28.11.12

TIPOS DE HORMIGÓN Y PROPIEDADES (III)

3 Hormigones especiales
3.1 Hormigones ligeros
Los hormigones ligeros son hormigones de densidades menores a las de los hormigones normales hechos con áridos comunes. La disminución de la densidad de estos hormigones se produce por una presencia de vacíos en el árido, en el mortero o entre las partículas de árido grueso. Esta presencia de vacíos ocasiona la disminución de la resistencia del Hormigón, por lo que muchas veces la resistencia no es la condición predominante para estos hormigones, y en otros casos se compensa.
En construcciones de Hormigón, el peso propio de la estructura representa una proporción importante en la carga total de la estructura por lo que reducir la densidad del mismo resulta muy beneficioso. Así se reduce la carga muerta, con la consiguiente reducción del tamaño de los distintos elementos estructurales, llegando a los cimientos y al suelo con menores cargas. El uso de Hormigones ligeros depende de las consideraciones económicas.
La densidad del hormigón endurecido a los 7 días de curado húmedo y 21 días de secado al aire, ambos en condiciones normalizadas de humedad y temperatura no será menor de 800 kg/m3 ni mayor de 2000 kg/m3. Su composición, elaboración, colocación y compactación serán tales que el hormigón endurecido tenga una estructura cerrada y masa compacta, libre de vacíos macroscópicos.
Ventajas y Desventajas:
a. Buen aislante térmico por su contenido de aire
b. Durable
c. No es altamente resistente a la abrasión
d. Es mas caro
e. El amasado, manejo y colado requiere más precauciones
f. Es apto en general para pretensados, cascarones, edificios de gran altura.
Clasificación de los Hormigones ligeros según su método de Producción:
a. Hormigón de Árido Ligero: Uso de áridos ligeros porosos de baja gravedad específica aparente.
b. Hormigón Aireado, celular, espumoso o gaseoso: Se introducen vacíos dentro del Hormigón que se distinguen de los huecos producidos por el arrastre de aire.
c. Hormigón sin finos: Se omite el árido de finos, por lo que gran número de vacíos intersticiales están presentes, los áridos gruesos son de peso específico normal.
Clasificación según el uso
a. Hormigón Ligero Estructural: Se clasifica en función de una resistencia mínima, una densidad en estado seco que generalmente no excede los 1840 kg/m³.
b. Hormigón usado en unidades de Mampostería
c. Hormigón aislante: Se clasifica en función de su coeficiente de conductividad térmica, que debe estar por debajo de los 0.3 J/m²/s ºC/m y su densidad es más baja que para los hormigones ligeros estructurales.
Piedra Pómez: de color claro, vidrio volcánico parecido a una espuma. No son débiles estructuralmente y proporcionan un hormigón con densidad de entre 700 a 1400 kg/m³.
Tienen características aislantes buenas pero gran contracción y absorción. Algunos áridos apropiados son
a. Escoria: es una roca vidriosa vesicular, parecida a las cenizas industriales. El hormigón que forma es similar al de la piedra pómez.
b. Cenizas Volcánicas:
Artificiales: Se clasifican de acuerdo al material base y al método de fabricación
a. Áridos producidos por aplicación de calor para expandir la pizarra, arcilla, esquisto, la pizarra diatomácea, perlita, obsidiana y vermiculita.
Arcilla, Pizarra y Esquistos: Se obtienen al calentar los materiales crudos en un horno giratorio (Temperatura entre 100 y 1200ºC. Una vez que se produce la expansión del material por la generación de gases que quedan atrapados en la masa del material). La estructura porosa lograda se retiene mediante el enfriamiento, de modo que la gravedad específica del material es menor a la inicial. La expansión también puede realizarse mediante un cable aglutinado. Tal que el material humedecido se lleva bajo quemadores y el calor va penetrando en forma gradual en toda la profundidad de la capa del material. Su viscosidad es tal que los gases expandidos quedan atrapados, luego se enfría y se lo comprime o se usa el material paletizado inicialmente.
El material paletizado produce partículas con una capa sobre el interior celular. Las partículas son casi esféricas y tienen una capa vidriosa semiimpermeable, por lo que tienen menor absorción de agua, son más fáciles de mezclar por lo que producen hormigones muy trabajables, pero resultan por supuesto más caros.
