Los materiales que forman el hormigón
armado son: el hormigón y el hierro homogeneo (acero dulce colado manufacturado por el
procedimiento Bessemer, Thomas o Siemens Martín, al crisol).
El hormigón se compone de cemento tipo Portland, arena (árido fino) y material pétreo
(árido grueso), a los cuales se les agrega agua para unirlos íntimamente y
transformarlos en una pasta plástica (pastón). Esta pasta posee la propiedad de
endurecerse, desarrollándose previamente el fenómeno conocido bajo el nombre de fraguado.
La buena calidad del hormigón depende de las propiedades que posean sus componentes.
CEMENTOS
Reseña histórica.
En el año 1750 el Ing. .John Smeaton
(Inglaterra} trató de obtener un aglomerarite netamente hidráulico, una especie de
cemento de hoy día, que tuviera la propiedad de endurecerse bajo el agua, - como ya
antiguamente usaban los romanos en sus obras, mezclando la cal con puzolana, producto este
de origen volcánico de color amarillento verdoso o marrón de Pozzuoli, cerca de
Nápoles, capaz de endurecerse en contacto con agua y transmitir esta propieaad a la cal
común.
Este mismo producto, formado por la descomposición de antiguos yacimientos volcánicos se
halla en abundancia en las barrancas del río Rhin (en d'Andernach, valle de Brohlbach)
con el nombre de "trass". Ha servido este producto para preparar mezclas
hidraulicas y fué extensamente usado, por ej., en Holanda en la construcción de obras
marítimas.
Smeaton necesitaba tal tipo de material para construir un faro sobre los peñones de
Eddystone en Inglaterra. Realizó varios y prolongados ensayos con las piedras calcáreas
margosas de Abertaw, coudado de Clamorghan, las que molidas y luego calcinadas daban la
posibilidad de obtener morteros fuertes y que se endurecían en contacto con el agua.
Fué, en realidad, una cal de carácter eminentemente hidráulico, - precursora del actual
cemento artificial tipo Portland de fragüe lento. El faro, construido con este máterial,
fué demolido 120 años después, a fuerza de dinamita.
En 1795 Parkes (Inglaterra) descubre en la isla Scheppey piedras calizas con 35 % de
arcilla (sílice y alúmina) con las cuales logra obtener un ligante propiamente
cementlcio al que da el nombre de `'cemento acuático".
El Ing. Vicat (Francia) en 1818 se dedica al estudio de los productos calizos (molidos
calcinados) y establece por vez primera las normas de: fraguado, endurecimiento,
resistencia a compreslon y traccion, sutileza de molienda índice de hidraulicidad las
propiedades químicas.
Pero recién en el año 1824 un albañil inglés, Joseph Aspdin, consiguió fabricar un
material cementicio por trituración y calcinación de piedra calcárea y arcilla. E1
elemento calcáreo lo recogía en los caminos, triturado por los vehículos, y lo mezclaba
con arcilla molida. Esta mezcla la sometía a la calcinación en hornos rudimentarios y
así obtuvo el "clinker" que volvía a moler para obtener cemento en polvo. A
este producto Aspdin le dió el nombre de "Cemento Portland", por tener la
dureza y color semejantes a las piedras de las canteras de Portland en Inglaterra. Los
hijos de Joseph Aspdin, James y William, desarrollaron y perfeccionaron la fabricación
del cemento.
Cemento común, tipo Portland.
En general, tal designación corresponde
siempre al cemento artificial común de fraguado lento. Es un aglomerante eminentemente
hidráulico y su composición y propiedades varían ligeramente, según su procedencia. ,
Este tipo de cemento es un polvo de color gris, algo verdoso. Su densidad, peso aparente,
en estado suelto es de 1150 a 1400 Kg. por m³ y el peso específico real es de 3100 a
3200 Kg. por m³. Debe entenderse por "estado suelto" del cemento, tal como
queda este en el recipiente al llenarlo, y por "estado compacto" cuando se
sacude el recipiente para que el cemento se asiente. En este último estado el peso del
cemento es 1850 a 2010 Kg. por m³., aproximadamente.Promedio de 1910 Kg m³ .
Tiene mucha importancia para determinar el peso aparente (densidad) del cemento -
peso de un litro - la manera de llenar el recipiente. También tiene influencia la
capacidad y la altura de este último. Se pesa previamente el recipiente vacío. Luego se
llena éste, dejando deslizarse suavemente el cemento por una tabla inclinada a 45°. Una
vez lleno el recipiente, sin sacudirlo, se vuelve a pesar. La diferencia de las pesadas
da.rá el peso del cemento en estado suelto. Según las experiencias, la densidad del
cemento es tanto menor cuanto mayor es su grado de finura de molido.
Para la conversión del peso del cemento tipo Portland normal a volumen, o vice versa, se
acepta generalmente, como peso aparente (densidad), que 1 mz. de este pesa 1400 g:, aun ue
su valor medio es de 1270 Kg. Su coeficiente de ``aporte" es aproximadamente
igual a.47 % (vácíos 53 %).
Composición química.
El cemento se compone de Cal + Arcilla (sílice y alúmina), elementos que varían dentro de los siguientes límites:
1) 58 a 66 % de óxido de calcio (Ca0),
producto de cocción de piedras calizas que . se presentan en la naturaleza en estado de
carbonato de calcio (CaCO3)
2) l9 a 26 % de sílice (óxido silícico Si02).
3) 3 a 6% de Alúmina (AI2O3)
4) 4 a 7 % de óxido de hierro (Fe203) que se agrega como fundente.
Además contiene, como máximo, 2 % de
anhídrido sulfúrico, de 1 a 3% de magnesio y hasta 3 % de álcalis.
El cemento común, en resumen, es un aglomerante hidráulico que no debe contener menos de
1,7 partes de cal por cada parte, en peso, de los componentes (sílice + alúmina + óxido
de hierro), - producto que se obtiene por trituración y mezcla íntima de todos estos
elementos y luego su cochura lrasta el principio de fusión, cerca de 1500° C.,
formándose así el "clinker" que se muele finamente.
La relación de contenido de cal a los componentes, arriba mencionados, se llama Módulo
de Hidraulicidad.
