Características y Composición del Árido - Hormigón.

Se ha efectuado un estudio de las características y composición de los áridos que deben emplearse en hormigón armado. Como complemento de lo indicado, a continuación se estudian los factores que han de considerarse en la dosificación del hormigón, es decir, tipo y procedencia del árido tamaño máximo del mismo, coeficiente de forma del árido grueso, granulometría del árido fino y, por último, composición granulométrica del árido total.

-TAMANO MÁXIMO DEL ÁRIDO Y COEFICIENTE DE FORMA.

-COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA DE LOS ÁRIDOS.

DURABILIDAD DEL HORMIGÓN.

Aunque la durabilidad del hormigón es tanto mayor cuanto mayor es su resistencia, la resistencia a compresión, por si sola, no puede considerarse como una medida de la durabilidad, ya que ésta depende de otros muchos factores y, en particular, de las propiedades de las capas exteriores de recubrimiento de la pieza de hormigón.

La durabilidad del hormigón, que se estudia con detalle más adelante (ver apartados 5.7, 9.8 y 11.9), está ligada a su compacidad, o dicho de otra manera, a su impermeabilidad. Pero los ensayos de impermeabilidad existentes hoy día no son unánimemente aceptados por los distintos laboratorios y especialistas, ni existen especificaciones para clasificar los hormigones en función del ambiente al que vaya a estar sometida la obra.

Por estas razones, el Código Modelo CEB-FIP, la Norma europea ENV-206 y la instrucción española, recomiendan limitar la relación agua/cemento y el contenido en cemento a los valores indicados en la tabla 3.3, con objeto de proteger - al hormigón frente a las acciones físicas y al ataque químico, así como para evitar la corrosión de las armaduras.

TABLA 3.3  MÁXIMA RELACIÓN AGUAJCEMENTO Y MÍNIMO CONTENIDO DE CEMENTO  EN kg/m3, EN FUNCIÓN DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES 

(*)Con fudentes(sales de deshielo), el hormigón debe contener un minimo de 4,5 % de aire ocluido.

No obstante lo indicado anteriormente, las mencionadas normas preconizan también, para los hormigones sometidos a los ambientes III y IV, que debe comprobarse la impermeabilidad del hormigón mediante el ensayo de penetración de agua (Normas UNE 83.309 e ISO 9690). El hormigón puede considerarse suficientemente impermeable si la profundidad media de penetración no supera los 30 mm, y la profundidad máxima, los 50 mm.

RESISTENCIA DEL HORMIGÓN A COMPRESIÓN

A pesar de que la relación agua/cemento es el factor que más influye en la resistencia del hormigón no pueden darse valores fijos que relacionen ambas magnitudes por depender, además, de otros muchos factores. En la tabla 3.1 se incluyen unos valores orientativos de la relación agua/cemento que no deben superarse, en función de la resistencia del hormigón, del tipo de árido y de la clase de cemento, para unas condiciones de ejecución suficientemente buenas.

TABLA 3.1  VALORES ORIENTATIVOS MÁXIMOS DE LA RELACIÓN AGUA/CEMENTO EN  FUNCIÓN DE LA RESISTENCIA DEL HORMIGÓN A COMPRESIÓN A 28 DÍAS 

(*) Hormigones sin aditivos

La relación agua/cemento debe ser tan baja como sea posible, pero teniendo en cuenta que debe permitir una adecuada trabajabilidad y compactación del hormigón y que debe evitarse, además1 el fenómeno de segregación de los áridos gruesos. A veces, para conseguir estas características, es necesario utilizar mayor cantidad de cemento de la estrictamente necesaria, o emplear aditivos adecuados.

Conviene recordar que la resistencia característica, fck, que se consigue en obra es obviamente menor que la resistencia media, fcm, obtenida en los ensayos de laboratorio. En la tabla 3.2 se dan unos valores, meramente indicativos, de la relación entre ambas resistencias, según el Código Modelo CEB-FIP-90 y según el Código ACI-316-84, para unas condiciones de ejecución suficientemente buenas. 

TABLA 3.4 VALORES ORIENTATIVOS DE LA RESISTENCIA  MEDIA EN FUNCIÓN DE LA RESTENCIA CARACTERISTICA

 

 

Resistencia del Hormigón y Relación Agua/Cemento.

Tanto las resistencias mecánicas como la durabilidad del hormigón dependen de muchos factores: tipo, clase y cantidad de cemento, características, granulometría y tamaño máximo del árido, vertido, compactación y curado del hormigón y. sobre todo, de la relación agua/cemento de la masa.

-RESISTENCIA DEL HORMIGÓN A COMPRESIÓN

-DURABILIDAD DEL HORMIGÓN.

Dosificación del Hormigón.

La dosificación de un hormigón tiene por objeto determinar las proporciones en que hay que mezclar los distintos componentes del mismo para obtener masas y hormigones que reúnan las características y propiedades exigidas en el proyecto.

Ya se comprende que el problema de la dosificación es complejo por depender de muchos factores, unos ligados a las propiedades exigidas al hormigón, otros a las características de los materiales disponibles y otros, por último, a los medios de fabricación, transporte y colocación. Podría decirse que el proceso de dosificación es tanto un arte como una técnica.

Existen muchos métodos y reglas para dosificar teóricamente un hormigón, pero todos deben considerarse orientativos. Por ello, las proporciones definitivas de los componentes deben establecerse mediante ensayos de laboratorio, introduciendo después las correcciones que resulten necesarias o convenientes. Actualmente y debido al gran desarrollo que ha experimentado en todos los países la industria del hormigón preparado, la mayor parte de los hormigones utilizados en edificación se dosifican y elaboran en central bajo condiciones bien controladas, con lo que se ha dado un gran paso para disponer de hormigones con ¡as características y propiedades necesarias, amén de contar con la garantía correspondiente de la casa suministradora.

El punto de partida para establecer la dosificación puede ser, o bien la resistencia mecánica, o bien la dosificación de cemento por metro cúbico de hormigón compactado, habida cuenta de la durabilidad en ambos casos. A continuación se indica la marcha a seguir para la dosificación por resistencia, en función de las condiciones ambientales a las que vaya a estar sometida la obra.

Hormigón Armado: Uso de Adiciones.

Las adiciones empleadas en la fabricación de cementos comunes pueden ser escorias de horno alto, humo de sílice, puzolanas naturales, cenizas volantes y caliza. Por consiguiente y a primera vista, cualquiera de esos componentes puede utilizarse como adición al hormigón. Pero el caso no es el mismo, ya que, por una parte, en la fabricación de cemento se consigue una mezcla íntima entre el clinker y la adición, lo que no sucede en La del hormigón; y por otra, así como la industria del cemento utiliza tecnologías muy depuradas y control exhaustivo de todas las materias primas, la del hormigón se efectúa con tecnologías más sencillas y controles, en general, menos rigurosos. Téngase en cuenta que las adiciones más utilizadas son las que proceden de residuos industriales (escorias, cenizas, humo de silice), por lo que la regularidad de sus características es más que dudosa, lo que obliga a severos controles de recepción.

Por otra parte, no todas las adiciones están normalizadas, por lo que en muchos casos su aptitud tiene carácter aleatorio.

Por lo dicho, el empleo de adiciones al hormigón entraña ciertos riesgos, como se ha hecho patente en la realidad de diversas obras. No es de extrañar por ello que las normas de los diversos países restrinjan al máximo el empleo de estos productos. A título de ejemplo, tanto la preforma europea prEN2O6: 1997 como la Instrucción española admiten tan sólo las cenizas volantes y el humo de sílice (cuya definición vimos en el apartado 1.1) como adiciones al hormigón armado, prohibiendo las cenizas en el caso del hormigón pretensado.

