Contingut d’experts en arxius: l’article conserva afirmacions històriques, taules i diagrames sobre morter de ciment i formigó, però no és un disseny de barreja, especificació del material, pla de formigonat, càlcul estructural, guia d’assaig o avaluació d’un element existent. La composició, les propietats, la classe d’exposició, la consistència, el mètode d’instal·lació, la cura, el control de qualitat i els valors de disseny han de ser determinats per experts responsables segons l’objecte específic, els materials declarats i les normes vàlides.
Avui, Savo Kusić se centra en finestres de fusta, finestres de fusta i alumini, finestres personalitzades, portes i sol·licituds de pressupost. Aquest article es manté com a arxiu històric i no representa una oferta per dissenyar, fabricar, provar o realitzar estructures de formigó.
Dades generals
La composició del morter de ciment o la composició del formigó d’un pilar, una estructura d’entresòl de formigó armat, un element de formigó processat, una llosa de vorera, un arc de pont o un camí de formigó, es considerarà satisfactòria, per regla general, si l’element constructiu en qüestió està fet amb la menor quantitat de material i mà d’obra de manera que sigui prou durador i adequat per a la finalitat. El que s’ha de considerar permanent i apte per al seu objectiu s’ha de definir cas per cas: per tant, abans de començar la construcció d’un edifici, cal determinar quines propietats han de tenir el morter i el formigó en termes de resistència a la compressió, resistència a la flexió, resistència a la intempèrie, estanquitat, etc. Hi ha moltes instruccions diferents per a això a la normativa d’edificació, així com moltes limitacions numèriques.
La tasca del contractista de la construcció és assegurar-se que els valors de les propietats individuals compleixen els valors requerits. Les propietats del formigó es poden veure molt influenciades si s’utilitzen els coneixements disponibles actualment.
Condicions per fer formigó amb propietats homogènies
Si la resistència a la compressió d’un element de construcció després de 28 dies ha de ser 40 MPa, o si per al formigó d’una estructura de paviment s’exigeix que la resistència a la flexió després de 28 dies hagi de ser 4,5 MPa, llavors aquests valors límit no s’han de superar en cap; el valor límit inferior pot estar proper al valor condicional. Si es compleixen límits més estrets durant l’execució de l’objecte, millor farà la seva tasca el contractista. És molt perjudicial si els valors condicionats queden molt lluny de certs llocs, encara que siguin pocs.
Valors històrics i receptes: Les xifres, proporcions, marques, procediments de cura i límits següents s’han transferit de l’article original per preservar-ne el contingut. No s’han d’utilitzar com a recepta moderna, criteri d’acceptació o substitut del disseny de la barreja, assajos de laboratori, declaracions de materials, pla tecnològic i normativa aplicable.
Resistència a la compressió del morter de ciment i del formigó
La mida de la resistència a la compressió depèn en gran mesura de les propietats del ciment, la quantitat de ciment, la quantitat i composició de sorra i àrids, la quantitat d’aigua del formigó durant la instal·lació, el mètode d’instal·lació, etc.
Taula 1. La influència de la quantitat d’àrid a la mateixa quantitat de morter.
1. Ciment
Les resistències a la compressió del morter de ciment i del formigó s’han determinat per observacions prèvies i estan definides per reglament.
2. Quantitat de ciment
Segons la fig. 1a, la resistència a la compressió augmenta amb l’augment de la quantitat de ciment si la proporció de morter en el formigó segueix sent la mateixa, mentre que la quantitat de ciment en el morter augmenta i la consistència del formigó es manté constantment sense canvis. Si la quantitat de morter es manté sense canvis i només augmenta o disminueix la quantitat d’àrid, la resistència només canviarà lleugerament sempre que la quantitat de morter sigui suficient per contenir tots els grans d’àrid. La resistència a la compressió del formigó no augmentarà indefinidament amb un augment de la quantitat de ciment, només fins a un cert límit. Després d’aquest límit, l’augment de la força serà insignificant en relació amb el preu, que augmentarà significativament amb l’augment de la quantitat de ciment. La quantitat òptima de ciment per al formigó 1 m3 és 300-350 kg.