El cemento empastado con agua dulce se
endurece y este proceso químico toma el nombre de fraguado y, según la duración
(tiempo de fraguado) de éste, los cementos se subdividen en: cemento de fraguado lento
o de fraguado rápido. Los cementos normales son siempre de fraguado rápido y
la adición de yeso (sulfato de calcio S04Ca) retarda el fraguado. En cambio,
para acelerarlo se agrega carbonato de soda (NaCO3). En las obras de hormigón
armado se usan solamente cementos de fraguado lento.
Terminando el proceso de fraguado, que dura alrededor de 6 horas, se inicia el
endurecimiento propiamente dicho.
Elaboración.
Para calcinar la caliza + la arcilla, que
han de formar el "clinker", estas deben serreducidas a polvo fino por medio de
molinos rotativos a bolas. Al misrno tiempo se les agrega un pequeño porcentaje de yeso y
de óxido férrico, este último como fundente. Este polvo, llamado "polvo
crudo", se ensila y luego pasa a cochurarse en hornos giratorios, pasando previamente
por una parrilla giratoria también, donde recibe una finísima lluvia de agua,
transformándose el polvo seco en bolitas, con lo que se evita su fácil arrastre por el
fuerte tiraje del horno.
Los hornos, hoy exclusivamente rotativos, son cámaras cilíndricas de chapas de acero,
revestidas interiormente con material refractario. Suelen ser de 35 a 130 m. de largo con
un diámetro de 1,50 a 3 m. y dan de ¾ , a 1½ vueltas por minuto. En virtud de la ligera
inclinación que tienen los hornos con respecto a la horizontal, obligan a pasar la masa
del polvo crudo desde 1a boca de entrada hasta la salida, pasando la zona de máxinlo
calor (zona de cinterización), que suele tener de 1450 a 1500° C. El producto así
obtenido, de forma de bolitas de tamaño desde una arveja hasta una avellana, - se llama
"cllnker". Éste, al sallr del horno, pasa a otro cilindro giratocio para su
enfriamiento y luego queda almacenado en depósitos cubiertos, llamados "hall de
clinker", para su total enfriamiento y para que pierda la cal libre que pudiera
tener.
Como combustible se usan: carbón de piedra pulverizado o petróleo (fuel-oil), quemados
en forma de fina lluvia y ayudarlos en su combustión por inyección de aire caliente. El
"clinker" se muele en molinos giratorios le bolas de acero.
El producto molido pasa por tamices (sedazos) de 4900 mallas por cm2. (la
abertura de la malla es de 0,086 mm. y el diámetrodel hilo de 0,05 mm.), dejando un
residuo no rnayor de 15 % y que generalmente oscila entre 5 a 8 %.
El cemento así obtenido se envasa en bolsas de papel de tres hojas (herméticamente
cerradas) de 50 Kg. de peso neto.
Este procedimiento de fabricación del cemento se denomina "seco" y difiere del
"húmedo" en que, en este último, al polvo crudo se le agrega agua, formando
una pasta fluida que permite mejor mezclado, que en seco, y el transporte por bombeo.
Mediante unos filtros continuos se extrae el exceso de agua y con un tornillo sin fin se
hace pasar la masa al horno.
Fraguado y endurecimiento.
El fraguado del cemento normal tipo
Portland, no debe empezar antes de los 45 minutos después de su batido y, generalmente,
éste comienza entre 2 a 2½ horas y termina entre 4½ y 6 horas. A partir de la
terminación del fraguado empieza el endurecimiento del cemento, que aumenta
paulatinamente y al cabo de 18 a 24 horas llega a tener una resistencia apreciable. El
endurecimiento completo del cemeno llega a su término recién a los 18 a 20 meses.
Cuando la aguja cilíndrica de un milímetro cuadrado de sección y 300 gramos de peso no
puede atravesar totalmente la galleta de pasta normal de cemento de 4cm. de espesor,
indica el "comienzo" del fraguado. E1 tlempo que transcurre desde la
preparación de la pasta hasta que la aguja no deja huella apreciable sobre la galleta, es
la "duración" del fraguado o término del fraguado. Este ensayo debe efectuarse
a una temperatura del ambiente y del agua alrededor de 18° C.
Grado (finura) de molido.- Ya hemos visto que el "clinker", finamente molido, da
polvo de cemento.
El cuadro siguiente da la característica de los tamices y los residuos de cemento que
quedan detenidos por ellos.
Mallas por cm³ |
Abertura
de las mallas |
Diámetro
del hilo |
Residuo % |
900 |
0,2 |
0,13 |
0 a 1 |
2500 |
0,12 |
0,08 |
1 » 2 |
4900 |
0,086 |
0,05 |
4 » 10 |
10000 |
0,06 |
0,04 |
11 » 23 |
Supercementos.
Cemento aluminoso (cemento fundido; ciment fondu o ciment electrique, alúmina cement o alcement; schmelzzement) es un producto cuyos componentes oscilan entre los siguientes límites:
Cal (Ca0 )......................35 a 50% | ||
Arcilla | Sílice (Si02) ....................5 a 16% | |
Alúmina y óxido férrico (Al203+ Fe2O3)...............40 a 60 % |
Como se ve en este cemento predomina la
arcilla.Es un cemento de rápido fraguado y endurecimiento y de alta resistencia. Su
densidad (en estado suelto) es de 1100 Kg· por m3 y deja un residuo, sobre
tamiz de 4900 mallas, de 5 %. Su resistencia a la compresión es alrededor de 500Kg. por
cm2 a los 3 días, de 600 Kg. por cm2 a los 7 días y de 700 Kg. por
cm2 a los 28 días.
Cemento siccofix, de uso muy reducido, se caracteriza por necesitar poco agua para su
amasado, por su considerable resistencia y por resistir ventajosamente contra la acción
de aceites, petróleo, benzol y disoluciones salinas.
Cementos blancos.
El cemento blanco o de ornamentación solo
se emplea en enlucidos de revoques, llamados simil-piedra, en esculturas y en mosaicos
(baldosas cle cemento comprimido). Por su fabrica ción y características químicas y
físicas, puede considerarse como un cemento artificial tipo portland, - solo que debe
contener menos de 1 % de óxido férrico, para responder a su color blanco, casi puro.