El empleo de adiciones según la normativa española está sujeto a las siguientes limitaciones:

• Sólo pueden emplearse cuando se utilice cemento del tipo CEM I, es decir, cemento sin adiciones.
• Las cenizas volantes deberán cumplir las prescripciones de la Norma UNE EN 450:95. En cuanto al humo de sílice, se limita inferiormente su índice de actividad al 100 % y su contenido en Si02 al 85 %; y se limita superiormente su contenido en cloruros al 0,10 % y su pérdida al fuego al 5 %. Todo ello según los métodos de ensayo descritos en las Normas UNE EN 196-1:96, EN 196-2:96 y EN 196-21:97, respectivamente.
• En obras de edificación la cantidad máxima de cenizas no debe superar el 35 % del peso del cemento, y la de humo de sílice no debe superar el 10 %.
• Los contenidos en cemento en cualquier tipo de obras no deben ser inferiores a 200, 250 o 275 kg/m3 según se trate de hormigón en masa, armado o pretensado, respectivamente.

Uso de Otros Aditivos usados en Hormigónes.

Se ha tratado hasta aquí de los aditivos más comúnmente empleados, pero existen multitud de otros productos, de acción simple o múltiple, con los que pueden conseguirse los más variados efectos. Cabe mencionar, entre ellos, los expansivos o compensadores de retracción; los gasficanses; los endurecedores de superficie; los colorantes; los inhibidores de corrosión; los insecticidas: los fungicidas y similares; etc.

La técnica de aditivos se encuentra en continua evolución y mejora, no siendo arriesgado suponer un próspero futuro a este tipo de productos.

Impermeabilizantes de Masa en Hormigones.

El agua puede penetrar en el hormigón sea por presión (depósitos, conducciones, etc.), sea por capilaridad (contacto con medio húmedo). Cuando un hormigón ha sido correctamente dosificado, confeccionado y colocado, resulta en general impermeable por sí mismo, tanto más cuanto menor sea su red capilar, es decir, cuanto mayor sea su compacidad.

La red capilar se forma por evaporación del agua de amasado en exceso sobre la estrictamente necesaria para hidratar el cemento. Este exceso es siempre necesario para poder manejar y colocar el hormigón, debiendo ser, corno es obvio, lo menor posible. La red capilar será tanto más importante cuanto:

• menos finamente molido esté el cemento;
• mayor sea la relación agua/cemento;
• peor sea la composición granulométrica del hormigón;
• más corto sea el curado.

Habida cuenta de lo anterior, pueden emplearse impermeabilizantes de masa que, al cerrar los poros y capilares, mejoran la compacidad del conjunto. Pero es evidente que su efecto será nulo si tales poros y capilares no son relativamente pequeños, es decir, si el hormigón está mal dosificado o ejecutado. No se puede impermeabilizar un hormigón malo. 

En la figura 2.8 puede apreciarse la correlación existente entre la permeabilidad del hormigón y la relación agua/cemento, de la que se deduce que cuando se quieran conseguir hormigones impermeables, será necesario emplear una relación agua/cemento lo más baja posible. 

Figura 2.8 Influencia de la relación A/C en la permeabilidad

Entre los productos de partida utilizados como impermeabilizantes de masa pueden mencionarse las materias finas (kieselguhr, bentonitas, caliza o puzolana molida, etc.), las sales de ácidos grasos (estearatos, oleatos, etc.) y los plastificantes en general. Los impermeabilizantes aumentan, por regla general, la retracción y pueden disminuir las resistencias si poseen efecto aireante.

Aparte de los impermeabilizantes de masa o hidrófugos, existen impermeabilizantes de superficie, que se aplican sobre la superficie del hormigón endurecido y actúan tan sólo sobre un pequeño espesor del mismo. 

De ellos existen en el comercio una extensa gama (resinas, siliconas, aceites y jabones, etc.) de gran número de aplicaciones.

Plastificantes-Aireantes.

De forma general puede decirse que todo plastificante reductor de agua es en alguna medida aireante, siendo también cierta la recíproca. No obstante, existen productos comerciales que específicamente poseen un carácter mixto, reuniendo las ventajas de ambos tipos de aditivos.

Con el empleo de plastificantes-aireantes garantizados por casas de experiencia, pueden obtenerse hormigones más trabajables y de mayor resistencia mecánica y química que los hormigones ordinarios, lo que tiene gran importancia en la técnica del hormigón armado.

Uso de Aireantes en el Hormigón.

Los aireantes ocluyen en la masa del hormigón infinidad de burbujas de aire, de 20 a 200 micras de diámetro, uniformemente repartidas y siguiendo una curva granulométrica continua que se solapa con la del cemento y finos de la arena, las cuales interceptan la red capilar del hormigón endurecido, mejorando así su resistencia a las heladas y a los agentes agresivos.

Los productos de partida empleados como aireantes son análogos a los citados para plastificantes reductores de agua, es decir, sustancias orgánicas del tipo resinas o aceites sulfonados que, al ser batidos con el hormigón fresco en dosis convenientes, incorporan a su masa un volumen de aire comprendido entre el 3 y el 6 por 100.

Las ventajas de los hormigones con aire ocluido son las siguientes:

a) Son más dóciles y trabajables, debido a la acción lubricante de las burbujas de aire. Esta propiedad tiene una notable aplicación en los hormigones de mala docilidad, como ocurre con los de áridos procedentes de machaqueo, los pobres en arena y los hormigones secos.

En los hormigones ordinarios, el aireante permite reducir los áridos finos en un volumen igual al del aire incorporado, y disminuir el agua de amasado.

b) Son más homogéneos, presentando mayor estabilidad durante el transporte, con menor tendencia a la segregación.
c) Presentan mejor aspecto al ser desencofrados (menor número de coqueras y poros).
d) Los hormigones aireados son más impermeables y menos absorbentes por capilaridad, debido al efecto de las burbujas de aire interceptando los capilares.
e) Poseen una gran resistencia a las heladas, al actuar las burbujas como cámaras de expansión cuando se hiela el agua contenida en los capilares. Este efecto de mayor durabilidad se ilustra en la figura 2.5.
j) Tienen mayor resistencia a las aguas agresivas, corno consecuencia de su menor permeabilidad y absorción capilar.

Frente a estas ventajas, los hormigones con aire ocluido presentan, en general, menores resistencias mecánicas, como muestra la figura 2.6. En cuanto al valor de la retracción, resulta muy poco modificado.

El contenido en aire ocluido debe ser objeto de control regular en obra, haciendo la toma de muestras después del transporte para tener en cuenta las pérdidas por este efecto. La medida del volumen de aire ocluido se efectúa mediante un aparato sencillo, que se describe en las Normas ISO 4848, ASTM C-231 y UNE 85.259, teniendo también interés en casos específicos la observación y recuento al microscopio de las burbujas de aire (Norma ASTM C-457).

Figura 2.5 Variación de la durabilidad (resistencia a la helada) en función al contenido de aire ocluido, según Venuat

Figura 2.6 Influencia del contenido en aire ocluido sobre a resistencia a compresión de un hormigón 0/25 mm, asiento en cono de 8-10 cm y distintos Contenidos de cemento, según Gaynor.

Figura 2.6  Contenido de Aire ocluido, recomendado por Hess, según el tamaño máximo del árido.

Conviene reducir el contenido de aire ocluido a medida que aumenta el tamaño máximo del árido, como se indica en la figura 27.

Además de las aplicaciones ya citadas, los aireantes se emplean con ventaja en hormigones de áridos ligeros (escorias, arcillas expandidas, pómez, perlita, etc.), en hormigones preamasados y, de una forma específica, en hormigones para pavimentos (carreteras y aeropuertos).

 

Uso de Superfluidificantes en el Hormigón.

Como se ha dicho anteriormente, el empleo de fluidificantes puede tener efectos secundarios sobre el hormigón, como el retraso en su fraguado y primer endurecimiento. Por otra parte, la reducción de agua conseguida con estos productos no supera el 15 por 100.

Por lo anterior, modernamente se están empleando los denominados superfluidificantes que son productos que no presentan para el hormigón los efectos secundarios anteriormente indicados y que permiten reducciones de agua de hasta un 30 por 100.

Existen dos grupos de superfluidificantes, los condensados de formaldehido (SMF y SNF) y los lignosulfonados modificados (SML). Los del segundo grupo son más económicos por ser subproductos de la industria del papel, pero los más empleados son los del primer grupo.

