tema 8: hormigones

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Tema 8: Hormigones. 1. Componentes del hormigón. Proceso de elaboración. 2. Dosificación de hormigones. 3. Propiedades en estado fresco y endurecido. 4. Hormigón en masa, armado y pretensado. 5. Fabricación, puesta en obra y curado del hormigón. 6. Normativa, designación y aplicaciones. 7. Hormigones avanzados. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. GRADO EN F. ARQUITECTURA Y U. Curso 2018-2019. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola Objetivos Docentes: • “Conocer los componentes, características de elaboración y curado, propiedades, dosificación, normativa y designación de hormigones.” • “Clasificar hormigones de acuerdo con las especificaciones de proyecto y la normativa vigente”. • “Conocer las características, componentes, tipos y aplicaciones constructivas de los hormigones convencionales y para aplicaciones especiales.”

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Page 1: Tema 8: Hormigones

Tema 8: Hormigones.1. Componentes del hormigón. Proceso de

elaboración.2. Dosificación de hormigones.3. Propiedades en estado fresco y endurecido.4. Hormigón en masa, armado y pretensado.5. Fabricación, puesta en obra y curado del

hormigón.6. Normativa, designación y aplicaciones.7. Hormigones avanzados.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. GRADO EN F. ARQUITECTU RA Y U.Curso 2018-2019. Escuela Técnica Superior de Arquit ectura.

Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Objetivos Docentes:

• “Conocer los componentes, características deelaboración y curado, propiedades, dosificación,normativa y designación de hormigones.”

• “Clasificar hormigones de acuerdo con lasespecificaciones de proyecto y la normativavigente”.

• “Conocer las características, componentes, tipos yaplicaciones constructivas de los hormigonesconvencionales y para aplicaciones especiales.”

Page 2: Tema 8: Hormigones

El hormigón• Material conglomerado compuesto por cemento, agua,

áridos y aditivos y adiciones.

• La dosificación condiciona las características en estadofresco y endurecido.

• En estado fresco se puede conformar por mediosmecánicos (consistencia y docilidad).

• En estado endurecido es rígido y presenta altaresistencia a compresión y fractura frágil.

• El curado facilita la hidratación del cemento y produceresistencia mecánicas.

• Se utiliza principalmente en elementos estructurales(hormigón armado = hormigón + acero).

Componentes: El cemento• Es el componente activo (reacciona con el agua y los

productos de hidratación unen los áridos).

• Los cementos actuales incorporan adiciones.

• Cuando se mezcla con el agua forma la pasta que rellenalos huecos de los áridos.

• La hidratación es una reacción exotérmica (desprendecalor) requiere de agua suficiente (curado).

• El tipo y clase de cemento condiciona las propiedadesen estado endurecido (resistencia y durabilidad).

• La EHE fija la cantidad mínima y máxima de cemento.

• Un exceso de cemento produce problemas (fisuración).

Page 3: Tema 8: Hormigones

Componentes: Los áridos• Materiales sólidos minerales granulares y componente

mayoritario (40-80 %).

• El tamaño de partícula (granulometría) condiciona elvolumen de huecos y la cantidad de pasta requerida.

• Es difícil encontrar un árido natural con la granulometríaadecuada, por lo que se mezclan dos (gravas y arenas).

• Parámetros granulométricos: tamaño máximo, tamañomínimo, módulo granulométrico y coeficiente de forma.

• Controlan la retracción del material y le dan resistencia.

• Deben ser resistentes y poco porosos.

• Pueden ser rodados o de machaqueo (formas irregulares).

Componentes: El agua

• Cumple con varias funciones:

Confiere plasticidad a la mezcla (estado fresco).

Produce el fraguado del cemento (hidratación).

Deja espacio para la formación de los productos dehidratación.

• La cantidad de agua necesaria depende de la temperatura,el tipo de cemento y árido y la consistencia (aditivos).

• Se dosifica en función del cemento (la EHE fija larelación a/c máxima en función del ambiente).

• En general, cuanto menor es, mayor es la resistencia ymenor es la retracción y la porosidad (permeabilidad).

