Características del hormigón de alta resistencia.

1. DURABILIDAD

En esta obra, la durabilidad del hormigón armado se estudia, con carácter general. A continuación expondremos los rasgos diferenciales propios del hormigón de alta resistencia.

La baja porosidad de los BAR dificulta la penetración de líquidos y gases en su seno, lo que repercute en una mayor durabilidad frente a medios agresivos, ciclos de hielo y deshielo, etc. En condiciones extremas de baja temperatura y al igual que sucede con hormigones convencionales, puede convenir el empleo de algún agente aireante. En cuanto a la reacción álcali- árido podría ocasionar problemas debido al elevado contenido en cemento, por lo que la 15tCCIÓR española recomienda extremar el control en la selección de áridos para asegurarse – de que son inertes y utilizar cementos de bajo contenido en álcalis.

Los HAR también suministran una buena protección contra la corrosión de las armaduras, gracias a su elevada dosis de cemento y a su reducida porosidad4 Si bien es cierto que la presencia mícrosílice en el hormigón reduce su contenido en hidróxido cálcico y, consecuentemente, el valor de su ph (que puede ser hasta 12,5), este efecto, que va en contra de la protección por pasivación de las armaduras, queda sobradamente compensado por la gran disminución de permeabilidad frente al CO2. Dicho con otras palabras: la disminución del tamaño de los poros (efecto fisico positivo de la microestructura de la pasta) es más ventajosa que la disminución del pH (efecto químico negativo que rebaja la alcalinidad), con lo que resulta finalmente un aumento de resistencia a la corrosión del acero, en comparación con los hormigones convencionales.

Pero no todo son ventajas, ya que está demostrado que los HAR presentan menor resistencia al fuego que los hormigones convencionales. La razón es que, dada la gran densidad de la pasta endurecida, resulta impedida la circulación del vapor de agua ocasionado por las altas temperaturas, lo que provoca unas elevadas tensiones internas en las piezas expuestas al fuego, fisuraciones y, finalmente, desprendimientos de material en forma violenta, con bajada rápida tic las resistencias.

2. RESISTENCIA A COMPRESIÓN

Los FIAR experimentan un gran aumento de resistencia durante los primeros días, aumento que se hace más lento después pero que continúa más allá de los 28 días. Por esta causa, en obras importantes en las que la estructura no entra en carga a corto plazo, se toma a veces como edad de referencia del hormigón la de 56 días (8 semanas) en lugar de los 28 habituales (4 semanas).

Una vez establecida la dosificación de un HAR mediante ensayos previos, el hormigón realmente puesto en obra tendrá una resistencia a compresión menor que la de laboratorio. La relación entre ambas puede estimarse en torno al 80 por 100 (hasta el 90% según la Norma noruega NS 3473:89).

En cuanto a las diferencias que se obtienen en los ensayos a compresión entre probeta cúbica y probeta cilíndrica, el coeficiente multiplicador 0,8 habitualmente utilizado en hormigones convencionales para pasar de la primera a la segunda resulta demasiado bajo en los HAR, siendo más próximo a la realidad un coeficiente de 0,9 o incluso mayor.

3. RESISTENCIA A TRACCIÓN

Las fórmulas indicadas  para determinar la resistencia en tracción en función de la de compresión para hormigones convencionales, proporcionan valores algo elevados al emplearlas con hormigones de alta resistencia. Por esta razón, pueden emplearse en aquellos cálculos en los que considerar una mayor resistencia a tracción resulte más desfavorable que considerar una menor. Tal es el caso de Ja determinación de la cuantía mínima en flexión a partir de la resistencia en tracción del hormigón.

No obstante Jo dicho, en estructuras delicadas se recomienda determinar la resistencia a tracción mediante ensayos. 

4.° DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN
Según demuestran los ensayos, la rama ascendente del diagrama tensión-deformación del hormigón de alta resistencia, en compresión centrada, tiene menor curvatura que la correspondiente a hormigón convencional, con una deformación de rotura que aumenta ligeramente a medida que aumenta su resistencia. En la práctica, puede adoptarse para dicha deformación de rotura en compresión centrada el valor ε0 = 0002 cualquiera que sea el valor de la resistencia fck.

Por el contrario, la deformación de rotura en flexión disminuye al aumentar la resistencia  lo que significa que los hormigones de alta resistencia son más frágiles en flexión que los convencionales.

A efectos de cálculo y según la Instrucción española, se pueden utilizar los mismos diagramas parábola-rectángulo y rectangular que para hormigones convencionales, manteniendo constante la deformación de pico ε0 = 0,002 y tomando como deformación última los siguientes valores: 

5. MÓDULO DE DEFORMACIÓN LONGITUDINAL

Según la Instrucción española para hormigones convencionales puede extenderse a los HAR, de acuerdo con la experimentación.