Los superfluidificantes tienen muchas y notables propiedades, de las que destacan dos: aumentan la docilidad de la masa de hormigón fresco sin variar la relación agua/cemento y, alternativamente, aumentan las resistencias del hormigón sin variar la docilidad de la masa.

Con el empleo de superfluidificantes se mejora notablemente la trabajabilidad de las masas, sin variar la dosis de agua ni la relación agua/cemento, consiguiéndose aumentos del asiento en cono de Abrams de cinco a veinte centímetros. El hormigón mantiene su cohesión sin presentar exudación, segregación ni pérdida de sus resistencias.

Estas características resultan muy útiles para el hormigonado de piezas de geometría complicada o con gran concentración de armaduras, así como para bombear hormigón y en prefabricación. Además, los superfluidificantes permiten una puesta en obra rápida y económica, al no ser necesario, en general, vibrar la masa del hormigón, dada la gran fluidez de la misma.

Debe tenerse en cuenta que los superfluidificantes pierden eficacia rápidamente, por lo que las masas deben colocarse antes de transcurridos de treinta a sesenta minutos de haber añadido el aditivo, dependiendo ese lapso de tiempo del tipo de cemento, de los áridos y de la dosificación. Esta pérdida de eficacia es mayor en hormigones de bajo contenido en cemento y con temperaturas superiores a 30°C. 

Por otra parte, con el empleo de superfluidificantes pueden aumentarse las resistencias del hormigón sin variar la docilidad de las masas. El agua de amasado puede reducirse entre un 20 y un 30 por 100, llegándose a relaciones agua al cemento muy bajas con asientos en cOnO de Abrams de unos 10 centímetros y muy altas resistencias, tanto a 28 días como a primeras edades.

El aumento de resistencia que puede conseguirse con el empleo de superfluidificantcs tiene muchas aplicaciones: para hormigones de alta resistencia, en prefabricación, para reparación de pavimentos, en puentes, obras marítimas, etc. Por otra parte, el uso de estos aditivos permite reducir la dosis de cemento, lo que puede resultar de gran interés cuando sea necesario disminuir el calor de fraguado y la retracción del hormigón.

Uso de Plastificantes y Fluidificantes en el Hormigón.

Los plastificantes y fluidificantes son aditivos que aumentan la docilidad y trabajabilidad del hormigón. Esto permite emplear masas que de otra forma sería casi imposible colocar en obra, o bien reducir el agua de amasado de los hormigones en beneficio de su resistencia o de la dosificación del cemento.

Existen dos tipos de aditivos que aumentan la docilidad del hormigón: unos, llamados
plastificantes, actúan mecánica y físicamente, permitiendo una cierta retención de agua,’ y otros, llamados fluidficantes, actúan mediante procesos fisico-químicos, permitiendo una reducción de agua (en general, por modificación de la tensión superficial de la misma).

a) PIastficantes
Son productos a base de polvos muy finos, tales como la tierra de diatomeas, la bentonita, cales grasas o hidráulicas finas, cenizas volantes y puzolanas molidas que, añadidos al hormigón, completan la granulornetría del cemento y facilitan el deslizamiento de los granos en el mortero, haciendo las mezclas más trabajables. 

Mejoran también la impermeabilidad del hormigón y, al ser químicamente inertes, alteran poco sus restantes propiedades. Pero los plastificantes exigen aumentar algo el agua de amasado, por lo que no permiten, en general, mejorar la resistencia y durabilidad del hormigón, salvo en el caso en que estos finos añadidos a la masa del hormigón fresco posean carácter puzolánico, como es el caso de las cenizas volantes.

En resumen puede decirse que su eficacia es grande cuando el hormigón está falto de finos o contiene áridos de bajo coeficiente de forma; y conviene añadir que una dosificación excesiva de estos aditivos puede disminuir las resistencias mecánicas del hormigón y aumentar perjudicialmente su retracción, debido al exceso de agua necesario.

El empleo conjunto de plastificantes y fluidificantes puede mejorar no sólo la docilidad de la masa sino también las resistencias del hormigón. Tal es el caso de los hormigones de alta resistencia.

b) Fluidficanies
Más importancia e interés presentan los fluidficantes, que son generalmente productos orgánicos de molécula larga, tensoactiva. Al poseer estas moléculas un extremo hidrófilo y otro hidrófobo, quedan adsorbidas y orientadas en la superficie de los granos, de lo que resulta un efecto lubricante y una defloculación o dispersión de los granos de cemento, que pueden ser así mojados con una cantidad de agua mínima.

Entre los productos de partida más empleados como fluidificantes se encuentran los jabones de resina y el lignosulfato  sódico o cálcico (subproducto de la fabricación de pasta de papel). 

Las características que confieren a los hormigones, mejorando sus propiedades tanto en fresco como endurecidos, son las siguientes:

• aumentan la plasticidad de las masas;
• a igualdad de docilidad, reducen la relación agua/cemento (de un 5 a un 15 por 100);
• a igualdad de relación agua/cemento, mejoran la docilidad;
• disminuyen la tendencia a la segregación durante el transporte;
• mejoran la adherencia del hormigón a las armaduras;
• mejoran la resistencia (de un 10 a un 20 por 100 en compresión a 28 días) al disminuir el agua necesaria y forzar la hidratación a fondo del cemento;
• aumentan la durabilidad y resistencia a la abrasión del hormigón.

Conviene tener en cuenta que los fluidificantes suelen retrasar ligeramente el fraguado y primer endurecimiento del hormigón, sobre todo si se emplean en dosis elevadas, por lo que deben tomarse precauciones y retrasar el desencofrado cuando se utilicen en tiempo frío.

Los fluidificantes no deben emplearse con hormigones blandos o fluidos sino, por el contrario, con los secos y secoplásticos, ya que su eficacia es tanto mayor cuanto menor es la relación agua/cemento. Están especialmente indicados para hormigones bombeados y preamasaclos, para piezas muy densamente armadas, para hormigones vistos y, en general, para cualquier obra en que se requiera un hormigón de calidad.

Salvo el caso en que se emplee para hormigón en masa, debe comprobarse previamente que el fluidificante en cuestión está exento de cloruros.

Uso de Retardadores en el Hormigón.

Los productos de partida empleados para retardar el fraguado del hormigón suelen ser sustancias orgánicas principalmente lignosulfatos o hidratos de carbono. En general, las resistencias a compresión muy tempranas (1 a 3 días) suelen verse disminuidas, pero no así las de 28 o 90 días, que pueden incluso resultar más elevadas que las del hormigón sin aditivo.

Los retardadores son de utilidad en tiempo caluroso o cuando  la distancia de transporte del hormigón fresco es grande. Suelen aumentar la retracción del hormigón y conviene realizar con ellos ensayos previos en obra, ya que su acción puede variar sensiblemente de unas a otras condiciones particulares, en especial con la dosis de cemento y la relación agua/cemento.

Debido a que el empleo de retardadores es decir , hoy día se recomienda sustituirlos por fluidificantes que, al mismo tiempo que permiten reducir el agua de amasado, actúan también como retardadores del fraguado.

Uso de Aceleradores en el Hormigón.

Son productos que, añadidos al hormigón, adelantan el fraguado o el endurecimiento del mismo y, en general, ambos procesos a la vez.

Entre los aceleradores de fraguado clásicos está el carbonato sádico, cuya dosificación óptima (que suele oscilar entre el 2 y el 5 por 100 del peso del cemento) conviene determinar en cada caso, ya que en pequeñas proporciones actúa más bien como retardador.

Son aceleradores de endurecimiento: los cloruros (de calcio, de sodio, de aluminio, etc.) las bases alcalinas (sosa, potasa, amoníaco) y sus sales (carbonatos, silicatos, aluminatos, etc.). Debe recordarse también que el calor es un acelerador de fraguado y endurecimiento, así como la cantidad de agua de amasado, cuya disminución acelera el fraguado (ver tabla 2.8).