• Las arcillas y pizarras tienen una densidad de 650 a 900 kg/m³ para el caso del proceso mediante Cable aglutinado y de 300 a 650 kg/m³ cuando se hacen en el horno giratorio. Los hormigones que se obtienen tienen densidades entre 1400 a 1800 kg/m³. Tiene la ventaja de que se obtienen resistencias más elevadas que con cualquier otro árido ligero.
• La Perlita es una roca volcánica vidriosa. Cuando se calienta rápidamente entre 900 a 1100 ºC, se expande por la evolución del vapor y forma un material celular con densidades de entre 30 a 240 kg/m³. El Hormigón hecho con este material tiene resistencias muy bajas, alta contracción (por su bajo módulo de elasticidad)y es más que nada usado como aislante. El Hormigón es de secado rápido.
• La Vermiculita es un material con una estructura parecida a la de la mica.
Cuando se calienta a 650 a 1000 ºC, se expande varias veces (hasta 30 veces su volumen original) por la exfoliación de las laminillas. La densidad de la vermiculita es entre 60 a 130 kg/m³. El hormigón hecho con este material tiene una resistencia muy baja y muy alta contracción pero es un muy buen aislante.
A veces el material crudo se reduce al tamaño deseado antes de calentarlo, o puede triturarse una vez que se ha expandido.
a. Áridos obtenidos por procedimientos de enfriamiento especiales para proporcionar la expansión de la escoria de alto horno. La escoria expandida se puede producir por dos procedimientos.
Proceso de Surtidor de agua: En el primero se pone en contacto con la escoria fundida una pequeña cantidad controlada de agua en forma de rocío al ser descargada del horno en la producción de hierro. Se genera entonces vapor y este hincha a la escoria todavía plástica por lo que la escoria se endurece en forma porosa.
Proceso de Máquina: La escoria fundida se agita con una cantidad controlada de agua. El vapor queda atrapado y hay además formación de gases por reacciones entre los constituyentes de la escoria y el vapor de agua. Produce una densidad de entre 300 a 110 kg/m³ según los procesos de enfriamiento y del tamaño de las partículas y gradación. El Hormigón obtenido tiene densidades de 950 a 1750 kg/m³
b. Árido de escoria de hierro vítreo o ceniza: se obtiene de los residuos de hornos industriales de alta temperatura, fusionados o aglutinados en grumos. La escoria debe ser libre de variedades o elementos perjudiciales que puedan expandirse en el Hormigón, que ocasiona falta de solidez. Hay que tener en cuenta los contenidos de sulfatos solubles y los límites de pérdida de ignición sobre todo para hormigones exteriores. Generalmente no es recomendado para hormigones armados u hormigones que requieran durabilidades importantes.
Propiedades del Hormigón de Árido Ligeros
• Permiten que los rangos de densidades oscilen entre 300 a 1850 kg/m³
• Los rangos correspondientes de resistencia van entre 0.3 a 40 Mpa e incluso mayores
• Las resistencias más elevadas se obtienen con contenidos elevados de Cemento (500 kg/m³. Puede necesitarse hasta 70% más que con áridos normales.
• Todos los áridos ligeros producen hormigones totalmente diferentes entre si por lo que se requiere un cuidadoso control.
• Las propiedades del Hormigón además se ven afectadas por la graduación del árido, el contenido de cemento y la relación agua / cemento por lo que es difícil clasificar al Hº según el árido usado.
• La conductividad térmica está relacionada con la densidad
• Los áridos ligeros tienen mayor y más rápida absorción de agua
• Las mezclas son más ásperas, lo cual se puede disminuir con el arrastre de aire, reduciendo el requerimiento de agua. Generalmente los contenidos de aire totales por volumen son de 4 a 8% por 20 mm de tamaño máximo de árido, y de 5 a 9% por 10 mm de tamaño máximo.
• La trabajabilidad desminuye si se usan tanto áridos finos de peso ligero como áridos gruesos de peso ligero por lo que se recomienda usar áridos finos de peso normal y áridos gruesos de peso ligero (Hormigón semiligero). Generalmente estos hormigones requieren de 12 a 14% menos de agua de mezcla para lograr una misma trabajabilidad que uno ligero.
