Contenido de experto en archivos: el artículo conserva afirmaciones históricas, tablas y diagramas sobre mortero de cemento y concreto, pero no es un diseño de mezcla, especificación de materiales, plan de hormigonado, cálculo estructural, guía de prueba o evaluación de un elemento existente. La composición, propiedades, clase de exposición, consistencia, método de instalación, cuidado, control de calidad y valores de diseño deben ser determinados por expertos responsables de acuerdo con el objeto específico, los materiales declarados y las normas vigentes.
Savo Kusić se centra hoy en ventanas de madera, ventanas de madera y aluminio, ventanas personalizadas, puertas y solicitudes de cotización. Este artículo queda como archivo histórico y no representa una oferta para el diseño, fabricación, ensayo o ejecución de estructuras de hormigón.
Datos generales
La composición del mortero de cemento o la composición del hormigón de un pilar, estructura de entrepiso de hormigón armado, elemento de hormigón elaborado, losa de acera, arco de puente o camino de hormigón, se considerará satisfactoria, por regla general, si el elemento constructivo de que se trate se elabora con la menor cantidad de material y mano de obra, de forma que sea lo suficientemente duradero y adecuado para el fin. Lo que debe considerarse permanente y apto para su uso debe definirse caso por caso: por lo tanto, antes de iniciar la construcción de un edificio, es necesario determinar qué propiedades deben tener el mortero y el hormigón en términos de resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, resistencia a la intemperie, estanqueidad, etc. Hay muchas instrucciones diferentes al respecto en las normas de construcción, así como muchas limitaciones numéricas.
La tarea del contratista de construcción es garantizar que los valores de las propiedades individuales cumplan con los valores requeridos. Las propiedades del hormigón pueden verse muy influenciadas si se utilizan los conocimientos disponibles hoy en día.
Condiciones para fabricar hormigón con propiedades homogéneas
Si la resistencia a la compresión de un elemento de construcción después de 28 días debe ser 40 MPa, o si para el hormigón de una estructura de pavimento se requiere que la resistencia a la flexión después de 28 días debe ser 4,5 MPa, entonces estos valores límite no deben excederse en ningún lugar; el valor límite inferior puede estar cerca del valor condicional. Si se respetan límites más estrechos durante la ejecución del objeto, mejor realizará el contratista su tarea. Es muy perjudicial que los valores condicionados estén muy por debajo de ciertos lugares, aunque sean unos pocos.
Valores históricos y recetas: Las figuras, proporciones, marcas, procedimientos de cuidado y límites a continuación se han transferido del artículo original para preservar el contenido. No deben utilizarse como receta moderna, criterio de aceptación ni sustituto del diseño de mezclas, pruebas de laboratorio, declaraciones de materiales, plan tecnológico y normativa aplicable.
Resistencia a la compresión del mortero de cemento y hormigón
El tamaño de la resistencia a la compresión depende en gran medida de las propiedades del cemento, la cantidad de cemento, la cantidad y composición de arena y agregado, la cantidad de agua en el concreto durante la instalación, el método de instalación, etc.
Tabla 1. La influencia de la cantidad de árido a una misma cantidad de mortero.
1. Cemento
Las resistencias a la compresión del mortero de cemento y del hormigón han sido determinadas mediante observaciones previas y están definidas por normativa.
2. Cantidad de cemento
Según la fig. 1a, la resistencia a la compresión aumenta con el aumento de la cantidad de cemento si la proporción de mortero en el hormigón permanece igual, mientras que la cantidad de cemento en el mortero aumenta y la consistencia del hormigón se mantiene constantemente sin cambios. Si la cantidad de mortero permanece sin cambios y sólo la cantidad de agregado aumenta o disminuye, la resistencia cambiará sólo ligeramente siempre que la cantidad de mortero sea suficiente para contener todos los granos de agregado. La resistencia a la compresión del hormigón no aumentará indefinidamente con un aumento en la cantidad de cemento, solo hasta un cierto límite. Pasado ese límite, el aumento de resistencia será insignificante en relación con el precio, que aumentará significativamente con el aumento de la cantidad de cemento. La cantidad óptima de cemento para el hormigón 1 m3 es 300-350 kg.