El empleo de aceleradores tiene por objeto, en general, reducir el tiempo de desmoldeo o desencofrado, lo que adquiere gran importancia en prefabricación. También se utilizan en el hormigonado en tiempo frío, para conseguir que el hormigón adquiera resistencias rápidamente y contrarrestar el efecto retardador de las bajas temperaturas.

Tradicionalmente, el producto más comúnmente empleado es el cloruro cálcico que, utilizado en dosis del orden del 1,5 al 2 por 100 del peso del cemento, es el acelerador m1s eficaz que se conoce, especialmente en tiempo frío. Normalmente no debe hormigonarse cuando se prevea que la temperatura en las 48 horas siguientes puede ser inferior a O °C (lo que puede suponerse si la temperatura a las 9 de la mañana —hora solar— es inferior a +4 °C). El empleo del cloruro cálcico en la dosis indicada permite hormigonar aunque se prevean temperaturas de ---3 ºC (es decir, de +1 ºC a las 9 de la mañana).

Ahora bien, como la presencia de cloruros en el hormigón provoca a veces (y favorece siempre) fenómenos de corrosión en el acero, las modernas instrucciones prohiben su empleo en hormigón armado, admitiéndolo sólo para hormigones en masa. 

TABLA 2.8

Generalidades del Uso de Aditivos en el Hormigón.

Se llaman aditivos aquellos productos que se incorporan al hormigón fresco con objeto de mejorar alguna de sus características (facilitar su puesta en obra, regular su proceso de fraguado y endurecimiento, aumentar su durabilidad, etc.). Por su importancia creciente, han sido denominados el cuarto componente del hormigón.

Existen en el comercio multitud de aditivos que, con el nombre de aceleradores, retardadores, plastificantes, aireantes, impermeabilizantes, etc., ponen a disposición del técnico un medio útil para la confección de hormigones de las más variadas características. Su dosificación, en general inferior a un 5 por 100 del peso del cemento, requiere un cuidado especial, ya que, de no ser la conveniente, puede influir en el hormigón de forma indeseable, a veces opuesta a la que se quería conseguir con el aditivo. Se recomienda por ello emplear sólo aquellos productos garantizados que suministren casas especializadas de solvencia, debiendo seguirse escrupulosamente las indicaciones de uso correspondientes. Además, los fabricantes de aditivos están obligados a etiquetar correctamente estos productos, según Norma UNE 83275:89 EX.

La designación de los aditivos y su definición figura en la Norma UNE FN 934-2:98. Además de su acción principal o específica, los aditivos suelen ejercer otras acciones secundarias, favorables o desfavorables. Corno tales acciones dependen fundamentalmente del resto de los componentes del hormigón y de las condiciones ambientales, conviene realizar en cada caso (y muy especialmente cuando se utilizan cementos diferentes al CEM I) ensayos previos de carácter comparativo, confeccionando amasadas de prueba con dosis de 0; 0,5; 1 y 3 veces la dosis media prevista de aditivo.

Debe tenerse en cuenta que los aditivos mejoran ciertas propiedades de aquellos hormigones que de por sí están bien dosificados y preparados, no teniendo sentido su empleo en hormigones de malos componentes o mal proyectados y confeccionados de origen. La idea de que los aditivos son la panacea universal que todo lo consigue debe desterrarse absolutamente.

A continuación se incluyen algunas precisiones sobre los aditivos más importantes. Aquellos que modifican el comportamiento reológico o el tiempo de fraguado dci hormigón deben cumplir la Norma UNE F ‘934-2:98.

Dominios Granulométricos.

En los diagramas de la figura 2.4, tomados de la Norma DIN-1045, aparecen dibujadas curvas límites que determinan los dominios en donde pueden situarse las curvas granulométricas utilizables. Estos dominios, correspondientes a dos tamaños máximos del árido, se incluyen también en el Código Modelo CEBFIP.

Para las granulometrías continuas, las curvas A, B y C delimitan los siguientes dominios: 

 Figura 2.4 Dominios Granulométricos.

Para las granulometrías discontinuas, son convenientes las curvas granulométricas comprendidas entre la U y la C exigiendo las masas tanta más agua Cuanto más arriba se sitúen en el diagrama.

Por su parte, la Instrucción española prescribe que la curva granulométrica de la arena debe estar comprendida dentro del dominio granulométrico definido en la tabla 2.7. 

Método del Modulo Granulométrico.

Se llama módulo granulométrico de un árido (módulo de finura de Abrams) a la suma de los porcentajes retenidos en cada tamiz de la serie Tyler, dividida por 100. El módulo granulométrico cuantifica el área limitada por la curva granulométrica, el eje de ordenadas y la horizontal trazada a la altura 100 por 100, empleando papel semilogaritmico.

Según Abrams, Hummel y otros autores, no es necesario ceñirse exactamente a una curva granulométrica teórica (lo que a veces resulta costoso en la práctica), sino que basta con que el módulo granulométrico del árido sea el mismo que el de la curva teórica adoptada, a igualdad de consistencia. En la tabla 2.6 se incluyen los valores del módulo granulométrico de los áridos que siguen la parábola de Fuller, en función del tamaño máximo del árido.

Una vez elegido el módulo granulométrico teórico, es sencillo determinar las proporciones en que deben mezclarse los áridos, a partir de sus módulos granulométricos propios .

A continuación se obtiene el módulo granulométrico correspondiente a la curva granulométrica dibujada en la figura 2.2. 

Figura 2.2 Curva Granulométrica y Parábola de Fuller. 

Parábola de Bolomey .

En esta curva granulométrica (figura 2.3) se considera incluido el cemento y su campo de aplicación es mucho más amplio que el de la parábola de Fuller. Su ecuación es:

con los mismos significados que en la anterior y con los valores de la constante a que figuran en la tabla 2.5. Como en esta curva se considera también el cemento, de más densidad que los áridos, es necesario tomar los porcentajes en volumen absoluto.

Figura 2.3 Parabola de Fuller y Curva de Bolomey. 

Paróbola de Fuller .

En hormigón armado, con áridos redondeados cuyo tamaño máximo sea de 50±20 milímetros y contenido de cemento no inferior a 300 kg/m3, se obtienen buenos resultados mediante granulometrías continuas que siguen la parábola (figuras 2.2 y 2.3):

en donde:
p = porcentaje en peso que pasa por cada tamiz;
d = abertura (diámetro) de cada tamiz;
D = tamaño máximo (diámetro) del árido.

Cuando se emplean áridos de machaqueo, en piezas de pared delgada o en secciones muy armadas, puede adoptarse la parábola de Fuller aumentando los finos convenientemente.

Figura 2.3 Parabola de Fuller y Curva de Bolomey.

Granulometría de los Áridos.

La distribución de los distintos tamaños de los granos que componen un árido tiene una importancia decisiva en las características del hormigón. El estudio de dicha distribución suele efectuarse mediante la curva granulornétrica, que se determina cribando el árido a través de una serie normalizada de cribas y tamices.

Las cribas y tamices normalmente empleados corresponden a las series ISO-565, UNE-7050 o serie americana Tyler, cuyas aberturas están en progresión geométrica de razón dos. Sus valores en milímetros vienen dados en la tabla 2.4.

Una vez efectuado el cribado del árido, puede dibujarse su curva granulométrica tomando en abscisas las aberturas de los tamices y, en ordenadas, los porcentajes que pasan por cada tamiz, en volumen absoluto. Generalmente se emplea papel semilogarítmico (figura 2.2).

Los áridos empleados en la preparación del hormigón se obtienen, normalmente, mezclando arenas y gravas en proporciones adecuadas, o mejor aún, tres o más grupos de distintos tamaños. No es posible establecer, de una manera general, una curva granulometrica óptima única, debido a que en cada caso hay que tener en cuenta diversos factores: las resistencias y propiedades exigidas al hormigón; los medios de transporte, puesta en obra y compactación del hormigón; las propiedades y forma de los granos; el tipo y dimensiones del elemento estructural, etc.

Los parámetros que determinan las características granulométricas de un árido son, fundamentalmente, tres: el tamaño máximo del árido, la compacidad y el contenido en granós finos.

