Propiedades y Características del Hormigón: Componentes y Comportamiento

Cuestionario sobre el Hormigón

1. Definiciones Clave

Trabajabilidad: La trabajabilidad de una mezcla de hormigón se define como la facilidad con la que esta puede mezclarse, manejarse, transportarse y vaciarse en su posición final con una pérdida mínima de homogeneidad.

Resistencia: El fraguado es el proceso de endurecimiento y pérdida de plasticidad del hormigón (o mortero de cemento), producido por la desecación y recristalización de los hidróxidos metálicos procedentes de la reacción química del agua de amasado con los óxidos metálicos presentes en el Clinker que compone el cemento. (Nota: Esta definición describe el *fraguado*, no la *resistencia*. La resistencia es la capacidad del hormigón endurecido para soportar cargas.)

Durabilidad: El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, la acción de productos químicos y el desgaste, a los cuales estará sometido en servicio.

2. Características de los Áridos

Los áridos influyen significativamente en las propiedades del hormigón. Se pueden clasificar según su efecto en la mezcla:

Árido Excelente: El hormigón presenta mejor trabajabilidad y mayor resistencia.
Árido Regular: El hormigón presenta mejor resistencia, pero menor trabajabilidad.
Árido Malo: El hormigón presenta mejor trabajabilidad, pero menor resistencia.
Árido Muy Malo: El hormigón presenta menor trabajabilidad y menor resistencia.
El árido constituye normalmente alrededor de un 65% a un 75% del volumen total del hormigón y está integrado por partículas granulares de material pétreo de tamaño variable.

3. Condiciones de los Áridos

Condición de Granulometría: Los áridos se utilizan separados en fracciones; cada una tiene una gama distinta de tamaño de partículas, la cual se distribuye por porcentajes, denominada granulometría del árido. Los tamices para áridos están normalizados en NCh 165 y se denominan por su abertura (mm).

Condición de Contenidos de Granos Finos: El hormigón necesita de cierto contenido de grano muy fino, de un tamaño inferior a 0,08 mm, para que tenga una adecuada trabajabilidad. Parcialmente, este aporte es defectuoso por el cemento, el que está normalmente constituido en su casi totalidad por partículas menores a ese tamaño. Un contenido excesivo de finos puede ser desfavorable, pues obliga a un mayor empleo de agua, la cual interfiere en el proceso de cristalización de la pasta de cemento y daña la adherencia entre el árido y la pasta.

Condición de Porosidad: La porosidad del árido está relacionada con la absorción de agua. Una alta porosidad es una característica desfavorable, pues está normalmente asociada a la alterabilidad por parte de los agentes atmosféricos, introduciéndole un factor de variabilidad en el hormigón al dificultar el control de la dosis de agua, debido a la cantidad de agua absorbida por el árido. Los procedimientos para determinar la porosidad de los áridos están en (NCh 1239 para finos y NCh 1117 para gruesos).

Condición de Resistencia Propia:

El árido debe ser capaz de resistir los efectos ambientales y las tensiones internas que le producen las solicitaciones aplicadas sobre el elemento del cual forma parte. Esta última condición es más importante si se considera su forma irregular.
La resistencia de un árido no resulta fácil de medir de forma directa, por lo que se recurre a ensayos indirectos tales como el ensayo a la abrasión (Desgaste de Los Ángeles NCh 1369).
Abrasión máxima: 40% para hormigones sometidos al desgaste.
Abrasión máxima: 50% para hormigones normales.
Un ensayo alternativo puede ser la trituración del árido.
Ensayo de las partículas desmenuzables (NCh 1237), cuando el material se presenta como partículas blandas.

Condición de Estabilidad Físico-Química: Un árido debe ser capaz de resistir las acciones físico-químicas generadas por las condiciones ambientales en las que debe subsistir y de las internas derivadas de su incorporación en el hormigón.

4. Características del Agua en el Hormigón

El agua a utilizar debe ser potable; está permitido su uso sin necesidad de verificar su calidad.
El agua de mar solo puede utilizarse en la preparación de hormigones de resistencia especificada inferior a H15 (150 kgf/cm²).
El agua con contenido de azúcares, en forma de sacarosa o glucosa, no puede ser empleada para la reparación de hormigones.
El agua puede entrar en reacción con los compuestos del cemento, alterando el proceso del fraguado y el endurecimiento de la pasta de cemento, como sucede con las materias orgánicas y los azúcares.

5. Características del Hormigón Fresco

Fluidez del Hormigón: Se caracteriza por la derivación del frotamiento de las partículas granulares entre sí.
Consistencia del Hormigón: Es proveniente de la cohesión de la masa, producida por la atracción entre las partículas.
El conjunto de ambas constituye la docilidad o trabajabilidad del hormigón.
La docilidad es fundamental en la etapa en que el hormigón se mantiene en estado plástico, puesto que condiciona sus características de moldeabilidad que se le desea dar a la masa de hormigón.

6. Explicaciones Adicionales

a) Exudación del Agua de Amasado: Debido a que el hormigón está constituido por materiales de distinta densidad real, tiende a producirse la decantación de los áridos (sólidos) y el ascenso de los componentes más livianos, como la lechada y el agua.

