Hormigones Especiales

Indice1. Hormigones Livianos 2. Hormigones con Fibras 3. Hormigones con polímeros 4. Hormigones Proyectados 5. Hormigones de Alta Resistencia

1. Hormigones Livianos

Los hormigones livianos son hormigones de densidades menores a las de los hormigones normales hechos con agregados comunes. La disminución de la densidad de estos hormigones se produce por una presencia de vacíos en el agregado, en el mortero o entre las partículas de agregado grueso. Esta presencia de vacíos ocasiona la disminución de la resistencia del Hormigón, por lo que muchas veces la resistencia no es la condición predominante para los hormigones, y en otros casos se compensa. En construcciones de Hormigón, el peso propio de la estructura representa una proporción importante en la carga total de la estructura por lo que reducir la densidad del mismo resulta muy beneficioso. Así se reduce la carga muerta, con la consiguiente reducción del tamaño de los distintos elementos estructurales, llegando a los cimientos y al suelo con menores cargas. Pero básicamente el uso de Hormigones livianos depende de las consideraciones económicas.

Según CIRSOC 202 HORMIGÓN LIVIANO DE CONTEXTURA COMPACTA Es el hormigón que contiene agregados livianos y cumple las condiciones establecidas en los artículos 2.3.5 y 2.3.7 del Reglamento CIRSOC 201. La densidad del hormigón endurecido determinada en las condiciones que establece el artículo 6.2.2 de la norma IRAM 1 567, (7 días de curado húmedo y 21 días de secado al aire, ambos en condiciones normalizadas de humedad y temperatura) no será menor de 800 kg/m3 ni mayor de 2000 kg/m3. Su composición, elaboración, colocación y compactación serán tales que el hormigón endurecido tenga una estructura cerrada y masa compacta, libre de vacíos macroscópicos.

Ventajas y Desventajas:

1. Buen aislante térmico por su contenido de aire
2. Durable
3. No es altamente resistente a la abrasión
4. Es mas caro
5. El amasado, manejo y colado requiere más precauciones
6. Es apto en general para pretensados, cascarones, edificios de gran altura.

Clasificación de los Hormigones livianos según su método de Producción:

1. Hormigón de Agregado Ligero: Uso de agregados livianos porosos de baja gravedad específica aparente.
2. Hormigón Aireado, celular, espumoso o gaseoso: Se introducen vacíos dentro del Hormigón que se distinguen de los huecos producidos por el arrastre de aire.
3. Hormigón sin finos: Se omite el agregado de finos, por lo que gran número de vacíos intersticiales están presentes, los agregados gruesos son de peso específico normal.

Clasificación según el uso

1. Hormigón Liviano Estructural: Se clasifica en función de una resistencia mínima, una densidad en estado seco que generalmente no excede los 1840 kg/m³.
2. Hormigón usado en unidades de Mampostería
3. Hormigón aislante: Se clasifica en función de su coeficiente de conductividad térmica, que debe estar por debajo de los 0.3 J/m²/s ºC/m y su densidad es más baja que para los hormigones livianos estructurales.

Clases de resistencia y aplicaciones El hormigón liviano de obra se clasifica en función de su resistencia característica de rotura o compresión correspondiente a la edad de 28 días, determinada mediante ensayos de probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. Cuando el Director de Obra autorice el empleo de cemento de alta resistencia inicial, la resistencia característica se determinará mediante ensayos realizados a la edad de 7 días. Las clases de resistencia son HL – 4 a HL – 30, cuyas aplicaciones se rigen por la Tabla 1. Ver los artículos 6.6.1 y 6.6.2 del Reglamento CIRSOC 201. Tabla 1. Clases de resistencia del hormigón liviano y aplicaciones

Clases de densidad del hormigón endurecido, secado al aire (artículo 6.2.2 de norma IRAM 1 567)

El hormigón liviano se clasifica, según se establece en la Tabla 2, de densidad = 1,0 a = 2,0 Tabla 2. Clases de densidad del hormigón endurecido secado en las clases al aire (IRAM 1 567, art. 6.2.2)

Clasificación por clases de resistencia y densidad del hormigón secado al aire

La Tabla 3 indica cifras de orientación para correlacionar valores medios de clases de resistencia y de densidad de los hormigones livianos. Tabla 3. Valores medios estimativos de orientación que correlacionan las clases de resistencia con las densidades del hormigón secado al aire

