Tecnologia del Hormigon I

Cuando un calculista -una vez conocidas las cargas que inciden en la estructura-, se dispone a dimensionar la misma, dos son los datos que debe definir o elegir en primer lugar: la resistencia unitaria del acero y la resistencia unitaria del hormigón. (Ver "Hormigón Armado, Generalidades" en esta Enciclopedia).

Dicha decisión se basará tanto en las necesidades del propio cálculo estructural, como en la factibilidad de poder obtener la resistencia unitaria pretendida en base a los equipos o materiales disponibles.

En el caso del hormigón, ella se relaciona con las condiciones posibles de elaboración de la mezcla y/o la obtención de los materiales componentes adecuados. Las posibilidades de elaboración y los materiales disponibles, condicionarán la dosificación adecuada a la resistencia requerida.

En el caso del acero, la resistencia unitaria ya está garantizada por los fabricantes y la gama de alternativas posibles de resistencias es reducida, aunque no obstante suficiente para las necesidades corrientes.

Las distintas clases y clasificación de los aceros, será objeto de otro artículo en esta Enciclopedia.

Dado que para el caso del hormigón la posibilidad de elección de resistencias unitarias puede ser muy variada, a los fines de posibilitar su reglamentación, el CIRSOC 201 limita a 8 la cantidad de resistencias, correspondiendo cada una de ellas a una "clase" particular de hormigón.

La "clase" correspondiente se denomina con la letra H y un guión seguido del valor de su resistencia característica en MN/m². Por ejemplo, un hormigón de resistencia característica 17 MN/m² se llama: "hormigón clase H-17".

La llamada "Resistencia", en el hormigón, se refiere en líneas generales, a la tensión alcanzada al momento de romperse por compresión las probetas de ensayo, lo cual se realiza con máquina apropiadas en laboratorios especializados.

En el cálculo moderno, las cargas a utilizar son las cargas reales incrementadas con un coeficiente de seguridad (mayorización de las cargas), y las resistencias unitarias de los materiales a utilizar son las de su límite de rotura ó valor equivalente.

Antiguamente (hasta 1955/65) se utilizaban para el cálculo del hormigón armado las cargas reales, y era la resistencia del material la que se reducía, dividiendo la resistencia de rotura por un coeficiente de seguridad (se calculaba en base a la llamada resistencia admisible).

Las probetas de ensayo de hormigón son cilindros de 15 cm de diámetro y 30 cm de alto que se moldean con hormigón sin armar -con el mismo hormigón que se vuelca en la obra-, y se ensayan cuando cumplen la edad que corresponda según el tipo de cemento utilizado, 28 días para en cemento común y 7 días para el cemento de fragüe rápido (cemento A.R.I.).

No obstante se pueden confeccionar probetas adicionales para ensayar antes de esas fechas (por ejemplo 7 días para el cemento común y 3 días para el A.R.I.) y por medio de la introducción de los resultados del ensayo en un gráfico (curva en un sistema de coordenadas) obtener un valor aproximado anticipado del resultado final.

La "resistencia característica" (*'bk) del hormigón, utilizada para desarrollar los cálculos estructurales, corresponde a un valor ponderado o nominal de resistencia unitaria a la rotura por compresión, asignado a todo el hormigón de la misma "clase" utilizado en la misma estructura, en base a lo previsto como resultado de la dosificación proyectada y verificada con el ensayo de las probetas.

La "resistencia característica" (*'bk) es menor a la "resistencia media" (*'bm) obtenida del promedio de ensayos de un grupo determinado de probetas, debido a que es necesario que la resistencia utilizada en el cálculo (la "característica") contemple las posibles desviaciones y/o dispersión de calidad, resultado de las condiciones de elaboración, heterogeneidad de los materiales, circunstancias climáticas, precisión de la medición de los materiales de acuerdo a la dosificación, modos de colocación, compactación, etc., propios de este tipo de material.

La relación entre "resistencia característica" y "resistencia media", está establecida según pautas muy estrictas por el CIRSOC 201, que además de la elaboración y los materiales componentes, contempla la cantidad de ensayos, consideraciones estadísticas y otras condiciones, concentradas en fórmulas y coeficientes que vinculan ambos tipos de resistencia.

Las 8 "clases" de hormigón mencionadas, se clasifican a su vez en dos grupos: H-I y H-II, de 4 clases cada uno, como se observa en el siguiente cuadro, equivalente a la Tabla 3 del CIRSOC 201.

Una de las características importantes que diferencian el grupo H-I del grupo H-II, es que las dosificaciones de los hormigones del grupo H-II deben calcularse obligada y exclusivamente por un método racional (ver "Hormigón, Dosificación de" en esta Enciclopedia).

