mayor resistencia a la meteorización -
característica)
Tipo A
-
Fraguado lento con endurecimiento rápido; rápido; Sobresulfatado.
-
Fraguado normal con endurecimiento rápido y mayor calor de hidratación (ventajoso en el clima frío).- Aluminoso.
Todos estos requisitos ya sea en pasta o endurecidos son normalizados y controlados.
NÓMINA DE ENSAYOS DE CONTROL PARA CEMENTOS Y PASTAS.-
Peso específico absoluto.- Matraz de Le Chatelier NCh 154 Granulometría.- Tamizado, sedimentación, sedimentación, separación por corriente de aire NCh 150 of. 57. Superficie específica; (O suma de áreas expuestas en los granos de 1 g de material).- Turbidímetro de Wagner NCh 149 of.57 Principio y fin de fraguado.- Aguja de Vicat NCh 152 of 57 Consistencia normal de pasta.- Sonda de Tetmajer Nch 151 of 57 Calor de hidratación.- Botella aislante, calor de disolución, calorímetro adiabático. adiabático. Resistencia a determinados días a la compresión y a la flexo-tracción.- Métodos Rilem - Cemboreau
20
ÁRIDOS
Según NC[h son “materiales pétreos compuestos de partículas”. Su composición química es la misma de las las rocas, ordinariamente ordinariamente ígneas, sedimentarias sedimentarias o metamórficas de las que se han disgregado (habitualmente granito, basalto y en algunos casos variedades de cuarcitas y calizas duras)
LA ACOMODACIÓN ENTRE ÁRIDOS DE DIFERENTES TAMAÑOS, ELIMINANDO HUECOS AUMENTA LA DENSIDAD DE LA MEZCLA.MEZCLA.-
Los cálculos de dosificación conducen entre otros objetivos ya esbozados, a lograr esto, mediante una coordinación entre tamaños y cantidades de c/u de los componentes en busca de la densidad máxima como condicionante de la resistencia mecánica óptima. Esta propiedad va aparejada habitualmente también con una optimización de su impermeabilidad, reducción sonora aérea e inercia térmica. Árido combinado: combinado: Es el que se logra después de un estudio de dosificación. Árido revuelto: revuelto: árido mezclado sin un estudio de dosificación
ORIGEN DE LOS ÁRIDOS CORRIENTES.CORRIENTES .-
Pueden ser de disgregación natural (rodados) o de disgregación industrial (chancados). Áridos rodados.rodados.- se obtienen de minas, canteras, posos, lechos de ríos, dunas continentales, acumulaciones de origen glaciar. Los 3 primeros son los mejores mejores en cuanto a no haber tomado tomado contacto con agentes atmosféricos que los ataquen. Nunca debe usarse arena de mar (salvo posibilidad sustentable de lavado). Áridos chancados.- son habitualmente sometidos a un proceso completo en plantas especiales, que incluye extracción, trituración (chancadores primarios, secundarios, terciarios, según diámetro, por el método de cono, mandíbulas, rodillo), clasificación (con separación por diámetros y su coordinación) y lavado (a mano o con sistemas hidroseparadores y sus posteriores traslados y acopio. El proceso resulta cíclico para los trozos que en la primera trituración no adquieren el tamaño requerido, verificado en el tamiz. tamiz. Generalmente las las plantas operan a partir partir de bolones de un tamaño máximo de diámetro de 8 pulgadas, y están ubicadas en el lugar mismo de extracción. El material que posea mucha arcilla resulta inadecuado por la imposibilidad de un eficiente lavado. También se produce material residual (o estabilizado) en forma similar pero sin lavar. La materia prima es constantemente sometida a ensayos para determinar su factibilidad. La proporción entre granos finos, medianos y gruesos es planificada.