Tabla 2. La influencia de la cantidad de arena en el hormigón.
3. Cantidad de mortero en hormigón
La resistencia a la compresión del hormigón está determinada por la resistencia del mortero, como lo confirman las tablas 1 y 2. Esto sólo es válido si la resistencia del árido es mayor que la resistencia del mortero y si la cantidad de mortero es suficiente para cubrir completamente los granos gruesos del árido.
4. Composición granulométrica del árido
El aprovechamiento máximo del conglomerante se conseguirá si la composición granulométrica de los áridos del hormigón corresponde a las proporciones mostradas gráficamente en la figura 2. En la Figura 2, la curva completamente extendida se aplica a gravas de río y trituradas. Esta curva muestra que 25% del agregado total debe pasar por un tamiz con abertura #0,2mm; 65% debe pasar por el tamiz de #3mm de diámetro. El límite superior para el agregado está determinado por un tamiz con un diámetro de #7mm.
Los estándares actuales para determinar la composición granulométrica de los áridos son diferentes. Hay cuatro fracciones agregadas: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm y 16/31,5mm. Las categorías agregadas se determinan dependiendo de la cantidad de granos con sobrepeso y bajo peso.
Fig. 1.
Fig. 2.
5. La influencia de la cantidad de agua sobre el hormigón fresco
La resistencia a la compresión del hormigón depende en gran medida de la cantidad de agua añadida. La menor cantidad de agua con la que el hormigón alcanza la mayor resistencia se obtiene cuando, durante la compactación o vibración del hormigón, aparecen signos de “transpiración” claramente perceptibles, es decir, cuando se forma una fina capa de lechada de cemento durante la compactación. Con un mayor aumento de la cantidad de agua, la resistencia a la compresión disminuye. En este caso, en primer lugar está el factor agua-cemento: la relación entre la masa de agua y la masa de cemento y 1 m3 de hormigón. El factor agua-cemento óptimo para conseguir una hidratación completa es 0,38 - 0,42. En la práctica, esto es difícil de lograr y estos valores se obtienen experimentalmente, pero ciertamente es el objetivo. Si la cantidad de agua es insuficiente, el cemento no podrá hidratarse completamente y el hormigón no alcanzará la resistencia diseñada. Agregar agua cuando no es necesaria también “asfixia” el concreto de modo que no alcance su resistencia de diseño. Una vez instalado el hormigón, es necesario cuidarlo periódicamente durante los próximos siete días. El cuidado consiste en rociar/regar la superficie del hormigón para compensar el agua evaporada y que el cemento pueda hidratarse según lo previsto.
6. Efecto de la temperatura
Cuando se construyen edificios en la estación fría, el hormigón debe almacenarse de manera que no quede expuesto a la influencia de las heladas antes de que el endurecimiento haya progresado hasta el punto de que la resistencia a la compresión sea de al menos 10 MPa. Si este procedimiento se realiza sin más preámbulos, el efecto necesario se puede conseguir en primer lugar añadiendo anticongelante, acelerador, etc. El anticongelante evita la congelación del agua en el hormigón preparado y los aceleradores aceleran el proceso de hidratación, que en invierno es extremadamente lento. También se puede utilizar cemento de aluminato, especialmente indicado para trabajos en heladas, si se trata de construcciones más pequeñas. Si el hormigón en estado saturado de agua está expuesto frecuentemente a heladas y descongelaciones repetidas (p. ej. en el caso de instalaciones hidrotécnicas), se puede esperar su destrucción si el hormigón al inicio de la congelación tiene una resistencia a la compresión inferior a 15 MPa. En caso de temperaturas elevadas del aire y del material, el hormigón debe mantenerse constantemente húmedo y fresco. También es obligatorio cubrir la masa de hormigón fresco con cualquier material que impida el calentamiento de la superficie del hormigón. Bajo la influencia de altas temperaturas (superiores a 50 °C), el desarrollo de la resistencia a la compresión del hormigón es impredecible si no se tiene el cuidado adecuado.
