El hormigón experimenta un proceso de
endurecimiento progresivo que lo transforma de un material plástico en un
sólido, producido por el proceso físico-químico complejo de larga duración.
En esta etapa, 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.
Estas propiedades son: La densidad, la
resistencia, las variaciones de volumen y las propiedades elásticas del
hormigón endurecido, entre otras:
- Densidad del Hormigón
La densidad de hormigón se define como
el peso por unidad de volumen.
Depende de la densidad real y de la
proporción en que participan cada uno de los diferentes materiales que
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 2.55Kg/dm3.
La densidad normalmente experimenta
ligeras variaciones con el tiempo, las que provienen de la evaporación del agua
de amasado hacia la atmosfera y que puede significar una variación de hasta un
7% de su densidad inicial.
Esta puede ser variada
artificialmente, ya sea por debajo o sobre los valores mencionados,
constituyendo en este caso los denominados hormigones livianos o pesados, respectivamente.
- Hormigones livianos: Se obtienen por medio de la incorporación de aire, ya sea directamente en la masa de hormigón o incorporada en los áridos utilizando áridos livianos. Se utiliza principalmente cuando se desea obtener aislación térmica y acústica mayores a la del hormigón convencional.
- Hormigones
pesados: Se obtienen
mediante el uso de áridos mineralizados, cuya densidad real es mayor que la de
los áridos normales, se utiliza principalmente cuando se desea obtener
aislación contra partículas radiactivas.
- Resistencia del Hormigón
La resistencia es una de las
propiedades más importantes del hormigón principalmente cuando se le utiliza
con 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 sobrepasan su
capacidad resistente se producirán fracturas, primero de origen local y
posteriormente generalizadas, que podrán afectar la seguridad de la estructura.
Por este motivo, los elementos
estructurales deben ser dimensionados de manera que las tensiones producidas no
sobrepasen la capacidad resistente del material constituyente, lo cual muestra
la importancia de conocer esas características.
Dentro de la resistencia del hormigón
podemos encontrar dos tipos:
- Resistencia a Compresión: Característica mecánica más importante de un hormigón, su determinación se efectúa mediante el ensayo de probetas empleadas para determinar la resistencia a la compresión, son de forma cubica o cilíndrica. De las primeras, se emplean de preferencia las de 15 y 20cm de arista, y para las segundas, las de 15cm de diámetro y 30cm de altura.
Figura Nº12 - Ensayo de compresión
- Velocidad de aplicación de la carga de ensayo
- Estado de las superficies de aplicación de la carga de ensayo
- Centrado de la carga de ensayo
Las características del hormigón
también condicionan de manera importante su resistencia a la compresión.
- Resistencia a Tracción: La resistencia a la tracción del hormigón ha sido menos estudiada que la resistencia a la compresión, en parte debido a la mayor incertidumbre que existe para su determinación.
Existen 3 formas distintas de
ejecución de los ensayos: por tracción directa, por flexión y por tracción
indirecta, cada uno de las cuales conduce a valores sensiblemente diferentes.
- Ensayo de Tracción Directa: Consiste en la aplicación de dos cargas opuestas colineales con el eje de la probeta que se ensaya. El ensayo se efectúa adhiriendo una probeta prismática a las placas de la prensa que aplica las cargas de tracción.
- Ensayo de Tracción por Flexión: consiste en someter a una vigueta de hormigón a un ensayo de flexión mediante una o dos cargas concentradas.
- Ensayo de Tracción Indirecta o hendimiento: Consiste en someter aun probeta cilíndrica o cubica a una carga lineal concentrada según dos ejes longitudinales opuestos. Al aumentar las cargas, la rotura se produce por tracción según el plano formado por los ejes de carga
- Variaciones de Volumen del Hormigón
El hormigón experimenta variaciones de
volúmenes, dilataciones o contracciones, durante toda su vida útil por causas
físico –químicas.
La variación de volumen deriva de las
condiciones de humedad y se denomina
retracción hidráulica, y las que tienen por causa la temperatura, retracción
química. Por su parte, de las originadas por la composición atmosférica, la más
frecuente es producida por el anhídrido carbónico, y se denomina carbonatación.
- Retracción Hidráulica: La retracción hidráulica del hormigón se origina por dos causas principales:
- Endógenas al hormigón, que derivan de variaciones de volumen producidas en la pasta del cemento durante el proceso de fraguado y endurecimiento. Esta variación consiste en una contracción, pues el volumen absoluto de los compuestos hidratados es menor que el de los compuestos originales del cemento.
- Retracción Térmica: El hormigón experimenta variaciones de volumen causadas por la temperatura, las cuales pueden prevenir tanto externamente de la temperatura ambiente como internamente de las generadas durante el fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento, proceso exotérmico.
- 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 anhídrido carbónico del aire, produciendo carbonato de calcio, combinación química que tiene un carácter contractivo, por lo cual el espesor de hormigón disminuye su volumen inicial, generándose la denominada retracción por carbonatación.
- Propiedades Elásticas y Plásticas del
hormigón
El conocimiento de las propiedades elásticas del hormigón es necesario para establecer la relación entre tensiones y deformaciones, aspecto que adquiere gran importancia en algunos problemas de tipo estructural.