Page 4: Tema 8: Hormigones

Otros Componentes: Aditivos y adiciones

• Aditivos: Compuestos orgánicos que modifican laspropiedades del hormigón en estado fresco.

• Actúan sobre las partículas de cemento o sobre la pasta.

• Los más importantes son los fluidificantes porquereducen la cantidad de agua necesaria (a/c).

• Adiciones: Compuestos orgánicos (resinas) o inorgánicosque modifican las propiedades en estado endurecido.

• Suelen estar incorporadas al cemento (inorgánicas).

• Reaccionan con los productos de hidratación (cal libre).

• Pueden reducir la durabilidad del hormigón (pérdida depH alcalino y despasivación de armaduras).

Dosificación de hormigones

• Se determina la cantidad de cada componente para actuarsobre las propiedades del hormigón:

Consistencia y docilidad en estado fresco

Resistencia y rigidez en estado endurecido (porosidad).

Durabilidad (resistencia a acciones físico-químicas).

• La relación agua/cemento (a/c) es determinante:

Cuanto más agua, mayor fluidez (docilidad)

El agua que no se combina con el cemento ocupa espacioy cuando se evapora deja huecos (porosidad).

A mayor porosidad, menor densidad y resistencia y mayorpermeabilidad.

Page 5: Tema 8: Hormigones

Propiedades del hormigón

• Son diferentes en estado fresco (plástico) y en estadoendurecido (rígido).

• En estado fresco, debe ser fácil de colocar en molde,limitando la energía de compactación (trabajabilidad).

• Endurecido, debe alcanzar resistencia mecánica y frentea acciones exteriores (durabilidad).

• La correcta hidratación del cemento condiciona laspropiedades en estado endurecido (técnicas de curado).

• Dependen de la dosificación y componentes, amasado,compactación, curado, ambiente y edad del hormigón.

Propiedades del hormigón en estado fresco

• Tiempo de amasado: para obtener una masa homogénease requiere energía mecánica (amasadora).

• Trabajabilidad: facilidad para conformar el material(consistencia y docilidad).

Determina el tipo y tiempo de compactación.

• Segregación: Separación de los componentes por unaincorrecta dosificación o excesiva compactación.

• Retracción: El fraguado y la evaporación de agua nocombinada modifica el volumen del hormigón.

Pueden aparecer tensiones que, si superan la resistenciaa tracción, pueden romper el hormigón (fisuración).

Page 6: Tema 8: Hormigones

Propiedades del hormigón endurecido I

• Porosidad: Depende de la granulometría de los áridos yde la cantidad de pasta y de agua (relación a/c).

Condiciona la densidad, resistencia, permeabilidad,comportamiento higro-térmico y la durabilidad.

• Rigidez y Resistencia: El hormigón es un material rígido(E≅20-30 GPa) con alta resistencia a compresión (MPa):

Tiene una baja resistencia a flexión y tracción (Rc/10).

La rigidez y resistencia del hormigón aumentan con eltiempo (aunque se ralentizan con el tiempo).

Se toman como referencia los valores a 28 días.

H 20 H 25 H 30 H 35 H 40 H 50

Rigidez y resistencia del hormigón (EHE)

• Valor medio (m): media de los valores individuales.

• Valor característico (k): el 95 % de los valores es mayor.

σE0 E

fct,m

ε

fcm

( ) ( ) nMPafMPaf cicm ∑=

( ) 8fMPaf ckcm +=

( ) 3 2ckmct, f3.0MPaf ⋅=

( ) 3cm0 f10000MPaE ⋅=

( ) 3cmf8500MPaE ⋅=

Page 7: Tema 8: Hormigones

Propiedades del hormigón endurecido II

• Fractura: Tiene una fractura frágil (muy poca ductilidad)

• Fluencia: Bajo carga, aumenta su deformación con eltiempo (se reduce E), pudiendo fracturarse por fluencia.

• Durabilidad: Es susceptible de perder sus propiedadespor acción de agentes ambientales:

Ataques químicos Cloruros (corroen las armaduras)

Sulfatos (forman ettringita)

CO2 (carbonata la cal libre)

Ataques físicos Erosión (descohesión de los áridos)

Higrotérmicos (fisuración)

Fuego (Pérdida de resistencia)

Comportamiento mecánico en el tiempo (EHE)

Page 8: Tema 8: Hormigones

Tipos de hormigones

• De acuerdo con su aplicación constructiva, se puedendosificar o combinar con otros materiales:

Hormigón en masa: utilizado como único componente.