Su composición química, en términos medios es:
Sílice.......................... | 24% | Óxido férrico................. | De 0,35 a 0,80% |
Alúmina...................... | 5% | Óxido de magnesio....... | 1% |
Óxido de calcio............ | 64,5% | Anhídrido sulfúrico......... | 1,5 a 2% |
MARCA |
Princ. de fraguado. |
Fin de fraguado |
Residuo s/4900 mallas % |
Agua para pasta normal % |
Tracción Kg./cm2 (1) |
Compresión Kg/cm2 (1) |
||
7 días |
28 días |
7 días |
28 días |
|||||
Aconcagua (Argent.) | 0h 55m |
4h 40m |
3.2 |
28.5 | 21 | 26 | 429 | 571 |
Atlas (E.E.U.U.) | 1h 30m |
3h 20m |
6 |
24 | 27 | 34 | 445 | 579 |
D. Lonquety (Francia) | 4h 7m | 6h 47m | 1.83 | 25 | 28 | 34.7 | 412 | 526 |
Harmiblanc (Bélgica) | 1h 40m | 3h 30m | 4 | 26 | 35 | 37.6 |
441 |
560 |
Iggam (Inglaterra) | 2h | 4h 30m |
1 |
29.5 | 30 |
32.3 | 427 | 532 |
Medusa (E.E.U.U.) | 4h |
6h 45m |
1.73 |
25 | 27.6 | 35.5 |
415 |
508 |
Nievecrete (Inglat.) | 1h 55m | 5h 40m | 4 | 29 | 26 | 31.6 | 456 | 429 |
Cementos argentinos
La industria de la fabricación del cemento
portland se inicia en Argentina en el año 1919, instalando su gran establecimiento
industrial la Compañía Argentina de Cemento Portland, en las Sierras Bayas (prov. de Bs.
Aires). Elabora las conocidas marcas "San Martín'' e "Incor", esta última
de alta resistencia inicial.
Pocos años después se instala en la misma región otra fábrica que elabora la marca
"Loma Negra".
Las característrcas f ísicas de estos cementos se indican en el cuadro siguiente, según
los ensayos efectuados por los Laboratorios de las Obras Sanitarias de la Nación a
efectos de su aprobación.
MARCA |
Princ. de fraguado. |
Fin de fraguado |
Agua para pasta normal % |
Módulo de hidraulicidad |
Finura del molido |
Resistencia a tracción Kg./cm2 Mortero 1:3 |
Resistencia a compresión Kg./cm2 Mortero 1:3 (1) |
||||
Resid s/900mallas |
Resid s/4900 mallas |
A los 7 días |
A 28 días |
A los 3 días |
A los 7 días |
A 28 días |
|||||
Incor (alta resist.inicial) | 1h 17m |
2h 59m |
27 % |
2.36 |
0.35 |
3.71 | 40.7 |
-- |
468.5 |
557 |
-- |
San Martín | 3h 22m |
5h 55m |
26.5% | 2.13 |
0.36 |
6.30 | 30.6 |
36.4 |
-- |
493.6 |
610.8 |
Loma Negra | 2h 35m |
5h 20m |
-- |
2.31 |
0.40 |
4.35 | 30.8 |
34.7 |
-- |
315 |
522.5 |
Condiciones exigidas por las O.S.de la N. para la aprobación de cementos artificiales normales | No antes de 0h 45m | No después de 10h | No menor De 1.70 |
No mayor de 1% | No mayor de 15% | 20,- | 28,- | -- | 230,- | 325,- |
Ahora en el país funcionan otros establecimientos que fabrican las siguientes marcas: Hércules, Avellaneda, Coinor y Corcemar.
ARIDOS O AGREGADOS
Se llama "Arido" o "agregado" al material inerte para preparar morteros u hormigones, formado por granos (partículas) minerales duros. Se subdividen en "árido o agregado fino" que es la arena, y en "árido o agregado grueso" que es la grava (canto rodado) o pedregullo o cascajo (piedra partida).
TIPO |
Pasa por tamiz en mm. |
Retenido por tamiz en mm. |
|
Árido fino | Polvo impalpable Polvo Arena |
0,074 0,15 4,76 |
0,074 0,15 |
Árido grueso | Fino Mediano Grueso |
25 50 75 |
4,76 25 50 |
Tolerancias.- En los tamaños de granos arriba indicados, se admite una tolerancia de 10%, en peso.
Graduación de tamices
TYLER STANDARD AMERICANO |
IRAM 1501-P |
Micrones 76.200 equivalente a 3" | 75.000 micrones |
Micrones 50.800 equivalente a 2" | 50.000 micrones |
Micrones 38.100 equivalente a 1½" | 38.000 micrones |
Micrones 19.050 equivalente a ¾" | 19.000 micrones |
Micrones 9.525 equivalente a 3/8" | 10.000 micrones |
Micrones 4.760 correspondiente Tamiz Nº 4 | 4.760 micrones |
Micrones 2.380 correspondiente Tamiz Nº 8 | 2.380 micrones |
Micrones 1.190 correspondiente Tamiz Nº 16 | 1.190 micrones |
Micrones 590 correspondiente Tamiz Nº 30 | 590 micrones |
Micrones 297 correspondiente Tamiz Nº 48 | 297 micrones |
Micrones 149 correspondiente Tamiz Nº 100 | 149 micrones |
Micrones 74 correspondiente Tamiz Nº 200 | 74 micrones |
ARIDO O AGREGADO FINO
Arena
Es el elemento de mayor importancia y que
más influencia ejerce en la calidad del hormigón. Las principales características de la
arena que se usa para la elaboración de los morteros y hormigones son: su dureza,
limpieza y su composición granulométrica (graduado).
Debe entenderse por este material: la arena de granos de todos tamaños de 0,15 a 5 mm.
(conjunto que se suele llamar "arena gruesa"), procedente de río, de mar, de
cantera (yacimientos naturales de arena) o por trituración mecánica de piedras- todas
ellas de origen granítico, silícico, cuarzoso, basáltico o porfídico, es decir: de
piedras duras. Las arenas procedentes de piedras calizas o de piedra pómez no deben ser
admitidas.
