2.° ADICIONES PARA HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA

Los superfluidficantes  provocan una gran dispersión de las partículas de cemento, impidiendo la floculación de las mismas, con lo que se reduce mucho el agua intersticial y se consigue mejorar considerablemente la hidratación del conglomerante. Se logra así aumentar la plasticidad de la masa con relaciones agua/cemento muy bajas, lo que conduce a obtener hormigones muy trabajables, muy poco porosos y de alta resistencia.

La dosificación de los superfluidificantcs, así como su eficacia, depende de muchos factores: de su composición, del tipo y clase de cemento, de la relación agua/cemento, del tiempo de transporte a obra, de las adiciones, etc. Por otra parte, al envolver el superfluidificante a las partículas de cemento, puede retrasarse algo el comienzo de la hidratación. Además, algunos de estos aditivos pierden su eficacia en breve tiempo, lo que debe tenerse en cuenta en la fabricación, transporte y puesta en obra del hormigón.

La obtención de hormigones de alta resistencia requiere el empleo de altas dosis de cemento de clase resistente elevada, lo que puede conducir a pastas viscosas y a valores elevados del calor de fraguado, con el consiguiente peligro de fisuración de los elementos de hormigóm. Por ello, casi siempre es necesario sustituir una parte del cemento por ciertas adiciones minerales, especialmente microsilice y, a veces, cenizas volantes.

La microsilice o humo de sílice es un subproducto que se obtiene en la fabricación del silicio y ferrosilicio. Los humos engendrados arrastran partículas de sílice muy reactivas, que se recogen mediante filtros electrostáticos. Es un polvo finísimo cuya superficie específica suele ser del orden de 200.000 cm2 por gramo (valor unas 50 veces superior al del cemento) y cuyo contenido en óxido de silicio oscila entre el 85 y el 90 por 100.

La acción de la microsilice sobre el hormigón es doble: por una parte, actúa como árido fino, mejorando la red capilar y disminuyendo el tamaño de los poros; por otra, dado su carácter puzolánico, se combina con la cal libre del cemento formando silicatos, es decir, nuevos compuestos resistentes. Dada su gran finura, el empleo de humo de silice (ver Norma UNE 83.460:94) exige más agua de amasado en el hormigón, lo que hace imprescindible el empleo simultáneo de un superfluidificante.

Las cenizas volantes se obtienen como subproducto en las centrales termoeléctricas. Son polvos muy finos cuya superficie específica es del orden de 5,000 cm’ por gramo, algo superior a la del cemento que suele estar comprendida entre 2.500 4.000 cm2/g. Contienen óxido de silicio en proporción variable entre el 35 y el 60 por 100 Y su actividad puzolánica es menor que la de la microsilice por Un doble motivo: su menor finura y menor contenido en óxido de silicio.

 
Las cenizas volantes proporcionan a la masa del hormigón mayor plasticidad y menor calor de hidratac1. Al sustituir parte del cemento por ceniza volante se reduce la demanda de agua de la masa ‘ las resistencias disminuyen a cortas edades si bien aumentan a largo plazo. El empleo de cenizas no adecuadas puede ocasionar fenómenos expansivos en el hormigón (ver Normas UNE 83.414:90 y EN 450:95).

Con la aportación simultánea de microsilice y superfluidificante a una masa de hormigón de dosificacion adecuada puede reducirse notablemente la relación agua/cemento, obtenindose masas muy trabajables, uniformes y poco segregables, aptas para su colocación por bombeo. Se obtienen así hormigones muy resistentes, impermeables y de gran durabilidad.

1º HORMIGÓN DE ALTAS PRESTACIONES.

Modernamente, el concepto de “alta resistencia” está siendo sustituido por el de “altas prestaciones”. Se denomina así al hormigón que reúne unas características especiales, que no pueden alcanzarse usando componentes convencionales y métodos ordinarios de amasado, puesta en obra, compactación y curado.

Entre las características especiales que pueden reunir los hormigones de altas prestaciones se encuentran las siguientes:

• facilidad de colocación (t.rabajabilidad);
• compactación sin segregación;
• alta resistencia en las primeras edades;
• afta resistencia a largo plazo;
• impermeabilidad;
• densidad;
• compacidad;
• estabilidad de volumen;
• larga vida útil en ambientes agresivos.

Como muchas de estas características están relacionadas entre sí, un cambio de una cuat. quiera de ellas entraña cambios en las otras. Por esta razón, cuando se desee utilizar un hormigón de altas prestaciones, conviene especificar claramente en el proyecto aquellas caacttj del mismo que se consideren críticas.

De forma resumida puede decirse que las altas prestaciones comprenden las tres prop. des principales de todo hormigón: resistencia, durabilidad y trabajabilidad.

Una buena trabajabilidad significa que  la masa de hormigón fresco debe tener una elevada fluidez (para permitir su adecuada pues. en obra en particular por bombeo) sin que llegue a producirse segregación; esta propiedad depende de las características de los materiales constituyentes y de su dosificación. Además, la masa debe ser capaz de pasar entre las armaduras de los elementos que se hormigonado que depende de la forma y disposición de tales armaduras

El problema de conseguir un hormigón de alta resistencia consiste en cómo reducir la cantidad de agua de amasado sin que ello afecte a la trabajabilidad del hormigón. Este problema se soluciona, en parte, mediante el empleo de superfluidificantes, que permiten reducciones de agua de hasta un 30% con efectos secundarios mucho menores que los correspondientes a los fluidificantes, y en parte, mediante el empleo de adiciones como la microsilice o las cenizas volantes. A continuación estudiaremos estas adiciones.

Hormigones de Alta Resistencia (HAR). Generalidades.

El calificativo de alta resistencia aplicado al hormigón es de carácter convencional. En España se consideran hormigones de alta resistencia (HAR) aquellos cuya resistencia característica a compresión fck en probeta cilíndrica 15x30 a 28 días, supera los 50 N/mm2 sin rebasar los 100 N/mm2 y se consideran como hormigones de muy alta resistencia (HMAR) aquellos cuya resistencia supera los 100 N/nm2, denominándose hormigones convencionales los de fck igual o menor de 50 N/mm2.

1º HORMIGÓN DE ALTAS PRESTACIONES.

2.° ADICIONES PARA HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA

2º ENSAYOS POSTERIORES A LA TERMINACIÓN DE LA OBRA : Control Calidad del Hormigón.

Se presenta a menudo el problema de tener que estimar la calidad del hormigón de una estructura ya terminada. Tal es el caso cuando los ensayos de control no dan resultados satisfactorios; cuando no se han efectuado ensayos de control; cuando el hormigón presenta síntomas patológicos o se ha visto expuesto a influencias que pueden hacer pensar en descensos de resistencia; cuando se desea modificar el uso de una estructura existente; cuando se desea comprobar la eficacia de un nuevo método de construcción; etc.

En tales casos puede recurrirse a la extracción de probetas testigo, a la realización de ensayos no destructivos (apartado 6.6), de pruebas de carga o de otras determinaciones directas o indirectas de la calidad del hormigón. En la tabla 6.7 se presenta un resumen de los procedimientos comúnmente empleados.

En general, la estimación final de la calidad del hormigón requiere el empleo combinado de diversos métodos. Así, por ejemplo, los ensayos no destructivos y en particular e) esclerómetro, proporcionan índices con validez relativa, en el sentido de que a índices dobles corresponden, aproximadamente, resistencias dobles, dentro de un mismo hormigón. Mediante la extracción y rotura de probetas testigo es posible entonces conocer valores reales de la resistencia, que permiten “tarar” el esclerómetro para ese caso particular, consiguiendo así que los índices esclerométricos cobren mayor valor.

Tabla 6.7 

Procedimientos para Estimar la Calidad del Hormigón

de una Estructura

Los resultados que se obtientrn de todos estos ensayos, incluidos los de probetas testigo. deben interpretarse de manera juiciosa, puesto que ninguno puede traducirse directamente a términos de resistencia normalizada sobre probetas enmoldadas, que es en definitiva a que sirve de base a los c1culos y a los Pliegos de Condiciones. 