La otra diferencia importante es que los hormigones de "propiedades especiales" que detallaremos más abajo, al margen de su resistencia -que puede estar incluida en el grupo H-I-, deben necesariamente elaborarse con las exigencias técnicas establecidas para los del grupo H-II, con excepción de los hormigones sometidos a ataque químico débil, que pueden contemplarse como dentro del grupo H-I, si ésa es su resistencia requerida en el aspecto mecánico.

Grupo	Clase	Resistencia Característica 'bk [MN/m²] (6.6.2.1)	Resistencia media 'bm [MN/m²] (6.6.3.11.2.a)	Cumple con:	Aplicaciones
H-I	H-4 H-8	4 8	7 12	6.6.3	Unicamente hormigón sin armar
H-I	H-13 H-17	13 17	17,5 21,5	6.6.3	Hormigón sin armar y hormigón armado
H-II	H-21 H-30	21 30	26 35	6.6.4	Hormigón sin armar, hormigón armado
H-II	H-38 H-47	38 47	43 52	6.6.4	hormigón premoldeado

Para la adecuada colocación y compactación del hormigón en los encofrados se requiere que éste tenga una consistencia apropiada. Mayor fluidez en hormigones se logra con la incorporación de aditivos y/o el incremento del agua. Un factor adverso a la resistencia del hormigón es la mayor cantidad de agua, en razón de que la relación agua/cemento es inversamente proporcional a la resistencia unitaria del hormigón. Por esta causa la fluidez no deberá ser mayor que la indispensable. Mejor compactación debe procurarse con la incentivación del uso de herramientas para vibración o aditivos, en lugar de mayor cantidad de agua (ver "Vibradores de Hormigón" en esta Enciclopedia).

La medida de la consistencia (fluidez) se verifica en el troncocono de Abrams (se mide en cm) y debe coincidir con la prevista en el cálculo de la dosificación.

El troncocono de Abrams es un cono truncado de chapa de acero, sin bases (alto 30 cm, ø mayor 20 cm, ø menor 10 cm), que se llena de hormigón y que al retirarse permite que el hormigón se asiente al no estar ya contenido. La diferencia entre la altura del cono y la final, se mide en cm y es la medida del asentamiento, que aumenta con la mayor fluidez (o menor consistencia).

La tabla siguiente que, equivale a la Tabla 8 del CIRSOC 201, establece 4 ámbitos de consistencia:

Ambito de consistencia	Aspecto y condición del hormigón fresco al colocarlo	Gama de asentamientos (cm)	Método de compactación
A - 1 hormigón seco	Todavía suelto y sin cohesión	1,0 a 4,5	Con vibradores potentes, o apisonado enérgico en capas delgadas
A - 2 hormigón plástico	Levemente cohesivo	5,0 a 9,5	Vibración normal y varillado o apisonado
A - 3 hormigón blando	Levemente fluido	10,0 a 15,0	Varillado o vibración leve
A - 4 hormigón superfluidificado(*)	Fluido	15,5 a 22,0	Varillado o muy leve y muy cuidadosa vibración

(*) Unicamente para los hormigones que contienen un aditivo superfluidificante. El empleo de hormigones de asentamiento mayor de 15,0 cm, salvo el caso de los hormigones colocados bajo agua, requerirá la autorización escrita previa del Director de Obra.

Tanto el asentamiento como la resistencia -y con menor frecuencia la cantidad de aire contenido-, son las verificaciones de calidad que se deben efectuar al pie de obra (condiciones de aceptación). Cantidad de cemento, calidad y tamaño de agregados, sus proporciones, etc, se controlan en el punto de elaboración. Las normas y elementos para realizar estos controles están estipulados en las normas IRAM.

Habitualmente se valora el hormigón armado desde el punto de vista de su resistencia mecánica -capacidad de las estructuras para soportar cargas- a lo que se dirige todo el desarrollo de los cálculos estáticos.

Pero no sólo esfuerzos mecánicos deben soportar las estructuras, sino también acciones externas de otro tipo, por ejemplo ataques químicos, a las que modernamente se les ha dedicado mayor atención, asignándose a estas acciones una importancia similar a la de las resistencias mecánicas, entendiéndose que todas por igual hacen a la seguridad y duración de las estructuras.