Taula 2. La influència de la quantitat de sorra en el formigó.
3. Quantitat de morter en formigó
La resistència a la compressió del formigó ve determinada per la resistència del morter, tal com confirmen les taules 1 i 2. Això només és vàlid si la resistència de l’àrid és superior a la resistència del morter i si la quantitat de morter és suficient per cobrir de manera integral els grans gruixuts de l’àrid.
4. Composició granulomètrica dels àrids
La utilització de l’aglutinant s’aconseguirà en la seva totalitat si la composició granulomètrica dels àrids en el formigó correspon a les proporcions mostrades gràficament a la figura 2. A la figura 2, la corba totalment estesa s’aplica als rius i graves triturades. Aquesta corba mostra que de l’agregat total, 25% ha de passar per un sedàs amb una obertura #0,2mm; 65% ha de passar pel tamís de diàmetre #3mm. El límit superior de l’àrid està determinat per un tamís amb un diàmetre de #7mm.
Els estàndards actuals per determinar la composició granulomètrica dels agregats són diferents. Hi ha quatre fraccions agregades: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm i 16/31,5mm. Les categories agregades es determinen en funció de la quantitat de grans amb sobrepès i poc pes.
Fig. 1.
Fig. 2.
5. Efecte de la quantitat d’aigua sobre formigó fresc
La resistència a la compressió del formigó depèn en gran mesura de la quantitat d’aigua afegida. La menor quantitat d’aigua a la qual el formigó aconsegueix la màxima resistència s’obté quan, durant la compactació o la vibració del formigó, apareixen signes de “sudoració” clarament perceptibles, és a dir, quan es forma una fina capa de llet de ciment durant la compactació. Amb un augment addicional de la quantitat d’aigua, la resistència a la compressió disminueix. En aquest cas, el factor aigua-ciment és en primer lloc: la relació entre la massa d’aigua i la massa de ciment a 1 m3 de formigó. El factor aigua-ciment òptim per aconseguir una hidratació completa és 0,38 - 0,42. A la pràctica, això és difícil d’aconseguir i aquests valors es deriven experimentalment, però sens dubte està dirigit. Si la quantitat d’aigua és insuficient, el ciment no es podrà hidratar completament i el formigó no arribarà a la resistència dissenyada. Afegir aigua quan no és necessària també “asfixia” el formigó perquè no arribi a la seva força de disseny. Un cop instal·lat el formigó, cal cuidar-lo regularment durant els propers set dies. El cultiu consisteix a ruixar/regar la superfície del formigó per compensar l’aigua evaporada i perquè el ciment s’hidrati com s’ha previst.
6. Efecte de la temperatura
Quan es construeixen edificis a l’estació freda, el formigó s’ha d’emmagatzemar de manera que no estigui exposat a la influència de les gelades abans que l’enduriment hagi progressat fins al punt que la resistència a la compressió sigui almenys 10 MPa. Si aquest procediment es realitza sense més preàmbuls, es pot aconseguir, en primer lloc, l’efecte necessari afegint anticongelant, accelerador, etc. L’anticongelant evita la congelació de l’aigua en el formigó preparat, i els acceleradors acceleren el procés d’hidratació, molt lent a l’hivern. També es pot utilitzar ciment aluminat, especialment indicat per a treballs en gelada, si es tracta d’edificis més petits. Si el formigó en estat saturat d’aigua s’exposa amb freqüència a congelacions i descongelacions repetides (per exemple, en el cas d’instal·lacions hidrotècniques), es pot esperar una destrucció si el formigó a l’inici de la congelació té una resistència a la compressió inferior a 15 MPa. En el cas de temperatures elevades de l’aire i del material, el formigó s’ha de mantenir constantment humit i fresc. També és obligatori cobrir la massa de formigó fresc amb qualsevol material que impedeixi l’escalfament de la superfície de formigó. Sota la influència de les altes temperatures (per sobre de 50 °C) el desenvolupament de la resistència a la compressió del formigó és impredictible si la cura no és adequada.