21
TAMAÑO DE LOS ARIDOS
Grava: árido grueso de diámetro 4,76 mm según NCh Arena: árido fino, de diámetro
4,76 mm según NCh
Granulometria.-
Es la medición de las proporciones en que participan los diferentes tamaños dentro del total de un árido combinado. Se hace con tamices. Nomenclatura Grueso Grueso Grueso Grueso Grueso Grueso Grueso Grueso Grueso Fino Fino Fino Fino Fino Fino Arcilla y limo
Nº INN(norma chilena (Funcion potencia de 2) 27 26 24 23 21 19 17 15 13 9 5 1 -3 -7 -11
Nº ASTM norma USA
Abertura nominal En[ mm]
107,6
4 1/4 3 1/2 2 1/2 2 1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 Nº 4 (1/4) Nº 8 (1/8) Nº 16 Nº 30 Nº 50 Nº 100 Nº 200
90,5 64 53,8 38,1 26,9 19,0 13,5 9,51
4,76 2,38 1,19 0,59 0,297
0,149 0,074
Por ser habitual la utilización de otros nombres se adjunta el cuadro informativo para las subdivisiones de las dos categorías. ca tegorías. Tamaños límites en [mm] Sobre 107,6 Entre 76,1 y 107,6 Entre 19,0 y 76,1 Entre 4,76 y 19,0 Entre 0,149 y 4,76 Entre 0,074 y 0,149 Bajo
0,074
Nombre habitual Bolón Piedra o Ripio Grava Gravilla Arenas Polvos, Fillers Arcilla, Limo Partículas coloidales
Nombre normativo
GRAVA ARENA
Tamaño máximo del árido grueso.-
La importancia de este factor reside en la relación dimensional que debe existir entre la menor sección del elemento constructivo a hormigonar y una dimensión de la grava que garantice, coherencia interna, y una adecuada inserción en la trama formada por el aglomerante. Por lo tanto, el tamaño máximo constituye un factor determinante d eterminante selectivo para el árido grueso. g rueso.
22 Según NCh 170 Of 85, este tamaño nominal debe respetar las siguientes relaciones: a 1/5 de la menor distancia entre las paredes del molde:
:
a
1/5 b
b
3/ 4 de la menor distancia libre entre armaduras: a
3/4c
c
1/ 3 del espesor de losas armadas: a
1/3d
d
1,5 veces el espesor del recubrimiento en hormigón hormigón a la vista: a
1,5 e
e
CUADRO 1 (Adaptado de datos datos NCh 170 Of 85) Módulo de fineza.Es una convención para individualizar la arena según su tamaño tamaño promedio. Es la centésima centésima parte de la suma de los porcentajes acumulativos en peso retenidos entre tamices Nº 9 y 11 de la granulometría.
Ejemplo ilustrativo de un caso y su obtención: Nº Tamiz 9 5 -1 3 -7 -11
mm 4,76 2,38 1,19 0,59 0,297 0,149 TOTAL
Peso retenido 10 10 10 20 20 30 100 Kg
% Peso retenido
% Acumulativo
10 10 10 20 20 30 100 %
10 20 30 50 70 100 280
Módulo de fineza = % acumulativo / 100 Módulo de fineza = 280/100= 2,8 (en el ejemplo) La normalización chilena informa las siguientes bandas de valores para la cifra: 3,45 a 4,52 2,95 a 3,75 2,50 a 3,75
Muy gruesa Gruesa Media gruesa
Esquema resumido: Más de 3,5 Muy gruesa Más de 2,5 Gruesa Más de 1,5 Fina Más de 1,5 Muy fina
2,14 a 3,37 1,46 a 2,60 1,13 a 1,80
Media normal Fina Muy fina
23 Arenas de granulometría continua: continua : cuando no faltan tramos dimensionales (caso normal) Arenas de granulometría discontinua: discontinua : cuando hay tramos dimensionales que no están o tienen muy bajo porcentaje.
La relación dimensional entre los tamaños del árido grueso y el árido fino condiciona las cantidades volumétricas volumétricas proporcionales entre ambos. ambos.
ÁBACO 2
(Adaptado de datos curso dosific dosificación ación de hormigones hormigones Empresa Cemento Melón S. A.)
PROPIEDADES FÍSICAS
Forma y textura superficial.-
-Caras lisas, pulidas y formas redondeadas en los áridos naturales de ríos. -Caras rugosas, aristas vivas, formas angulosas en los áridos de origen industrial o en los de origen natural sin arrastre.