Figura 6.15 Diferentes Tipos de esclerometro:

Normal, de bolsa para Hormigones Ligeros y con Registrador

1º ENSAYOS ANTERIORES A LA TERMINACIÓN DE LA OBRA : Control de Calidad del Hormigón.

Según su finalidad y corno ya se dijo, pueden clasificarse en previos, característicos, de control y de información.

a) Los ensayos previos tienen por objeto establecer la dosificación que debe adoptarse, con los materiales disponibles y de acuerdo con las condiciones de ejecución previstas, para obtener la resistencia características especificada en el proyecto.

Los ensayos previos se realizan en laboratorio, antes de empezar las obras, para lo cual deben fabricarse, según la instrucción española, por lo menos cuatro series de probetas procedentes de amasadas distintas, con dos probetas cilíndricas de 15 x 30 cm por serie, por cada dosificación que se desee estudiar. Las probetas se rompen a compresión a los 28 días, de acuerdo con los métodos de ensayo UNE 83.301. UNE 83.303 y UNE 83.304 (véase apartado 6.3).

Puede prescindirse de estos ensayos previos cuando, por experiencias anteriores con los mismos materiales y proceso de ejecución, sea posible establecer una dosificación idónea.
En la tabla 3.2 se indican las relaciones que existen entre la resistencia característica fck que se desea alcanzar en obra y la resistencia media que debe obtenerse en los ensayos previos de laboratorio.

b) Los ensayos característicos tienen por objeto comprobar, antes del comienzo del horrnigonado, que la resistencia característica que puede alcanzarse en obra no es inferior a la especificada.

Para realizar estos ensayos, de acuerdo con la Instrucción española, deben fabricarse con los medios de obra, seis amasadas diferentes de cada uno de los tipos de hormigón que  haya de utilizarse, entoldándose dos probetas cilíndricas de 15 x 30 cm por cada
amasada.

Las probetas se fabrican y conservan de acuerdo con lo indicado en el apartado 6.3, rompiendose a compresión a 28 días. Para la aceptación debe verificarse que

los valores medios de la resistencia de cada amasada.

Los ensayos característicos deben efectuarse lo antes posible y son preceptivos, salvo el caso de emplear hormigón preparado, o cuando se posea experiencia con los materiales y medios de ejecución que se vayan a utilizar.

c) Loi ensayos de control tienen por objeto comprobar, en el transcurso de la ejecución de la obra, que la resistencia característica del hormigón se mantiene igual o mayor que la especificada. La forma de operar se describe con detalle en el capítulo 10 de esta obra.

d) Los ensayos de información tienen por objeto conocer la resistencia real del hormigón de una zona determinada de la obra, a una edad determinada, bien para estudiar la acción de las heladas, bien para fijar los plazos de desencofrado, o para cualquier otra determinación.
En particular, los ensayos de información son necesarios cuando la mecánica del control conduce a la no aceptación automática del hormigón.

Si los ensayos de información han sido previstos de antemano, estos pueden consistir en la fabricación y miura de probetas, análogas a las de los ensayos de control pero conservadas en condiciones lo mas parecidas posible a las correspondientes del hormigón de la zona en estudio y rotas a la edad que convenga para el efecto que se investiga.

Si no han sido previstos de antemano, los ensayos han de efectuarse cuando el elemento en cuesti5n ya está terminado. Este caso se (rata en el punto 2. siguiente.

Ensayos de Control de Calidad del Hormigón.

Hemos estudiado hasta aquí los métodos Operatorios que permiten conocer las características del hormigón y, en particular, su resistencia. En definitiva, el objetivo principal de todos estos métodos es, desde el punto de vista práctico, bien establecer la dosificación necesaria para obtener una resistencia determinada, o bien comprobar que la resistencia realmente alcanzada es igual o superior a la supuesta en los cálculos.

Al ser el hormigón un material resistente que se coloca fresco en obra y endurece con el tiempo, el control de su calidad resulta más complicado que el de otros materiales que llegan a obra ya elaborados. Por ello dedicamos a este tema un capítulo completo (capítulo 10) al que pueden servir de introducción las ideas que a continuación se indican.

1º ENSAYOS ANTERIORES A LA TERMINACIÓN DE LA OBRA : Control de Calidad del Hormigón.

2º ENSAYOS POSTERIORES A LA TERMINACIÓN DE LA OBRA : Control Calidad del Hormigón.

8º METODO DE ENSAYO A TRACCIÓN INDIRECTA (ENSAYO BRASILEÑO) Son de aplicación las Normas UNE 83.306 e ISO 4108.

a) La resistencia del hormigón a tracción axial fct, que es a la que se refieren muchos de los cálculos, puede obtenerse mediante el ensayo de tracción directa de acuerdo con la Recomendación RILEM CPC-7. Pero resulta más sencillo y práctico emplear el método de tracción indirecta también llamado ensayo brasileño o ensayo de hendimiento, aunque el valor obtenido es necesario corregirlo. Este método consiste en la rotura de la probeta, generalmente cilíndrica, mediante la aplicación de una carga de compresión en dos generatrices diametralmente opuestas (fig. 6.6).

b) Para la rotura se utilizan dos bandas de apoyo de contrachapado o cartón sin defectos, de unas dimensiones aproximadas de 3 mm de espesor y 25 mm de ancho, con una longitud algo mayor que la de la probeta. La carga se aplica de manera Continua, sin choques bruscos, y de forma que el aumento de la tracción indirecta sea de 0,03 ± 0,01 MPa por segundo.

c) La resistencia a tracción indirecta se calcula mediante la fórmula dehenclimiento:

en donde F es la carga de rotura, a el diámetro de la probeta y 1 su longitud.

d) El valor obtenido para la tracción indirecta del hormigón,fcti, mediante el ensayo brasileño (ver figura 6.6b) es algo mayor que el correspondiente a la tracción axial, fct,. Tanto el Eurocódigo 2 como el Código Modelo CEB-FIP-90, admiten la relación: 

Figura 6.6 Ensayo Brasileño (a)  y distribución de tensiones (b), muy parecida a la tracción pura.

7º MÉTODO DE ENSAYO A FLEXOTRACCIÓN.

Son de aplicación las Normas UNE 83.305 e ISO 4013.

a) El ensayo suele efectuarse sobre probetas prismáticas de sección cuadrada a x a y una longitud de 4a o 5a, siendo la luz de ensayo igual a 3a. Las dimensiones normalmente empleadas son:

• para árido de 25mm...........................10 x 10 x 50 cm
• para árido de 38mm........................... l5 x  l5  x 75 cm
• para árido de 50mm........................... 20 x20 x 100cm

b) Las probetas se rompen a flexión mediante la aplicación de dos cargas iguales y simétricas, colocadas a los tercios de la luz (figura 6.5). El mecanismo para la aplicación de la carga se compone de dos rodillos de acero de 20 mm de diámetro, y otros dos para el apoyo de la probeta. Es importante que las probetas se apoyen y reciban la carga sobre las dos caras laterales que estuvieron en contacto con el molde; primero, porque así no es necesario refrentarlas; y segundo, porque se elimina la influencia de la distinta compacidad del hormigón junto al fondo y en la superficie.

Figura 6.5 Ensayo a flexotracción

La carga se aplica de forma continua sin choques bruscos, y a una velocidad de carga tal que el aumento de la tensión en las fibras inferiores de la probeta, calculada por la fórmula clásica, sea de 0,05 ± 001 MPa por segundo.

c) La resistencia a flexotracción se calcula mediante la fórmula clásica: 

en donde M, es el momento de rotura, W el módulo resistente de la sección, y F=2P, la carga total aplicada. 

Con esta fórmula se admite un diagrama tensión-deformación lineal para el hormigón por lo que el valor obtenido para fctf es mayor que el de la resistencia a tracción axial, cuya deterrniflación directa es muy problemática. El Eurocódigo 2 admite para la resistencia a tracción axial, en función de la resistencia a flexotracción, el valor fct = 0,5fctf. 