• La contracción por fraguado de un Hº semiligero es menor que la de un Hº ligero.
• Debe protegerse a las armaduras de corrosión por la profundidad de carbonatación que puede ser hasta el doble que para áridos normales, requieren mayores recubrimientos.
• En el caso de escoria vítrea de utilizarse acero este debe estar debidamente protegido.
• El movimiento de humedad (contracción por fraguado reversible) es mayor para Hormigones ligeros que para hormigones normales.
• Los coeficientes de expansión térmica son menores para áridos ligeros, esto produce disminución en las deformaciones por variaciones de temperatura, pero puede crear problemas cuando se trabaja con ambos tipos de árido.
• La resistencia al congelamiento y deshielo es mayor debido a la mayor porosidad del árido ligero, siempre que este no haya estado saturado.
• La resistencia al fuego es mayor por que los áridos ligeros son menos propensos a astillarse
Hormigón celular
Otra forma de obtener hormigones ligeros es mediante la incorporación de gas en la masa del mortero a los efectos de producir una estructura celular que con tenga vacíos entre 0.1 y 1 mm. La característica de estos vacíos es que su piel que debe resistir el mezclado y la compactación. El hormigón que resulta de este proceso se llama Celular, aunque no se lo debería llamar hormigón debido a que no hay árido grueso en él. Se pueden obtener de dos maneras:
• Hormigón Gaseoso: Mediante reacciones químicas que generan un gas en el mortero fresco de modo que la consistencia del mismo debe ser tal que permita que el gas se expanda pero no se escape. Por lo tanto se combinan la velocidad de evolución del gas, la consistencia y el tiempo de fraguado. El mas usado en este proceso es el polvo de aluminio, que se divide finamente en proporciones del orden del 0.2% de la masa de cemento, puede usarse además polvo de zinc, aleaciones de aluminio o peróxido de hidrógeno. Reacciona entonces el polvo activo con el hidróxido de calcio o los álcalis, y en esta reacción se liberan burbujas de hidrógeno.
• Hormigón Espumoso: Se produce por la adición de un agente espumoso (jabones de resina o proteínas hidrolizadas) a la mezcla. Se realiza el mezclado a alta velocidad y el agente incorporado estabiliza e introduce burbujas a la mezcla. A veces se incorpora directamente una espuma estable en una mezcladora común.
Puede hacerse sin arena para propósitos no estructurales como el aislamiento se obtienen densidades entre 200 a 300 kg/m³. Generalmente sus densidades oscilan entre 50 y 1100 kg/m³ para morteros hechos con arenas muy finas.
Principalmente se usa para depósitos de asilamiento de calor por su baja conductividad térmica y por sé incombustible. Estructuralmente se usa para bloques con curado en autoclave o elementos premoldeados. Se usa para pisos. Puede aserrarse, clavarse es bastante durable. Tiene alta absorción de agua pero el índice de penetración del agua es bajo porque no se llenan los poros más grandes. Tiene resistencia medianamente buena al congelamiento y puede usarse en la construcción de muros. En el caso de ser armado el acero puede ser corroído, por lo que necesita protección, estas generalmente implican un detrimento de la adherencia.
Hormigón sin Finos
Este hormigón se obtiene omitiendo el árido fino de la mezcla por lo que hay una aglomeración de partículas de árido grueso. Cada partícula se encuentra rodeada de la pasta de cemento en un espesor de 1.3 mm. Dentro del cuerpo existen grandes poros, esto produce resistencias menores, pero debido a que estos poros son importantes no hay movimiento capilar dentro del hormigón, y por lo tanto baja penetración de esta.
La densidad de estos áridos depende de la curva granulométrica del árido grueso que usemos, cuando se usan áridos de un mismo tamaño la resistencia disminuye 10% respecto a los áridos bien graduados del mismo peso específico. La condición es que ningún árido debe ser menor a los 5 mm. Deben evitarse los áridos con aristas angulosas porque puede producirse trituración local.
Este hormigón requiere muy poca compactación y solo se aplica vibración por periodos cortos, si no la pasta de cemento tiene a escaparse.
No tiene problemas de segregación por lo que puede ser lanzado de alturas significantes.