Fricción entre granos: granos: depende de lo anterior:
-Mayor trabajabilidad: trabajabilidad : en caras lisas, pulidas y formas redondeadas. -Mayor adherencia: adherencia : por mayor superficie de contacto en caras rugosas aristas vivas y formas angulosas.
Porosidad.Porosidad .-
Todos los áridos poseen poros de diferentes tamaños abiertos y no abiertos a presión normal. Su incidencia volumétrica es baja (inferior al 1% habitualmente).
Porcentaje de huecos.huecos .-
Es el porcentaje del volumen que los áridos desplazan exteriormente, que no está ocupado por granos. Se origina por las separaciones separaciones que quedan entre ellos, y puede ser mayor mayor o menor según las características de la granulometría, su continuidad o discontinuidad, la mayor o menor coordinación de tamaños formas y cantidades de cada tamaño. Una granulometría abierta
24 tiene alto porcentaje de huecos. Una cerrada casi los elimina. elimina. También influye el grado circunstancial de consolidación entre los granos de árido.
Peso específico (frecuentemente asimilado en muchos textos como “densidad”).-
-Aparente.Aparente.- Es el peso, referido al total del volumen desplazado exteriormente seco (volumen
aparente).
-Neto.-Neto.- Es el peso, referido al volumen de los granos sin sin considerar los huecos entre ellos. -Absoluto.-Absoluto.- Es el peso, referido al volumen de los granos sin huecos entre ellos, ni poros propios (volumen absoluto) Valor de pesos específicos para un árido normal mediano : Aparente.-1,50 Aparente .-1,50 a 1,90 gr/cm3 para % de huecos de 25% a 45% = 1500 a 1900 Kg/ m3 Neto y absoluto: absoluto: 2,60 a 2,70 gr/cm3 = 2600 a 2700 Kg/ m3 Sobre estos valores son áridos pesados y bajo ellos son livianos.
Propiedades y características de algunos áridos chilenos .Ripios y chancados
Punto de origen Arica, río San José Antofagasta, pozo La Serena, río Elqui Ovalle, río Limarí Illapel, río Choapa San Felipe, río Aconcagua Calera, río Aconcagua Concón, río Aconcagua Limache, estero Farellones, desmontes Lo Barnechea, río Mapocho San José de Maipo, río Maipo Puente Alto, río Maipo Paine, río Maipo Santiago, planta Arrip Santiago, planta Pudahuel Santiago, planta Ready Mix Santiago, planta Lautaro Santiago, planta Pedreros Rancagua, río Cachapoal San Fernando, río Tinguiririca Talca, río Loncomilla Talca, río Maule Ñuble, río Itata Concepción, cantera Lonco Arauco, río Laraquete Los Ángeles, río Bío bío Mulchén, río Duqueco Angol, río Malleco Temuco, río Cautín
Densidad aparente 1,68 1,61 1,70 1,72 1,75 1,90 1,81 1,83 1,85 1,60 1,73 1,70 1,80 1,92 1,64 1,74 1,71 1,63 1,66 1,80 1,80 1,63 1,79 1,81 1,82 1,83 1,83 1,77 1,82 1,87
Densidad neta % huecos 2,60 2,66 2,67 2,59 2,69 2,71 2,66 2,64 2,64 2,60 2,60 2,67 2,67 2,70 2,63 2,72 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2.72 2,64 2,68 2,59 2,69 2,67 2,65 2,65 2,70
35,5 39,8 36,6 33,3 34,9 30,0 32,0 30,3 29,5 42,2 33,6 36,5 36,5 29,0 37,9 36,0 36,9 39,7 36,4 33,3 33,3 40,0 32,0 32,5 29,7 32,0 31,6 33,3 31,5 30,7
Diámetro máximo 38 [mm] 38 50 38 50 64 64 64 50 64 50 50 50 64 50 chancado 50 chancado 38 chancado 50 chancado 50 chancado 50 64 75 64 50 50 chancado 50 50 38 50 38