6º MÉTODO DE ENSAYO A COMPRESIÓN (Normas UNE 83.304 e ISO 4012)

a) Una vez preparada la prensa, se limpiarán tanto las superficies de carga de los dos platos como las caras de la probeta. Primero se debe centrar la probeta sobre el plato inferior después se lleva el p1at superior hasta que quede en contacto con ella, haciendo girar a mano la parte móvil acoplada a la rótula, a fin de rea]izar un contacto uniforme Los cubos deben ensayarse, preferentemente, sobre las caras laterales que corresponden al molde. Para  la compresión transversa! de los prismas, los platos deben tener unas dimensiones tales que la ras de contacto sean realmente cuadradas y tengan las mismas dimensiones que la arista nominal del prisma objeto de ensayo.

b) La carga debe aplicarse de una manera continua y sin saltos, a una velocidad constante tal que el incremento de la carga ‘or segundo produzca un aumento de tensión de 0,5 ± 0,2 N/mm2. Se tolera una velocidad carga mayor durante la aplicación de la primera mitad de la carga de rotura. No debe introducirse ninguna corrección a los mandos de la máquina de ensayo, cuando la probeta se deforma rápidamente momentos antes de ¡a rotura. Se continuará el ensayo hasta la rotura, registrando la carga máxima soportada por la probeta.

5º MÉTODOS DE ENSAYO DE PROBETAS DE HORMIGÓN.

a) Los ensayos de ¡as probetas pueden efectuarse en cualquier máquina de ensayo, de capacidad suficiente, siempre que la carga se aplique de una manera continua y sin saltos. El error máximo de la máquina, dentro del campo de las cargas utilizables, no debe ser superior al ± 1 por 100. La prensa para ensayos de compresión estará provista de platos de acero, cuyo espesor será suficiente para evitar toda deformación y cuyas caras tendrán una dureza Rockwcll C no inferior a 55. Uno de estos platos irá montado sobre una rótula esférica y será, normalmente. el que apoye sobre la base superior de la probeta; el otro plato, sobre el que reposará la probeta, debe estar constituido por un bloque muy rígido.

b) Las superficies de los platos, cuando éstos sean nuevos, no presentarán desigualdades superiores a 0,025 mm, sin que dichas desigualdades puedan exceder después, una vez usada la máquina, de 0,05 mm. El diámetro de la esfera de la rótula no debe ser mucho mayor que la dimensión de la probeta. y el centro de dicha esfera debe estar situado, aproximadamente, en la vertical del centro (le la carga.

c) Las probetas que se hayan conservado según lo indicado en 3. a) deben ensayarse en estado húmedo. Los ensayos de estas probetas deben tener lugar tan pronto como sea posible, después de retiradas de la sala de conservación, procurando cubrirlas, durante el intervalo correspondiente, con trapos u otros elementos mojados.

d Las probetas conservadas según lo indicado en 3.° b) deben ensayarse en el estado que corresponda al de su conservación.

e) Las dimensiones de las probetas deben medirse con error menor de un milímetro, para determinar la superficie de la sección de ensayo.

4º REFRENTADO DE LAS PROBETAS CILINDRICAS CON MORTERO DE AZUFRE (UNE 83.303 e ISO 2736)

Las caras planas de carga de las probetas destinadas al ensayo de rotura por compresión que tengan imperfecciones superiores a 0,1 mm, deben ser refrentadas de modo que presenten una superficie plana adecuada y normal al eje del cilindro, con una tolerancia de 0,5°.

El refrentado del hormigón endurecido se efectúa con un mortero de azufre obtenido, mediante un tratamiento térmico adecuado, de una mezcla de azufre, arena y, eventualmente, un fundente idóneo. Una composición muy utilizada en la práctica es la siguiente (porcentajes en peso):

• azufre monoclínico en polvo ..........................................62 %
• arena silícea entre tamices 0,16 y 0,32 ........................  36 % 

• negro de hurro . ............................................................2 %

Los aparatos necesarios son; un dispositivo de mezcla, un plato de refrentado, y un mecanismo de alineación, con un triedro trirrectángulo que asegure la ortogonalidad entre la cara refrentada y el eje de la probetas con objeto de no rebasar la tolerancia de 0,5°.

La capa de refrentado debe tener un espesor medio superior a 3 mm y su valor máximo, en cualquier punto debe ser inferior a 8 mm. Dicha capa debe estar exenta de, fisuras, oquedades y burbujas, y su resistencia a compresión nunca será inferior a la correspondiente a la probeta que se ensaya.

3º CONSERVACIÓN DE LAS PROBETAS (Normas UNE 83.301 e 1SO 2736) .

a) Las probetas destinadas al control de calidad de la resistencia del hormigón deben quedar en los moldes al menos durante 24 horas, conservándose a una temperatura comprendida entre 16 C y 27 °C hasta el momento de ser transportadas a la cámara de conservación. Este transporte deberá efectuarse, con sumo cuidado, antes de que transcurran 48 horas. Previa justificación especial, este plazo puede aumentarse hasta las 72 horas.

El lugar de conservación normalizado consiste en una cámara que mantiene una humedad relativa igual o superior a 95 % y una temperatura de 20 °C ± 2 °C. Esta cámara puede sustituirse por una balsa de inmersión, cuya agua, de pH igual o mayor que 5, deberá estar a Ja misma temperatura indicada (norma UNE 83.301). Cuando se trate de probetas fabricadas con cemento portland, el agua de la balsa debe estar saturada de cal, pero no así si se trata de cemento portland con adiciones activas. Las probetas se mantendrán de esta forma hasta el momento de la rotura.

b) Cuando se trate de determinar ¡a resistencia real u otras cualidades del hormigón en obra, las probetas deben conservarse en unas condiciones tan próximas como sea posible a las de la estructura objeto del ensayo.

2º PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS.

Son de aplicación las normas EN 206, UNE 83.301 e ISO 2736. Para simplificar, nos referimos aquí únicamente al caso de probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, que son las más utilizadas.

a) Compactación por picado
Para hormigones cuyo asiento en el cono de Abrams sea igual o mayor que 4 cm, la confección de las probetas debe efectuarse colocando el hormigón en tres capas de igual espesor. Cada capa debe ser compacta mediante picado con barra metálica, a razón de 25 golpes distribuidos uniformemente por toda la sección del molde. En cada golpe la barra debe penetrar ligeramente en la capa subyacente.

b) compactación por vibrado
Para hormigones cuyo asiento en el cono de Abrams sea menor que 4 cm, las probetas se confeccionan colocando el hormigón en dos capas de igual espesor, compactadas mediante mesa vibratoria o vibrador de aguja, hasta que el mortero que refluye a la superficie de la capa cubra los granos de árido que queden en la misma. Cuando se utilice vibrador de aguja debe emplear- se de modo que penetre de forma centrada y rápida en el hormigón, hasta una distancia de unos 20 mm del fondo del molde (caso de la capa inferior) y sin tocar sus paredes. Al compactar la capa superior, el vibrador debe penetrar unos 20 mm en la capa inferior. Se recomienda que el diámetro del vibrador sea de unos 25 mm.

c) Acabado de la probeta
Una vez compactado el hormigón, debe ser convenientemente enrasada, con pasta de cemento, la cara superior de la probeta cilíndrica, de forma tal que no resulten irregularidades superiores a 2,5 mm y que no se rebase la tolerancia de perpendicularidad de la base con respecto al eje, la cual es de 1,5°. Una vez curada la probeta y antes del ensayo de compresión, es necesario refrentar la cara superior con mortero de azufre, con objeto de obtener una superficie de mayor regularidad, con tolerancias más exigentes.

Las probetas se manipularán lo menos posible y se cubrirán (le manera adecuada, para evitar su desecación.

1º DEFINICIÓN DE LAS PROBETAS Y MOLDES (normas UNE 83.301 e ISO 1920)

a)La forma y dimensiones de las probetas de ensayo deben ser las siguientes (flg. 6.3):

• cubos de arista a;
• cilindros de diámetro a y altura 2a;
• prismas de arista a y longitud 4a 6 5a. 