Para los casos corrientes generales y tratándose de estructuras de hormigón armado, el contenido unitario de cemento no será menor de 300 kg por metro cúbico de hormigón compactado, ni excederá de 500 kg/m3, con las excepciones que se indican. En el caso de elementos estructurales principales, a juicio del Director de Obra, y en todos los casos en que sea necesario obtener altas resistencias mecánicas, una elevada durabilidad, altas impermeabilidades, elevada protección contra la corrosión de las armaduras, o condiciones de servicio o de exposición particularmente severas, el contenido unitario de cemento no será menor de 400 kg/m3 de hormigón, que se elevará a 450 kg/m3 en el caso de que los elementos estructurales vayan a estar expuestos a condiciones severas de abrasión superficial. Cuando se autorice el transporte del hormigón liviano por bombas a pistón, el mínimo contenido unitario de cemento no será menor de 330 kg/m3. En el caso de las estructuras de hormigón armado, si se autoriza el empleo de cemento de alta resistencia inicial, la reducción del contenido unitario de cemento a que hace referencia el artículo 6.6.3.3. e) del Reglamento CIRSOC 201 sólo podrá aplicarse siempre que dicha reducción no implique que el contenido unitario de cemento del hormigón sea menor de 300 kg/m3. Si este fuese el caso, el contenido mínimo será de 300 kg/m3.

Hormigones Livianos con áridos livianos Tipos de Agregados Livianos Según CIRSOC 202 Para su elaboración se emplearán agregados finos y gruesos livianos que cumplan las condiciones establecidas en la norma IRAM 1567. Cuando sea necesario para que el hormigón alcance la resistencia, densidad u otra característica especificada, el agregado fino liviano podrá reemplazarse, total o parcialmente, por un agregado fino natural de densidad normal que cumpla lo establecido en el artículo 6.3.1.1 del Reglamento CIRSOC 201. La primera clasificación se basa en agregados naturales y manufacturados. Naturales

1. Piedra Pómez: de color claro, vidrio volcánico parecido a una espuma. No son débiles estructuralmente y proporcionan un concreto con densidad de entre 700 a 1400 kg/m³. Tienen características aislantes buenas pero gran contracción y absorción.
2. Escoria: es una roca vidriosa vesicular, parecida a las cenizas industriales. El hormigón que forma es similar al de la piedra pómez.
3. Cenizas Volcánicas:

Artificiales: Se clasifican de acuerdo al material base y al método de fabricación

1. Agregados producidos por aplicación de calor para expandir la pizarra, arcilla, esquisto, la pizarra diatomácea, perlita, obsidiana y vermiculita.

Arcilla, Pizarra y Esquistos: Se obtienen al calentar los materiales crudos en un horno giratorio (Temperatura entre 100 y 1200ºC. Una vez que se produce la expansión del material por la generación de gases que quedan atrapados en la masa del material. La estructura porosa lograda se retiene mediante el enfriamiento, de modo que la gravedad específica del material es menor a la inicial. La expansión también puede realizarse mediante un cable aglutinado. Tal que el material humedecido se lleva bajo quemadores y el calor va penetrando en forma gradual en toda la profundidad de la capa del material. Su viscosidad es tal que los gases expandidos quedan atrapados, luego se enfría y se lo comprime o se usa el material paletizado inicialmente.. El material paletizado produce partículas con una capa sobre el interior celular. Las partículas son casi esféricas y tienen una capa vidriosa semiimpermeable, por lo que tienen menor absorción de agua, son más fáciles de mezclar por lo que producen hormigones muy trabajables, pero resultan por supuesto más caros.

• Las arcillas y pizarras tienen una densidad de 650 a 900 kg/m³ para el caso del proceso mediante Cable aglutinado y de 300 a 650 kg/m³ cuando se hacen en el horno giratorio. Los hormigones que se obtienen tienen densidades entre 1400 a 1800 kg/m³. Tiene la ventaja de que se obtienen resistencias más elevadas que con cualquier otro árido liviano.
• La Perlita es una roca volcánica vidriosa. Cuando se calienta rápidamente entre 900 a 1100 ºC, se expande por la evolución del vapor y forma un material celular con densidades de entre 30 a 240 kg/m³. El Hormigón hecho con este material tiene resistencias muy bajas, alta contracción (por su bajo módulo de elasticidad)y es más que nada usado como aislante. El Hormigón es de secado rápido.
• La Vermiculita es un material con una estructura parecida a la de la mica. Cuando se calienta a 650 a 1000 ºC, se expande varias veces (hasta 30 veces su volumen original) por la exfoliación de las laminillas. La densidad de la vermiculita es entre 60 a 130 kg/m³. El hormigón hecho con este material tiene una resistencia muy baja y muy alta contracción pero es un muy buen aislante.

A veces el material crudo se reduce al tamaño deseado antes de calentar, o puede triturarse una vez que se ha expandido.

1. Agregados obtenidos por procedimientos de enfriamiento especiales para proporcionar la expansión de la escoria de alto horno.