6. RETRACCIÓN Y FLUENCIA
 

En las primeras edades la deformación por retracción de los HAR es mayor que la de los hormigones convencionales, pero a partir de un año viene a ser del mismo orden de magnitud (lo que significa que vienen a compensarse los dos factores que influyen en la retracción en sentido contrario: baja relación agua/cemento, que disminuye la retracción, y alta dosis de cemento, que la aumenta) pudiendo incluso ser menor cuando se trata de hormigones con micro sílice. Dada la mayor dosis de conglomerante de estos hormigones, tiene mucha influencia en la retracción el tipo de cemento, según sea de endurecimiento lento, normal o rápido.

En cuanto a la deformación por fluencia, generalmente evoluciona en los HAR de forma rápida a edades cortas, aumentando después con mucha mayor lentitud. Para su evaluación, en hormigones sin micro sílice pueden utilizarse las mismas fórmulas que para hormigón convencional (apartado 5.6-6.°); si se utiliza micro sílice, la deformación por fluencia disminuye apreciablemente con respecto a ¡a del hormigón convencional, pudiendo llegar a valores del orden de la mitad. En aquellas estructuras para las que la deformación por fluencia del hormigón sea un factor relevante, es conveniente evaluar los efectos de la fluencia mediante la realización de ensayos previos.

7. COEFICIENTE DE POISSON

Siempre que la tensión de servicio no sobrepase el 40% de la de rotura, puede adoptarse para el coeficiente de Poisson el mismo valor 0,20 que para hormigones convencionales. Como se dijo, al aumentar la carga e iniciarse la plastificación del hormigón, el coeficiente de Poisson aumenta rápidamente hasta alcanzar el valor 0,5 en hormigones convencionales y un valor algo menor en los HAR,

Fabricación, colocación y curado de los Hormigones de alta resistencia (HAR).

l.° AMASADO

El amasado de los hormigones de alta resistencia es distinto del correspondiente a los hormigones convencionales. En éstos, el amasado se lleva a cabo en central, antes de su llegada a obra, mientras que en los HAR es necesario corregir la dosificación y completar el amasado a pie de obra.

En efecto, para prevenir una pérdida de eficacia del superfluidificante, es conveniente añadir una parte del mismo en la central y el resto a pie de obra, hasta conseguir la consistencia necesaria. Entonces se completa el amasado en la cuba, a una velocidad superior a la de régimen, durante unos dos minutos.
Casi todos los autores recomiendan que el tiempo total de amasado de un FIAR sea un 60% mayor que el correspondiente a un hormigón convencional.

2.° PUESTA EN OBRA Y COMPACTACIÓN

Dada la gran docilidad del HAR (entre 150 y 200 mm de asiento en cono de Abrams) resulta fácil ponerlo en obra, lo que suele efectuarse por bombeo sin problemas de segregación.

El diámetro de la aguja del vibrador no debe superar los 40 milímetros. El espesor de las tongadas puede ser mayor que en el caso del hormigón convencional, debido a la menor energía necesaria para su compactación y a su menor tendencia a la segregación. El vibrador no debe aplicarse a las armaduras.

3.° CURADO

Así como la colocación de los hormigones de alta resistencia resulta más fácil que la de los convencionales, su curado requiere una atención especial, debido al alto calor de hidratación propio de los HAR (se pueden alcanzar temperaturas de 80° C) el cual entraña un serio peligro de fisuración.
Es absolutamente imprescindible mantener completamente húmedas las superficies de las piezas durante los primeros días después del hormigonado, siendo muy recomendable prolongar el curado durante dos semanas al menos. El empleo de sistemas de curado que evitan la pérdida de agua no es suficiente, debiendo completarse con nuevas aportaciones de agua. Los sistemas de riego por aspersión, arpilleras húmedas y similares resultan siempre más eficaces.

Materiales componentes y dosificación de los Hormigones de alta Resistencia.

La elección de materiales componentes para obtener hormigones de alta resistencia depende de muchos factores: resistencia que se desea obtener, medios disponibles para la fabricación y puesta en obra del hormigón, tipo de estructura, disponibilidades económicas, etc. A continuación se ofrecen algunos datos orientativos.

1. CEMENTO

Deben utilizarse cementos de clase resistente igual o superior a 42,5. Los más empleados suelen ser los tipos CEM 1 52,5 R y CEM 1 42,5 R, pero si se hormigona en época calurosa o se trata de grandes macizos, convienen más los tipos CEM I 52,5 y CEM ¡ 42,5 (e incluso los de bajo calor de hidratación) con objeto de disminuir el calor de fraguado y la retracción. Interesa que el cemento tenga un bajo contenido en aluminato tricálcico.

La dosis de cemento suele ser alta, del orden de 450 a 500 kg/m3 de hormigón. La experiencia demuestra que por encima de estos valores se produce una disminución de resistencia cuando se utilizan superfluidificantes, amén de producirse los correspondientes incrementos de calor de fraguado, retracción y coste del hormigón.
Al ser difícil predecir cuál será el comportamiento de cada uno de los cementos disponibles con los aditivos, es necesario realizar ensayos previos para poder determinar cuál de ellos resulta más eficaz.