Las arenas deben ser limpias, libres de sales nocivas (salitre) y exentas de materias
orgánicas (vegetales o animales), pues éstas no permiten una buena e íntima unión con
el cemento. La presencia del salitre, que es en sumo grado perjudicial para el cemento y
para el hierro, se reconoce por el sabor amargo. Es necesario efectuar un análisis
químico, en caso de duda.
En cuanto a las materias térreas (barro) u orgánicas, puede reconocerse su presencia
frotando la arena húmeda en la mano; ésta debe quedar limpia. También se puede ensayar
echando la arena despacio en forma de un chorro fino dentro de un recipiente de vidrio con
agua: si ésta queda clara, la arena es buena para emplearla, pero si el agua se enturbia,
sería el caso de lavarla.
La arcilla pura, en cambio, bien diseminada entre la arena, - en un porcentaje no mayor de
3 a 5 % en peso - , aumenta casi en un 15% la resistencia del mortero, según las
investigaciones y ensayos efectuados durante cinco años por el profesor P. May en Viena.
Es de importancia !a composición granulométrica (graduado) de la arena a usar y
es necesario que ella contenga granos de todos tamaños, desde 0,15 a 5 mm. El coeficiente
de "aporte" de esta clase de arena oscila entre o 62 a 64%, (en estado de
humedad natural), es decir que su volumen de vacíos varía de 38 a 36 %. Su peso
específico aparente es de 1450 Kg. por metro cúbico. Esta misma arena, en estado seco,
llega a pesar l600 kg. por metro cúbico, fenómeno que fácilmente se explica por el
hecho de que la arena seca los granos se acomodan mejor, disminuyendo así el volumen de
vacíos, mientras que en la arena "naturalmente húmeda" los granos se apelmazan
y forman más volumen de vacíos. La arena empapada de agua pesa alrededor de 2100 kg. por
metro cúbico.
Como ya hemos dicho, tiene singular importancia para acrecentar la resistencia del mortero
y del hormigón, la composición granulométrica de la arena a usar, es decir, la
presencia en cantidad adecuada de granos finos, medianos y gruesos. La arena, diremos
así, ideal sería aquella cuyo graduado aproximadamente fuera el siguiente, considerando
la arena en peso:
Granos finos (0,15 a 1 mm.) 45% (que pasan por tamiz de 1
mm. y retenidos por tamiz de 0,15)
Granos medianos (1 a 2 mm.) 20% (que pasan por tamiz de 2 mm. y retenidos por tamiz de 1
mm.)
Granos gruesos (2 a 5 mm.) 35% (que pasan por tamiz de 5 mm. y retenidos por tamiz de 2
mm.)
El conjunto de estos tres tipos de granos se denomina en la
práctica "arena gruesa'', la que se usa para preparar el hormigón.
Arena de granos finos solamente (arena fina) no debe usarse para morteros y hormigones.
Arena normal.
Para los ensayos de los cementos en los Laboratorios se usa
la "arena normal", cuyas características son:
Ser cuarzosa, no contener menos de 95% de anhídrido silícico, no contener materias
arcillosas, ni carbonatos, ni sales solubles.
Se obtendrá eliminando los granos gruesos por medio de un tamiz de 1 mm. de espesor con
agujeros de l,5 mm. de diámetro y los granos muy finos por medio de otro tamiz de
agujeros de 1 mm. de diámetro. La arena que queda entre ambos tamices será la "aren
a normal".
Antes de emplearla será lavada con agua potable y luego secarla.
ARIDO O AGREGADO GRUESO
Canto rodado (grava) y Pedregullo (piedra
partida, cascajo).
Otro material que entra en la elaboración del hormigón es la grava, proveniente de río
o de mar, y el pedregullo. Estos materiales deben ser originarlos de piedras duras
granito, gneis, cuarcita, basalto, grauwaca, pórfido) y no deben admitirse piedras
calizas o areniscas, sólo en caso de haberse ensayado dicho material y haber dado
satisfactorio resultado de dureza. El árido grueso debe contener piedritas de todos
tamaños desde 6 mm. hasta el máximo de 30 mm., es decir, lo que pasa por zaranda de
agujeros de 30 mm. y retenido por zaranda de 5 mm. de diámetro. En realidad, 1as
piedritas no deberían ser mayores de 25 mm a efecto de que aún las mas grandes puedan
introducirse entre las barras de la armadura metálica y entre estas y las paredes de los
encofrados, sobre todo teniendo presente que en vigas la separación entre las barras es
generalmente de 20 mm., como también 20 mm. entre éstas y el encofrado ,siendo las
piedritas mayores de 25 mm, hay peligro de que ellas se atasquen entre los hierros de la
viga, o entre éstos y e1 encofrado, o entre los estribos de la viga o columna y el
encofrado, y ocasionen así la formación de nidos (huecos).
Aunque los distintos reglamentos indican 30 mm. como tamaño máximo de la piedra, no
debería en realidad admitirse el tamaño mayor de 25 mm. y tan sólo una tolerancia de
5%, en volumen, de granos de 30 mm., tendiendo así a la mejor ejecución del hormigonado.
Puede admitirse árido grueso hasta 35 mm. para construcción de pisos; de 40 mm. para
para paredes y de 50 mm. para cimientos de máquinas, es decir, donde no hay mayor
armadura metálica y el apisonado es cómodo y eficaz. Tanto el "canto rodado"
como el "pedregullo" deberán ser limpios, sin barro ni materias orgánicas. Si
presentara impurezas, es de todo punto de vista conveniente hacerlo lavar, removiéndolo
en carretillas de hierro agujereadas, bajo un chorro de agua o en cilindors agujereados
rotativos. Tambie´n puede ser lavado este material conmáquinas especiales, llamadas de
"lavado" o en bateas en serie, removiendo y pasando el material de una batea a
la otra en sentido contrario a la corriente del agua.
Las piedras, si es "canto rodado", deben ser en su casi totalidad de forma
ligeramente redonda u ovalada (avellana, nuez, almendra) y no chatas, planas. Este último
tipo de piedra es menos conveniente para el hormigón armado que el redondeado, ya que
además de reducir la resistencia del hormigón, fácilmente se atasca entre las barras de
hierro al verterlo en el encofrado y forma huecos. Sería de conveniencia limitar la
proporcón de esas piedritas chatas en 10 a 15% en volumen.