2. La escoria expandida se puede producir por dos procedimientos. Proceso de Surtidor de agua: En el primero se pone en contacto con la escoria fundida una pequeña cantidad controlada de agua en forma de rocío al ser descargada del horno en la producción de hierro. Se genera entonces vapor y este hincha a la escoria todavía plástica por lo que la escoria se endurece en forma porosa. Proceso de Máquina: La escoria fundida se agita con una cantidad controlada de agua. El vapor queda atrapado y hay además formación de gases por reacciones entre los constituyentes de la escoria y el vapor de agua. Produce una densidad de entre 300 a 110 kg/m³ según los procesos de enfriamiento y del tamaño de las partículas y gradación. El Hormigón obtenido tiene densidades de 950 a 1750 kg/m³

3. Agregado de escoria de hierro vítreo o ceniza: se obtiene de los residuos de hornos industriales de alta temperatura, fusionados o aglutinados en grumos. La escoria debe ser libre de variedades o elementos perjudiciales que puedan expandirse en el Hormigón, que ocasiona falta de solidez. Hay que tener en cuenta los contenidos de sulfatos solubles y los límites de pérdida de ignición sobre todo para hormigones exteriores. Generalmente no es recomendado para hormigones armados u hormigones que requieran durabilidades importantes.

El hierro puede manchar la superficie por lo tanto debe retirarse. La falta de solidez debida a la cal puede evitarse si se deja a la escoria humedecida durante varias semanas, tal que la cal se apague y no se expandirá en el Hº. Carbonilla, es similar a la escoria vítrea pero menos quemada y menos aglutinado. Los hormigones tienen densidades de entre 1100 a 1400 kg/m³, pero suele también usarse arena para mejorar la trabajabilidad, lo que lleva a densidades entre 1750 a 1850 kg/m³. Las partículas más pequeñas tienen poros más pequeños, debido a que en el proceso de trituración la fractura se produce por los poros más grandes. Esto lleva a que a diferencia de los agregados de densidades normales, la gravedad Específica de las partículas finas es más alta que las más gruesas. Los agregados artificiales, son fabricadas en condiciones muy controladas por lo que resultan mucho menos variables que los agregados naturales.

Según CIRSOC 202 Los agregados livianos estarán constituidos por partículas de las características establecidas en la norma IRAM 1 567. Cuando las partículas sean obtenidas por procesos de expansión, sinterización o calcinación, tales que sus partículas presenten superficies externas selladas y de poros cerrados, después de salir del horno no serán sometidas a proceso alguno de trituración. Cuando las partículas tengan superficies externas de las características que acaban de indicarse, el porcentaje de partículas fracturadas, determinado como promedio de los resultados de 3 recuentos de partículas realizadas sobre igual número de porciones distintas, obtenidas de una misma muestra representativa del agregado liviano del tamaño nominal a emplear en obra, no excederá del 5,0%. La muestra tendrá una masa total de por lo menos 2,0 kilogramos. Los agregados livianos cumplirán todas las exigencias establecidas en la norma IRAM 1 567 "Agregados livianos para hormigón estructural" que no se opongan a lo especificado en este Reglamento. Cuando se reemplace el agregado fino liviano por otro de densidad normal y de partículas redondeadas, éste cumplirá las especificaciones establecidas en los artículos 6.3.1.1 y 6.3.2.1.1 del Reglamento CIRSOC 201. El porcentaje del material que pasa por el tamiz IRAM 300 um no será menor del 20,0%. Cuando el agregado fino natural disponible no cumpla esta condición, se lo mezclará con otro agregado fino natural de partículas redondeadas, en la proporción necesaria para dar cumplimiento a dicha exigencia, o se incorporará una adición mineral pulverulenta, (ver el art. 6.4.2 del Reglamento CIRSOC 201), que permita cumplir la condición establecida. Queda expresamente prohibido el manipuleo y transporte de los agregados livianos mediante métodos, procedimientos y equipos que produzcan la fractura, desmenuzamiento y segregación de las partículas. El tamaño máximo del agregado grueso no excederá de 25 mm. Los hormigones de clases de resistencia HL – 21 y mayores se elaborarán con agregados gruesos de tamaños nominales menores (12,5 a 4,75 mm y 9,5 a 2,0 mm. Cuando se empleen agregados gruesos de tamaño nominal 12,5 mm a 4,75 mm y 9,5 mm a 2,0 mm el agregado total estará constituido por lo menos por dos fracciones de partículas que se almacenarán y medirán separadamente. Una de ellas será el agregado fino. Cuando el agregado fino esté constituido por una mezcla de agregado liviano y agregado natural de densidad normal, cada fracción de agregado se almacenará y medirá separadamente. Para los tamaños nominales 19 a 4,75 mm y 25,0 a 4,75 mm, el agregado grueso estará constituido por lo menos por dos fracciones separadas por el tamiz de 12,5 mm. Dichas fracciones se almacenarán y medirán separadamente. La mezcla de las dos fracciones en proporciones adecuadas deberá tener la granulometría establecida en la norma IRAM 1567 para el tamaño nominal de que se trate. d) El material pulvurulento que pasa el tamiz IRAM 300 m (adición mineral pulverulenta) no se considerará como una fracción granulométrica del agregado total.