 

 

Figura 6.3 Forma y dimensiones de Las probetas según Normas UNE

La arista a ha de ser mayor que tres veces el tamaño máximo del árido, debiéndose adoptar la serie de valores a = 10, 15, 20, 25 y 30 cm, preferentemente a = 15 cm en el caso de probetas cilíndricas.

b) Los moldes de las probetas deben ser rígidos y no absorbentes. Sus caras planas tendrán una tolerancia cte ± 005 mm y sus ángulos rectos no tendrán variaciones superiores a ± 0,50. Los moldes deben ser estancos, siendo conveniente untarlos con aceite minera; o cualquier otra sustancia apropiada que no ataque al cemento, con objeto de evitar la adherencia del hormigón (fig. 6.4). 

Figura 6.4 Molde metalico y probeta recién desmoldada  

c) La barra de picado del hormigón debe ser rectilínea, de acero, de 6 mm de di1metro y longitud de 60 cm. En sus 25 mm finales será troncocónica y estará rematada en su extremo por un casquete esférico de 6 mm de radio. (Está demostrado que si se emplea una barra recta con su extremo cortado sin redondear, la probeta presenta una resistencia menor.)

Ensayos mecánicos mediante probetas enmoldadas : Obtener las resistencias del hormigón a compresión.

Los ensayos principales sobre el hormigón endurecido son los correspondientes a sus resistencias mecánicas, de los que se trata en este apartado. Los métodos de ensayo que se describen a continuación tienen por objeto obtener las resistencias del hormigón a compresión, a flexotracción y a tracción indirecta, mediante la rotura de probetas fabricadas y conservadas en condiciones normalizadas, con arreglo a la norma EN 206. Sólo en el caso de ¡os ensayos de información (apartado 6.7-1.° las probetas se conservan en otras condiciones.

1º DEFINICIÓN DE LAS PROBETAS Y MOLDES (normas UNE 83.301 e ISO 1920)

2º PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS.

3º CONSERVACIÓN DE LAS PROBETAS (Normas UNE 83.301 e 1SO 2736) .

4º REFRENTADO DE LAS PROBETAS CILINDRICAS CON MORTERO DE AZUFRE (UNE 83.303 e ISO 2736)

5º MÉTODOS DE ENSAYO DE PROBETAS DE HORMIGÓN.

6º MÉTODO DE ENSAYO A COMPRESIÓN (Normas UNE 83.304 e ISO 4012)

7º MÉTODO DE ENSAYO A FLEXOTRACCIÓN.

8º METODO DE ENSAYO A TRACCIÓN INDIRECTA (ENSAYO BRASILEÑO) Son de aplicación las Normas UNE 83.306 e ISO 4108.

Otros Ensayos del hormigón fresco.

Además de los anteriores, pueden realizarse otros ensayos con el hormigón fresco, tales como:  determinación de la cantidad de agua de amasado (por secado y diferencia de pesada); control de la eficacia de amasado de una hormigonera (comprobando diversas fracciones granulométricas, por tamizado bajo agua, de muestras tomadas en distintas zonas de la hormigonera); contenido, limitación de tamaño y módulo granulométrico del árido grueso (por tamizado bajo agua); etc.

Contenido de aire ocluido del hormigón fresco.

Este método de ensayo se describe en la norma UNE 83.315, que se corresponde con la ISO 4848. El ensayo consiste, esencialmente, en determinar la deformación elástica que experimenta el hormigón fresco bajo una presión dada y en condiciones definidas, y comparar esta deformación con la de un volumen conocido de aire sometido a la misma presión. Para ello se utiliza un aparato que consta de una cuba con tapa hermética, más unos accesorios que permiten aplicar una presión conocida y observar su efecto en el volumen de muestra introducida.

Determinación de la densidad del hormigón fresco.

El método de ensayo para la determinación de la densidad del hormigón fresco se describe en las normas UNE 83.317 e ISO 6276.

a) Se utiliza un molde rígido y estanco cuya menor dimensión no sea inferior a 10 cm, ni a cuatro veces el tamaño máximo del árido. Tanto su capacidad como su masa se determinarán con un error no mayor de 0,1 %. El molde se rellena y compacta de acuerdo con lo indicado en anteriormente para las probetas enmoldadas.

b) Se determina la masa del hormigón restando, de la masa total, la masa del molde, con un límite máximo de error de 0,2 % del alcance máximo de la balanza. Dividiendo por el volumen del molde se obtiene la densidad, que se expresará en kg/m3.

Ensayo de consistencia del hormigón fresco.

Los métodos para medir la consistencia del hormigón fresco son numerosos y empíricos. Aunque no existe un método universal, el más comúnmente utilizado (y también el más sencillo) es el cono de Abrams, empleándose también la mesa de sacudidas, sobre todo en instalaciones fijas, y el consistómetro Vebe para hormigones muy secos.

A continuación describimos cada uno de estos ensayos:

a) Cono de Abrams 

Este método de ensayo se describe en la norma UNE 83.313, que se corresponde con la ISO 4109.

• Se utiliza un molde sin fondo de forma troncocónica, provisto de dos asas para manipularlo, con las siguientes dimensiones interiores (figuras 5.1 y 6.1):
Diámetro de la base superior: 100 mm ±3 mm
Diámetro de la base inferior: 200 mm ± 3 mm
Altura del tronco de cono: 300 mm ± 3 mm

• Se coloca el molde sobre una superficie plana, rígida y que no absorba agua. Se humedece el interior del molde y la superficie de apoyo. Se introduce el hormigón en tres capas de alturas sensiblemente iguales, picando cada capa con una baría metálica de 16 mm de diámetro y 60 cm de longitud. Se enrasa la superficie. 

Figura 6.1 Cono de Abrams.

• Se desmoldea inmediatamente, levantando el cono despacio y con cuidado en dirección vertical, sin producir sacudidas. Se mide el asiento por referencia a una regla horizontal colocada sobre el COn0 (fig. 5.1), tomando el punto más alto de la cara superior de la masa asentada El asiento se expresa por la medida obtenida, redondeada en centímetros.

• Este ensayo no es aplicable con áridos mayores de 40 mm. Además, si el asiento obtenido es inferior a 1 cm, el ensayo es muy poco significativo.

b)Mesa de sacudidas

Este método de ensayo se describe en la norma ISO 9.812, que se corresponden la ASTM C-124.
Se utiliza un molde sin fondo de forma troncocónica, cuyas bases tienen diámetros de 25 cm y 17 cm, respectivamente, y cuya altura es de 13 cm. En cuanto a la mesa de sacudidas, viene definida en la norma citada.

Una vez limpia la mesa, se coloca el molde sobre ella y se rellena de hormigón, compactándolo con varilla. Luego se saca el molde y se acciona la mesa, imprimiendo 16 sacudidas o golpes en caída libre, desde una altura de 12,5 mm.

La consistencia se expresa en tanto por ciento de aumento del diámetro de la base inferior del tronco de cono.

c) Consistómeiro Vebe (UNE 83.314, ISO 4110)

El consistómetro Vebe, desarrollado en Suecia, proporciona una medida bastante precisa de la consistencia de los hormigones secos, así como de su trabajabilidad.

El aparato (fig. 6.2) está constituido por una mesa vibrante, un cilindro de 240 mm de diámetro fijado a la mesa, un cono de Abrams que se coloca en su interior y un conjunto móvil que comprende un embudo, un vástago graduado y una placa de vidrio fija al extremo del vástago; éste puede deslizar verticalmente y ser bloqueado mediante un tornillo.

Figura 6.2 Consistómetro Vebe.

Se coloca el cono en el cilindro, disponiendo encima el embudo. Se llena el cono de hormigón y se compacta, enrasando la superficie con paleta. Entonces, se gira el embudo para poder levantar el cono, lo que se hace suavemente.

La placa de vidrio se coloca en contacto sobre la masa fresca. Se pone en marcha la mesa vibrante, a la vez que un cronómetro. Entonces, la placa de vidrio va descendiendo lentamente con el hormigón. El cronómetro y la mesa vibrante se paran en el momento en que la superficie del hormigón se ha extendido lo suficiente para establecer un contacto completo con la placa de vidrio, cuyo diámetro es ligeramente inferior al diametro interior del cilindro. 

La consistencia Vebe viene medida por el número de segundos. Si el resultado es inferior a 5 segundos, el ensayo es poco significativo.