Seguridad y rendimiento: el polvo de cemento y el hormigón fresco pueden dañar los ojos, la piel y las vías respiratorias, y los mezcladores, bombas, vibradores, encofrados, puntales y elementos pesados conllevan riesgos mecánicos adicionales. No se añaden aditivos arbitrariamente ni se utilizan referencias históricas de climas fríos y cálidos sin receta aprobada, fichas técnicas, plan de hormigonado, equipo de protección y supervisión.
Resistencia a la tracción del hormigón
La resistencia a la tracción del hormigón depende en gran medida del tamaño de la sección transversal de las muestras de ensayo. Al aumentar la sección transversal de las probetas se obtuvo una menor resistencia a la tracción. Al ensayar los prismas de la sección 400 cm2, fabricados con la mezcla habitual para hormigón armado y después de haber envejecido durante unos tres meses en aire húmedo, se obtuvieron resistencias a la tracción de aproximadamente 1,2-2 MPa. Las mezclas especiales para tuberías, etc. dieron hasta aproximadamente 4 MPa e incluso más, si el espesor de los cuerpos de prueba correspondía al espesor utilizado en la práctica. Para el hormigón proyectado (hormigón proyectado preparado en la obra) se obtuvieron hasta 3,6 MPa. Se encontró que el alargamiento del hormigón hasta la rotura medido en milímetros en 1m era en promedio 0,07-0,13 mm/m.
La resistencia a la tracción del hormigón es insignificante en comparación con su resistencia a la compresión. En casi todos los casos se utiliza hormigón armado, que cuenta con un refuerzo diseñado para soportar las fuerzas de tensión en el elemento. Se considera que el hormigón no soporta nada en tensión, por lo que los diseñadores están del lado de la seguridad. La resistencia a la tracción del hormigón es diez veces menor que la resistencia a la compresión del hormigón.
Resistencia a la tracción del hormigón al doblarse
La resistencia a la flexión de vigas de hormigón de sección rectangular es mayor que la resistencia a la tracción de cuerpos de las mismas dimensiones. Esto se debe principalmente al hecho de que el coeficiente de elongación del hormigón crece más rápido que la carga, por lo que no se cumple la distribución de tensiones que se supone mediante el método de cálculo habitual. En una viga expuesta a flexión, la tensión de tracción más alta se produce solo en el plano límite de la correa tensada, y cuando la carga está en el centro de la viga, incluso solo en el borde exterior de una sección.
Se encontró que la magnitud de la resistencia a la flexión de cuerpos de 28 días, hechos de hormigón blando o líquido, era 2-6 MPa; vigas de hormigón compactado, muestras de hormigón proyectado y muestras de hormigón proyectado, envejecidas durante varios meses y almacenadas primero en estado húmedo y luego en seco, dieron resultados de resistencia a la flexión de 3,2 MPa. Para placas del mismo material que se mantuvieron bajo el agua durante 8 días, se determinó el valor de resistencia a la flexión de 6,3 MPa.
Contracción, hinchamiento y fluencia del hormigón
Contracción e hinchazón. Grietas por contracción. Esfuerzos de contracción. Si los cuerpos de concreto que se han mantenido en condición húmeda se exponen al secado, el secado comenzará en la superficie y progresará hacia el interior. En el exterior, el hormigón puede secarse casi al aire mientras su núcleo aún está húmedo. La capa seca tiende a encogerse, el núcleo húmedo no lo hará o lo hará sólo en pequeña medida. Como resultado, en un cuerpo de hormigón de este tipo, aparecen tensiones de tracción en las superficies exteriores y tensiones de compresión en el núcleo.
Si las tensiones de tracción exceden la resistencia a la tracción del hormigón, aparecerán grietas por contracción que penetran más o menos profundamente hacia el núcleo, y aparecen en lugares de menor resistencia. A medida que avanza el secado, el núcleo se contrae gradualmente y las tensiones de tracción en las superficies exteriores disminuyen.