Propiedades del Hormigón de Áridos Livianos

• Permiten que los rangos de densidades oscilen entre 300 a 1850 kg/m³
• Los rangos correspondientes de resistencia van entre 0.3 a 40 Mpa e incluso mayores
• Las resistencias más elevadas se obtienen con contenidos elevados de Cemento (500 kg/m³. Puede necesitarse hasta 70% más que con agregados normales.
• Todos los agregados livianos producen hormigones totalmente diferentes entre si por lo que se requiere un cuidadoso control.
• Las propiedades del Hormigón además se ven afectadas por la graduación del agregado, el contenido de cemento y la relación agua / cemento por lo que es difícil clasificar al Hº según el agregado usado.
• La conductividad térmica está relacionada con la densidad
• Los agregados livianos tienen mayor y más rápida absorción de agua
• Las mezclas son más ásperas, lo cual se puede disminuir con el arrastre de aire, reduciendo el requerimiento de agua. Generalmente los contenidos de aire totales por volumen son de 4 a 8% por 20 mm de tamaño máximo de agregado, y de 5 a 9% por 10 mm de tamaño máximo.
• La trabajabilidad desminuye si se usan tanto agregados finos de peso liviano como agregados gruesos de peso liviano por lo que se recomienda usar agregados finos de peso normal y agregados gruesos de peso liviano (Hormigón semiliviano). Generalmente estos hormigones requieren de 12 a 14% menos de agua de mezcla para lograr una misma trabajabilidad que uno liviano.
• Puede incorporarse sustituirse solo parte del agregado fino por agregados finos de peso normal, pero siempre en volúmenes iguales.
• Para la misma resistencia eL E de un Hº liviano es menor que el de un Hº normal, (alrededor de un 24 a 50%) por lo tanto las deformaciones son mayores

Bases para el calculo de las deformaciones

Deformaciones bajo cargas de servicio Hormigón (módulo de elasticidad) Para el cálculo de las deformaciones del hormigón bajo cargas de servicio se recomienda determinar el módulo de elasticidad en forma experimental.

Deformaciones bajo cargas superiores a las de servicio Para el cálculo de las deformaciones del hormigón bajo cargas de corta duración pero superiores a las cargas de servicio, (por ejemplo, para la verificación de la seguridad a pandeo) se podrá usar el diagrama simplificado – E de la figura 1.

Figura 1. Diagrama tensión deformación simplificado del hormigón liviano

• La contracción por fraguado de un Hº semiliviano es menor que la de un Hº liviano.
• Debe protegerse a las armaduras de corrosión por la profundidad de carbonatación que puede ser hasta el doble que para agregados normales, requieren mayores recubrimientos.
• En el caso de escoria vítrea de utilizarse acero este debe estar debidamente protegido.
• El movimiento de humedad ( contracción por fraguado reversible) es mayor para Hormigones livianos que para hormigones normales.
• Los coeficientes de expansión térmica son menores para agregados livianos, esto produce disminución en las deformaciones por variaciones de temperatura, pero puede crear problemas cuando se trabaja con ambos tipos de áridos.
• LA resistencia al congelamiento y deshielo es mayor debido a la mayor porosidad del agregado liviano, siempre que este no haya estado saturado.
• La resistencia al fuego es mayor por que los agregados livianos son menos propensos a astillarse

Cuanto se adapta un Hº , depende de las propiedades deseadas, densidad, costo, resistencia, conductividad térmica. Ej. : Baja conductividad térmica => buen aislamiento => elevación de las temperaturas durante el curado

RETRACCIÓN Para la determinación de la retracción final S y del coeficiente de retracción s, t según la Tabla 45 y la ecuación (60) el Reglamento CIRSOC 201, se podrán usar los mismos valores allí indicados incrementados con el siguiente porcentaje de aumento

Concreto Gaseoso La forma de obtener hormigones livianos es mediante la incorporación de gas en la masa del mortero a los efectos de producir una estructura celular que con tenga vacíos entre 0.1 y 1 mm. La característica de estos vacíos es que su piel que debe resistir el mezclado y la compactación. El hormigón que resulta de este proceso se llama Gaseoso o Celular, aunque no se lo debería llamar hormigón debido a que no hay agregado grueso en él.