Toma de muestras del Hormigón fresco.

A continuación se indica el procedimiento operatorio preconizado por las normas FN 206, UNE 83.300 e ISO 2736:

• Las muestras deberán ser lo más representativas posible del hormigón objeto de control (el volumen de la muestra debe ser, al menos, 1,25 a 1,50 veces el volumen de las probetas).
• Cuando se trate de hormigoneras fijas o camiones hormigoneras, la muestra debe obtenerse pasando el recipiente de recogida a través de toda la corriente de descarga, o haciendo que dicha corriente vaya a parar al recipiente para obtener el volumen necesario. Debe cuidarse que la velocidad de descarga no sea tan pequeña que pueda producirse la segregación del hormigón. 

• Las muestras para los distintos ensayos se tomarán en el intervalo de vertido comprendjd0 entre 1/4 y 3/4 de la descarga. Cuando se trate de comprobar la homogeneidad de Una misma amasada o carga, las muestras se tomarán a 1/4 y 3/4 de la descarga, aproximadamente.
• Cuando se trate de hormigoneras de pavimentación o en cualquier tipo de transporte e donde no sea posible tomar las muestras durante la descarga, la muestra se compondrá tomando al azar, al menos, cinco porciones de la descarga completa del hormigón. Las cinc0 porciones se tomarán distribuidas en el interior masa evitando los bordes de la misma, en donde han podido producirse segregaciones.

La muestra debe estar protegida del sol, viento y lluvia, debiendo evitarse su desecación. Antes de su utilización se vuelve a mezclar sobre una plancha metálica perfectamente limpia y ligeramente humedecidas. El periodo tiempo entre la toma de la muestra y su utilización no debe exceder de quince minutos.

Ensayos del Hormigón Fresco.

-  Toma de muestras del Hormigón fresco.

-  Ensayo de consistencia del hormigón fresco.

-  Determinación de la densidad del hormigón fresco.

-  Contenido de aire ocluido del hormigón fresco.

-  Otros Ensayos del hormigón fresco.

Ensayos del Hormigón y su Clasificación.

Según su naturaleza, los métodos de ensayo normalmente empleados para determinar las resistencias del hormigón pueden clasificaras en destructivos y no destructivos.

a)Los ensayos destructivos son aquéllos que determinan la resistencia mediante la rotura de probetas o piezas de hormigón. Las probetas pueden fabricarse en moldes apropiados o bien
extraerse de una obra ya construida.

b) Los ensayos no destructivos determinan la calidad del hormigón sin destruir la pieza o estructura ensayada.

Según du finalidad los ensayos de resistencia del hormigón pueden clasificarse en los cuatro grupos siguientes:

a) Ensayos previos,  cuyo objeto es determinar la dosificación que ha de adoptarse con los materiales disponibles Y de acuerdo con las condiciones de ejecución previstas. Se efectúan en laboratorio antes de comenzar las obras.

b) Ensayos característicos, que tienen por objeto comprobar, antes de empezar el hormigonado, que la resistencia y dispersión del hormigón en obra se encuentran dentro de los límites admitidos en el proyecto.

c) Ensayos de control, que se efectúan Con Probetas moldeadas en obra, cuyo objeto es comprobar, a lo largo de la misma, que la resistencia del hormigón se mantiene igual o mayor que la exigida.

d) Ensayos de información1 que tienen por objeto conocer la resistencia del hormigón correspondiente a una parte de la obra y a una edad determinada, bien para poder fijar los plazos de desencofrado, bien para determinar la acción de las heladas durante el hormigonado, o para cualquier otra información acerca de la evolución de resistencias que experimenta el hormigón de ¡a estructura.

A continuación estudiaremos los principales ensayos del hormigón, en estado fresco (apartado 6.2) o en estado endurecido para determinar sus resistencias mecánicas. Otros ensayos de interés sobre el hormigón endurecido que no expondremos aquí son la determinación de la densidad, de la permeabilidad y del módulo de elasticidad, cuya descripción puede consultarse en las normas UNE correspondientes (83.312, 83.310 y 83.316 respectivamente).

Generalidades de los Métodos de Ensayo del Hormigón.

Estudiaremos en este capítulo los métodos de ensayo más comunes que se realizan con el hormigón. De ellos, unos se refieren al hormigón fresco y tienen como finalidad conocer las características del mismo; y otros se refieren al hormigón endurecido, siendo su objeto determinar sus cualidades y, fundamentalmente, su resistencia.

No es fácil definir las resistencias de un hormigón, ya que su comportamiento, frente a los distintos esfuerzos a que ha de estar sometido, es variable y complejo. Las medidas de las resistencias preconizadas por la Resistencia de Materiales pueden servir de base y punto de referencia, pero no son más que valores convencionales que dependen de multitud de factores: unos de ellos, ligados con el material en sí (granulometría y calidad de cemento y áridos, dosificación, confección); otros, dependientes de los métodos de ensayo (forma y dimensiones de las probetas, conservación de las mismas, edad, tipo de solicitación, velocidad de carga).

Por esta causa, el comportamiento resistente del hormigón, en las distintas piezas de una estructura, será distinto del correspondiente a la probeta que sirvió de base para determinar su resistencia. Por otra parte, existe una dispersión de los resultados de las distintas probetas de un mismo ensayo.

Los métodos de ensayo utilizados hoy día para la determinación de las distintas características del hormigón varían poco de unas normas a otras, gracias a los trabajos del Comité Europeo de Normalización (CEN), encargado por la Comisión de la Unión Europea de la redacción de una normativa común (Normas EN) sobre productos de construcción.

En relación con el hormigón, el CEN ha redactado la Norma EN 206 que abarca la composición, clasificación, propiedades y durabilidad de los hormigones, así como el control y conformidad de sus cualidades, admitiendo para los distintos métodos de ensayo las Normas Internacionales ISO. Concordantes con esta normativa son las normas españolas UNE de la serie 83 para ensayos de hormigón.

3.- Ataques Químicos al Hormigón.

a) La acción de los ácidos sobre el hormigón produce una conversión de sus compuestos cálcicos (hidróxido cálcico, silicato cálcico hidratado y aluminato cálcico hidratado) en sales cálcicas del ácido actuante: el ácido clorhídrico origina cloruro cálcico; el nítrico, nitrato cálcico, sal muy soluble como la anterior; el sulfúrico, sulfato cálcico, que precipita como yeso; etc. Con ácidos orgánicos sucede lo mismo. El resultado de estas transformaciones es una destrucción de la estructura del cemento endurecido, cualquiera que sea la compacidad de este. En cambio, en el ataque por sulfatos la compacidad de la pasta de cemento tiene gran importancia, al no destruirse en este caso todo el sistema poroso como sucede con los ácidos.

La velocidad del proceso de deterioro depende más de Ja solubilidad de la sal cálcica resultante que de la agresividad del ácido actuante. Cuanto menos soluble es la sal, mayor es el efecto pasivante de la sal precipitada; y viceversa, si la sal es soluble, la velocidad de las reacciones corre pareja con la velocidad de disolución de la sal cálcica. De ello se deduce la siguiente regla, de validez general para todas las reacciones químicas: la velocidad de deterioro causada por el ata-que de un agresivo químico es mucho mayor Si la solución fluye que si esta estancada. Como ejemplo puede recordarse que, es mucho más peligroso emplear aguas nocivas para el curado del hormigón que utilizarlas para su amasado.

Las aguas puras al igual que los ácidos, disuelven los compuestos cálcicos, por lo que causan el mismo efect9 destructor sobre la pasta endurecida de cemento. Por su parte, la lluvia ácida no aporta suficiente cantidad de ácido al año como para que su efecto sobre el hormigón resulte significativo.

b) El ataque por sulfatos se caracteriza por la reacción del ión sulfato, como sustancia agresiva, con el aluminato del cemento, lo que origina la formación de sulfoaluminato tricálcico (estringita, antiguamente denominada sal de Candlot) con notable aumento de volumen, que puede originar la desintegración del hormigón. Obsérvese que, a diferencia de los ácidos, que reaccionan con todos los componentes del cemento, los sulfatos sólo atacan al componente alúmina. Por ello Y como se ha dicho anteriormente, en el caso de los sulfatos la mayor o menor compacidad del hormigón juega un papel determinante en el proceso de deterioro.