Tratándose de "pedregullo" , el grano más conveniente sería el de forma de
pirámides irregulares o ligeramente cúbicas. Trozos planos o laminares en mucha
cantidad, no convienen por las mismas razones indicadas anteriormente. Como tampoco es
conveniente el pedregullo requebrajado, debido a los defectos de trituración. Estas
piedras así hacen decrecer notablemente la resistencia del hormigón.
Sería prudente rechazar el pedregullo que presenta mucho elemento laminado o astillado,
que probablemente sea producto residual de la confección de adoquines u otra industria
similar.
Piedras adecuadas para fabricación del pedregulÍo.
Granito.- Peso específico: 2,6 a 2,9.
Resistencia media cúbica a la compresión : 1600 kg. por cm². (cubos de 4 cm. de lado)
Tracción: 30 Kg. por cm² flexión: 140 Kg. por cm²; corte: 80 Kg. por cm².
Gneis - Peso específico: 2,7 Resistencia media cúbica: 1700 Kg. por cm².
Cuarcita - Peso específico: 2,6 Resistencia media cúbica: 1700 Kg. por cm².
G'uurccla.
Basalto - Peso específico: 2,8 a 3,2 Resistencia media cílbica: 2000 Kg. por
cm².
Grauwaca - (roca sedimentaria formada por cuarzo, feldespato, mica y un
aglomerado). Peso específico 2,6. Resistencia cúbica: 2000 a 3000 Kg. por cm².
Pórfido. - Peso especifico: 2,2 a 2,8. Resistencia cúbica: 1800 Kg. por cm².
Granulación
Se establece la granulación del árido
fino y del grueso por medio de zarandas de agujeros redondos de l ; 3 ; 5 ; 7 ; 15 y 30
mm. de diámetro. Para el hormigón armado, generalmente . no se usan piedras más grandes
de 30 mm.
A medida que los áridos pasan por las zarandas, se anotan los resultados refiriéndolos a
dos ejes rectangulares. Sobre la horizontal: el calibre del material y sobre la vertical:
el porcentaje de1 grano pasado por la zaranda. La composición porcentual de ambos
áridos (fino y grueso) que acusa el mejor resultado, es la que encontraron en sus
ensayos Graf y Fuller y cuya característica se llama "curvas de Graf o Fuller"
y la diferencia entre ambas es insignificante. La composición granulométrica ideal del
árido fino con el grueso según Fuller, es la siguiente:
Granos de 0,15 a 1 mm | 20 % en peso |
Granos de 1 a 3 mm. | 12,5 % en peso |
Granos de 3 a 7 mm. | 11,3% en peso |
Granos de 7 a 15 mm. | 20 % en peso |
Granos de 15 a 30 mm. | 36,2 % en peso |
TOTAL |
100 % en peso |
De la granulación y calidad de ambos áridos empleados dependerá la bondad del hormigón elaborado. Graf, con sus ensayos, demuestra que la calidad del hormigón no depende solamente de la cantidad de cemento, pues agregando a la misma cantidad de cemento mayor cantidad de áridos, pero siempre de granulación más adecuada, obtuvo cada vez mejor resistencia en le hormigón, según se ve en el cuadro siguiente:
Dosaje |
1 : 2 : 1 |
1 : 2 : 2 |
1: 2 : 4 |
AGUA
El agua para la preparación del mortero
debe ser potable, limpia, exenta de impurezas como ser: sales, ácidos y grasas.
El agua encharcada, que se caracteriza por su mal olor, él agua de mar o de pantanos son
impropias para la elaboración del hormigón, como tampoco las aguas minerales. La mejor
agua es de lluvia, de ríos y pozos, siempre que esta última no contenga salitre u otras
materias nocivas. Cuando se ha de emplear un agua desconocida, es de conveniencia
practicar un análisis químico. El agua que tuviera arcilla en suspensión es apta para
su empleo.
El agua de mar, que generalmente contiene cloruros y sulfatos de magnesio, perjudican en
cierto grado el hormigón. En obras marítimas conviene aplicar a las estructuras de
hormigón un enlucido, de 3 a 4 mm de espesor, de mortero de 1 parte de cemento + 2 partes
de arena fina + agua de cal.
Agua de amasado.
No se puede dar una regla fija del todo sobre la cantidad de agua a emplear en la elaboración del hormigón, para llenar los encofrados. Esto depende del estado de humedad del volumen aparente de los áridos. La dosificación del agua es generalmente de 8 a 9 ½ % de volumen aparente de los tres materiales (cemento árido fino árido grueso para obtener un hormigón semifluido a llenar los encofrados cuando se emplea arena naturalmente húmeda. En cambio, si ambos áridos fueran secos, - el porcentaje del agua llega hasta 11 %. Es decir, que en caso de usar áridos naturalmente húmedos, se hecharán de 21 a 23 litros de agua por cada 50 Kg. de cemento y 24 a 27 litros, usando áridos secos . La relación entre los litros de agua de amasaso y kilogramos de cemento se llama: "Razón agua-cemento" (RAC).
Siempre, dentro de lo posible, hay que tratar de usar la menor cantidad de agua para elaborar el hormigón, pues empleada esta en cantidad exagerada debilita notablemente la resistencia del mismo; además lo hace permeable y más expuesto a las heladas. Donde la colocación del hormigón y su apisonado son fáciles y cómodos, - se echará poca agua para amasarlo. Solo para encofrados de vigas, losas y columnas, - con el objeto de hacer mas fácil el hormigonado, - se usará el máximo de agua de 23 litros para cada 50 Kg. de cemento (hormigón semi-fluido), siendo los áridos húmedos.
Estado de humedad del hormigón
a) Seco (como tierra naturalmente húmeda), para
piezas moldeadas en taller.
b) Débilmente plástico (denso), para apisonar con pisones o para vibrado.
c) Plástico jugoso.
d) Semi-fluido.
Diagrama de la influencia del agua en la resistencia del hormigón a la compresión.