Se pueden obtener de dos maneras: a) Hormigón Gaseoso: Mediante reacciones químicas que generan un gas en el mortero fresco de modo que la consistencia del mismo debe ser tal que permita que el gas se expanda pero no se escape. Por lo tanto se combinan la velocidad de evolución del gas, la consistencia y el tiempo de fraguado. El mas usado en este proceso es el polvo de aluminio, que se divide finamente en proporciones del orden del 0.2% de la masa de cemento, puede usarse además polvo de zinc, aleaciones de aluminio o peróxido de hidrógeno. Reacciona entonces el polvo activo con el hidróxido de calcio o los álcalis, y en esta reacción se liberan burbujas de hidrógeno. b) Hormigón Espumoso: Se produce por la adición de un agente espumoso (jabones de resina o proteínas hidrolizadas) a la mezcla. Se realiza el mezclado a alta velocidad y el agente incorporado estabiliza e introduce burbujas a la mezcla. A veces se incorpora directamente una espuma estable en una mezcladora común. Puede hacerse sin arena para propósitos no estructurales como el aislamiento se obtienen densidades entre 200 a 300 kg/m³. Generalmente sus densidades oscilan entre 50 y 1100 kg/m³ para morteros hechos con arenas muy finas. La resistencia y la conductividad térmica varían en función de la densidad: 500 kg/m³ 3 a 4 Mpa 0.1J/m³s ºC/m 1400 kg/m³ 12 a 14 Mpa 0.4 J/m³s ºC/m (10 veces mayor que para Hº comunes) El módulo de Elasticidad del Hº gaseoso está entre 1.7 y 3.5 Gpa, este tipo de hormigones tiene mayor movimiento térmico, mayor contracción de fraguado y mayor movimiento de humedad, pero esto puede ser mejorado con curado de vapor a alta presión (autoclave.

Usos: Principalmente se usa para depósitos de asilamiento de calor por su baja conductividad térmica y por sé incombustible. Estructuralmente se usa para bloques con curado en autoclave o elementos premoldeados. Se usa para pisos.

Ventajas y Desventajas: Puede aserrarse, clavarse es bastante durable. Tiene alta absorción de agua pero el índice de penetración del agua es bajo porque no se llenan los poros más grandes. Tiene resistencia medianamente buena al congelamiento y puede usarse en la construcción de muros. En el caso de ser armado el acero puede ser corroído, por lo que necesita protección, estas generalmente implican un detrimento de la adherencia.

Hormigón sin Finos: Este hormigón se obtiene omitiendo el agregado fino de la mezcla por lo que hay una aglomeración de partículas de agregado grueso. Cada partícula se encuentra rodeada de la pasta de cemento en un espesor de 1.3 mm. Dentro del cuerpo existen grandes poros, esto produce resistencias menores, pero debido a que estos poros son importantes no hay movimiento capilar dentro del hormigón, y por lo tanto baja penetración de esta. La densidad de estos agregados depende de la curva granulométrica del árido grueso que usemos, cuando se usan agregados de un mismo tamaño la resistencia disminuye 10% respecto a los agregados bien graduados de la misma gravedad específica. La condición es que ningún agregado debe ser menor a los 5 mm. Deben evitarse los agregados con aristas angulosas porque puede producirse trituración local. Este hormigón requiere muy poca compactación y solo se aplica vibración por periodos cortos, si no la pasta de cemento tiene a escaparse. No tiene problemas de segregación por lo que puede ser lanzado de alturas significantes. Su resistencia varía entre 1.4 y 14 Mpa, según sea su densidad. En este tipo de Hormigones existe un valor óptimo para la relación agua cemento para cualquier agregado. Si la relación a/c es mayor la pasta de cemento tenderá a drenarse de las partículas de agregado y si fuera demasiado baja la pasta no sería lo suficientemente adhesiva y no se formaría la composición entre agregados y pasta. Generalmente la óptima está entre 0.38 y 0.52. dependiendo del contenido de cemento necesario para recubrir el agregado. El Hormigón sin finos tiene muy poca cohesión por lo tanto es imprescindible mantener el encofrado el tiempo necesario para que adquiera suficiente resistencia. El curado es muy importante por el escaso espesor de la capa de pasta de cemento alrededor de los áridos. La contracción por fraguado es menor que la del concreto normal porque es limitada por el gran contenido de agregados existentes. La contracción inicial es alta porque gran cantidad de pasta de cemento que da expuesta al aire. Tiene baja conductividad térmica 0.22 J/m²s ºC/m con agregados livianos y 0.80 J/m²s ºC/m con agregados de peso normal. Tiene buen comportamiento frente a ciclos de congelamiento ya que en él no existen capilares, esto siempre y cuando los poros no estén saturados, en tales casos se deterioraría de inmediato. Su alta absorción de agua (12%) lo hace no apto para el uso en cimentaciones, requiere un enlucido en las paredes externas de ambos lados, para así reducir la permeabilidad del aire. Si las paredes tienen usos "acústicos" debe ser relucido solo un lado. Su resistencia es obviamente menor a la del Hormigón normal, pero su reducción importante de peso lo hace apto para su uso en edificios. Generalmente no se lo usa armado, en caso de optar por esto deberá preverse la protección total de todas las armaduras mediante una pasta de cemento para mejorar las condiciones frente a la erosión y de adherencia, por ejemplo con Hº proyectado. Es bastante económico porque los contenidos de cemento son relativamente bajos (70 a 130 kg/m³) para mezclas pobres