La presencia de otros elementos puede modificar el proceso descrito. Así por ejemplo, está demostrada la influencia atenuante que tiene el ión cloro, al resultar preferente la formación de cloro-aluminato (sal de Frideli). Por esta razón, las aguas de mar, que merecerían ser calificadas como de alta agresividad por su alto contenido en sulfatos, son sólo moderadamente agresivas.

c) El ataque por álcalisis se parece al de sulfatos, con la diferencia de que aquí la sq,stancia que reacciona con el agente agresivo no es el cemento sino que son los áridos. El hidróxido cálcico de los poros del hormigón contiene álcalis (ión sodio y ión potasio) en mayor o menor proporción, y estos álcalis pueden atacar a la sflice contenida en los áridos originando el gel álcali-sílice. Esta reacción, que se presenta únicamente con ciertos áridos de naturaleza opalina cuya sílice no está bien cristalizada, puede provocar expansiones destructivas en el hormigón, que se manifiestan en la superficie mostrando un esquema de fisuración en mapa, típico de todo proceso expansivo (volumétrico, no lineal como en el caso de la corrosión de las barras de acero) en el interior del hormigón. Otras manifestaciones típicas son los hinchamientos locales y la exudación de productos cristalinos (lágrimas de gel sílice-álcali).

d) Las sustancias que poseen carácter agresivo para el hormigón son, de un modo genérico, las siguientes:

• Gases que poseen olor amoniacal o que, por su carácter ácido, enrojecen el papel azul de tornasol. En general, el ataque sólo es importante cuando se trata de gases de concentración alta y en ambiente húmedo, salvo el anhídrido carbónico, que es agresivo en ambiente seco.
• Aguas agresivas del subsuelo o de otros orígenes, tales como las aguas ácidas de pH inferior a 5, las aguas puras, las aguas sulfatadas o selenitosas, las aguas residuales que contienen más de 30 g/l de sales disueltas, las aguas de ciertas canteras, las aguas detergentes, etcétera. La agresividad es mucho más fuerte cuando se trata de aguas en movimiento.
• Líquidos que desprenden burbujas gaseosas, poseen olor nauseabundo, dejan residuos cristalinos o terrosos al evaporarlos o que, por su carácter ácido, enrojecen el papel azul de tornasol; aceites vegetales y otros compuestos orgánicos análogos
• Tierras o suelos con humus o sales cristalizadas; y sólidos secos o húmedos cuyas dispersiones acuosas enrojecen el papel azul de tornasol.

2.- Agentes Agresivos al Hormigón.

Los agentes que pueden atentar contra la durabilidad del hormigón son muchos y no es fácil intentar su clasificación. En forma simplificada pueden agruparse en:

a) Acciones mecánicas: Cargas, sobrecargas, impactos, vibraciones. Producidos por causas naturales (agua corriente, aire) o artificiales.
b) Acciones físicas: Variaciones de temperatura y humedad, heladas, temperaturas extremas, corrientes eléctricas, erosión, fuego, radiaciones.
c) Acciones biológicas: Vegetación, microorganismos (bacterias y otras formas microscópicas de vida orgánica).
d) Acciones químicas: Aire y otros gases, en atmósfera natural o contaminada. Aguas agresivas (de curado, naturales superficiales o profundas, de mar, industriales, negras agrícolas, negras urbanas) y otros líquidos. Áridos reactivos. Productos químicos orgánicos (aceites, grasas) o inorgánicos. Suelos y terrenos agresivos.

Las acciones citadas pueden producir en el hormigón grietas, descamaciones, fallos de unión pasta-árido, formación de compuestos expansivos debidos a reacciones químicas que ocasionan la consiguiente fisuración, formación de eflorescencias por cristalización de sales solubles de calcio y magnesio durante períodos secos, cambios de coloración, etc.

a) Las acciones mecánicas deben tenerse en cuenta en el cálculo, tanto las acciones directas (cargas) como las indirectas (deformaciones impuestas), incluyendo los efectos de impacto y vibraciones. Como consecuencia de estas acciones el hormigón puede fisurarse.

b) Las acciones físicas en lo que se refiere a variaciones de temperatura exterior y actuación de temperaturas extremas.

En cuanto a variaciones de temperatura interior, el calor de fraguado del cemento produce tensiones internas importantes en elementos de gran masa de hormigón. Debido a la escasa conductividad térmica de éste (unas 0,003 calorías por centímetro cuadrado, centímetro, segundo y grado centígrado), el calor de hidratación se disipa con gran lentitud y como el proceso de enfriamiento del hormigón en grandes macizos puede durar varios meses, las tensiones térmicas que se desarrollan en el seno del materia) pueden llegar a superar su resistencia a tracción y fisurarlo. Si el elemento tiene poco espesor, el equilibrio térmico con el ambiente se alcanza en las primeras edades, cuando el hormigón se encuentra todavía en estado plástico, lo que le permite absorber las tracciones que puedan originarse por gradiente térmico, sin riesgo de fisuras.

La presencia de corrientes eléctricas vagabundas o derivadas puede provocar fenómenos de corrosión electroquímica de las armaduras si se combina con la presencia de sustancias acidas salinas (en particular cloruros) en el medio ambiente que rodea a’ hormigón. Este caso puede presentarse cuando, próximas a las armaduras principales, existen líneas eléctricas de  trazado paralelo a ellas.

En lo que respecta al hielo, hay que recordar que el paso del agua de estado líquido a sólido se produce con un incremento de volumen del 9%. Si los poros están completamente saturadas de agua se producirá rotura del material por reventón (splitting). De ahí la conveniencia  de utilizar aireantes, ya que los poros derivados del aire ocluido son cuasi estancos y pueden no estar saturados aún cuando lo esté el hormigón

La aplicación de productos de deshielo sobre una superficie de hormigón cubierta de hielo provoca un salto térmico al derretirse éste, con riesgo de que se produzcan fisuras debidas a la diferencia de temperatura entre la superficie y el interior del hormigón. Si hay nuevos ataques de helada en presencia de agentes de deshielo, esos ataques serán más severos que si no hubiesen actuado dichos agentes, por lo que convendrá forzar el contenido en aire ocluido para evitar el efecto de descamación de las capas superficiales que es típico de estos casos. Conviene recordar también aquí que las sales de deshielo tienen carácter agresivo para las armaduras, por su contenido en ión cloro.

La erosión del hormigón puede producirse por abrasión o por cavitación. La primera produce el desgaste Por rozamiento de la superficie del hormigón, como es el caso de los pavimentos de carretera e industriales; al respecto. La segunda se presenta cuando el agua sin sólidos fluye con gran velocidad paralelamente a una superficie de hormigón y, debido a cualquier cambio en la geometría de dicha superficie o a otra causa, el flujo de agua se separa de la pared de hormigón creando unas zonas de bajas presiones. Ello ocasiona la formación de pequeñas burbujas de vapor de agua en esas zonas, vapor que se

La acción del fuego sobre el hormigón somete a éste a temperaturas crecientes, frente a las cuales se comporta según vimos en la tabla 5.3. Ahora bien, desde el punto de vista de la seguridad estructural, el peligro reside en que las altas temperaturas lleguen al acero, ya que su límite elástico disminuye fuertemente a medida que la temperatura aumenta por encima de los 150 °C, reduciéndose a la mitad para valores del orden de los 500 ºC. Por consiguiente, el hormigón desempeña el papel de agente protector del acero frente al fuego, papel que será tanto más eficaz cuanto mayor sea el tiempo de exposición a fuego necesario para que la estructura pierda su capacidad resistente. En este sentido, el hormigón de áridos calizos presenta ventajas respecto al de áridos silíceos, ya que, a igualdad de temperatura, los primeros absorben calor (paso de la caliza a la cal viva) manteniendo un cierto tiempo la integridad de la pieza, en tanto que los segundos se desprenden del hormigón con estallidos.

c) Las acciones biológicas están producidas por hongos, bacterias, algas o musgos, que pueden encontrar buenas condiciones de crecimiento en suelos y paredes de ciertas plantas industriales (especialmente del ramo de la alimentación), alcantarillas, zonas marítimas, etc. También se da el caso de penetración de raíces de plantas y árboles a través de fisuras.

