Hormigón endurecido.

Las características del hormigón endurecido dependen fundamentalmente de la composición inicial del mismo y de su dosificación. No obstante, es sabido que algunas propiedades como la resistencia cambian con la edad del hormigón, y varían según

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Fig. 1.5.1. Gráfico Tensión (N/mm2) – Deformación (mm) de hormigón en ensayo lento.

hayan sido las condiciones a las cuales se haya visto sometido. Entre las propiedades más representativas para este trabajo encontramos:

Densidad

La densidad real de un hormigón depende principalmente de la composición de los áridos y de la densidad de los mismos, así como, de la granulometría escogida que permita obtener la mayor compacidad posible. De otro lado, también influye la relación agua cemento, que está íntimamente ligada con la porosidad y por ende con la densidad del conjunto [26].

En general, una densidad elevada es indicativa de una buena resistencia, en general, para hormigones en masa como los trabajados en esta tesis la densidad oscila entre los 2.2 y 2.4 kg/dm3.

Elasticidad

Se puede afirmar que el hormigón no cumple la ley de Hooke en ninguno de los tramos de su gráfico tensión/deformación (algunos autores señalan que en las primeras etapas del diagrama puede comportarse como una recta [27]).

Este gráfico tensión/deformación puede obtenerse mediante ensayos realizados a velocidad lenta en el laboratorio (figura 1.5.1), en el se vislumbran tres partes: una pequeña primera parte prácticamente recta donde se puede estimar que trabaja en régimen elástico, una curva ascendente hasta alcanzar la tensión de rotura y una

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descendente hasta alcanzar la deformación máxima coincidente con el punto de rotura

.

El comportamiento del conjunto del hormigón estáa a su vez muy influenciado por las microfisuras que aparecen en la interfase pasta-árido cuando se somete a carga a la muestra. Si se consideran por separado, los áridos tienen un módulo de elasticidad más elevado que el del hormigón, y éste a su vez tiene un módulo de elasticidad superior al de la pasta de cemento [28]. No obstante, este módulo de elasticidad del hormigón se hace mayor cuanto más aumenta su edad [29].

La adición de áridos reciclados en el hormigón también influye de manera negativa. En general para valores bajos de adición (< 15%) no existen diferencias significativas con el módulo de elasticidad del hormigón convencional, pero para valores superiores este disminuye de forma progresiva [30]. Aun así influyen otras muchas propiedades como son la relación agua/cemento y la temperatura de curado, aunque estas en menor manera el tipo de árido empleado.

El módulo determinado sometiendo a carga a una probeta es el estático, y éste módulo como se ha visto depende del tiempo de duración del ensayo que influye en la fluencia del material. En la determinación dinámica desaparece la componente de fluencia y el valor es más aproximado a las primeras partes del diagrama tensión-deformación donde el hormigón trabaja en régimen cuasielástico. La determinación del módulo de elasticidad dinámico se hace sometiendo a la pieza de hormigón a una serie de impulsos ultrasónicos y midiendo el tiempo que tardan en recorrer un espacio fijo situado entre emisor y receptor.

Este ensayo tiene especial relevancia en este trabajo, ya que nos permite determinar la velocidad de propagación de las ondas a través del hormigón. Para ello seguiremos las indicaciones dadas por M. Fernández Cánovas en su libro sobre el hormigón armado.

Las ondas longitudinales se propagan paralelamente al movimiento de las partículas y reciben el nombre de ondas de presión. Estas ondas son las que poseen mayor velocidad y ésta viene dada por:

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donde es el módulo dinámico de elasticidad del hormigón en N/mm2, g es la aceleración de la gravedad en m/s2, es la densidad del hormigón en Kg/dm3 y es el coeficiente de Poisson.

Las ondas transversales en cambio, dan lugar a oscilaciones de las partículas según la dirección perpendicular de propagación, denominándose también ondas de cizalladura y su velocidad viene dada como:

Las ondas superficiales o de Rayleigh son las más lentas de todas y se propagan en la periferia de un sólido semi-infinito siguiendo las irregularidades de la misma:

El módulo de elasticidad dinámico, a su vez, puede estimarse midiendo cualquiera de las tres velocidades. Por otro lado, el coeficiente de Poisson se puede estimar en 0,2.

Por otro lado, para hormigones normales con módulos de elasticidad comprendidos entre 20000 y 47000 MPa, para determinar la resistencia a compresión puede emplearse la ecuación empírica dada por:

Resistencia

El hormigón, como todos los materiales estructurales, resisten esfuerzos de compresión, tracción y flexión. Siendo el primero de todos el más elevado (casi diez veces superior al de tracción), es por ello, que se dice que en las estructuras de hormigón armado el hormigón resiste las compresiones y el acero las tracciones, aunque esto no sea del todo cierto ya que ambos resisten parte otros esfuerzos [31].

Esto no quiere decir que la resistencia a compresión sea siempre la más importante dentro de los compuestos de hormigón, ya que por ejemplo, en este trabajo para la elaboración de planchas o baldosas será la resistencia a flexión la que más interese.

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a) Resistencia a compresión.

Cuando se mide la resistencia a compresión del hormigón es necesario conocer la geometría y la dosificación de la probeta sobre la cual se realiza el ensayo, ya que estos dos factores son determinantes a la hora de dar un resultado definitivo. No obstante, nunca se obtienen valores idénticos de resistencia a compresión dentro de una misma amasada, es por eso, que se deben realizar varios ensayos hallando al final lo que se conoce como resistencia media.