Seguretat i rendiment: la pols de ciment i el formigó fresc poden danyar els ulls, la pell i les vies respiratòries, i els mescladors, bombes, vibradors, encofrats, puntals i elements pesats comporten riscos mecànics addicionals. No s’afegeixen additius de manera arbitrària, ni s’utilitzen referències històriques de clima fred i càlid sense una recepta aprovada, fitxes tècniques, pla de formigó, equips de protecció i supervisió.
Resistència a la tracció del formigó
La resistència a la tracció del formigó depèn en gran mesura de la mida de la secció transversal de les mostres d’assaig. En augmentar la secció transversal de les mostres d’assaig, es va obtenir una menor resistència a la tracció. En provar els prismes de la secció 400 cm2, que estaven fets de la mescla habitual per a formigó armat i després d’haver envellit durant uns tres mesos a l’aire humit, es van obtenir resistències a la tracció d’uns 1,2-2 MPa. Les mescles especials per a canonades, etc. cedien fins a uns 4 MPa i encara més, si el gruix dels cossos d’assaig corresponia al gruix utilitzat a la pràctica. Per al formigó projectat (formigó projectat preparat al lloc de construcció), es va obtenir fins a 3,6 MPa. Es va trobar que l’allargament del formigó fins a la fallada mesurat en mil·límetres a 1m era de mitjana 0,07-0,13 mm/m.
La resistència a la tracció del formigó és insignificant en comparació amb la seva resistència a la compressió. En gairebé tots els casos s’utilitza formigó armat, que disposa d’un reforç dissenyat per suportar les forces de tensió a l’element. Es considera que el formigó no suporta res en tensió, de manera que els dissenyadors estan al costat de la seguretat. La resistència a la tracció del formigó és deu vegades menor que la resistència a la compressió del formigó.
Resistència a la tracció del formigó en flexió
La resistència a la flexió de les bigues de formigó de secció rectangular és superior a la resistència a la tracció dels cossos de les mateixes dimensions. Això es deu principalment al fet que el coeficient d’allargament del formigó creix més ràpidament que la càrrega, de manera que la distribució de tensions que s’assumeix pel mètode de càlcul habitual no es realitza. En una biga exposada a la flexió, la tensió de tracció més alta només es produeix al pla límit de la corretja tensa, i quan la càrrega es troba al mig de la biga, fins i tot només a la vora exterior d’una secció.
La magnitud de la resistència a la flexió dels cossos de 28 dies, fets de formigó tou o líquid, es va trobar que era 2-6 MPa; bigues fetes de formigó compactat, mostres de formigó projectat així com mostres de formigó projectat, vell durant diversos mesos i emmagatzemat primer en estat humit i després en estat sec, van donar resultats de resistència a la flexió de 3,2 MPa. Per a plaques fetes del mateix material que es van mantenir sota l’aigua durant 8 dies, es va determinar el valor de resistència a la flexió de 6,3 MPa.
Contracció, inflor i fluïdesa del formigó
Encongiment i inflor. Esquerdes de contracció. Tenses de contracció. Si els cossos de formigó que s’han mantingut en estat humit estan exposats a l’assecat, l’assecat s’iniciarà a la superfície i avançarà cap a l’interior. A l’exterior, el formigó es pot assecar gairebé a l’aire mentre el seu nucli encara està humit. La capa seca tendeix a reduir-se, el nucli humit no, o només es reduirà en petita mesura. Com a resultat, en aquest cos de formigó, apareixen esforços de tracció a les superfícies exteriors i esforços de compressió al nucli.