Hormigón armado: Combinado con barras o elementosde acero que mejoran la resistencia a flexión(armaduras pasivas).

Hormigón pretensado: Tipo de armado en el que loselementos de acero están tensados y comprimen elhormigón (armaduras activas).

Hormigones avanzados: Incorporan otros componentespara mejorar sus prestaciones (resistencia, fluidez, …)

El hormigón armado

• El comportamiento mecánico de acero y hormigón esmuy distinto (Ehormigón≅ Eacero/10).

• Para que el acero trabaje a tracción, es necesario que elhormigón se fisure (en las zonas traccionadas).

• La compatibilidad radica en la adherencia del cemento(anclaje de las armaduras).

• El acero cumple con dos funciones:

Aumenta la resistencia a flexión de la sección.

Aumenta la ductilidad (la fractura no es tan frágil)

• El medio alcalino del cemento hidratado pasiva lasarmaduras (inhibe la corrosión-oxidación).

Page 9: Tema 8: Hormigones

Fabricación y puesta en obra del hormigón

• El hormigón se puede fabricar en obra o en central.

• El hormigón se coloca en obra de manera discontinua(vertido) o continua (bombeo).

• Dependiendo de la trabajabilidad, será necesarioutilizar procedimientos de compactación:

Consistencia Asiento (cm) Compactación

Seca 0-2 Vibrado enérgico

Plástica 3-5 Vibrado normal

Blanda 6-9 Apisonado

Fluida 10-15 Picado con barra

Puesta en obra por vertido

Page 10: Tema 8: Hormigones

Puesta en obra por bombeo

Precauciones de puesta en obra1. Altura de vertido. Efecto cascada. Presiones sobre

los encofrados.

2. Velocidad de colocación limitada (compactación).

3. Colocación en Tongadas (30 a 60 cm) sucesivascompactadas.

4. Prever juntas de hormigonado (zonas pocosolicitadas).

5. Sobre tierra o roca: evitar succión del agua.

6. Hormigonado bajo el agua: Evitar deslavado.

Page 11: Tema 8: Hormigones

Compactación por vibrado• Tiene por objeto reducir el volumen de aire ocluido.• Se transmite energía a las partículas para facilitar su

colocación, reduciendo los huecos.• No debe utilizarse en hormigones con consistencia

fluida (produce segregación).• Tipos de vibradores: de superficie, internos y externos.• Las frecuencias de vibración bajas movilizan las

partículas gruesas (grava) y las altas el mortero.• El límite de vibración lo determina la aparición d agua

en superficie.• El exceso de vibrado produce la segregación de los

componentes de la mezcla fresca.• Es preferible vibrar poco en muchos puntos.

Vibrado defectuoso

P.J. M.Monteiro

Page 12: Tema 8: Hormigones

Fabricación y puesta en obraMezcla de componentes(En obra o en central)

Colocación en el encofrado (vertido o bombeo)

Compactación(Consistencia y cantidad de armado)

Protección del hormigón (aplicación de técnicas de curado)

Transporte

Inicio del fraguado

Estado fresco

Puesta en obra del hormigón

Page 13: Tema 8: Hormigones

Curado y protección del hormigón

• En edades tempranas (primeras 24 horas) el hormigónes muy sensible a las condiciones higro-térmicas.

• La falta de agua para la hidratación del cemento impidela formación del material, reduciendo sus prestaciones.

• El curado (técnicas que evitan la falta de agua para lahidratación del cemento) puede realizarse por:

Aporte de agua (regado o difusión de agua)

Limitación de la evaporación (por calor o viento)

• También hay que tomar medidas cuando se hormigonaen tiempo frío (congelación) o caluroso.

• En prefabricación se aplican curados acelerados (vapor)

Normativa y designación de hormigones

• Los hormigones para aplicaciones estructurales estánregulados por la Instrucción EHE-08.