Recubrimiento de la armadura de acero Para las estructuras de hormigón liviano, la Tabla 15 del CIRSOC 201 debe reemplazarse por la Tabla 5 que sigue. Para elementos premoldeados de hormigón con hormigonado posterior in situ, rige el tercer párrafo del artículo 13.2.1 del CIRSOC 201. Tabla 5. Recubrimiento mínimo de hormigón en mm referido a las condiciones ambientales (ver también CIRSOC 201, figura 1)

1) En mallas soldadas de acero para hormigón de barras individuales ds > 8,5 o de barras dobles ds > 6,5 mm el recubrimiento de hormigón debe ser por lo menos 20 mm 2) Para barras gruesas de armadura el recubrimiento es por lo menos 35 mm para ds = 25 mm; 1,5 dsv para paquetes de barras con dsv 25 mm 3) Las estructuras de hormigón liviano expuestas a ambientes 3 y 4 según la Tabla 15 de CIRSOC 201 deben realizarse con hormigón impermeable. La máxima penetración de agua no debe superar 5 cm en el caso de ambiente 3 y no debe superar 3 cm en el caso de ambiente 4 Para iguales espesores de recubrimiento de las armaduras, el hormigón liviano, en general, ofrece mayor resistencia a la acción del fuego que el hormigón de densidad normal.

MODULO DE DEFORMACIÓN LONGITUDINAL A falta de datos más precisos y de resultados de ensayos, se podrá estimar para los cálculos el módulo de elasticidad longitudinal (módulo secante) Eb, mediante la expresión siguiente tomada del A.C.I.

Eb = 0,043

Eb en MN/m2

’bk en MN/m2

en kg/m3

Esto conduce a los siguientes valores:

2. Hormigones con Fibras

El hormigón con fibras se define como un hormigón, hecho con cemento, que contiene agregados finos y gruesos y fibras discontinuas. Las fibras pueden ser naturales o artificiales que tienen como fin reforzar la masa del cemento incrementando la resistencia a la tensión ya que se retarda el crecimiento de las grietas y aumentar la dureza transmitiendo el esfuerzo a través de la sección agrietada. El refuerzo de fibras mejora la resistencia al impacto y la resistencia a la fatiga y disminuye la contracción por fraguado.

Las fibras que más se utilizan son de acero, de vidrio y de polipropileno y por otro lado las de Carbono y Aramida. Las propiedades son las que se muestran en la tabla a continuación:

Las cantidades usadas de fibra van entre el 1 al 5% por volumen, y sus propiedades deben ser bastante más altas que las de matriz. El flujo plástico de las fibras debe ser muy bajo para que no ocurran esfuerzos por relajación. El módulo de Poisson debe ser similar para que no ocurran esfuerzos laterales inducidos, que pudiera afectar la adherencia entre las superficies de contacto.

Las características que se tienen en cuenta de las fibras son: Relación de forma L/d (longitud /diámetro medio) Forma y Textura de la superficie Longitud Estructura El esfuerzo máximo que puede soportar la fibra depende de su relación de forma s t = t · (L/d)t : Resistencia de adherencia entre superficies de contacto Se define además Lc, como la longitud crítica de la fibra de manera que L<Lc La fibra saldrá de la matriz por falla de adherencia L>Lc La fibra falla por tensión La longitud de la fibra debe ser mayor que el tamaño máximo de las partículas de agregado. La adherencia mejora en fibras de superficie rugosa, extremos agrandados. La orientación de la fibra también influye siendo máximo el beneficio cuando la fibra es unidireccional y paralela al esfuerzo de tracción aplicado y es de menor influencia cuando se orientan al azar en tres dimensiones. Los contenidos más altos de fibra, conducen a mayores resistencias. Sc = A·Sm · (1- Vt) + B·Vt (L/d) Sc y Sm = Resistencia última del compuesto y de la masa respectivamente V= Fracción del volumen de fibras A= constante que depende de la resistencia de adherencia y de la orientación de las fibras.