Si les tensions de tracció superen la resistència a la tracció del formigó, apareixeran esquerdes a causa de la contracció que penetren més o menys profundament cap al nucli, i apareixeran en llocs de menor resistència. A mesura que avança l’assecat, el nucli es redueix gradualment, les tensions de tracció a les superfícies exteriors disminueixen.
Fig. 3.
Fig. 4.
La quantitat de contracció del formigó depèn del tipus de ciment, la quantitat de ciment, la quantitat d’aigua durant la preparació, la composició granulomètrica i l’elasticitat de l’àrid de pedra, així com de l’edat, especialment de la forma de manteniment i el clima, i en gran mesura de les dimensions de l’element de formigó.
Canvis longitudinals del formigó en columnes i bigues exposades a càrregues a llarg termini. Fluig del formigó. Les columnes que es van mantenir sota la càrrega admissible en un espai soterrani sec durant tres anys i que estaven fetes de formigó de composició ordinària, es van escurçar constantment segons la fig.3, i columnes molt més que iguals però descarregades. Aquestes deformacions, que es produeixen lentament, superant el grau de contracció del formigó descarregat, s’anomenen “fluència”. El grau de fluència depèn de la composició del formigó, la mida i la durada de la càrrega, així com de la humitat del formigó. El formigó humit s’arrossegue en molt menor mesura que el formigó sec, fig.4. El formigó que s’ha assecat durant molt de temps sense exposar-se a la càrrega només es desplaça lleugerament sota càrrega. Durant la càrrega de tensió, la fluència es produeix en una mesura similar a la de la càrrega de compressió, fig.5.
La fluència del formigó, és a dir, la fluència constant del formigó sota càrrega provoca un augment de la proporció de l’armadura en la recepció de la càrrega en el formigó armat, que en el cas de columnes fortament armades pot donar lloc a un relleu important del propi formigó.
Fig.5.
Fissures i deformacions: les tendències de contracció i fluïdesa mostrades no són una base suficient per avaluar esquerdes, deflexions, capacitat de suport o durabilitat d’un objecte específic. Es requereix una inspecció, documentació, mesuraments i càlculs per a la construcció existent; Per a una nova construcció, són rellevants el projecte, les propietats del material, les condicions ambientals, la seqüència de construcció i la normativa vigent.
Resistència al lliscament entre armadura i formigó
El reforç en construccions de formigó armat ha d’absorbir completament les forces de tracció quan la resistència del formigó es supera durant la tensió a causa de la contracció del formigó i la influència de les forces externes. Per a això, és necessari que l’armadura pugui transferir les seves càrregues al formigó a través de les superfícies de contacte amb el formigó, de manera que l’ancoratge de l’armadura no es trenqui sota les càrregues permeses. L’ancoratge s’assegura mitjançant ganxos a l’extrem de les barres. Els tipus de barres de reforç que existeixen, i la divisió es fa a partir de nervadures transversals, són: B500A (barra llisa), B500B (una barra amb una costella en una direcció) i B500C (barra amb costelles en dues direccions).
Reforç i capa protectora: les marques històriques, la descripció de les costelles i el mètode d’ancoratge no són la base per a la selecció o el detall del reforç actual. El tipus d’acer, diàmetre, unió, ancoratge, solapament, distància, capa protectora i instal·lació estan determinats pel projecte i es confirmen mitjançant documentació i control traçables a l’obra.
Resistència al desgast del morter de ciment i del formigó
Morters segons fig. 18 també són especialment bons en aquest sentit; Pel que fa a la composició granulomètrica, generalment s’han de seguir les indicacions anteriors sobre la resistència a la compressió. A més, es recomana una pedra que mostri una gran resistència al desgast i als impactes. Els additius que són més resistents que la bona pedra dura augmenten la resistència al desgast del formigó si tenen una mida i forma de gra adequada. El formigó humit es desgasta més ràpidament que el formigó sec; la humitat ajuda a polir.