Asentamiento, (o, disminución de
altura del hormigón al sacar el molde tronco-cónico (cono de Abrams) de 30 cm. de altura
y bases de 10 y 20 cm. de diámetro. En este cono se coloca el hormigón por capas,
ligeramente apisonado. A1 sacar el molde suavemente, se deja que la masa se asiente y la
disminución de su altura indica la fluidez del hormigón.
Los porcentajes de1 agua, indicados en el Diagrama, se refieren a la suma de los volúmenes
aparentes en seco de los materiales.
Por ejemplo: Mezcla 1: 2 : 4 = 7 volúmenes o 7 litros (1 litro cemento + 2 litros arena +
4 litros pedregullo). Dosaje del agua 8 %: de 7 litros = 0,560 litros de agua. Como 1
litro de cemento pesa 1,4 Kg. , la razón agua-cemento sería
o sean: 20 litros de agua por cada 50 Kg. de cemento.
Por ejemplo:
Se desea obtener una resistencia cúbica del hormigón (mezcla tipo M 1 : 2 : 4 con
pedregullo) a los 28 días de W28 = 220 Kg/cm2. Entran en esta
mezcla 320 Kg. de cemento para pastón de 1 m3 de hormigón. Según el
diagrama, corresponden 8,5 % de agua de 7 volúmenes secos (1+2+4) ; 8,5 % de 7 = 0,600
litros de agua por cada litro de (1,4 Kg.) de cemento.
Luego, el agua necesaria para 320 Kg. de cemento es de: 320
x 0,43 = 138 litros sean 140 litros, usando la arena naturalmente húmeda, que contiene de
por si 35 a 40 litros de agua libre por m3. Resultan 22 litros de agua por
bolsa de cemento de 50 kg.
Para arena seca se necesitarían: 138 + 35 = 173 litros de agua o sean 27 litros por bolsa
de 50 Kg. de cemento.
Especificaciones.
En las especificaciones se suele fijar la
"razón agua-cemento", permitiéndose únicamente la adición de cierto número
de litros de agua por bolsa de cemento. Para obtener un hormigón de fuerza y calidad
uniforme es indispensable usar solamente la cantidad necesaria de agua y así elaborar una
mezcla trabajable y plástica.
El medidor de agua en la mezcladora, debe ser revisado cuidadosamente regulado de manera
que el volumen de agua que entra en la mezcla, sea uniforme y definitivamente conocido.
Generalmente se especifica la cantidad de litros de agua a emplearse por cada bolsa de
cemento.
Para determinarla, debe multiplicarse el número de litros de agua por bolsas por el
número de bolsas de cemento que entran en un pastón.
Con el fin de determinar el agua que debe verterse en la mezcladora, es necesario
averiguar previamente la que contienen la arena el pedregullo o la grava, la que se
deducirá de la cantidad especificada.
Por ejemplo: se especifica una cantidad de no más de 22 litros de agua por bolsa de 50
Kgs. de cemento (Razón agua - cemento 22: 50 = 0,44) y se encuentra que la mezcla de
1:2:3 da el grado de plasticidad deseada. Ahora bien, por ensayo se encontró previamente
que la arena contenía agua libre en la cantidad de 40 litros por m3 , y que la
piedra, en cambio, absorbía 15 litros por m3.
Como el volumen de una bolsa de 50 Kgs. de cemento es aproximadamente de 35 litros, el agua total libre en la arena sería de:
2 X 40 X 0,035 =2,8 litros
En cambio el agua total absorbida por la piedra sería de:
3 X 15 X 0,035 - 1,58 litros
Por lo tanto, los litros de agua a verterse en la hormigonera para una bolsa de cemento de 50 Kg. será de:
22 - 2,8 + 1,.58 = 20,8 litros de agua.
Los métodos para determinar la humedad de
la arena y la de la piedra o la absorción de la piedra, son sencillos. Una vez comenzada
la obra, 2 o 3 ensayos diarios darán una buena idea del agua contenida en la arena y la
piedra.
La mezcla debe ser trabajable y plástica y no deben emplearse las mezclas demasiado secas
para permitir su fácil apisonamiento, o demasiado aguadas, en las que los materiales
tienden a segregarse durante el transporte o colocación.
Determinación del agua contenida en la piedra.
Se llena un recipiente bien medido (su volumen) con el canto rodado o pedregullo y se
pesa cuidadosamente (antes se , pesa el recipiente vacío). Se seca la piedra y se vuelve
a pesar. La pérdida en el peso, dividida por el peso de la piedra seca, dará el
porcentaje de agua contenida por peso y por volumen.
Determinación del agua contenida en la
arena.
Se procede de la misma manera que para la piedra. El porcentaje de humedad se obtiene
por la siguiente fórmula:
siendo: c = porcentaje de humedad P = peso del material húmedo y P´= peso del material seco. |
Absorción aproximada de agua por loa agregados.
Arena, término medio . . . . . . . . . . . . . . . . . | 1 % en peso |
Canto rodado y piedra calcárea triturada . . . . | 1 % en peso |
Granito triturado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 0,5 % en peso |
Piedra arenisca porosa. . . . . . . . . . . . . . . . . | 7 % en peso |
Cantidad a proximada de agua libre contenida en loa agregadoa.
Arena muy mojada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 130 litros por m3 |
Arena mojada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 85 litros por m3 |
Húmeda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 35 litros por m3 |
Canto rodado o piedra partida húmeda . . . . . . . . . . . . . | 35 litros por m3 |
HIERRO (acero dulce colado)
Para hormigón armado en edificios se emplean hierros
redondos (barras) de 6 a 32 mm. y en raros casos hasta 36 mm. Es siempre preferible
emplear número mayor de barras, pero de menor diámetro. Por ejemplo: 3 de ø22 + 1 de
ø26, en vez de 2 ø 32. Así se obtiene más uniforme absorción de la tracción dentro
de la masa del hormigón y mayor superficie de adherencia entre la armadura y el
hormigón.
Las barras d se doblan en frío y las de diámetro mayor de 22 mm. en caliente,
dejándolas luego enfriar lentamente al aire.