Su resistencia varía entre 1.4 y 14 Mpa, según sea su densidad.
En este tipo de Hormigones existe un valor óptimo para la relación agua cemento para cualquier árido. Si la relación a/c es mayor la pasta de cemento tenderá a drenarse de las partículas de árido y si fuera demasiado baja la pasta no sería lo suficientemente adhesiva y no se formaría la composición entre áridos y pasta. Generalmente la óptima está entre 0.38 y 0.52 dependiendo del contenido de cemento necesario para recubrir el árido.
2.12 Hormigones con fibras
El hormigón con fibras se define como un hormigón, hecho con cemento, que contiene áridos finos y gruesos y fibras discontinuas. Las fibras pueden ser naturales o artificiales que tienen como fin reforzar la masa del cemento incrementando la resistencia a la tensión ya que se retarda el crecimiento de las grietas y aumentar la dureza transmitiendo el esfuerzo a través de la sección agrietada. El refuerzo de fibras mejora la resistencia al impacto y la resistencia a la fatiga y disminuye la contracción por fraguado.
Las fibras que más se utilizan son de acero, de vidrio y de polipropileno y por otro lado las de Carbono y Aramida. Las propiedades son las que se muestran en la tabla a continuación:


Las cantidades usadas de fibra van entre el 1 al 5% por volumen, y sus propiedades deben ser bastante más altas que las de matriz. El flujo plástico de las fibras debe ser muy bajo para que no ocurran esfuerzos por relajación. El módulo de Poisson debe ser similar para que no ocurran esfuerzos laterales inducidos, que pudiera afectar la adherencia entre las superficies de contacto.
La longitud de la fibra debe ser mayor que el tamaño máximo de las partículas de árido.
La adherencia mejora en fibras de superficie rugosa, extremos agrandados.
La orientación de la fibra también influye siendo máximo el beneficio cuando la fibra es unidireccional y paralela al esfuerzo de tracción aplicado y es de menor influencia cuando se orientan al azar en tres dimensiones.
El mezclado de las fibras se realiza al final del proceso de amasado, Estos hormigones tienen menos docilidad que los hormigones tradicionales. Debe preverse una dispersión uniforme de las fibras y prevenirse una segregación o enredo de las fibras. Estos hormigones tienen mayores contenidos de cemento (de 300 a 500 kg/m³) y de árido fino como así también tamaños menores de árido grueso.
El hormigón con fibra de acero se usa también como hormigón proyectado.
El contenido de fibra generalmente está entre 1 al 3% en volumen y con el aumento de este se incrementan las propiedades mecánicas pero se perjudica la trabajabilidad. Por ejemplo la resistencia a flexión se incrementa de 2 a 3 veces respecto a la de un hormigón no reforzado, creciendo con la relación de forma de las fibras. La resistencia al impacto crece entre 4 a 6 veces respecto al hormigón normal.
Resultan muy caras, el 1% de árido de fibras de este tipo implica duplicar el costo del Hormigón aproximadamente.
Se usan para Pavimentos industriales, pistas de aeropuertos, elementos prefabricados, túneles evitando así la colocación de la malla electro soldada.
Son más vulnerables a la corrosión que el Hormigón armado convencional, aunque su comportamiento es muy bueno si no hay figuración. Cuando el ambiente es agresivo el hormigón tiende a fisurarse por lo que es imprescindible el uso de acero inoxidable.
En los hormigones con fibra de vidrio la longitud de este tipo es de hasta 40 mm y los contenidos usuales son de alrededor del 5%. Su mezclado es diferente al de las fibras de acero, por ejemplo cuando se trata de capas delgadas, las fibras en madeja se alimentan dentro de una pistola de aire comprimido que las corta y las rocío con la lechada de cemento.
Lo que se denomina colocación por proyección. La fibra de vidrio debe ser resistente al ataque de los álcalis del cemento. Son muy utilizadas en paneles de Fachadas más que nada con propósitos arquitectónicos o de revestimiento. También se usa para tabiques antifuego, muros antirruido y como encofrados perdidos.
En los hormigones con fibra de polipropileno las fibras son de polímeros, (plásticas) son también resistentes a los álcalis. El problema que tienen es que sus propiedades mecánicas son bajas (con módulos de elasticidad pequeños y adherencia reducida). Las longitudes de las fibras van entre 10 a 60 mm. Estas son agregadas en la hormigonera en cantidades de 1 a 3% del volumen.