• Designación normalizada:

Tipo de hormigón (HM, HA, HP)

Resistencia característica a compresión (MPa)

Consistencia (S, P, B, F) o asiento (en cm)

Tamaño máximo del árido (en mm)

Clase de exposición (agresividad del ambiente)

• Ejemplo:

HA – 30/P/20/IIa (Clase Normal, humedad alta)

Page 14: Tema 8: Hormigones

Calidad y ensayos de hormigones

• La variabilidad de las propiedades del hormigónrequiere de una cuidada ejecución y control.

• Las características del hormigón se controlanrealizando ensayos:

• Estado fresco:

Consistencia Asiento del cono de Abrams

Tiempo del Consistómetro Vebe (seca)

• Estado endurecido:

Resistencias características Compresión

Flexión

Tracción (brasileño)

Ensayos de hormigones en estado fresco

Asiento del cono de Abrams Consistómetro Vebe

Page 15: Tema 8: Hormigones

Ensayos de hormigones endurecidos

Fabricación de probetas

Ensayo a compresión

Refrentado de probeta cilíndrica

Ensayo de tracción indirecta (método brasileño)

P

P

Aplicaciones constructivas de hormigones

• Por su lugar de ejecución se distinguen:

Aplicaciones in-situ: El material se conforma en obra.

Se deben controlar sus propiedades en fresco y endurecido.

Productos prefabricados: El material llega conformado aobra y con sus características finales (endurecido).

• Por su función constructiva pueden ser:

Estructurales: Cimentaciones, pilares, vigas, forjados …

No estructurales: Bloques para particiones , pavimentoscontinuos, conducciones y registros, …

Page 16: Tema 8: Hormigones

Aplicaciones constructivas de hormigones

Estructurales No estructurales

Aplicaciones in-situ

Productos Prefabricados

Hormigones avanzados

• Están dosificados con componentes diferentes a losconvencionales para modificar sus propiedades.

• Tienen características “especiales” en estado fresco y/oendurecido que permiten aplicaciones distintas.

• Algunos son (Recogidos en laEHE-08):Hormigones ligeros (o aligerados)(Anejo 16)Hormigones de elevadas prestaciones (HEP):

Hormigones de alta resistencia (HAR)(< 100 MPa)Hormigones autocompactantes (HAC)(Anejo 17)

Hormigones con fibras(Anejo 14)Hormigones reciclados(Anejo 15)

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Hormigones ligeros• Su característica principal es su baja densidad.

• Se obtiene utilizando aireando la matriz de cemento(celular) o sustituyendo árido por materiales ligeros :

Arcilla expandida (arlita)

Pizarra expandida (vermiculita)

Polímeros espumados (EPS)

Caucho, corcho, fibras, …

• Hormigón ligero estructural (HLE) aquel hormigónde estructura cerrada, con densidad aparente, en seco,≤

2000 kg/m3 y≥ 1200 kg/m3 y que contiene una ciertaproporción de árido ligero, tanto natural como artificial.(EHE-08- Anejo 16)

Hormigones de altas prestaciones

• Se definen como aquellos que tienen una altadurabilidad debido a su baja relación agua / cemento.

• Incorporan un aditivo reductor de agua que proporcionauna alta fluidez para relaciones a/c muy bajas (≅ 0,3).

• Son materiales con muy baja porosidad (permeabilidad)

• Tipos más usuales:

• Hormigones de alta resistencia: Incorporan adicionesmuy reactivas (humo de sílice o cenizas volantes).

• Hormigones autocompactantes: incorporan grancantidad de finos (< 500µ). (EHE-08- Anejo 17)

(No requieren compactación para llenar moldes.)

Page 18: Tema 8: Hormigones

Hormigones de alta resistencia• Se considera hormigón de alta resistencia el que tiene una

R comp > 50 MPa• Para conseguirlo se necesitan materiales con elevadas

propiedades mecánicas (áridos y cemento) con unagranulometría que incremente la compacidad.

• Por encima de 70 MPa se debe incorporar adiciones dealta eficacia (humo de sílice o cenizas volantes).

• Además, la relación a/c debe ser baja (≈ 0,3), por lo quehay que usar superfluidificantes.

• Son muy compactos, poco porosos y tienen bajapermeabilidad (presentan problemas a fuego).