Se denomina tamaño máximo de un árido (D) la mínima abertura de tamiz UNE 7050- 2:85 por el que pasa más del 90 % en peso, debiendo además pasar la totalidad del árido por el tamiz de abertura doble. (FI tamaño mínimo se define, de forma análoga, como la máxima abertura de tamiz por el que pasa menos del 10 % en peso) Cuanto mayor sea el tamaño máximo del árido, menores serán las cantidades necesarias de cemento y agua del hormigón. Pero el tamaño máximo del árido viene limitado por las dimensiones de los elementos estructurales y la separación entre armaduras, influyendo también los medios de amasado y puesta en obra del hormigón  

TABLA 2.4 SERIES NORMALIZADAS DE TAMICES

Figura 2.2 Curva Granulométrica y Parábola de Fuller.

Se llama compacidad de un árido a la relación entre su volumen real y su volumen aparente, relación que aumenta con el coeficiente de forma de la grava.

Cuanto mayor sea su compacidad, menor será el volumen de huecos que deja el árido y, por tanto, será menor la cantidad de pasta de cemento necesaria para rellenarlos. Las granulometrías de compacidad elevada se consiguen con mezclas relativamente pobres en arena y gran proporción de granos gruesos, por lo que requieren poca cantidad de agua de amasado.

Las composiciones granulométricas de elevada compacidad dan lugar a masas poco trabajables y que se disgregan con facilidad; pero si se dispone de medios adecuados para su correcta puesta en obra y compactación, puede obtenerse con ellas hormigones muy resistentes, de mucha durabilidad y poca retracción.

Por otra parte, para que una masa de hormigón sea dócil, trabajable y no se disgregue durante el transpone, puesta en obra y compactación, debe tener un contenido óptimo de granos finos. Al aumentar el contenido de granos finos, disminuye la compacidad del árido y será necesario aumentar las cantidades de cemento y agua del hormigón. En cada caso, habrá que adoptar una solución de compromiso que satisfaga a ambos aspectos, parcialmente contradictorios: la compacidad del árido y el contenido óptimo de finos.

Especial importancia tienen los finos menores de 0,25 milímetros, sobre todo para hormigones que deban transportarse mediante canalizaciones, para elementos de paredes delgadas muy armadas y para obtener hormigones muy impermeables. Como la proporción necesaria de estos finos está ligada a la cantidad de cemento, es frecuente considerarlos conjuntamente en la fracción granulométrica comprendida entre cero y 0,25 milímetros.

Como se ha dicho anteriormente, no se puede establecer de manera general una curva granulométrica óptima.

Existen varios métodos para obtener curvas adecuadas a cada caso, cada uno de los cuales tiene su propio campo de aplicación. De estos métodos, que se resumen a continuación, unos se refieren a granulometrías continuas, en las que se encuentran representados todos los tamaños de los granos, y otros a granulometrías discontinuas, en los que faltan algunos de los tamaños intermedios.  

a) Paróbola de Fuller .

b) Parábola de Bolomey .

c) Método del Modulo Granulométrico.

d) Dominios Granulométricos.

La Grava para la Confección de Hormigones.

La resistencia de la grava viene ligada a su dureza, densidad y módulo de elasticidad. Se aprecia en la limpieza y agudeza de los cantos vivos resultantes del machaqueo.

Las buenas calizas no son rayadas por la navaja, la cual deja tan sólo un ligero trazo sobre su superficie (densidad mayor de 2,6 y resistencia mayor de 100 N/mm3). Las que son rayadas por el latón (densidad menor de 2,3 y resistencia menor de 50 N/mm3) caen fuera de lo admisible. Entre ambas se colocan las que no son rayadas por el bronce. En todos los casos debe realizarse la prueba sobre una superficie plana y con el material totalmente seco.

Una característica importante de la grava es su coeficiente de forma, que se define más. 

En la tabla 2.3 figuran los límites admitidos por la Instrucción española para el contenido en sustancias perjudiciales de la grava. Los ensayos correspondientes son siempre obligatorios.

TABLA 2.3 ENSAYOS DE LA ARENA (A) Y DE LA GRAVA (G) CUYA REALIZACIÓN ES SIEMPRE OBLIGATORIA.

Arena para la Confección de Hormigones.

Es el árido de mayor responsabilidad. A diferencia de la grava, el agua e incluso el cemento, puede decirse que no es posible hacer un buen hormigón sin una buena arena.

TABLA 2.2 CONTENIDO MÁXIMO DE FINOS EN EL ÁRIDO.

Las mejores arenas son las de río, ya que, salvo raras excepciones, son cuarzo puro, por lo que no hay que preocuparse acerca de su resistencia y durabilidad. La arena de mina suele tener arcilla en exceso, por lo que generalmente es preciso lavarla. Las arenas de mar, si son limpias, pueden emplearse en hormigón armado, previo lavado con agua dulce.

Las arenas que provienen del machaqueo de granitos, basaltos y rocas análogas son también excelentes, con tal de que se trate de rocas sanas que no acusen un principio de descomposición. Deben rechazarse de forma absoluta las arenas de naturaleza granítica alterada (caolinización de los feldespatos).

Las arenas de procedencia caliza son de calidad muy variable, Siempre resultan más absorbentes y requieren más cantidad de agua de amasado que las silíceas. Su resistencia al desgaste es baja, por lo que los hormigones sometidos a este efecto (por ejemplo, en pavimentos) deben confeccionarse con arena silícea, al menos en un 30 por 100 de la totalidad de la arena.

La humedad de la arena tiene gran importancia en la dosificación de los hormigones. Por ello es siempre necesario tenerla en cuenta. -

La arena no debe contener sustancias perjudiciales para el hormigón. La Instrucción española las limita a los valores indicados en la tabla 2.3, cuyas determinaciones deben efectuarse siempre.

Áridos para la Confección de Hormigones.

Como áridos para la confección de hormigones pueden emplearse arenas y gravas naturales o procedentes de machaqueo, que reúnan en igual o superior grado las características de resistencia y durabilidad que se le exijan al hormigón.

Desde el punto de vista de durabilidad en medios agresivos, deben preferirse los áridos de tipo silíceo (gravas y arenas de río o -cantera) y los que provienen de machaqueo de rocas volcánicas (basalto, andesita, etc.) o de calizas sólidas y densas. Las rocas sedimentarias en general (calizas, dolomitas, etc.) y las volcánicas sueltas (pómez, toba, etc.) deben ser objeto de análisis previo. No deben emplearse áridos que provengan de calizas blandas, feldespatos, yesos, piritas o rocas friables ni porosas. Tampoco deben emplearse áridos que contengan sulfuros oxidables (estos áridos pueden provenir de canteras que presentan vetas de pirrotina, marcasita o ciertas formas de pirita), dado el gran riesgo existente de que tales sulfuros se oxiden a largo plazo, lo que entraña un gran aumento de volumen y la consiguiente fisuración y cuarteamiento del hormigón.

Se denomina grava o árido grueso a la fracción mayor de 4 mm y arena o árido fino a la menor de 4 mm. Aparte, es clásico encontrar en cada país y región denominaciones diversas más específicas para la grava, en función del tamaño de las piedras. La arena suele dividirse, a partir de los 2 mm, en arena gruesa y arena fina, llamándose polvo o finos de la arena a la fracción inferior a 0,063 mm.

Los áridos se suministran en fracciones y se designan por su tamaño mínimo (d) y máximo (D) expresados en milímetros. Para ello se utiliza la expresión “árido d/D”.

Los áridos pueden ser rodados o machacados. Los primeros proporcionan hormigones más dóciles y trabajables, requiriendo menos cantidad de agua que los segundos. Los machacados confieren al hormigón fresco una cierta acritud que dificulta su puesta en obra. En ambos efectos influye más la arena que la grava. En cambio, los áridos de machaqueo proporcionan una mayor trabazón que se refleja en una mayor resistencia del hormigón, especialmente a tracción y, en general, en una mayor resistencia química.