Se usan mayormente como refuerzo de morteros, controlando la fisuración por retracción, para elementos prefabricados (mejoran la resistencia al impacto y al fraccionamiento de las piezas terminadas) y para Hormigones proyectados, en los que se producen menores pérdidas por rebote y se consiguen mayores espesores sin descuelgues de material.
2.13 Hormigones con polímeros
Los polímeros son cadenas de monómeros, que según su estructura química cuenta con diferentes propiedades y particularidades. Estos elementos tienen alto peso molecular.
Los polímeros pueden ser termoplásticos o termoestables. Los primeros cuentan con cadenas largas, lineales y paralelas que no se unen transversalmente y presentan propiedades evidentes ante cambios de Temperatura. Los termoestables tienen cadenas orientadas al azar que si se enlazan transversalmente y no muestran variación ante los cambios de temperatura. Estos materiales son químicamente inertes pero presentan el inconveniente de tener un módulo de Elasticidad bajo y un flujo plástico alto, además tienden a degradarse con el sol, agentes químicos, microorganismos, etc. Esto puede ser disminuido mediante el uso de antioxidantes y estabilizadores para reducir la oxidación y la degradación ultravioleta.
Los materiales más usados son las formulaciones epoxídicas, resinas acrílicas, poliéster, poliuretanos, etc. Se usan para producir tres tipos de compuestos: Hormigón – Polímero, Hormigón impregnado con polímero y Hormigón de cemento Pórtland polímero.
Hormigón impregnado con polímero se seca el horno común y se lo satura con un monómero, luego por radiación gama o por métodos térmicos se produce la polimerización. Esto se hace generando radicales libres.
Estos hormigones tienen resistencia a tracción compresión e impacto mayores, los módulos de elasticidad más altos u menor flujo plástico y contracción por secado. Tiene mayor resistencia a los ciclos de congelamiento y deshielo, y al ataque químico, esto se debe a que la porosidad y permeabilidad de estos hormigones son más bajas.
Presentan el problema de que su coeficiente de conductividad térmica es más elevado y que las propiedades se deterioran una vez que ha sido expuesto al fuego. Este tipo de Hormigones resulta de muy alto costo, aunque puede impregnarse parcialmente algunos miembros de la estructura.
Hormigón Polímero: se forma al polimerizar un monómero mezclado con árido a temperatura ambiente. Cuando se adiciona silano al sistema monómero este actúa como acoplador y mejora la adherencia en las superficies de contacto entre el polímero y el árido, así como la resistencia del compuesto. Lo más importante es cuidar que el árido que se use en este hormigón debe tener un contenido de humedad bajo y graduarse para ser trabajable. La forma de trabajarlo para el colado es similar al Hormigón común.
Algunos de estos son muy volátiles pudiendo producir mezclas explosivas por lo que hay que tener cuidado y trabajar con los elementos adecuados. Generalmente se usa en reparaciones rápidas, en la fabricación de muros precolados reforzados con fibra, en bloques, tubos de pared delgada etc. Hormigón de Cemento Portland Polímero: Se agrega al Hormigón fresco un polímero en forma de solución acuosa o un monómero que es polimerizado in situ. Se usan con un agente anti espumante para que no quede demasiado aire atrapado. Tiene mayor durabilidad y adhesión que los hormigones comunes. Tienen resistencias alta a la congelación y deshielo y a la abrasión y al impacto. El flujo plástico es mayor que en el hormigón común. Se usa para cubiertas para puentes, tableros, reparaciones
2.14 Hormigón proyectado
Son hormigones enviados a través de una manguera y proyectado neumáticamente a gran velocidad contra una superficie. La fuerza del chorro produce la compactación del material contra la superficie, y permite que el Hormigón permanezca en esa posición, incluso cuando las superficies son verticales. Se usa para secciones finas y ligeramente reforzadas como bóvedas o techos, cubiertas de túneles. Se usa para hacer reparaciones
de Hormigones normales deteriorados, estabilización de taludes de roca, etc.