2. AGUA Y ÁRIDOS

Tanto para el amasado como para el curado del hormigón es prohibitivo utilizar aguas de mar ni aguas salinas. En cuanto a los áridos, además de cumplir estrictamente las características indicadas para hormigones convencionales, deben reunir los siguientes requisitos.

El árido grueso debe ser una gravilla inerte que posea como mínimo la misma resistencia que se exige al hormigón, y que tenga una densidad no inferior a 2,60 kg/dm3. Son muy Convenientes los áridos de machaqueo procedentes de rocas basálticas, ofitas o incluso calizas si son de buena calidad, siendo deseable que su coeficiente de desgaste en el ensayo de Los Ángeles no sea superior a 20. Diversos ensayos efectuados por INTEMAC demuestran que es posible obtener mejores resultados con áridos calizos que con áridos silíceos, debido probablemente a la mayor absorción de agua de los primeros, lo que mejora la adherencia Pasta - árido y, con ello, la resistencia.

El tamaño máximo del árido grueso debe ser de 10 a ¡2,5 mm, si bien se han empleado CQ éxito gravillas de 20 milímetros. Tamaños mayores conducen a hormigones de docilidad i adecuada para su correcta colocación en obra y debilitan, por efecto pared, la interfaz árido. pasta. El coeficiente de forma debe ser lo más elevado posible.

El árido fino tiene la mayor importancia, pues de él depende en gran parte la trabajabilidad y resistencia del hormigón. 

La mayoría de los autores recomiendan arena silícea de río, co módulo granulométrico no inferior a 3 y exenta de finos, ya que las altas dosis de cemento y las eventuales adiciones sustituyen eficazmente esa falta de finos.

La composición granulométrica del árido tota! está formada, generalmente, por los dos grupos indicados anteriormente. Si se emplea superfluidificiente, la cantidad de árido fino más conveniente se sitúa en torno al 60% de la de árido grueso.

3. RELACIÓN AGUA/CEMENTO

La relación A/C debe ser muy baja y, por tratarse de hormigones de elevadas resistencias, resulta imprescindible medirla con gran precisión. Para ello es necesario tener en cuenta el agua que contengan, no sólo los áridos, sino también el superfluidificante, así como la posible agua residual que pueda contener la amasadora tras proceder a su limpieza. Por otra parte, si se incorporan adiciones a la masa (microsilice o cenizas volantes), es conveniente referirse a la relación agua/(cemento + adición), ya que ¡as adiciones actúan como un conglomerante más.

En teoría, el valor mínimo de la relación A/C que se requiere para una hidratación completa del cemento es del orden de 0,25 a 0,28. De la experiencia existente en obras efectuadas con HAR se deduce que dicha relación no debe superar el valor 0,35, si bien el Código Modelo CEB-FIP 90 admite valores de hasta 0,40. »Como siempre, el valor óptimo habrá de determinarse en cada caso mediante ensayos previos de laboratorio, habida cuenta de la resistencia especificada en proyecto, de la forma de puesta en obra y de las restantes características de la obra en cuestión.

4. ADITIVOS Y ADICIONES

A lo indicado en el apartado 7.1 pueden añadirse las siguientes consideraciones.

Los aditivos normalmente empleados en los BAR son los superfluidificantes, en dosis que suelen oscilar entre 10 y 20 kg por m3 de hormigón. Se consiguen así asientos en cono de Abrams del orden de 150 a 200 milímetros. Los tipos más empleados son a base de policondensados de formaldehido-melanina sulfonados, o bien de naftaleno sulfonado, no siendo recomendables los compuestos lignosulfonados por retrasar en exceso el comienzo del fraguado.

En cuanto a las adiciones, se emplea la microsílice casi exclusivamente, dada su gran finura y su alto valor puzolánico. Por su elevada superficie específica la microsflice es muy ávida de agua, lo que obliga al empleo simultáneo de un superplastificante. Para hormigones de f superior a 60 N/mm2 el empleo de microsílice es absolutamente imprescindible. Las dosis utilizadas son del orden del 8 al 12 por 100 del peso del cemento e incluso mayores. El ajuste de todas las variables indicadas requiere la realización de ensayos previos.

5.°DOS IFICACIÓN

La dosificación de los hormigones de alta resistencia debe determinarse en cada caso, en función de las características de los materiales disponibles, de los medios de fabricación y colocación del hormigón y del tipo de estructura en cuestión. A título meramente indicativo, en la tabla 7.1 se presentan siete dosificaciones utilizadas en obras reales, y las correspondientes resistencia obtenidas con ellas. Como puede observarse en la tabla, la resistencia media a compresión en probeta cilíndrica a 28 días superó en todos los casos los 80 N/mm2. Hay que decir también que el asiento inicial en cono de Abrams de estos siete hormigones fue igual o mayor de 170 milímetros. 

TABLA 7.1 Ejemplos reales de dosificación de hormigones de alta resistencia.

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.