Al emplear árido rodado suelto se tiene la garantía de que se trata de piedras duras y limpias, salvo contaminación de la gravera. Pero si se encuentra mezclado con arcilla es imprescindible lavarlo, para eliminar la camisa que envuelve a los granos y que haría disminuir grandemente su adherencia con la pasta.

Este lavado debe ser enérgico, realizado con máquinas de lavar, no sirviendo de nada el simple rociado en obra.

Análogamente, el árido machacado debe estar desprovisto del polvo de machaqueo, que supone un incremento de finos en el hormigón y, por tanto, mayor cantidad de agua de amasado, menor resistencia y mayor riesgo de fisuras en las primeras edades. No obstante, numerosos ensayos han demostrado que cuando se trata de áridos calizos el polvo de machaqueo no es tan perjudicial, pudiendo admitirse en este caso un mayor porcentaje de finos.

A este respecto, en la tabla 2.2 se recoge el contenido máximo en finos (es decir, de partículas que pasan por el tamiz 0,063 mm) prescrito por la Instrucción española.

Los áridos se oponen a la retracción del hormigón, tanto más cuanto más resistentes son. En general, la retracción disminuye a medida que aumenta el tamaño máximo del árido.

Cuando se tengan dudas acerca de la resistencia de los áridos a la helada, debe encargarse
a un laboratorio la realización del ensayo UNE EN 1367-2:98, según el cual se somete al árido a
cinco ciclos de tratamiento con soluciones de sulfato magnésico, las cuales provocan un efecto expansivo análogo al ocasionado por los ciclos de hielo-deshielo. El árido se considera satisfactorio si, tras estos cinco ciclos, su pérdida de peso no supera el 15% para la arena, o el  18% para la grava.

Por último, los áridos deben cumplir las siguientes condiciones físico-mecánicas: absorción de agua no superior al 5 % (Normas UNE 83.133:90 y 83.134:90); friabilidad de la arena no superior a 40 (Norma UNE EN 1097-1:97, ensayo micro-Deval), y resistencia al desgaste de la grava no superior a 40 (Norma UNE EN 1097-2:98, ensayo de Los Ángeles).

En general, las Normas obligan a analizar las aguas solamente cuando no se posean antecedentes de su utilización o en caso de duda. Las limitaciones incluidas en las Normas (en particular, en la española) suelen ser prudentes y conservadoras, no siendo raro encontrar en la literatura especializada valores límites más tolerantes.

En la tabla 2.1 se ofrecen las limitaciones de la Instrucción española, con un breve comentario a cada una de ellas. 

TABLA 2.1 

ANÁLISIS DEL AGUA DE AMASADO.

Agua de Mar - Hormigón.

No se pueden dar reglas generales acerca del agua de mar utilizada en el amasado de hormigones. En muchos casos se ha empleado con éxito para estructuras de hormigón armado, a pesar de su alto contenido en sulfatos.

La Instrucción españla EHE admite su empleo para hormigón en masa, previniendo acerca de la posible aparición de manchas (eflorescencias producidas por la cristalización de sales) y de la probable caída de resistencia, que puede cifrarse en un 15 por 100 aproximadamente.

El contenido medio en cloruro sódico del agua de mar es del orden de 25 gramos por litro (es decir, unos 15 gramos por litro de ión cloro), lo que la coloca dentro del límite admisible para hormigón en masa y abiertamente fuera para hormigón armado. Las restantes sales están constituidas fundamentalmente por sulfatos magnésico, cálcico y potásico, con contenidos del orden de 1,50; 1,25 y 1,00 gramos por litro respectivamente, lo que da un total de ión SO4 próximo a los 3 g/l. Estos contenidos bastarían para calificar al agua como perjudicial, pero por una serie de razones de índole química (véase punto b del apartado 5.7-3.°) su agresividad real es mucho menor de la que tendría un agua no marina con sulfatos o cloruros en análogas proporciones.

La presencia de algas en el agua no debe admitirse, ya que impiden la adherencia árido- pasta, provocando posteriormente multitud de poros en el hormigón.

El amasado con agua de mar suele ser especialmente perjudicial cuando el hormigón va a estar en contacto con agua de mar. Por ello es norma de buena práctica amasar siempre con agua dulce los hormigones destinados a obras marítimas. En particular, los cementos aluminosos, que resisten bien el agua de mar, no deben ser amasados jamás con agua de mar, la cual puede provocar, aparte de otros perjuicios, un fraguado relámpago.

Aguas Perjudiciales y No Perjudiciales - Hormigón.

Un índice útil de carácter general sobre la aptitud de un agua, en la técnica del hormigón, es su potabilidad. 

Las excepciones se reducen, casi exclusivamente, a las aguas de alta montaña, cuya gran pureza les confiere carácter agresivo. No obstante, algunas aguas manifiestamente insalubres pueden también ser utilizadas: aguas bombeadas de minas (que no sean de carbón), algunas de residuos industriales, aguas pantanosas, etc. Las aguas depuradas co ro pueden emplearse perfectamente.

Entre otras, no conviene emplear aguas cuyo pH sea inferior a cinco, ni las que contengan aceites, grasas o hidratos de carbono. Cuando el agua contiene materias sólidas en suspensión (limos o arcillas) debe proscribirse su empleo, y que esos finos disminuyen notablemente la adherencia pasta-árido.

En casos de duda es necesario efectuar análisis para determinar la aptitud de un agua. Las limitaciones impuestas por la Instrucción española EHE.

Un criterio práctico mediante el cual puede justificarse que un agua de amasado no altera, perjudicialmente las propiedades exigibles al hormigón, puede ser el ensayo comparativo de resistencia, a 28 días de los hormigones amasados con el agua en estudio y con un agua potable de buena calidad.

En Estados Unidos, como resultado de una amplia experimentación (cerca de 6.000 ensayos sobre más de 60 aguas diferentes), utilizan a veces aguas de amasado en principio no aptas, si la pérdida de resistencia que producen en el hormigón, apreciada mediante el ensayo comparativo, no supera el 15 por 1004 El único riesgo que se corre aplicando este criterio es que pueden existir sustancias nocivas (especialmente cloruros) cuyos efectos se manifiestan solamente a largo plazo.

En fin, si es absolutamente obligado emplear un agua sospechosa, convendrá forzar la dosis de cemento (no menos de 350 kg/m3) y mejorar la preparación y puesta en obra del hormigón.

Papel del Agua de Amasado y Agua de Curado en el Hormigón.

El agua de amasado juega un doble papel en el hormigón. Por un lado, participa en las reacciones de hidratación del cemento; por otro, confiere al hormigón la trabajabilidad necesaria para una correcta puesta en obra.

La cantidad de agua de amasado debe limitarse al mínimo estrictamente necesario, ya que el agua en exceso se evapora y crea una serie de huecos en el hormigón (capilares) que disminuyen su resistencia; pero, por otra parte, no puede disminuirse excesivamente el contenido en agua, pues podrían obtenerse masas poco trabajables y de difícil colocación en obra. La figura 2.1 ilustra este fenómeno: en efecto, la parte superior del gráfico indica cómo mejora la trabajabilidad de la masa al aumentar la cantidad de agua por m’ de hormigón, mientras que en la parte inferior puede apreciarse el porcentaje de pérdida de resistencia del hormigón correspondiente.

Puede retenerse la idea de que cada litro de agua de amasado añadido de más a un hormigón equivale a una disminución de dos kilogramos de cemento.

El agua de curado, durante el proceso de fraguado y primer endurecimiento del hormigón, tiene por objeto evitar la desecación, mejorar la hidratación del cemento e impedir una retracción prematura.

Tanto el agua de amasado corno el agua de curado deben reunir ciertas condiciones para desempeñar eficazmente su función. En general, se debe ser más estricto en la aptitud de un agua para curado que en la de un agua para amasado. Mucho más peligrosa es el agua que recibe el hormigón cuando está endureciendo, porque las reacciones que puede originar ya no actúan sobre una masa en estado plástico. Además, la aportación de sustancias perjudiciales en el agua de amasado es limitada en cantidad y se produce de una sola vez, sin renovación; mientras que la aportación del agua de curado es mucho más amplia y de actuación más duradera.