Hormigones con fibra de acero: En este caso las fibras tienen diámetros entre 0.3 a 1 mm y su longitud 25 a 75 mm. Suelen tener diversas formas siendo las onduladas y las ganchudas las más comunes. Los aceros que se usan son aceros al Carbono o inoxidables. El mezclado de las fibras se realiza al final del proceso de amasado, Estos hormigones tienen menos docilidad que los hormigones tradicionales. Debe preverse una dispersión uniforme de las fibras y prevenirse una segregación o enredo de las fibras. Estos hormigones tienen mayores contenidos de cemento (de 300 a 500 kg/m³) y de agregado fino como así también tamaños menores de agregado grueso. El hormigón con fibra de acero se usa también como hormigón proyectado. El contenido de fibra generalmente está entre 1 al 3% en volumen y con el aumento de este se incrementan las propiedades mecánicas pero se perjudica la trabajabilidad. Por ejemplo la resistencia a flexión se incrementa de 2 a 3 veces respecto a la de un hormigón no reforzado, creciendo con la relación de forma de las fibras. La resistencia al impacto crece entre 4 a 6 veces respecto al hormigón normal. Resultan muy caras, el 1% de agregado de fibras de este tipo implica duplicar el costo del Hormigón aproximadamente. Se usan para Pavimentos industriales, pistas de aeropuertos, elementos prefabricados, túneles evitando así la colocación de la malla electro soldada. Son más vulnerables a la corrosión que el Hormigón armado convencional, aunque su comportamiento es muy bueno si no hay figuración. Cuando el ambiente es agresivo el hormigón tiende a fisurarse por lo que es imprescindible el uso de acero inoxidable.

Hormigones con fibra de vidrio La longitud de este tipo es de hasta 40 mm y los contenidos usuales son de alrededor del 5%. Su mezclado es diferente al de las fibras de acero, por ejemplo cuando se trata de capas delgadas, las fibras en madeja se alimentan dentro de una pistola de aire comprimido que las corta y las rocío con la lechada de cemento. Lo que se denomina colocación por proyección. La fibra de vidrio debe ser resistente al ataque del álcalis del cemento. Son muy utilizadas en paneles de Fachadas más que nada con propósitos arquitectónicos o de revestimiento. También se usa para tabiques antifuego, muros antirruido y como encofrados perdidos.

Hormigones con fibra de polipropileno: En este caso las fibras son de polímeros, (plásticas) son también resistentes a los álcalis. El problema que tienen es que sus propiedades mecánicas son bajas (con módulos de elasticidad pequeños y adherencia reducida) Las longitudes de las fibras van entre 10 a 60 mm. Estas son agregadas en la hormigonera en cantidades de 1 a 3% del volumen. Se usan mayormente como refuerzo de morteros, controlando la fisuración por retracción, para elementos prefabricados (mejoran la resistencia al impacto y al fraccionamiento de las piezas terminadas) y para Hormigones proyectados, en los que se producen menores pérdidas por rebote y se consiguen mayores espesores sin descuelgues de material.

3. Hormigones con polímeros

Los polímeros son cadenas de monómeros, que según su estructura química cuenta con diferentes propiedades y particularidades. Estos elementos tienen alto peso molecular. Los polímeros pueden ser termoplásticos o termoestables. Los primeros cuentan con cadenas largas, lineales y paralelas que no se unen transversalmente y presentan propiedades evidentes ante cambios de Temperatura. Los termoestables tienen cadenas orientadas al azar que si se enlazan transversalmente y no muestran variación ante los cambios de temperatura. Estos materiales son químicamente inertes pero presentan el inconveniente de tener un módulo de Elasticidad bajo y un flujo plástico alto, además tienden a degradarse con el sol, agentes químicos, microorganismos, etc. Esto puede ser disminuido mediante el uso de antioxidantes y estabilizadores para reducir la oxidación y la degradación ultravioleta. Los materiales más usados son las formulaciones epóxicas, resinas acrílicas, poliéster, poliuretanos, etc. Se usan para producir tres tipos de compuestos: Hormigón – Polímero, Hormigón impregnado con polímero y Hormigón de cemento portland polímero. Hormigón impregnado con polímero se seca el Hº común y se lo satura con un monómero, luego por radiación gama o por métodos térmicos se produce la polimerización. Esto se hace generando radicales libres. Estos hormigones tienen resistencia a tracción compresión e impacto mayores, los módulos de elasticidad más altos u menor flujo plástico y contracción por secado. Tiene mayor resistencia a los ciclos de congelamiento y deshielo, y al ataque químico, esto se debe a que la porosidad y permeabilidad de estos hormigones son más bajas. Presentan el problema de que su coeficiente de conductividad térmica es mas elevado y que las propiedades se deterioran una vez que ha sido expuesto al fuego. Este tipo de Hormigones resulta de muy alto costo, aunque puede impregnarse parcialmente algunos miembros de la estructura. Hormigón Polímero: se forma al polimerizar un monómero mezclado con agregado a temperatura ambiente. Cuando se adiciona silane al sistema monómero este actúa como acoplador y mejora la adherencia en las superficies de contacto entre el polímero y el agregado, así como la resistencia del compuesto. Lo más importante es cuidar que el agregado que se use en este hormigón debe tener un contenido de humedad bajo y graduarse para ser trabajable. La forma de trabajarlo para el colado es similar al Hormigón común. Algunos de estos son muy volátiles pudiendo producir mezclas explosivas por lo que hay que tener cuidado y trabajar con los elementos adecuados. Generalmente se usa en reparaciones rápidas, en la fabricación de muros precolados reforzados con fibra, en bloques, tubos de pared delgada etc. Hormigón de Cemento Portland Polímero: Se agrega al Hormigón fresco un polímero en forma de solución acuosa o un monómero que es polimerizado in situ. Se usan con un agente anti espumante para que no quede demasiado aire atrapado. Tiene mayor durabilidad y adhesión que los hormigones comunes. Tienen resistencias alta a la congelación y deshielo y a la abrasión y al impacto. El flujo plástico es mayor que en el hormigón común. Se usa para cubiertas para puentes, tableros, reparaciones