Tales acciones pueden causar daños de tipo mecánico (fuerzas de expansión) o por segregación de ácidos húmicos (directamente o por sus productos de descomposición) que disuelven La pasta de cemento. Por otra parte, toda esta vegetación puede causar un efecto de retención de agua sobre la superficie del hormigón, lo que provoca la saturación del mismo y el consiguiente riesgo de daños por heladas.

En la práctica, la mayor parte de estos fenómenos se presenta en las redes de alcantarillad0, en las que, en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno), puede formarse sulfuro de hidrógeno, el cual, al oxidarse por la acción bacteriológica, forma ácido sulfúrico, con el consiguiente ataque al hormigón situado por encima del nivel del agua (figura 5.15).

Se han desarrollado cementos especiales antibactericidas (en general, a base de materiales tóxicos, como arsénico o cobre) que disminuyen olores y forman limos protectores de la superficie del hormigón. 

 

 

Figura 5.15 Ataque Biológico en Redes de Alcantarillado.

En contraposición a todo lo anterior, la vegetación acuática que se desarrolla en las estructuras marinas suele tener un efecto favorable, ya que las plantas consumen el oxígeno antes de que éste se difunda en el hormigón, evitando así que participe en el proceso de corrosión de las armaduras.

d) Las acciones químicas son, en general, las más temibles. Las más importantes en la práctica son los ataques por ácidos, por sulfatos y por álcalis, que estudiaremos a continuación en detalle.

1.- Consideraciones Basicas sobre la Durabilidad del Hormigón.

Los dos elementos que más influyen en la durabilidad del hormigón, tanto en masa como armado, son la presencia de agua y el mecanismo de transporte, a través de los poros y fisuras, de gases, agua y agentes agresivos disueltos.

Los poros del hormigón se ubican en la pasta de cemento, que constituye la interfaz entre los distintos granos de árido; y en términos generales, pueden clasificarse en microporos, poros capilares y macroporos. Los primeros, también denominados poros de gel, tienen un radio medio del orden de una centésima de micra y no influyen prácticamente en la durabilidad. En cambio, los poros capilares (cuyo radio medio es del orden de una milésima de milímetro) y, sobre todo, los macroporos (radio medio del orden de un milímetro), influyen en la durabilidad de forma decisiva.

La durabilidad del hormigón viene a menudo determinada por la velocidad a la que se descompone como resultado de una reacción química. Para que ésta tenga lugar es necesario que las sustancias agresivas (iones y moléculas, normalmente provenientes del ambiente exterior) se trasladen por la red de poros del hormigón hasta encontrar la sustancia reactiva en el hormigón. Si no hay transporte, no hay reacción.

La degradación del hormigón depende, por tanto, de que sea posible o no el transporte por su interior de gases y de agua con sustancias agresivas. El aumento de la humedad ambiente produce un llenado de agua de los poros mayores, lo que reduce el espacio disponible para la difusión de gases. Por consiguiente, ambos factores (difusión de agua y difusión de gases) contraponen entre sí, hasta tal punto que en hormigones saturados de agua, la difusión de gas (oxígeno, dióxido de carbono, etc.) se reduce a valores despreciables.

Por lo dicho, cuando se moja la superficie del hormigón a causa de la lluvia o de salpicaduras, las sustancias disueltas en agua son transportadas por el agua y la difusión de gases está prácticamente impedida. Pero al cesar el transporte de agua, la difusión de gases comienza a jugar ‘a vez un papel dominante. Por ello, las zonas de hormigón sometidas a ciclos humedades edad (canales, depósitos, carrera de mareas en muelles, etc.) son muy vulnerables des. desde el punto de vista de la durabilidad.

Durabilidad del Hormigón.

Para cumplir su cometido como material de construcción, el hormigón debe ser no sólo resistente, sino también durable. Dada la importancia de la materia y su complejidad, abordaremos su estudio como sigue:

a) En este apartado expondremos los distintos procesos que pueden degradar el hormigón como material;

b) en el apartado 9.8 haremos lo propio con respecto al acero como material embebido en el hormigón y definiremos el concepto de vida útil de una estructura;

c) finalmente, en el apartado 11.1 1 trataremos de la durabilidad de la estructura como un todo y ofreceremos algunas recomendaciones sobre diseño estructural y estrategias de proyecto frente a la durabilidad.

Todos estos conocimientos son necesarios no sólo para el proyectista sino también para el constructor y el fabricante de materiales, ya que la durabilidad de una estructura depende de las decisiones que se tomen en cada una de las fases del proceso constructivo (ver figura 5.14). El objetivo que se busca es alargar lo ms posible la vida útil de la estructura. 

 Figura 5.14 Factores que influyen en la Durabilidad de una Estructura.

1.- Consideraciones Basicas sobre la Durabilidad del Hormigón.

2.- Agentes Agresivos al Hormigón.

3.- Ataques Químicos al Hormigón.

5.- Elongabilidad del Hormigón.

Poco se conoce de la reología del hormigón sometido a tracción, dada la dificultad de los ensayos y las fuertes dispersiones que se obtienen.

La deformación de rotura del hormigón en tracción vale, aproximadamente, de 0,01 a 0,015 por 100 Y es una medida de su elongabilidad, es decir, de su capacidad para soportar alargamientos sin romperse.

La elongabilidad del hormigón depende, en buena parte, de la ductilidad del cemento, que viene medida por el cociente de sus resistencias a tracción y a compresión, a las mismas edades.

La elongabilidad del hormigón varía apreciablemente con la velocidad de aplicación de la carga, lo cual significa qu existe también en tracción un efecto de fluencia. Este efecto puede elevar la deformación de rotura a valores de 0,03 a 0,04 por 100.

Está demostrado que la elongabilidad es mayor en hormigones de elevada relación agua/cemento en hormigones poco curados y en hormigones jóvenes. Por consiguiente y al igual que sucede con el acero, la elongabilidad se opone a la resistencia; o, dicho de otra forma, los hormigones de buena calidad son más frágiles que los mediocres.

Este hecho explica la realidad experimental de que los hormigones de baja calidad se fisuran poco por retracción, cosa que se comprueba en la práctica con cierta frecuencia. Por el contrario, aunque los hormigones de baja relación agua/cemento experimentan menor retracción, son más susceptibles de fisurarse por esta causa, debido a su baja elongabilidad.

4.- Coeficiente de Poisson relativo a las Deformaciones Elasticas.

El coeficiente de Poisson, y, es la relación, cambiada de signo, entre las deformaciones transversales y las longitudinales correspondientes, en piezas que trabajan a compresión simple. El coeficiente de Poisson relativo a las deformaciones elásticas bajo tensiones normales de utilización puede tomarse igual a 0,2, si bien en ciertos cálculos puede despreciarse el efecto de la dilatación transversal. Al aumentar la carga e iniciarse la plastificación del hormigón, el coeficiente de Poisson aumenta rápidamente hasta alcanzar un valor del orden de 0,5.

3.- Módulo de Deformación Longitudinal del Hormigón.

No siendo el hormigón un cuerpo elástico, no cabe, en rigor, hablar de módulo de elasticidad, sino de módulo de deformación longitudinal, el cual no tiene un valor constante en el diagrama noval σ-ε , dada la curvatura del mismo.

a) Módulo tangente, cuyo valor es variable en cada punto y  viene medido la inclinación de la tangente a la curva en dicho punto:

b) Módulo secante, CUYO valor es variable en cada punto y viene medido por la inclinación de la recta que une el origen con dicho punto:

c) Módulo inicial, también llamado módulo de elasticidad en el Origen, que corresponde a tensión nula, en cuyo caso coinciden el módulo tangente y el secante. Viene medido por la inclinación de la tangente a la curva en el origen.