Cementos: Suministro, Recepción y Almacenamiento.

El suministro de cemento se realiza en sacos (en España de 25 o 50 kg) o a granel. En ambos casos, todo suministro debe ir acompañado de un albarán y de una hoja de características, en los que deben figurar entre otros datos la naturaleza y proporción nominal de todos los componentes, así como las restricciones de empleo, en su caso.

Si se trata de sacos, éstos deben llevar impreso en una de sus caras el tipo y clase de cemento, así como la marca comercial y, eventualmente, las restricciones de empleo.

La toma de muestras y los ensayos de recepción deben llevarse a cabo según indica la Instrucción española RC-97. Si el cemento posee un sello o marca de conformidad oficialmente homologado, la Dirección Facultativa puede eximirlo de los ensayos de recepción.

El almacenamiento de sacos debe efectuarse en un local cerrado y no al exterior, disponiéndolos en hiladas de tres o cuatro de altura, interrumpidas por tablones o calzos que aseguren el paso del aire. Conviene llevar registros de los datos de identificación de cada partida y marcar claramente los lotes ensayados y los no ensayados para evitar confusiones. Mientras dure la obra, conviene conservar muestras del cemento (con 5 kg es suficiente, en bolsa o bote de plástico), que son imprescindibles para poder dictaminar después, caso que se presente cualquier anomalía en el hormigón. De otro modo, los laboratorios especializados pueden prestar una ayuda muy aleatoria.

Si el suministro se realiza a granel, la conservación del cemento se efectúa fácil y correctamente en los silos metálicos que habitualmente se emplean. Las características físicas del cemento ensilado dependen de su grado de asiento, su naturaleza y su finura, pudiendo darse como valores medios los siguientes:

Masa del litro de cemento suelto ............................ de 0,9 a 1,1 kg
Masa del litro de cemento compactado ................... de 1,1 a 1,4 kg
Ángulo de rozamiento interno ........ . .............. entre 20° y 30º

Cuando el cemento experimenta un almacenamiento prolongado, puede sufrir alteraciones consistentes en la hidratación de sus partículas más pequeñas (meteorización), que pierden así su valor hidráulico. Eso se traduce en un retraso en ¡os tiempos de fraguado y en una disminución de las resistencias mecánicas, especialmente las de compresión a cortas edades.

La meteorización del cemento se traduce también en un aumento de la pérdida al fuego, correspondiente a las partículas finas meteorizadas. Este ensayo es el que detecta la meteorización de forma más directa y cuantitativamente expresiva.

A veces puede utilizarse un cemento ligeramente meteorizado, pero teniendo en cuenta sus nuevas características: su distinta granulometría, su retraso en el fraguado y su eventual pérdida de resistencias mecánicas. Al desaparecer los finos, disminuyen el calor de hidratación y la retracción en las primeras edades, requiriendo tanta más agua de amasado cuanto mayor haya sido el proceso de meteorización.

CEMENTOS: Tablas de Utilización Práctica.

En las tablas 1.4 a 1.7 se han recogido las ideas prácticas más importantes, desde el punto de vista del empleo de los cementos. En la confección de dichas tablas se ha perseguido fundamentalmente la claridad y la brevedu4 aunque a veces haya sido a costa de la precisión.

La tabla 1.4 constituye un resumen de las prescripciones preconizadas por Ja Instrucción española RC-97, para los cementos de uso más frecuente en hormigón armado (portland, tipo 1, y portland con adiciones, tipo II), con indicación de los peligros de empleo y recomendaciones para el caso en que dichos cementos no cumplan las mencionadas prescripciones.

Las tablas 1.5, 1.6 y 1.7 proporcionan unas recomendaciones, de carácter general, para la utilización de los distintos tipos de cemento, con indicación de sus características principales y sus limitaciones, que se consideran de gran utilidad para los técnicos de proyecto y de obra. Cuando se trate de problemas específicos deberá consultarse con especialistas. 

TABLA 1.4 INTERPRETACIÓN DEL ANÁLISIS QUÍMICO Y LOS ENSAYOS FÍSICOS Y MECANICOS DE LOS CEMENTOS PORTLAND (TIPO 1) Y PORTLAND CON ADICIONES (TIPOS II)

TABLA 1.5 CARACTERISTICAS Y CRITERIOS DE EMPLEO DE LOS CEMENTOS PORTLAND.

TABLA 1.6  CARACTERISTICAS Y CRITERIOS DE EMPLEO DE LOS CEMENTOS PORTLAND CON ADICIONES.

TABLA 1.7 CARACTERISTICAS Y CRITERIOS DE EMPLEO DE LOS CEMENTOS DE HORNO ALTO Y PUZOLANICOS.

Cemento de aluminato de calcio, CAC/R (cemento aluminoso).

El constituyente principal del cemento aluminoso es el aluminato monocálcico AC, cuyos cristales hexagonales crecen muy rápidamente, lo que explica los elevados valores iniciales de su resistencia mecánica (la Instrucción española le exige 40 N/mm2 de resistencia a compresión a un día). La ausencia de cal libre confiere a este cemento su peculiar resistencia a los agentes agresivos, ya que sin dicha cal no puede formarse el gran enemigo del portland, el sulfoaluminato cálcico (sal de Candlot).

Los hormigones con cemento aluminoso son muy poco porosos y casi insensibles a los agentes químicos de carácter ácido, pero en cambio no resisten Las aguas alcalinas y su carácter ácido favorece la corrosión de las armaduras. En ciertas condiciones de humedad y temperatura pueden presentar a largo plazo una apreciable regresión de sus resistencias mecánicas (así ha sucedido en España en buen número de forjados de edificación fabricados con viguetas de cemento aluminoso). Por ello, el cemento aluminoso no debe emplearse en hormigón armado y, menos aún, en hormigón pretensado, ni mezclarse con ningún otro tipo de cemento. Se emplea con ventaja en hormigones refractarios y, por su gran velocidad de endurecimiento, en reparaciones de vías de agua.

4º Cementos Resistentes a los Sulfatos (SR) y al Agua de Mar (MR).

Son cementos muy útiles para obras en contacto con terrenos yesíferos o aguas selenitosas y deben tener bajo contenido en aluminatos. Según la Instrucción española se consideran como cementos resistentes a los sulfatos (cálcico y/o magnésico) aquellos que, por su composición y por la constitución de su clinker, tienen un contenido en aluminato tricálcico no superior al 5 % para los cementos tipo 1; al 6 % para los tipos II, y al 8 % para los 111/A y IV. Además, el contenido en C3A + C4AF no debe ser superior al 22 % para los cmentos tipos I y II, ni al 25 % para los ¡II/A y IV. Los cementos de horno alto tipo III1B son siempre resistentes a los sulfatos.

Corno en el caso anterior, la determinación del aluminato tricálcico y del aluminoferrito tetracálcico se efectia segiln la Norma UNE 80.304.

Al tener un contenido bajo en C3A, los cementos resistentes a los sulfatos son de bajo calor de hidratación, experimentan menos retracción y desarrollan sus resistencias más lentamente que sus correspondientes tipos ordinarios. A cambio, disminuye la trabajabilidad de las mezclas.

Las clases resistentes de los cementos resistentes a los sulfatos son las mismas que las de sus tipos correspondientes.

Deben emplearse cementos resistentes a los sulfatos en obras de hormigón en masa o armado, cuando el contenido de sulfatos del agua en contacto con la obra sea igual o mayor que 400 mg/kg. o en suelos cuyo contenido sea igual o mayor que 3.000 mg/kg. Ademas, la dosificación de cemento no será inferior a 250 k g/m3 para el hormigón en masa, ni a 325 kg/m3 para el hormigón annado.

Cementos con Propiedades Especiales.

Existen cernemos con características especiales que, además de cumplir las prescripciones relativas a las características químicas, físicas y mecánicas correspondientes a su tipo y clase, indicadas en los apartados 1. l-3.° y 4.°, presentan propiedades adicionales.