El hormigón proyectado va adquiriendo espesor hasta 10 cm, por esto no se necesita
encofrado, pero por otro lado su contenido de cemento es más elevado y los
equipamientos y capacitación necesarios para realizar este tipo de trabajo son más caros
que en el Hormigón común.
Hay dos procesos para el proyectado, uno se mezclan el cemento y los áridos y son
llevados a una alimentadora mecánica donde la mezcla es transferida por un distribuidor a
velocidad conocida en una manguera que conduce a una boquilla, dentro de esta se
adapta un tubo perforado que incorpora el agua presurizada para mezclar con los otros
ingredientes, luego la mezcla es proyectada a gran velocidad.
En el proceso de vía húmeda, todos los elementos son mezclados, esta mezcla se
introduce en la cámara del equipo y desde allí es enviada mediante una bomba, esta se
inyecta en una boquilla donde neumáticamente se le da gran velocidad. Este proceso
permite mayor control del agua que se le coloca a la mezcla que se mide en la premezcla.
Pueden incorporarse aditivos y las condiciones de trabajo son mejores que para el caso
de la mezcla seca.
La consistencia del hormigón proyectado debe ser relativamente seca para que el material
se sostenga en cualquier posición, y debe estar lo suficientemente húmeda para lograr la compactación sin excesivo rebote. Generalmente las partículas gruesas tienden a rebotar, esto debe ser debidamente observado para que no se produzcan acumulaciones de material de rebote en posiciones que serán incorporadas a las capas siguientes. Los rangos de relaciones a/c son de 0.35 a 0.50 con poca exudación. Los tamaños máximos de áridos son de 15 mm para hormigón y de 8 mm para gunita. Es muy importante el curado de estos hormigones ya que el secado rápido se produce por la alta relación superficie/volumen. Se recomiendan las secciones poco armadas y las capas delgadas.
2.15 Hormigón pesado
Los hormigones pesados se utilizan como protección contra las radiaciones producidas en las plantas en base a energía nuclear. La obtención de estos queda condicionada al empleo de áridos bajo peso específico, para lo cual se obtienen normalmente de rocas mineralizadas o bien, aunque con menor frecuencia, se recurre a áridos constituidos por granalla o trozos metálicos.
Las variedades mas usadas para áridos provienen de los minerales de hierro, tales como la magnetita, la ilmenita y la hematita, cuyos pesos específicos oscilan entre 4.2 y 4.8 kg/dm3. Se utilizan también dentro de este tipo de áridos los provenientes de la barita, que proporciona áridos con pesos específicos comprendidos entre 4.0 y 4.4 kg/dm3.
También se obtienen a partir de trozos de barras de acero redondo, recortes de planchas de acero o granalla. Su peso específico es similar al del hierro, es decir 7.5 a 7.8 kg/dm3. Estos deben cumplir en líneas generales las mismas condiciones estipuladas para los áridos convencionales. Sin embargo, para su empleo debe tenerse en consideración que los áridos provenientes de minerales de hierro son muy fracturables debido a su construcción interna, por lo que están expuestos a variaciones de sus características durante su uso en obra, en especial de su granulometría y contenido de finos.
Los áridos obtenidos de deshechos metálicos presentan también algunas características de heterogeneidad, provenientes principalmente del estado de su superficie, la cual debe presentar algún grado de oxidación incipiente para favorecer la adherencia.
El principal uso de los hormigones pesados ha sido de escudo protector contra las radiaciones provenientes de energía nuclear. La capacitación de estas radiaciones depende del tipo de emisión que se trate, pudiendo indicarse que las ondas de corta longitud (rayos x, rayos gama) se necesitan la interposición de un elemento de la mayor densidad posible, para lo cual los hormigones pesados de cualquier tipo proveen una solución económica, al permitir disminuir el espesor de la pantalla de protección. En cambio, las partículas atómicas, como son los neutrones, requiere, además, la presencia de un alto contenido de átomos de hidrogeno en la pantalla, condición que es bien cumplida por los hormigones pesados provenientes de áridos de minerales de hierro hidratado, con un gran contenido de agua de cristalización y hormigones preparados con la mayor dosis de agua posible. Además son utilizados en las fundaciones de elementos de excesiva esbeltez evitando el pandeo. Se puede aprovechar en el acopio como base para materiales de mucho peso.