Nº |
Canti- |
Ø mm. |
Largo total de la barra |
Forma |
Peso |
1ª | 120 |
10 |
340cm |
250 |
|
2ª | 120 |
10 |
346,5cm |
255 |
|
3b | 3 |
18 |
718,5cm |
43 |
|
4 b | 2 |
18 |
691 cm |
28 |
|
5 b | 1 |
18 |
703,5cm |
14 |
TOTAL........................................ 590 Kg.
Acero dulce colado corriente (tipo 37)
Rotura a tracción : 3700 Kg/cm2
Rotura al corte : 2800 Kg/cm2
Resistencia plástica es 0,55 de la rotura a tracción, o sea 0,55 x 3700 = 2040 Kg/ cm2
El coeficiente (tensión) admisible de trabajo es de 0,5 a 0,55 de la resistencia
plástica o sea 1020 a 1120 Kg/ cm2 y se adopta, como máximo, 1200 Kg/ cm2
Alargamiento en probeta normal:
Acero dulce colado superior (tipo 52).
Rotura a tracción : 5200 Kg/ cm2
Rotura al corte = 3900 Kg/ cm2
Resistencia plática: 0,55 x 5200 = 2860 Kg/ cm2 .
Coeficiente admisible de trabajo: 0,5 a 0,55 de 2860= 1430 a 1570 Kg/ cm2 Como
máximo 1500 Kg/ cm2 , siempre que la armadura no esté expuesta a. la
oxidación. En caso contrario, no debe pasar de 1200 a 1300 Kg/ cm2
Coeficiente de seguridad.
La relación entre la tensión de rotura a tracción y la fijada como tensión admisible de trabajo, se llama coeficiente de seguridad. Para los aceros dulces colados este coeficiente es de 2, referido a la resistencia plástica y para cargas estáticas ( tranquilas). Pero cuando estas son oscilantes y móviles (caso de puentes ferrocarrileros o carreteros, fuertes trepidaciones de maquinaria, grúas, - tal coeficiente es de 3, siempre que no se haya tenido en cuenta, a1 calcular las cargas, el cararter dinámico de las mismas; es decir, que no hayan sido afectadas las sobrecargas móviles cvrl el coeficiente : n = 1,5 , factor dinámico.
Carga P' = 1,5 x carga P = 1,5 P
En los cálculos de estructuras se hace trabajar e1 hierro
(tipo 37 ) de 1000 a 1200 K/ cm2 a tracción y de 750 a 900 Kg/ cm2
al corte (3/4 , partes de tracción).
Cuando se reciben grandes partidas de hierro para obras de importancia, es de conveniencia
Hacer ensayos físicos y químicos de algunas barras, para cerciorarse de que el material
responde a sus características .
Especificaciones.
Las barras deben ser derechas, limpias, sin fisuras y no
presentarán picaduras por oxidación. Pueden admitirse tolerancias en sus diámetros: de
0,5 mm.en barras hasta 25 mm. y de 0,75 mm. para diámetros mayores.
Los ensayos a tracción se harán sobre la misma barra, con la distancia entre los puntos
de referencia = L =-10 d, - siendo "d" el diámetro teórico de la barra. La
sección de la barra se determinara en base al diámetro teórico (sin tolerancias). Los
ensayos de "plegado, se harán en frío sobre mandriles con presión gradual, y 1as
barras no presentarán grietas fisuras o rajaduras la parte exterior del plegado.
El plegado se hará a 180° con la siguiente relación del diámetro del mandril a1 de la
barra :
Para el hierro tipo 37:
Ø de la barra: hasta 20 mm.......... | Ø del mandril: mitad |
Ø de la barra: de 21 a 39 mm....... | Ø del mandril: igual |
Ø de la barra: mayor de 40 mm... | Ø del mandril: doble |
Para hierro tipo 52:
Ø de la barra: hasta 20 mm.......... | Ø del mandril: igual |
Ø de la barra: de 21 a 39 mm....... | Ø del mandril: doble |
Ø de la barra: mayor de 40 mm... | Ø del mandril: triple |
Para hacer ensayos de tracción y plegado se sacarán de un lote de 5000 Kg. cuatro barras: dos para tracción y dos para plegado. Si de ellas dos barras dieran resultado negativo- se rechazará el lote.
MEZCLAS
CANTIDADES DE MATERIALES A USAR
(Método rápido)
Para hacer el hormigón se miden los tres materiales, en
volumen, con cajones hechos ad-hoc, con canastos de albañil o con carretillas.
También se puede medir la arena y el pedregullo o el canto rodado (grava) en volumen y el
cemento en peso, proporcional a su volumende composición de mezcla, teniendo en cuenta
que cada diez litros de cemento pesan 14 Kg., o que una bolsa de 50 Kg. contiene 35 litros
de cemento.
La mezcla tipo 1 : 2 : 4 significa: un canasto de cemento, dos canastos de arena y cuatro
canastos de material pétreo (canto rodado o pedregullo).
Si el canasto es de 20 litros de capacidad, tendríamos: 20 litros de cemento o sean 28
Kg.: 10 litros de arena y 80 litros de material pétreo , más 14 litros de agua (10 %a de
140 litros de cemento, arena y malerial pétreo).
Merma: El hormigón apisonado y fraguado sufre una merma de más o menos 37 % con
respecto al volumen aparente primitivo de los materiales secos, quedando un volumen efectivo
de 63% . Es decir que el volumen aparente de 100 litros, formados por cemento, arena y
pedregullo (piedra partida) en seco , dará 64 litros de hormigón apisonado y
fraguado.
En caso de usar usar canto rodado, la merma sería de 29 %, quedando un volumen
efectivo de 71%.
Estos coeficientes nos sirven para determinar, con suficiente exactitud, la cantidad de
materiales a comprar para ejecutar un determinado volumen proyectado de hormigón,
en relación al tipo de mezcla establecido para el trabajo.
Ejemplo: Se necesita ejecutar 120 m3 de hormigón armado. conforme al cómputo del proyecto con tipo de mezcla 1:2:4 ( de pedregullo).
El volumen real de 120 m3 de hormigón equivale a
de materiales en seco. |
Para este nuevo volumen se necesitan:
de cemento, equivalente a 39000 Kg. |
27,15 m3, x 2 = 54,3 m3 de arena; 27,15 m3 x 4 = 108,6 m3 de pedregullo.