Se estudian a continuación los cementos de bajo calor de hidratación (UNE 80306:96), los cementos blancos (UNE 80.305:96), cementos resistentes al agua de mar (UNE 80.303:96) y cementos resistentes a los sulfatos y al agua de mar (UNE 80.303:96).

1º Cementos Bajo Calor de Hidratación (BC ).

Se considera cementos de bajo calor de hidratación todos aquellos que, a la edad de cinco días, desarron un calor de hidratación igual o inferior a 65 cal/g, según Norma UNE 80.118.

En los cementos portland tipo ¡ de bajo calor de hidratación, aparece en gran proporción el silicacto bicálcico, SC2, a costa del silicato tricálcico, SC3.

2º Cementos Blancos (BL).

Se consideran como cementos blancos los pertenecientes a los tipos I y II, cuando las adiciones de estos últimos no superan el 25 % en masa, y cuyo índice de blancura sea igual o superior al 70 por 100. El índice de blancura se determina por la medida de su reflectancia luminosa direccional, en relación con un patrón de óxido magnésico en polvo (Norma UNE 80,117).

Las clases resistentes de los cementos blancos son las mismas que las de sus tipos correspondientes.
Con el cemento blanco es fundamental emplear áridos muy limpios y evitar el uso de herramientas de hierro, que mancharían el hormigón. El aspecto final de éste depende, en gran medida, del color de los áridos. El uso de ciertos productos de curado puede alterar el tono de las superficies.

3º Cementos Resistentes al Agua de Mar (MR).

Los cementos resistentes al agua del mar (sulfatos y cloruros alcalinos y alcalinotérreos) tienen limitado superiormente el contenido de aluminato tricálcico de su clinker a los siguientes valores:

5 % para el cemento tipo 1, 8 % para los tipos 11, y 10 % para los 111/A y IV. Además, el contenido en C3A + C4AF del clínker esta limitado superiormente al 22 % para los cementos tipo 1 y al 25 % para los restantes. Los cementos de horno alto tipo III/B son siempre resistentes al agua del mar.

La determinación del aluminato tricálcico, C3A, y del aluminoferrilo tetracálcico, C4AF3 se efectúa por cálculo según la Norma UNE 80.304.

4º Cementos Resistentes a los Sulfatos (SR) y al Agua de Mar (MR).

Otros Tipos de Cementos Comunes: Cementos Compuestos (Tipo V).

Están constituidos por clínker de portland (40 a 64 %), escoria siderúrgica (18 a 30%), puzolana y cenizas volantes (en total, 18 a 30%) y hasta un 5 por 100 de otras adiciones (D o L). Sus características y aplicaciones son intermedias entre las correspondientes a los cementos tipo 111 y IV.

Otros Tipos de Cementos Comunes: Cementos Puzolánicos (Tipo IV).

La instruccion española contempla dos tipos de cementos puzolánicos: el CEM 1V/A que contiene: 65 a 89 por 100 de clínker de portland y de 11 a 35 por 100 de material puzolánico (puzolana natural, cenizas volantes o humo de sílice), aparte de otras adiciones en proporción no superior al 5 por 100; y el CEM IV/B cuyas proporciones de clinker y material puzolánico son, respectivamente, de 45 a 64 por 100 y de 36 a 55 por 100. 

Las clases resistentes de los cementos puzolánicos son las mismas que las correspondientes a los cementos portland

Se entiende por puzolana, en sentido estricto, el producto natural de origen volcánico que, finamente dividido, no posee ninguna propiedad hidráulica, pero contiene constituyentes (sílice y alúmina) capaces de fijar cal a la temperatura ambiente en presencia de agua, formando compuestos de propiedades hidráulicas. En sentido amplio, el término puzolana se aplica también a otros productos artificiales, o naturales de origen no volcánico, que tienen análogas propiedades, tales como las cenizas volantes, el humo de silice, la tierra de diatomeas y las arcillas activadas.

Los cementos puzolánicos endurecen más lentamente, en especial en ambiente frío, y requieren en general más agua de amasado que el portland normal; pero a largo plazo llegan a superar las resistencias de éste.

La ventaja de los cementos puzolánicos reside en que la puzolana fija la cal liberada en la hidratación del clinker, eliminando así un peligro en ambientes agresivos. Como el proceso liberación-fijación de cal se prolonga mucho en el tiempo, el cemento va ganando resistencias con la edad en mayor proporción que el portland, al formarse nuevos compuestos resistentes de naturaleza muy estable.

Por las mismas razones, el cemento puzolánico confiere al hormigón una elevada densidad, disminuyendo su porosidad y haciéndolo más compacto, lo que aumenta su resistencia química. Todo ello lo hace recomendable para gran número de obras (canales, pavimentos, obras en aguas muy puras o ambientes medianamente agresivos, hormigonados bajo agua, obras marítimas, etc.).

Los cementos puzolánicos son algo más untuosos y manejables que el portland, por lo que mejoran la plasticidad del hormigón, resultando aptos para su empleo en hormigones bombeados.

El color negruzco de las puzolanas oscurece de forma típica a estos cementos.

Otros Tipos de Cementos Comunes: Cemento de Horno Alto (Tipo III).

Estos conglomerantes constituyen la familia de los cementos fríos. La Instrucción española considera dos tipos de cementos de horno alto:

TIPO III/A: Sus constituyentes son clínker de portland (35 a 64 %), escoria siderúrgica (36   a 65 %) y otros constituyentes (0 a 5 %). Los porcentajes son en masa y no incluyen ni el regulador de fraguado ni los aditivos.

TIPO III/B: Sus constituyentes son clínker portland (20 a 34 %), escoria siderúrgica (66 a 80  %) y otros constituyentes (0 a 5 %).

Las clases resistentes son las mismas que para los cementos portland.

La escoria granulada es una especie de arena (el aspecto y el color son parecidos) que se obtiene por enfriamiento brusco en agua de la ganga fundida procedente de procesos siderúrgicos. Sus partículas son más o menos porosas y “rechinan” al aplastarlas con la mano. Al ser enfriada bruscamente en agua (temple) la escoria se vitrifica y se vuelve activa. Dado su contenido en cal combinada, la escoria no es una simple puzolana, sino que tiene de por sí propiedades hidráulicas, es decir, que es un verdadero cemento. Lo que sucede es que, por sí sola, la escoria fragua y endurece muy lentamente, por lo que debe ser acelerada por la presencia de algo que libere cal, como el clínker de portland. Bastan muy pequeñas cantidades de este último componente para asegurar el fraguado y endurecimiento de la escoria molida.

Estos cementos presentan poca retracción y un débil calor de hidratación, por lo que pueden ser utilizados sin riesgo en grandes macizos. A cambio y por la misma razón, son muy sensibles a las bajas temperaturas, que retardan apreciablemente su endurecimiento, por lo que no deben utilizarse por debajo de los + 5 C.

Los cementos siderúrgicos son susceptibles de experimentar cambios de tonalidad más o menos irregularmente después de endurecidos. El hormigón de cemento de escorias presenta una rotura de color verdoso Característico.

Quizá la idea más importante que debe retenerse en relación con estos cementos es que necesitan efectuar su endurecimiento en medio constantemente húmedo durante dos semanas al menos, dada su lentitud. Sus grandes enemigos son la sequedad y el calor.

No deben emplearse los de fabricación muy reciente, que presentan riesgos de retracciones elevadas. Por igual motivo y para evitar desecaciones prematuras y rápidas, hay que emplear bajas relaciones agua/cemento y vigilar bien el amasado, porque estos cementos dan morteros y hormigones un poco arios que incitan a quien los amasa a echar más agua a la hormigonera. Un vibrado enérgico vence esa rigidez durante la puesta en obra.

Conviene utilizar dosificaciones amplias, bien amasadas, para evitar faltas de homogeneidad y el riesgo de tener endurecimientos irregulares. En general es preferible una buena dosificación en cemento de categoría inferior a otra pobre de categoría superior.

En resumen, puede decirse que los cementos siderúrgicos son delicados y exigen más precauciones en su empleo que los portland. Son más resistentes que éstos a las aguas sulfatadas, las de mar y las muy puras; pero no deben utilizarse si la agresividad es grande