Las propiedades plásticas son necesarias para evaluar el comportamiento a largo plazo en elementos sometidos a tensión permanente.
- 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. En otros materiales designados inelásticos, en cambio, el módulo de elasticidad depende del valor de la tensión aplicada.
- Propiedades Plásticas: Esta propiedad se presenta cuando una determinada carga permanece aplicada un largo tiempo, produciéndose una deformación denominada fluencia del hormigón.
El conocimiento de la fluencia es necesario para el análisis estructural en el caso del cálculo de deformaciones en elementos de hormigón armado.
- Permeabilidad del Hormigón
El hormigón es un material permeables, es decir que, al estar sometido a presión de agua exteriormente, se produce escurrimiento a través de su masa.
El grado de permeabilidad del hormigón depende de su constitución, y cuenta con un rango de permeabilidad relativamente amplio, por lo cual es conveniente conocer el mecanismo mediante el cual se produce el escurrimiento de agua en el hormigón.
El agua puede escurrir en el interior del hormigón a través de dos vías:
- La discontinuidad (poros y fisuras) de la pasta de cemento, producida principalmente por la porosidad derivada del agua introducida en el hormigón para otorgarle trabajabilidad necesaria y por las microfisuras producidas por las variaciones de volumen interna por retracción hidráulica y térmica.
- La porosidad existente en el contacto entre la pasta de cemento y los áridos constituyentes del hormigón, que proviene principalmente de su insuficiente relleno de los huecos del esqueleto constituido por los áridos por parte de la pasta de cemento.
Durante toda la vida útil, el hormigón está permanentemente expuesto a las acciones provenientes de agentes externos e internos, que pueden afectar su durabilidad si no se les tiene debidamente en cuenta.
Estas
acciones pueden ser producidas por agentes físicos o químicos:
- Acción de los Agentes físicos: Los agentes que producen efectos de mayor importancia en el hormigón son los derivados de las variaciones de tipo ambiental y de procesos erosivos.
- Variación de Temperatura: Las variaciones de mayor importancia, por la magnitud de sus efectos, son las derivadas de los ciclos alternativos con temperaturas bajo y sobre 0º C. Dependiendo del rango de variación de estos ciclos, principalmente de las temperaturas de bajo 0ºC, y del estado saturado del hormigón, el agua contenida en sus poros puede congelarse, produciéndose un proceso expansivo de gran magnitud que puede causar una desintegración paulatina del hormigón.
- Variaciones de Humedad: Se manifiestan a través de ciclos alternativos de saturación y secado del hormigón, los cuales por efecto de la tensión superficial del agua contenida en sus poros puede producir un proceso degradante.
Los efectos de procesos erosivos, son los derivados de la abrasión mecánica y de la cavitación.
- Abrasión Mecánica: Se produce por el desplazamiento de materiales sólidos sobre la superficie de un elemento de hormigón. Estos materiales pueden ser cuerpo móviles, vehículos o similares.
- Cavitación: Consiste en el proceso destructivo que experimentan los materiales sometidos a escurrimiento de agua de alta velocidad si existen irregularidades en la superficie en contacto con el agua que lleguen a inducir un despegue de la napa.
- Acciones de los Agentes Químicos: La acción de estos agentes sobre el hormigón pueden ser internamente en el hormigón o bien provenir de acciones agresivas externas.
- Acción de Agentes Internos: Este deriva del aporte de productos que afectan el proceso de fraguado o endurecimiento de la cemento, o bien que generan productos expansivos que dañan su estabilidad.
De este tipo de agentes encontramos el
aporte de los áridos: materia orgánica y los compuestos que producen la
reacción álcali-árido, de naturaleza expansiva.
- Efectos Materia Orgánica: La materia orgánica, aportada por los áridos, afecta el proceso de fraguado de la pasta de cemento, principalmente a través del contenido de acido tánico presente en ella. La magnitud de estos efectos depende, por esta razón, de la cantidad y origen de la materia orgánica presente y su acción se manifiesta en general sobre un retardo del fraguado
- Efecto de los Compuestos Reactivos: Los áridos pueden contener componentes combinables con los compuestos producidos durante el fraguado de la pasta cemento, de estos componentes potencialmente más peligrosos aquellos que en su constitución contienen sílice amorfa, tales como ópalo, la calcedonia y los vidrios volcánicos, los sulfatos y sulfuros de calcio y arcillas expansivas, los cuales al reaccionar forman compuestos expansivos, que pueden llegar a desintegrar el hormigón, debiendo eliminar los áridos que posean estas características.
- Acción Agentes Externos: Existen números compuestos químicos que son susceptibles de producir ataques de distinta magnitud sobre los elementos de hormigón. Cuando un elemento va a estar en contacto con compuestos de naturaleza agresiva, ya sea en periodos prolongados con efectos intensos, o como los de efectos moderados, debe preverse una protección de la superficie del elemento de hormigón.
Información trascrita del Compendio de Tecnología del Hormigón de Hernán Zabaleta, del Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón, 1998. Reedición actualizada Mayo 1992.
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