25 Arenas Punto de origen Antofagasta, pozo La Serena, río Elqui Ovalle, río Limarí Illapel, río Choapa San Felipe, río Aconcagua Calera, río Aconcagua Concón, río Aconcagua Limache, estero Viña del Mar, estero Las Salinas, playa Concón, dunas Farellones, desmontes Lo Barnechea, río Mapocho San José de Maipo, río Maipo Peñaflor, río Mapocho Puente Alto, río Maipo San Antonio, río Maipo Santiago, planta Arrip Santiago, planta Pudahuel Santiago, planta Ready Mix Santiago, pozo Lepanto Santiago, pozo Pirque Rapel, río Rapel Rancagua río Cachapoal San Fernando, río Tinguiririca Curicó, río Teno Talca, río Loncomilla Talca, río Maule Chillán, río Itata Concepción, río Bío bío Concepción, río Andalién Mulchén, río Rarinco Puerto Montt, pozo Castro, río Butalcura Punta Arenas, pozo
Densidad aparente 1,82 1,78 1,78 1,88 1,80 1,60 1,68 1,66 1,64 1,69 1,62 1,62 1,70 1,78 1,78 1,54 1,80 1,81 1,80 1,80 1,80 1,68 1,68 1,80 1,90 1,78 1,78 1,74 1,74 1,63 1,59 1,60 1,68 1,78 1,83
Densidad neta % de huecos Módulo Módulo fineza 2,75 34,0 1,32 2,75 34,0 2,92 2,58 31,0 3,04 2,68 30,0 3,12 2,61 31,0 3,12 2,66 40,0 3,08 2,67 37,0 2,65 2,64 37,0 3,74 2,56 36,0 3,19 2,64 36,0 2,67 2,70 40,0 0,65 2,43 33,0 2,18 2,57 34,0 2,88 2,70 34,0 3,55 2,62 32,0 3,50 2,66 42,0 2,12 2,68 33,0 2,34 2,66 32,0 3,03 2,68 33,0 2,90 2,64 32,0 3,83 2,57 30,0 3,15 2,54 34,0 3,06 2,66 37,0 2,91 2,65 32,0 3,07 2,67 29,0 3,53 2,62 32,0 4,10 2,65 32,8 2,77 2,60 33,0 3,04 2,64 34,0 3,48 2,72 40,0 2,51 2,56 38,0 3,52 2,72 41,0 2,65 2,62 36,0 3,33 2,62 32,0 3,34 2,62 30,0 3,32
de
Transcripciópn parcial sólo con fines f ines docentes de "Manual de Tecnología T ecnología del Cemento"(Belisario Maldonado).
Los valores, cuyo origen es estadístico, estadístico, están sujetos a variaciones de importancia, importancia, ya sea por diferencias de localización en el punto de extracción, a lo largo del tiempo y según las políticas de explotación, explotación, que incluso pueden dejar muchos en desuso; o por eventuales fenómenos fenómenos como deslizamientos, deslizamientos, avenidas, etc. Son por lo tanto sólo de alcance referencial.
EL AGUA
SUS FUNCIONES SON 2 :
Reaccionar químicamente con el aglomerante, y aportar docilidad o trabajabilidad a la mezcla para su correcta homogeneización y adecuación a las formas que se le quiera dar. En el 1er caso participa habitualmente menos del 1/3 del del total. El resto, una vez cumplida su su función se evapora o es absorbida por los poros de los áridos (0,5 a 1%) quedando como humedad de equilibrio capilar. Para los efectos de la reacción química, el agua que participa es sin agregado agregado alguno. Cualquier sustancia o contenido contenido quedará incluída por lo tanto entre los áridos como como impurezas. Las disposiciones normativas se refieren a la inconveniencia que el agua contenga materias en suspensión o en disolución si estas son dañinas para el hormigón.
26 Los límites de aceptabilidad para partículas en suspensión son de 5 gramos/litro para hormigón corriente y 2 gramos/litro para hormigón armado. armado. Las partículas en disolución se aceptan aceptan sólo en las siguientes proporciones: SO3 un 0, 3 %. NaC un 1%. MgCl2 un 1% y Mg O un 0,0001% En el agua se incluyen los aditivos disueltos.