Efectivamente:
Cemento: | 27,15 m3 x 0,47 (coeficiente de aporte) ............. | = 12,76 m3 |
Arena: | 54,3 m3 x 0,63 (coeficiente de aporte) .............. | = 34,21 m3 |
Pedregullo: | 108,6 m3 x 0,51 (coeficiente de aporte) ............. | = 55,40 m3 |
190 m3 | = 102,37 m3 | |
Agua : | 9 % de 190 m3 .................................................. | = 17,10 m3 |
TOTAL............................................................... | = 119,47 m3 |
Se necesitan: 39000 Kg. de cemento; 55 m3 de arena y 109m3 de pedregullo. Los volúmenes de los áridos han de aumentarse en 2 o 3 % por pérdidas por transportes, etc.
Haremos la misma mezcla, pero con grava (canto rodado).
Para hacer 120 m3 de hormigón efectivo se necesitan:
de materiales en seco. |
Para hacer 120 m3 de hormigón efectivo se necesitan:
de cemento, equivalente a 34000 Kg. |
24,15 m3 x 2 = 48,3 m3 de arena; 24,15 m3 x 4 = 96,6 m3 de canto rodado.
Efectivamente:
Cemento: | 24,15 m3 x 0,47 (coeficiente de aporte) ............. | = 12,76 m3 |
Arena: | 48,3 m3 x 0,63 (coeficiente de aporte) .............. | = 30,40 m3 |
Pedregullo: | 96,6 m3 x 0,65 (coeficiente de aporte) ............. | = 62,70 m3 |
169,00 m3 | = 105,25 m3 | |
Agua : | 9 % de 169 m3 .................................................. | = 15,20 m3 |
TOTAL............................................................... | = 120,45 m3 |
Se necesitan : 34 Tn. de cemento; 49 m3 de arena y 97 m3 de canto rodado. Los áridos serán aumentados en 2 o 3 % por pérdidas por transportes etc.
RESISTENCIA DEL HORMIGON
A la compresión.- La resistencia del hormigón a la compresión depende:
1) De la calidad de los materiales y la adecuada
granulación de los áridos.
2) Del dosaje de la mezcla, es decir, la adecuada proporción de los componentes.
3) Del buen batido de la mezcla, a fin de conseguir una íntima unión de los materiales,
- lo que se consigue empleando hormigoneras con batido de 1 a 1 1/2 minutos.
4) De la cantidad de agua de amasado, pues su abundancia debilita el hormigón.
Se adoptarán:
th = 30 Kg/cm2 para hormigones de W28 días = 120 Kg/cm2
a rotura.
th = 40 Kg/cm2 para hormigones de W28 días = 160 Kg/cm2
a rotura.
th = 45 Kg/cm2 para hormigones de W28 días = 180 Kg/cm2
a rotura.
th = 50 Kg/cm2 para hormigones de W28 días = 200 Kg/cm2
a rotura.
th = 60 Kg/cm2 para hormigones de W28 días = 240 Kg/cm2
a rotura.
(Cubos de 20 X 20 X 20 cm. ensayados a 28 dias, a rotura)
El coeficiente de trabajo a la compresión en losas 40 ó 45 Kg!cm2. En vigas: 30 a 45 Kg/cm2. En columnas simples : hasta 45 kg/cm2 para escuadrías hasta de 25 x 25 cm. Para escuadrías mayores, 1 Kg/cm2 más por cada cm. de aumento de la escuadría y máximo 55 Kg/cm2, para hormigones ricos en cemento y de elaboración vigilada. En columnas zunchadas, igual que para columnas simples y como máximo 65 Kg/cm2.
A la tracción. - La resistencia del hormigón a la tracción es relativamente pequeña. Varía de 3 a 4 Kg/cm2. En los cálculos de hormigón armado no se toma en cuenta su resistencia a la tracción.
Al corte y resbalamiento. - El corte del hormigón se
manifiesta en los apoyos de la viga y sus cercanías, bajo la acción de fuerzas
transversales, como cuando se corta una plancha de hierro con tijera.
El resbalamiento es efecto de esfuerzos de tracción, que tratan de hacer resbalar
(deslizar) horizontalmente una capa de hormigón con respecto a la otra.
El coeficiente de trabajo del hormigón al corte se adopta de 4 Kg/cm2, según normas de.
hormigón armado.
Adherencia. - Hay una notable unión entre el hormigón
y el hierro, que se llama adherencia y es de 25 Kg/cm2. Para el cálculo, se admite 4,5
Kg/cm2.
La adherencia no tiene mayor interés, ya que todas las barras deben terminar con ganchos
reglamentarios en sus ambas extremidades; estos evitan que ellas sean arrancadas del
hormigón.
Alargamiento. - El hormigón admite un pequeñísimo alargamiento que es alrededor de 0,15mm. por cada metro de longitud de la pieza, antes de que se produzcan fisuras.
Edad del hormigón.
La resistencia del hormigón tanto a la compresión como a la tracción, aumenta con
el tiempo. En el cuadro siguiente puede apreciarse tal aumento con la edad, en términos
medio, tomando como unidad la resistencia del hormigón a los 7 días.
Edad |
7 días |
28 días |
3 meses |
6 meses |
1 año |
2 años |
Resisitencia |
1 |
1,33 |
1,65 |
2 |
2,3 |
2,66 |
Coeficiente de elasticidad.
El coeficiente de elasticidad Eh del hormigón, sin
armar, varía de 120.000 Kg/cm2 a 160.000 Kg/cm2. Término medio: Eh = 140.000
Kg/cm2.
El hormigón armado en vigas varía de E = 280.000 Kg/cm2 al iniciarse la carga, hasta E =
210.000 Kg/cm2 antes de originarse las grietas y decrece (al romperse la pieza) a 130.000,
110.000, 100.000 75.000, y 40.000 Kg/cm2.- en relación al porcentaje o cuantía de la
armadura metálica respectivamente de 1,5 - 1,2 - 0,9 - 0,6 - 0,3 % de la sección de
hormigón (Sh) de la viga.