Este efecto debe ser especialmente considerado en las obras de hormigón sometidas a desgastes superficiales y en los hormigones utilizados como material de relleno bajo elementos cuyo fondo es horizontal, como placas de fundación.
La exudación va acompañada por una sedimentación de los materiales sólidos, los que tienden a descender. Este descenso puede significar concentraciones de tensiones internas en los puntos de la estructura, como la variación de espesor de nivel.

b) Variación de Volumen: El agua del amasado del hormigón tiende a evaporarse si este no se mantiene en un ambiente saturado de humedad, con lo cual se produce un proceso de secado progresivo desde la superficie externa hacia el interior.

Este desecamiento progresivo acarrea la formación de zonas de contacto entre fases líquidas (agua) y gaseosas (aire) en los conductos y poros que siempre tiene en su interior el hormigón.
Este fenómeno debe ser combatido, pues las fisuras y/o grietas afectan la durabilidad del hormigón.

c) Falso Fraguado del Hormigón: El cemento puede experimentar un endurecimiento prematuro al ser mezclado con agua para constituir la pasta de cemento.

Este proceso proviene de un comportamiento anómalo del yeso adicionado al cemento en la etapa de la molienda del Clinker, como regulador de su fraguado, el cual, debido a sus altas temperaturas originadas durante la molienda, puede perder parte del agua de cristalización.
El agua perdida es recuperada, extrayéndola del agua de amasado del hormigón, con lo cual el yeso se cristaliza, adquiriendo rigidez.

7. Generalidades del Hormigón Endurecido

El hormigón experimenta un proceso de endurecimiento progresivo que lo transforma de un material plástico en un sólido, producido por un proceso físico-químico complejo de larga duración.
Las propiedades del hormigón evolucionan con el tiempo, dependiendo de las características y proporciones de los materiales componentes y de las condiciones ambientales a que estará expuesto durante su vida útil.
La previsión de las propiedades que posee el hormigón en una etapa determinada de este proceso de endurecimiento no es posible en la actualidad deducirla directamente de las características del proceso, sino que se recurre a los ensayos, que evalúan en forma directa dichas propiedades.

8. Propiedades del Hormigón Endurecido

a) Densidad del Hormigón: La densidad del hormigón se define como el peso por unidad de volumen.

La densidad depende de la densidad real y de la proporción en que participan cada uno de los materiales constituyentes del hormigón.
Para los hormigones convencionales, formados por materiales granulares provenientes de rocas no mineralizadas de la corteza terrestre, su valor oscila entre 2,35 y 2,55 kg/dm³.

b) Resistencia del Hormigón: La resistencia del hormigón es una de las propiedades más importantes, principalmente cuando se ocupa para fines estructurales.

El hormigón, en su calidad de constituyente de un elemento estructural, queda sometido a las tensiones derivadas de las solicitaciones que actúan sobre este.
Si sobrepasa su capacidad resistente, se producirán fisuras, primero de origen local y posteriormente generalizadas, que podrían afectar la seguridad de la estructura.

c) Variación del Volumen Endurecido: El hormigón experimenta variaciones de volumen (dilataciones o contracciones) durante toda su vida útil por causas físico-químicas. El tipo y magnitud están afectados en forma importante por las condiciones ambientales existentes de humedad y temperatura, y también por los componentes presentes en la atmósfera.

d) Retracción Hidráulica: La retracción hidráulica se origina por dos causas principales: endógenas al hormigón y de tensión superficial del agua acumulada en sus discontinuidades internas.

Las causas endógenas se derivan de las variaciones de volumen producidas en la pasta de cemento durante el proceso de fraguado y endurecimiento.

e) Retracción Térmica: El hormigón puede experimentar variaciones de volumen causadas por las temperaturas, las cuales pueden provenir tanto externa (temperatura ambiente) como interna (generada durante el fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento, proceso conocido como exotérmico).

Los efectos, por ser independientes en su generación, pueden superponerse.

f) Retracción por Carbonatación: El proceso de hidratación de la pasta de cemento deja una cierta proporción de cal libre, es decir, sin participar en el proceso químico de fraguado.

Esta cal libre es susceptible de combinarse con el anhídrido carbónico del aire, produciendo carbonato de calcio, combinación química que tiene un carácter contractivo, denominada retracción por carbonatación.

g) Propiedades Elásticas-Plásticas: El conocimiento de las propiedades elásticas del hormigón es necesario para establecer la relación entre tensiones y deformaciones, aspectos que adquieren gran importancia en algunos problemas de tipo estructural.

Las propiedades plásticas del hormigón son necesarias para evaluar el comportamiento a largo plazo en elementos sometidos a tensión permanente.

h) Propiedades Elásticas: La relación entre tensiones y deformaciones se establece a través del módulo de elasticidad.

Para los materiales totalmente elásticos, el módulo de elasticidad es constante e independiente de la tensión aplicada, acostumbrando a designársele como módulo de Young.

i) Propiedades Plásticas: Para las cargas de velocidad normal de aplicación, este presenta un comportamiento plástico cuando una determinada carga permanece aplicada a un largo tiempo, produciéndose en este caso una deformación denominada fluencia del hormigón.

El conocimiento de la fluencia es necesario para el análisis estructural en el cálculo de las deformaciones en elementos de hormigón armado y para determinar la pérdida de la tensión aplicada a una estructura de hormigón pretensado.