ESTADOS DE HUMEDAD.-
La Humedad en los áridos puede radicarse tanto en los poros como en los huecos entre granos y en la categoría de agua capilar o libre, o sea aquéllas que el árido puede captar o ceder dentro del rango físico f ísico sin afectar constitución íntima. -Árido seco: seco: es el que tiene secos los poros y huecos secos (estado artificial obtenido a 110º C + 5º C.) -Árido parcialmente seco: es el caso normal cuando se encuentra encuentra en un ambiente muy seco. En equilibrio poseen agua parte de sus poros poros,, estando los huecos entre granos sin ella. ella. -Árido saturado superficialmente seco: seco: (SSS) estado artificial en el que sólo contiene la humedad exacta para saturar los poros, poros, pero sin agua entre granos. Habitualmente esta humedad (de absorción) hace aumentar el peso entre 0,5 % y 1%. La saturación es a presión presió n normal.
-Árido húmedo: húmedo: caso normal de árido que está en proceso de búsqueda de equilibrio con el ambiente. Es el que posee agua libre entre sus granos. Habitualmente, salvo en el caso de áridos inundados, esta agua comparte dichos espacios con el aire atrapado.
ÁBACO 3
(Adaptado de datos curso dosificación de hormigones Empresa Cemento Melón S. A.)
ESPONJAMIENTO DE LAS ARENAS
Cuando están en la categoría de húmedas, sin llegar al estado de inundadas, se produce un fenómeno ocasionado por fuerzas intermoleculares cohesivas en que glóbulos de aire quedan aprisionados por el agua, formando una membrana elástica entre los granos que los separa, y que termina con un aumento de volumen, más allá del volumen aparente, aparente , denominado esponjamiento. esponjamiento .
27 El resultado es la consecuencia de la relación de este fenómeno con el peso , según la cantidad de agua contenida, la cantidad cantidad misma de arena y la acción dinámica en general va de un 5% a un 39% el máximo máximo se produce aproximadamente aproximadamente cuando el agua está está en un 6% en peso. Cuando el agua va más allá de este valor, el esponjamiento disminuye, llegando al final a ser nulo cuando la arena se cubre de agua (inundada) y desaparece la membrana elástica entre granos quedando estos en contacto directo.
ÁBACO 4
(Adaptado de datos curso dosificación dosificación de hormigones hormigones Empresa Cemento Melón S. A.)
Razón agua-cemento ( ).Es el cuociente entre los [litros] de agua y los [Kg] de d e cemento ocupados en un hormigón. h ormigón. Está directamente relacionada con la trabajabilidad. Hay tablas de aceptabilidad para según el clima en que se esté operando, precisamente por los fenómenos de porosidad consecuente.
ÁBACOS 5 y 6
(Adaptados de datos curso dosificación de hormigones Empresa Empresa Cemento Melón S. A.).
28
PROPIEDADES DE LOS HORMIGONES FRESCOS
Trabajabilidad, docilidad, o moldeabilidad.-
Es la facilidad que presenta un hormigón para adaptarse a las formas que se le requiere a través del moldaje, durante la etapa previa al fraguado depende de la cantidad de agua, de la cohesión y fricción interna entre los pétreos y está condicionada por las características del molde y el tipo de consolidación a usarse. Puede ser adecuadamente controlada con aditivos aditivos plastificantes y fluidificantes, sin necesidad de excesos de agua. Cuando se recurre sólo a la adición de agua para aumentar esta propiedad se está llevando la mezcla a una cantidad de este componente generalmente elevada y se corre el riesgo, que el exceso (que no participa de la reacción química de fraguado) sea, al evaporarse posteriormente (por equilibrio ambiental causante de porosidad excesiva con las consecuencias en cuanto a pérdida de propiedades físicas para el hormigón (resistencia a la compresión, impermeabilidad, aislación acústica, etc) El método normativo para evaluar la trabajabilidad es el ensayo de slump. Se llama slump o asentamiento a la altura que pierde un hormigón fresco cuando se retira un molde de determinadas características que lo contenía. Este molde, se llama cono de Abrams (de Dulf Abrams, Chicago) Tiene las siguientes dimensiones:
Es un cono truncado desprovisto de fondos Debe ser llenado en 3 capas con 20 golpes cada una con un pisón especial. El descenso en el cono de Abrams se aprecia con una regla o tabla. Denominaciones de los hormigones según esta propiedad Sólido rígido o seco Sólido plástico Plástico Plástico fluido Fluido Sopa Bouille Pour les Chats
Slump en cm 0a2 2a5 5a8 8 a 12 12 a 15 15 a 20 20 o más
Hay slumps recomendables para cada elemento estructural (ver ábaco 7)
El cono cero es utilizado generalmente en variedades de prefabricados para el inmediato reaprovechamiento de los moldes.