Fig. 3.
Fig. 4.
La cantidad de contracción del hormigón depende del tipo de cemento, de la cantidad de cemento, de la cantidad de agua durante la preparación, de la composición granulométrica y de la elasticidad del árido pétreo, así como de la edad, y especialmente del modo de mantenimiento y del clima, y en gran medida de las dimensiones del elemento de hormigón.
Cambios longitudinales de hormigón en columnas y vigas expuestas a cargas de larga duración. Deformación del hormigón. Las columnas que estuvieron bajo la carga permitida en un sótano seco durante tres años y que estaban hechas de hormigón de composición ordinaria, se acortaron constantemente de acuerdo con la fig. 3, y muchas más columnas iguales pero descargadas. Estas deformaciones, que se producen lentamente, superando el grado de contracción del hormigón descargado, se denominan “fluencia”. El grado de fluencia depende de la composición del hormigón, del tamaño y duración de la carga, así como de la humedad del hormigón. El hormigón húmedo se arrastra mucho menos que el hormigón seco, fig. 4. El hormigón que ha estado seco durante mucho tiempo sin estar expuesto a cargas se arrastra sólo ligeramente bajo carga. Durante la carga de tensión, la fluencia ocurre en un grado similar al de la carga de compresión, fig. 5.
La fluencia del hormigón, es decir, la fluencia constante del hormigón bajo carga, da lugar a un aumento de la proporción de armadura que recibe la carga en el hormigón armado, lo que en el caso de columnas muy reforzadas puede provocar un alivio significativo del propio hormigón.
Fig. 5.
Grietas y deformaciones: las tendencias de contracción y fluencia mostradas no son una base suficiente para evaluar grietas, deflexiones, capacidad de carga o durabilidad de un objeto específico. Se requiere inspección, documentación, mediciones y cálculos de la construcción existente; para una nueva construcción, el proyecto, las propiedades del material, las condiciones ambientales, la secuencia de construcción y las regulaciones vigentes son relevantes.
Resistencia al deslizamiento entre armadura y hormigón
Las barras de refuerzo en construcciones de hormigón armado deben recibir plenamente las fuerzas de tracción cuando, durante el tensado, se excede la resistencia del hormigón debido a la contracción del hormigón y a la influencia de fuerzas externas. Para ello es necesario que la armadura sea capaz de transferir sus cargas al hormigón a través de las superficies de contacto con el hormigón, y de forma que el anclaje de la armadura no se rompa bajo las cargas permitidas. El anclaje se asegura mediante ganchos al final de las barras. Los tipos de barras de armadura que existen, y la división se realiza en base a nervaduras transversales, son: B500A (barra lisa), B500B (barra con nervaduras en una dirección) y B500C (barra con nervaduras en dos direcciones) dirección).
Refuerzo y capa protectora: las marcas históricas, la descripción de las nervaduras y el método de anclaje no son la base para la selección o el detalle del refuerzo actual. El tipo de acero, el diámetro, la junta, el anclaje, el solape, la separación, la capa protectora y la instalación están determinados por el proyecto y confirmados mediante documentación rastreable e inspección en el sitio de construcción.
Resistencia del mortero de cemento y hormigón al desgaste
Morteros según fig. 18 también son particularmente buenos en este sentido; En lo que respecta a la composición granulométrica, generalmente se deben seguir las instrucciones dadas anteriormente con respecto a la resistencia a la compresión. Además, se recomienda una piedra que muestre alta resistencia al desgaste y al impacto. Los aditivos que son más resistentes que la buena piedra dura aumentan la resistencia al desgaste del hormigón si tienen un tamaño y forma de grano adecuados. El hormigón húmedo se desgasta más rápido que el hormigón seco; la humedad ayuda al lijado.
Resistencia del hormigón a la intemperie.