Resistència del formigó a la intempèrie
Quan cal establir les condicions per a la producció de formigó resistent a la intempèrie, primer s’ha de partir de l’experiència adquirida en estructures construïdes anteriorment. En primer lloc, s’ha de parar atenció al següent:
- Com triar una pedra? - Sovint hi ha dificultats a l’hora d’escollir la pedra per raons d’economia, tant si cal utilitzar una pedra que, com la sorra triturada o la pedra triturada, resultaria plana i, per tant, provocaria un mal encastament del formigó, o bé si es tracta d’una pedra amb una resistència insuficient a les influències meteorològiques. En aquest sentit, s’han d’establir requisits estrictes, que només s’utilitzi pedra amb bona resistència a la intempèrie per al formigó exterior
- Quina quantitat de ciment es necessita per al formigó? - A les superfícies exteriors, el formigó ha de ser prou impermeable a l’aigua. Per a això, es pot utilitzar el que s’ha determinat sobre la influència de la composició granulomètrica del formigó en la permeabilitat a l’aigua i, a partir d’això, es pot determinar la quantitat de ciment requerida. Algunes quantitats òptimes de ciment oscil·len entre 300-350 kg per m3 de formigó, però això pot variar molt d’un cas a un altre (depèn de molts factors).
- Quin tipus de granulació i quines propietats de la composició granular del formigó hem d’esforçar-nos? - Depèn del cas per cas - l’agregat fluvial és més favorable, composició desigual; L’àrid triturat pot ser de millor qualitat en alguns aspectes, però té grans afilats que podrien ser perjudicials en algunes mescles de formigó.
- Quina resistència es requereix del formigó? - Aquesta pregunta és molt més difícil de respondre que les que ja s’han comentat. Per tant, totes les propostes anteriors fan referència a oportunitats limitades. Per solucionar aquest problema, es van realitzar diverses proves que van demostrar quina resistència hauria de tenir el formigó per mantenir-se resistent a la congelació i descongelació cíclica durant molt de temps. Es va concloure que el formigó, abans de ser exposat repetidament a la congelació i el desgel, hauria de mostrar una resistència a la compressió d’almenys 15 MPa. Si el formigó es processa des de l’exterior, calen majors resistències; en aquest cas, es recomana proporcionar almenys 25 MPa.
- Quina consistència del formigó és adequada? - Pel que fa a la consistència del formigó, actualment s’entén que cal anar amb compte amb el formigó colat, ja que amb la seva gran quantitat d’aigua, ajuda a l’excreció, les conseqüències de la qual es manifesten en la forma en què apareix una capa més o menys pronunciada de morter de gra fi i ric en aigua a cada capa abocada. Aquell morter té menys força, major poder d’absorció d’aigua, etc.
- Fins a quin punt s’ha de tenir en compte la forma de l’objecte? - Si, per exemple, la superfície exterior està graduada, llavors es reté més neu i gel en una part important del formigó que quan la paret es tracta amb superfícies llises. El remull pot durar molt de temps i, per tant, la congelació i la descongelació en estat humit és més habitual. L’objectiu és mantenir la neu, el gel i la runa de l’edifici el més curt possible.
En el cas que el formigó es processi des de l’exterior, cal tenir en compte que, com a conseqüència, la permeabilitat a l’aigua per regla general augmenta i que amb l’eina del tallador de pedra es trenquen grans peces d’àrid que es troben a la superfície. Si el formigó tractat conté armadura, cal una precaució especial per preservar suficientment l’efecte protector del formigó (capa protectora) per a l’armadura. La penetració d’aigua al formigó es pot evitar fins a cert punt mitjançant recobriments/additius.
La durabilitat no està determinada per un sol valor: l’exposició a l’aigua, gelades, sals, desgast i acció química requereix una selecció coordinada de materials, una capa protectora dissenyada, instal·lació i cura controlades, drenatge resolt, inspeccions i manteniment periòdics. Un recobriment o additiu per si sol no pot compensar la composició incorrecta, la mala instal·lació, les esquerdes, la capa protectora insuficient o la retenció d’aigua no resolta.