29
ÁBACO 7 (Adaptado de datos curso dosificación de hormigones Empresa Cemento Melón S. A.)
La implementación de los hormigones de alta fluidez obtenidos por medio de aditivos fluidificantes que además son autocompactantes ha llevado a la formulación de otros métodos más adecuados para la medición de la trabajabilidad. trabajabilidad. Ellos son: -La prueba de flujo libre, en la cual se llena el cono de Abrams en forma invertida, para luego levantarlo y medir el diámetro desplegado por el hormigón fresco al esparcirse sobre una superficie horizontal. Al respecto interesa: D = diámetro obtenido transcurridos 3 a 6 segundos. El valor D Mínimo es = D-50 D max = diámetro definitivo obtenido por la mezcla mezcla trascurridos trascurridos entre los 3 a 6 segundos. Según casos y de acuerdo a la normalización puede oscilar entre D-65 y D-75 D
b D max
-La caja en forma de L, en la cual el hormigón es vaciado desde la rama vertical de la L, y luego se mide el desplazamiento adquirido por su recorrido a través de la rama horizontal, que también mide la fluidez por la longitud a los 3 a 6 segundos, y por la longitud definitiva
Punto de fragua y tiempo de endurecimiento.Fraguado y endurecimiento son asimilables a los ya descritos para las pastas de cemento.(velocidad de fraguado, velocidad de endurecimiento).
Resistencia mecánica durante el período de endurecimiento.Las resistencias a la compresiión y la flexotracción a los 7 y 14 días están establecidas establecidas en función de la R28, en la norma chilena NCh 148 Of 68.
30
PROPIEDADES FÍSICAS DEL HORMIGÓN EN ESTADO ESTADO ENDURECIDO
= 1,50 1,75 [W/mK] (hormigón corriente) 1,75 [W/mK] (hormigón armado) Estas cifras lo presentan como un material conductor térmico, una vez vencido su período de inercia al calentarse.
Peso específico = 2000 2400 [Kg/m3] (hormigón corriente) 2400 [Kg/m (hormigón armado). Un hormigón adecuadamente compactado debe tender a los 2400 [Kg/ m3 ]
Resistencia al fuego.- (120 minutos entre 10 y 12 de espesor)
Resistencia a la compresión.compresión .- (según tipo corresponden a (H-5 a H-50 en Mega Pascales).
Resistencia a la flexotracción hormigón sin armar.- según HF, valores de30 a 60 en [Kg/cm²] (HF-3 a HF-6 en Mega Pascales)
Resistencia a la cizalle hormigón sin armar (despreciable)
Permeabilidad al agua.agua .- Dependiente de su compacidad. Su grado de porosidad en los casos normales tiende al 5% pudiendo bajar hasta un 3%. Sus Sus efectos de permeabilidad son controlables con los adecuados aditivos-
Aislación acústica ante sonidos aéreos,-Dependiente aéreos ,-Dependiente de su densidad y masa. Como dato ilustrativo, 20 cm de hormigón pueden reducir aproximadamente 40 dB en frecuencias medias
Grado de heladicidad.heladicidad .- Dependiente de la tipología de sus poros internos. Es controlable con aditivos.
.