Cuando sea necesario establecer las condiciones para la producción de hormigón resistente a la intemperie, primero se debe partir de la experiencia adquirida en estructuras construidas previamente. En primer lugar, se debe prestar atención a lo siguiente:
- ¿Cómo elegir una piedra? - A menudo surgen dificultades a la hora de elegir la piedra por razones de economía, ya sea que sea necesario utilizar una piedra que, como la arena triturada o la piedra triturada, resultaría plana y, por tanto, provocaría una mala incrustación del hormigón, o si se trata de una piedra con una resistencia insuficiente a las influencias climáticas. En este sentido, se deben establecer requisitos estrictos: para el hormigón exterior sólo se utilice piedra con buena resistencia a la intemperie.
- ¿Qué cantidad de cemento se necesita para el hormigón? - En superficies exteriores, el hormigón debe ser suficientemente impermeable al agua. Para ello se puede utilizar lo determinado sobre la influencia de la composición granulométrica del hormigón sobre la permeabilidad al agua y en base a ello determinar la cantidad de cemento necesaria. Algunas cantidades óptimas de cemento oscilan entre 300-350 kg por m3 de hormigón, pero esto puede variar mucho de un caso a otro (depende de muchos factores).
- ¿Qué tipo de granulación y qué propiedades de la composición granular del hormigón debemos buscar? - Depende de cada caso: el agregado del río es más favorable y tiene una composición desigual; El agregado triturado puede ser de mejor calidad en algunos aspectos, pero tiene granos afilados que podrían ser dañinos en algunas mezclas de concreto.
- ¿Qué resistencia del hormigón se requiere? - Esta pregunta es mucho más difícil de responder que las que ya se han comentado. Por tanto, todas las propuestas anteriores se refieren a oportunidades limitadas. Para solucionar este problema se realizaron varias pruebas que demostraron qué resistencia debe tener el hormigón para permanecer resistente a las heladas y descongelaciones cíclicas durante mucho tiempo. Se concluyó que el hormigón, antes de ser expuesto repetidamente a congelación y descongelación, debería presentar una resistencia a la compresión de al menos 15 MPa. Si el hormigón se procesa desde el exterior, se necesitan resistencias mayores; en tal caso, se recomienda proporcionar al menos 25 MPa.
- ¿Qué consistencia de hormigón es la adecuada? - En cuanto a la consistencia del hormigón, actualmente se entiende que hay que tener cuidado con el hormigón colado, ya que con su gran cantidad de agua favorece la excreción, cuyas consecuencias se manifiestan en la forma en que aparece en cada capa vertida una capa más o menos pronunciada de mortero de grano fino y rico en agua. Ese mortero tiene menos resistencia, mayor poder de absorción de agua, etc.
- ¿Hasta qué punto se debe tener en cuenta la forma del objeto? - Si, por ejemplo, se nivela la superficie exterior, se retiene más nieve y hielo en una parte importante del hormigón que cuando la pared se trata con superficies lisas. El remojo puede durar mucho tiempo y, por lo tanto, es más común congelar y descongelar en estado húmedo. El objetivo es mantener la nieve, el hielo y los escombros en el edificio el menor tiempo posible.
Si el hormigón se trabaja desde el exterior, hay que tener en cuenta que, por lo general, la permeabilidad al agua aumenta y que los grandes trozos de árido que se encuentran en la superficie se rompen con la herramienta del picapedrero. Si el hormigón tratado contiene armadura, se requiere especial precaución para preservar suficientemente el efecto protector del hormigón (capa protectora) para la armadura. La penetración de agua en el hormigón se puede evitar hasta cierto punto mediante revestimientos/aditivos.
La durabilidad no está determinada por un único valor: la exposición al agua, las heladas, las sales, el desgaste y la acción química requiere una selección coordinada de materiales, una capa protectora diseñada, una instalación y cuidado controlados, un drenaje solucionado, inspecciones y mantenimiento periódicos. Un recubrimiento o aditivo por sí solo no puede compensar una composición incorrecta, una mala instalación, grietas, una capa protectora insuficiente o una retención de agua no resuelta.