4. Hormigones Proyectados

Son hormigones enviados a través de una manguera y proyectado neumáticamente a gran velocidad contra una superficie. La fuerza del chorro produce la compactación del material contra la superficie, y permite que el Hormigón permanezca en esa posición, incluso cuando las superficies son verticales. Se usa para secciones finas y ligeramente reforzadas como bóvedas o techos, cubiertas de túneles. Se usa para hacer reparaciones de Hormigones normales deteriorados, estabilización de taludes de roca, etc. El hormigón proyectado va adquiriendo espesor hasta 10 cm, por esto no se necesita encofrado, pero por otro lado su contenido de cemento es más elevado y los equipamientos y capacitación necesarios para realizar este tipo de trabajo son más caros que en el Hormigón común. Hay dos procesos para el proyectado, uno se mezclan el cemento y los agregados y son llevados a una alimentadora mecánica donde la mezcla es transferida por un distribuidor a velocidad conocida en una manguera que conduce a una boquilla, dentro de esta se adapta un tubo perforado que incorpora el agua presurizada para mezclar con los otros ingredientes, luego la mezcla es proyectada a gran velocidad. En el proceso de vía húmeda, todos los elementos son mezclados, esta mezcla se introduce en la cámara del equipo y desde allí es enviada mediante una bomba, esta se inyecta en una boquilla donde neumáticamente se le da gran velocidad. Este proceso permite mayor control del agua que se le coloca a la mezcla que se mide en la premezcla. Pueden incorporarse aditivos y las condiciones de trabajo son mejores que para el caso de la mezcla seca. LA consistencia del Hº proyectado debe ser relativamente seca para que el material se sostenga en cualquier posición, y debe estar lo suficientemente húmeda para lograr la compactación sin excesivo rebote. Generalmente las partículas gruesas tienden a rebotar, esto debe ser debidamente observado para que no se produzcan acumulaciones de material de rebote en posiciones que serán incorporadas a las capas siguientes. Los rangos de relaciones a/c son de 0.35 a 0.50 con poca exudación. Los tamaños máximos de agregados son de 15 mm para hormigón y de 8 mm para gunita. Es muy importante el curado de estos hormigones ya que el secado rápido se produce por la alta relación superficie/volumen. Se recomiendan las secciones poco armadas y las capas delgadas.

5. Hormigones de Alta Resistencia

Los Hormigones se clasifican según su resistencia en: Hormigones convencionales s bk £ 50 Mpa Hormigones de Alta Resistencia 50 Mpa < s bk £ 100 Mpa Hormigones de muy alta resistencia s bk >100 Mpa El principio de los Hormigones de alta resistencia es el uso de agregados bien graduados y de buena calidad. Entonces se logra una baja porosidad con contenidos de cemento de alrededor de los 500 kg/m³, relaciones a/c bajas (menores de 0.35) y compactaciones adecuadas y bien curados. Por supuesto que para lograr que estas mezclas sean trabajables debe agregarse un superplastificante. Las porosidades tan bajas pueden conseguirse por el uso de partículas de sílice mucho más pequeñas que las del cemento portland y a la baja relación a/c de la mezcla. Estas se denominan microsílice y se agrega entre el 4 al 10% del peso del cemento. Los áridos gruesos son de machaqueo de rocas resistentes, es necesario cuidar la limpieza y la forma de los mismos. El tamaño máximo será de 12.5 mm. Los áridos finos serán 2/3 de los áridos gruesos. El superfuidificante que se agrega llega a ser entre el 15 y el 25% del peso del cemento. Este tipo de Hormigones permiten reducir el tamaño de los elementos estructurales y resulta en ventajas económicas. Tiene gran resistencia a compresión. Tienen menores deformaciones instantáneas porque su E es mayor. En cuanto a las diferidas tiene menor fluencia lo que es esencial para hormigones pretensados. Debido a las compacidades que se logran resultan más durables. Lamentablemente aún no se han profundizado los estudios en este tema y estos hormigones requieren cuidados especiales y requieren ensayos de laboratorio e incluso a escala industrial. La normativas para hormigones comunes no son aplicables a este tipo. Son más caros porque requieren materiales de muy buena calidad y controles estrictos.

Autor:

Martín Bustos