Conductividad térmica
H50 a 500 y más en [Kg/cm²]
USOS DE LOS HORMIGONES
Hormigón corriente: corriente: estructuras de trabajo fundamentalmente a la compresión, sin riesgo de inversión de esfuerzos, cimientos, sobrecimientos y muros con yeso, radieres sobre terreno firme. Hormigón armado: armado: Idem anteriores cuando el terreno no es firme y además elementos que trabajen con tracción y flexión habitual u ocasional: pilares, viga, cadenas, muros, losas, arcos, bóvedas, cúpulas, cáscaras, etc.
NORMAS Y ENSAYOS PARA HORMIGONES
Normas.-
Densidad aparente Determinación de huecos Cantidad de impurezas orgánicas Granulometría y tamizado Partículas desmenuzables
(NCh 1116) (NCh 1326) (NCh 1223) (NCh 165) (NCh 1327)
31 Partículas blandas Resistencia al desgaste Absorción de agua y densidad neta Coeficiente volumétrico Extracción de muestras
(NCh 163) (NCh 1369) (NCh 1117 y 1239) (NCh 163) (NCh 164)
Ensayos de laboratorio habituales.-
Estado SSS: Para ripio se satura 24 horas en agua una cantidad de material y luego se seca individualmente en probeta troncocada piedra con paño no absorbente. Para arena: la cantidad una vez saturada se moldea en cónica y se seca hasta el momento momento del desmoronamiento. Absorción de agua: (NCh 1117) corresponde a la diferencia porcentual entre los estados seco y SSS de una porción de áridos, se acepta hasta un 2% para grava gr ava y un 3% para arena. Materia extraña: extraña: (NCh 1223) pesos en el estado SSS. Se acepta 1% para ripio y 5% para en hormigones sometidos a desgaste, los % aceptados bajan a la mitad. Materia orgánica: (NCh 186) se verifica cambio de color en solución Nch 166 Na OH al 3% después de 24 hs. Se acepta hasta amarillo claro Densidad aparente: (NCh 1116) se calcula el valor P, siendo P el peso en estado SSS y Vap el volumen aparente apisonado en probeta. Porcentaje de huecos: (NCh 1326) se verifica la cantidad porcentual que cabe dentro de los huecos de un volumen aparente en estado SSS condición probeta (adecuado al caso del ripio). También se puede despejar a partir del cuociente entre densidad aparente (Dap) y neta (Dn) (adecuado al caso de la arena): % huecos = 100 – (Dap/Dn*100) Densidad neta: neta: se calcula el valor P/ Vn . El valor Vn o volumen neto, se obtiene: Para ripio: ripio: descontando al volumen aparente la cantidad de agua que cabe en los huecos, de una porción apisonada en probeta en estado SSS. Para arena: haciéndolo equivalente al peso del agua desplazada en una probeta en la que se ha vertido una cantidad de arenas de estado SSS y peso conocido. Volumen neto arena= arena= volumen agua desplazada= peso agua ag ua desplazada= P1-(P3-P2) Granulometría: Granulometría: (NCh 165) el material se tamiza vibrando manual o mecánicamente un conjunto de tamices o mallas cuyas aberturas, correspondiente a las indicadas anteriormente van disminuyendo su diámetro desde arriba hacia abajo. El proceso se realiza separadamente separadamente para el ripio y para las cantidades en peso, peso, retenidos en cada tamiz se traducen a porcentaje y se indican en cuadros tamiz/peso retenido/% del peso retenido/y % del peso acumulado. Resultados permiten detectar; tamaño máximo del árido (en el caso del ripio), módulo de fineza (en el caso de arenas), continuidad discontinuidad de granulometría, factibilidad de uso y factibilidad de fricción. Partículas o desmenuzables.desmenuzables.- NCh 1327 Partículas blandas.- NCh 163
Esponjamiento de las arenas: arenas : se mide comparando la diferencia porcentual de volumen presentado por una muestra extraída y vaciada en una probeta, y la misma muestra inundada. 100
% de esponjamiento
50 0
Probeta Graduada
Arena vaciada
Arena inundada(el nivel de la arena desciende)