De las definiciones anteriores y del examen de los diagramas σ-ε  noval y reiterativo  se deducen las siguientes conclusiones importantes:

• el módulo tangente en el diagrama noval disminuye al aumentar la tensión, llegando a anularse para la tensión máxima;
• el módulo secante en el diagrama noval también disminuye al aumentar la tensión, llegando a un valor del orden del medio al tercio del inicial, para la tensión máxima;
• el módulo secante en el diagrama reiterativo, para tensiones que ya han sido alcanzadas anteriormente, es constante y aproximadamente igual al 85% del módulo inicial en primera carga.

Por consiguiente, cuando se trata de determinar deformaciones para cargas próximas a las de servicio en una estructura (que producen tensiones en el hormigón del orden del 40 por 100 de la de rotura, como máximo), se puede adoptar como módulo secante de deformación un valor constante, para cada tipo de hormigón y humedad ambiente, igual a 0,85 veces el módulo de elasticidad inicial del diagrama noval.

Según el Código Modelo CEB-FIP los diagramas tensión-deformación del hormigón en compresión axil adoptan la forma indicada en la figura 5.11 que expresa con claridad el aumento de rigidez del hormigón a medida que aumenta su resistencia. Tanto dicho código como la Instrucción española ofrecen el siguiente valor medio del módulo de deformación inicial del hormigón (pendiente de la tangente en el origen) a j d(as d edad, para cargas instantáneas o rápidamente variables:

expresión en la que fcmj es la resistencia media del hormigón a j días de edad, que debe expresarse en N/mrn2 para obtener E0j en N/mm2. En cuanto al módulo secante (pendiente de la secante) y según lo indicado anteriormente, puede tomarse igual a (con las mismas unidades que antes): 

expresión válida siempre que las tensiones en condiciones de servicio no sobrepasen el 40% de la resistencia característica a compresión a j días de edad. 

Figura 5.11 Diagramas σ-ε del hormigón en los valores absolutos (a) y relativos (b).

Se observará que en las expresiones anteriores figura la resistencia media del hormigón, cosa lógica por ser E0j y E0, valores medios del módulo de deformación, Cuando no se conozca por ensayos la resistencia media del hormigón, su valor a 28 días puede estimarse a partir de la resistencia característica a la misma edad mediante la fórmula fcm = fck + 8 en N/mm2. Para pasar a otras edades, puede utilizarse la tabla 6,3 que proporciona los valores fcmj en función de fcm.

Cuando las cargas son de actuación permanente interviene el fenómeno de la fluencia y las deformaciones aumentan . No obstante, en los casos en que no sea necesaria una gran precisión, pueden determinarse las deformaciones operando con el módulo de deformación para cargas permanentes:

en donde φ , es la relación entre la deformación diferida εcc y la instantánea εc0 Los valores del coeficiente defluencia φ se dan en la .

2.- Diagrama Tensión - Deformación del Hormigón.

El diagrama noval tensión - deformación del hormigón presenta una parte final parabólica y otra inicial sensiblemente rectilínea (fig. 5.7).

Figura 5.7  diagrama noval σ-E del Hormigón.

a) Repitamos el proceso indicado en a) del punto anterior, pero dibujando ahora el diagrama σ-E (fig. 5.8). Si al llegar a la tensión σ0, descargamos la probeta, la rama descendente que se obtiene es la recta AO’, aproximadamente paralela a la tangente en el origen OT’. Aparece así la deformación remanente 00’, ya conocida. 

Figura 5.8 diagrama no noval σ-E del Hormigón.

A partir de este momento y para los sucesivos procesos de carga-descarga, el hormigón funciona con el diagrama O’AMN, es decir, con un tramo inicial O’A perfectamente elástico y rectilíneo que no variará siempre que no se supere la tensión σ0. El módulo de elasticidad coincide aproximadamente con el inicial del diagrama noval.

Esta rectificación del diagrama noval, suprimiendo la deformación remanente, se produce en la práctica al efectuar una prueba de carga en una estructura.

Mientras el hormigón de un elemento estructural, durante su vida de servicio, se conserve dentro del tramo O’A, el comportamiento de dicho elemento será perfectamente elástico. Pero si un aumento de solicitaciones en una determinada sección del mismo le hace entrar en la rama noval AMN, aparecerán deformaciones relativamente grandes en dicha sección, ya que la curva se va haciendo cada vez más tendida; este fenómeno explica la aparición de rótulas plásticas en estructuras hiperestáticas, con la consiguiente readaptación de esfuerzos, en lo que se refiere al hormigón. Cuando dicha readaptación no es posible el hormigón llega a la rotura en un proceso acelerado e irreversible de deformaciones crecientes, como sucede en los casos de inestabilidad (pandeo).

b) El diagrama noval de la figura 5.8 corresponde a una duración breve del proceso de carga. Si esta duración se hace variar, aumentándola, se obtienen otras curvas del tipo de las dibujadas en la figura 5.9.

Se ponen así de manifiesto, de nuevo, las deformaciones diferidas del hormigón que aparecen bajo carga mantenida. Aún cuando el diagrama de la figura 5.9 no pretende una precisión cuantitativa, sino tan sólo ilustrar cualitativamente el fenómeno, puede observarse (por ejemplo, mirando la horizontal correspondiente a una compresión relativa de 0,4) que las deformaciones de fluencia pueden llegar a ser dos o tres veces mayores que las elásticas correspondientes.

El diagrama muestra, igualmente, el fenómeno de cansancio del hormigón (curva límite rotura bajo carga constante).

c) La edad del hormigón en el momento de aplicación de la carga influye en la magnitud de la fluencia, en el sentido de aumentarla cuanto más joven es el material, como puede apreciarse comparando las figuras 5.9 (edad de 28 días) y 5.10 (edad de un año). 

Figura 5.9 diagrama σ-E de un  Hormigón a 28 dias.

Figura 5.10 diagrama σ-E de un  Hormigón de un año de Edad.

1.- Clasificación de las Deformaciones del Hormigón.

Sea una probeta de hormigón, que vamos a someter a un proceso de carga y descarga, observando la evolución de sus deformaciones en el tiempo (fig. 5.6):

Figura 5.6 Deformación del Hormigón.

a) Supongamos que en el momento inicial t = O cargamos la probeta a una tensión a,: aparecerá entonces una deformación OA instantánea. Si descargamos inmediatamente la probeta, la deformación no se anula totalmente; se recupera la mayor parte, O A, y queda una deformación remanente, OO’.

Por consiguiente, hay dos partes en la deformación instantánea del hormigón: la deformación elástica, AO’ y la deformación remanente, 00’. La primera es recuperable y la segunda no.

A partir de este primer ciclo de carga (carga noval), la deformación remanente no vuelve a presentarse, siempre que la tensión a que se someta la probeta no supere a la ya aplicada, o0. Dicho de otro modo, el hormigón se comporta frente a las cargas sucesivas (no novales) como perfectamente elástico.

b) Carguemos ahora la probeta, en el instante t1, de manera que se produzca en ella una tensión σ1 < σ0 aparecerá una deformación elástica BC. Si se mantiene la carga, la deformación irá creciendo con el tiempo según la curva CD, debido al comportamiento plástico del hormigón. Si al llegar al instante t2 se descarga la probeta, se recupera instantáneamente la deformación elástica (DE = BC); y si se deja transcurrir el tiempo con la probeta descargada, se va recuperando una parte creciente de la deformación, según la curva EF.

Quedan así puestas de manifiesto las tres deformaciones fundamentales del hormigón, que se han acotado en la figura 5.6 referidas al instante tn: la deformación elástica instantánea, la elástica diferida y la plástica diferida. Estas mismas deformaciones pueden ponerse de manifiesto e un instante t anterior a la descarga, sin más que dibujar la rama plástica CC’ simétrica de la EF.

c) Resumiendo lo dicho, pueden clasificarse las deformaciones según la tabla 54, en la que se han hecho figurar, además, las deformaciones térmicas y de retracción, independientes de las cargas exteriores. 

 

 

A efectos de cálculo y de un modo simplificado, se denomina fluencia al conjunto de deformaciones diferidas, englobando en este concepto la deformación elástica diferida y la plástica diferida. Y se admite que la deformación por fluencia tiende hacia una asíntota, cuyo valor es proporcional a la deformación elástica instantánea, según un factor de proporcionalidad.