• Son más rígidos que los convencionales y presentanfractura explosiva).

Hormigones de alta resistencia

Page 19: Tema 8: Hormigones

Hormigón Autocompactante (HAC ó SCC)

“Un hormigón que, en estado fresco, puede fluir por su propio peso y llenar completamente un encofrado, incluso en presencia de un armado denso, sin necesidad de ninguna vibración ni procedimiento de compactación, al tiempo que mantiene su homogeneidad en estado fresco”

(ENFARC; Especificaciones y directrices para el Hormigón

autocompactable - HAC, ENFARC, 2002. www.enfarc.org)

Puesta en obra de un HAC

Page 20: Tema 8: Hormigones

Ejecución de cerramientos y particiones con HAC

Ventajas del Hormigón Autocompactante

� Aumento de la velocidad de construcción.� Reducción de mano de obra.� Mejores acabados superficiales.� Mayor facilidad de puesta en obra.� Aumento de la durabilidad del material.� Aumento de las posibilidades de diseño.� Ausencia de ruido en la ejecución.� Aumento de la seguridad en el trabajo.

(Zhu, 2001)

Page 21: Tema 8: Hormigones

Hormigones con fibras

• Incorporan fibras cortas (≅ 40 mm) de diámetroreducido como material de refuerzo a tracción (aumentala ductilidad).

• La distribución aleatoria de las fibras produce uncomportamiento mecánico isótropo (macroscópico).

• Existen diferentes tipos de fibras (Acero, vidrio, PP).

• La aplicación más extendida es el GRC:

Se trata de una matriz de mortero reforzada con fibra devidrio Álcali-resistente (AR).

Su reducida sección no requiere recubrimientosimportantes, consiguiéndose elementos muy delgados.

Hormigones con fibras

(G. Melián 2006)

Page 22: Tema 8: Hormigones

Hormigones con componentes reciclados• Incorporan desechos para reducir el consumo de

materias primas y valorizar residuos(Anejo 15)

• Los residuos pueden ser inertes (áridos o filler) oreactivos (hidráulicos o puzolánicos).

• Los residuos deben cumplir las siguientes condiciones:

Ser de bajo coste, estar disponibles y el reciclaje debesuponer un valor añadido.

Ni los productos ni los procesos pueden ser tóxicos opeligrosos.

• Ejemplos: adiciones industriales (cenizas), restos decantería y residuos de demolición/construcción (áridosreciclados, pesados y ligeros), caucho de neumáticos.

Tema 8: Hormigones.1. Componentes del hormigón. Proceso de

elaboración.2. Dosificación de hormigones.3. Propiedades en estado fresco y endurecido.4. Hormigón en masa, armado y pretensado.5. Fabricación, puesta en obra y curado del

hormigón.6. Normativa, designación y aplicaciones.7. Hormigones avanzados.

Page 23: Tema 8: Hormigones

Glosario de conceptos del Tema•Hormigón •Estado endurecido •Vibrado

•Componentes •Porosidad •Curado

•Cementos para hormigón •Rigidez y Resistencia •Normativa

•Áridos para hormigón •Parámetros mecánicos •Designación

•Aditivos •Valores medios y característicos

•Control de calidad y ensayos

•Adiciones •Durabilidad •Aplicaciones

•Dosificación •Tipos de hormigones •Hormigones avanzados

•Relación a/c •Hormigón armado •Hormigones ligeros

•Propiedades •Fabricación •H Altas prestaciones

•Estado fresco •Consistencia (Asiento) •H Alta resistencia

•Trabajabilidad •Puesta en obra •H Autocompactantes

•Consistencia •Precauciones •H con fibras

•Docilidad •Compactación •H con componentes reciclados

Bibliografía de consulta recomendada.

• Fernández Canovas, M; Hormigón : adaptado a la Instrucción de Recepción de Cementos y a la Instrucción de Hormigón Estructural EHE, 8ª Ed., GARCETA, 2013.

• Mehta, P. K. y Monteiro, P.; Concrete: structure, properties and materials, Prentice-Hall, 3ª Ed, 2013.

• EHE-08 Instrucción de Hormigón Estructural (2008)