La actual EHE-08 estipula que las probetas ensayadas a 28 días habrán alcanzado el 95% de su resistencia a compresión, siendo este el ensayo más generalizado (aunque también se pueden hacer ensayos tempranos a 7 días o más tiempo 90 días…etc.). Las resistencias a compresión también varían en función del tipo de hormigón a elaborar. Por ejemplo: los hormigones en masa suelen tener una resistencia en torno a los 20 N/mm2, para resistencias superiores de 25 N/mm2 a 40 N/mm2 hablamos de hormigones estructurales para edificación y para resistencias mayores a los 50 N/mm2 la EHE habla ya de hormigones de alta resistencia.

Las probetas de ensayo normalizadas son las cilíndricas de altura 30 cm y diámetro 15 cm, aunque también existen otras de tamaño menor o de geometría cúbica que se pueden emplear aplicando después los factores de corrección pertinentes. Aun así, para un tamaño de árido comprendido entre los 20 y 40 mm, las citadas probetas cilíndricas de diámetro 30 son las que mayores beneficios reportan. Estas probetas deben curarse en cámara húmeda durante el periodo de 28 días previos al ensayo en condiciones de humedad de entre el 95 y el 97 %.

Para el ensayo a compresión se siguen las pautas que dicta la norma UNE-EN 12390- 3:2003 en la cual se indica que se debe emplear una prensa con superficies plano paralelas. Para mantener a su vez la planeidad de las caras, se debe refrentar con mortero de azufre la cara superior de la probeta a ensayar ya que ésta presenta una superficie más rugosa durante el fraguado. Se coloca posteriormente la probeta centrada en el disco inferior de la prensa y se ajusta la cara superior hasta enrasar con el tope de la prensa, después se comienza el ensayo aplicando la carga de manera continua y a velocidad constante tal que el incremento de la carga por segundo produzca un aumento de la tensión de 0,5±0,2 N/mm2. El ensayo termina cuando se registra la carga máxima hasta la rotura soportada por la probeta.

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(a) (b)

Fig. 1.5.2. Métodos de ensayo. (a) Ensayo a flexotracción; (b) Ensayo brasileño.

b) Resistencia a flexotracción.

Para ello se siguen las pautas de la norma UNE-EN 12390-5:2001, mediante probetas de sección cuadrada y longitud cuatro o cinco veces su ancho. Las probetas rompen a flexión mediante la aplicación de dos cargas iguales y simétricas ejercidas por dos rodillos de 20 mm de diámetro sobre las caras que estuvieron en contacto con el molde. La resistencia a flexotracción para una velocidad de 0,5±0,1 N/mm2 se mide por:

c) Resistencia a tracción indirecta o ensayo brasileño.

Según la norma UNE-EN 12390-6:2001 se emplea una carga a compresión sobre las dos generatrices de la probeta diametralmente opuestas, de forma que para un aumento de la velocidad de 0,03±0,01 N/mm2 se mide mediante la ecuación:

Fisuras por retracción

Las fisuras por retracción que conciernen a este trabajo pueden ser de dos tipos: plásticas o térmicas. Las primeras tienen lugar durante las horas iniciales del fraguado que siguen a la puesta en obra del hormigón, las segundas en cambio, están relacionadas con los esfuerzos de origen térmico que sufren las losas y otras piezas en las que prima la superficie frente al volumen cuando se someten a cambios bruscos de temperatura.

En general, como algunos autores señalan [32], cuanto mayor sea la resistencia a tracción del hormigón menos será el peligro de que rompa cuando se encuentra

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sometido a esfuerzos de origen térmico o pérdida de agua, esto parece lógico ya que los hormigones con mayor resistencia a tracción son a su vez los que tienen un módulo de elasticidad más elevado, esto parece contradictorio de cara a la retracción ya que estos hormigones también son los que menos se deforman.

La cantidad de agua de amasado es el factor que más influye en los procesos de retracción debido a que la pérdida excesiva de ésta es la que origina las fisuraciones superficiales. Por otro lado, el elevado contenido en cemento también perjudica aumentando la retracción, pero tiene el efecto positivo de aumentar la resistencia final de las piezas, es por eso que los hormigones de alta resistencia empleados en obras especiales tienden a fisurarse con mayor facilidad.

En el caso del hormigón en masa, si no se realiza un vibrado posterior al vertido, la decantación de los áridos hace que estos desciendan al fondo, creando una lechada superficial que favorece la fuga de agua de amasado y las consiguientes retracciones. Estas fisuras también se encuentran condicionadas por el tiempo de secado, ya que si existen vientos cálidos o altas temperaturas serán más pronunciadas. No obstante, estas fisuraciones son siempre superficiales y en general no superan los 10 cm de espesor.

Otro factor importante que influye en los procesos de retracción es la hidratación del cemento, que aumenta la masa de hormigón y con ello la evaporación de agua. Esta hidratación es necesaria para el fraguado del hormigón y genera porosidades internas que debilitan el material. También es necesario controlar los gradientes térmicos ya que producen variaciones diferenciales de temperatura a lo largo de las piezas, aumentando así las tensiones internas del material y favoreciendo la retracción del hormigón.