Estos hormigones son los llamados de "propiedades especiales", y están específicamente definidos y reglamentados por el CIRSOC 201 en los artículos del Reglamento que se detallan a continuación:

Hemos visto que los hormigones normales se dividen en dos grandes grupos según su resistencia (H-I y H-II), los que se diferencian en las precauciones que deben tomarse en su dosificación y elaboración. Para la dosificación de los hormigones del grupo H-I pueden utilizarse métodos empíricos o racionales, con limitaciones en la cantidad mínima de cemento, y para el H-II deben utilizarse métodos racionales y experimentales, debido a su mayor exigencia de resistencia. En ambos pueden acortarse los plazos de fragüe con la utilización de cemento de alta resistencia inicial (A.R.I.) o aditivos químicos con cemento común para el mismo fin. En todos se determina la fluidez de acuerdo a las necesidades del encofrado a llenar, lo cual incide en la dosificación pues a más agua, más cemento es necesario a fin de mantener constante la relación agua/cemento relacionada con la resistencia. Se utilizan aditivos químicos para lograr fluidez en lugar de mayor cantidad de agua y para incorporar burbujas de aire, según los casos, que mejoran la trabajabilidad de la mezcla y la impermeabilidad del hormigón endurecido.

En los hormigones de características especiales, que se hallan dentro de la clasificación de hormigones normales, los artículos y especificaciones del CIRSOC 201 determinan la utilización de los aditivos, de la incidencia de la relación agua/cemento -que tiene determinadas limitaciones para cada una de las características especiales (Tabla 7 del CIRSOC 201)-, de la influencia de las partículas superfinas (que pasan tamiz 300 µm) y de las puzolanas también superfinas, fundamentalmente de los cementos especiales, de las características de tamaño y proporción de los agregados (arena y píedra), de la medida del asentamiento y del modo de compactación, para lograr atributos especiales en hormigones aptos para una gran variedad de condiciones de servicio.

Hemos denominado hormigones normales a los anteriormente detallados pues existen otros, de uso menos habitual, con reglas de dosificación y componentes ligeramente distintos a los normales, que detallamos someramente:

Hormigones en masa: Son los hormigones que deben llenar encofrados de enormes dimensiones, en los que tiene gran preponderancia la elevada producción de calor proveniente de la hidratación del cemento y los importantes cambios de volumen que se producen durante el fragüe. En caso de utilizarse hormigones normales en estas estructuras se producirán fisuras y desarrollarán peligrosas tensiones internas. Se utilizan cementos especiales de bajo calor de hidratación (BCH), se incorporan puzolanas y agregados de mayor tamaño (tamaño menor del agregado grueso: 35 mm), y se limita la relación agua/cemento.

Hormigones de alta perfomance (HPC): Son hormigones modernos, no utilizados en el país, de muy alta resistencia, tanto mecánica como a otros factores externos. Se logran con cementos de alta resistencia, dosificación muy exacta, aglomerados de tamaño menor que el habitual, mayor proporción de partículas muy finas y aditivos adecuados. La relación agua/cemento es del orden de 0,25. En EE.UU. se han construido edificios con valores de resistencia unitaria de 80 MN/m² y obtenido experimentalmente hormigones de hasta 400 MN/m² bajo presión. Se considera en dicho país que en los próximos años será normal producir hormigones en el rango 60 a 100 MN/m², rango que define este tipo de hormigón.

Hormigones livianos (CIRSOC 202): Tienen un peso unitario menor que el del hormigón normal. Se reemplaza el agregado de origen silícico o granítico del hormigón normal por agregado de arcilla expandida. Los cálculos estáticos son similares a los del hormigón normal con excepción de su mayor elasticidad, por lo que se debe verificar por cálculo la flecha. El método de dosificación difiere, debido a que la relación agua/cemento no es un dato controlable dado la gran absorción de agua del agregado, lo cual afecta también a la elaboración del hormigón y el control de la segregación.

Hormigones pesados: Tienen un peso mayor que el hormigón normal. Se utilizan como contrapesos, anclajes de cañerías o túneles submarinos y funciones similares. También en pantallas o recintos contra radiaciones. Los métodos de dosificación son similares a los del hormigón normal, con excepción de que llevan agregados derivados del hierro y sulfato de bario. En el caso de las paredes contra radiación estos agregados tienen otras particularidades.

Hormigones rodillados: Es un hormigón de desarrollo reciente en el país. Tiene muy bajo asentamiento (casi seco) y se compacta con rodillo vibratorio. Es muy impermeable y resistente a agentes externos. Utilizado mayormente en recubrimiento de presas de tierra, canales y pavimentos.

Hormigones:		Artículo
de elevada impermeabilidad		6.6.5.2
de elevada resistencia a las bajas temperaturas y ciclos de congelación y deshielo		6.6.5.3
resistentes a la agresión química o física y química		6.6.5.4
	contacto prolongado con un medio ácido	6.6.5.4 j)
	expuestos a la agresión de los sulfatos	6.6.5.4 k)
	expuestos al contacto con agua de mar	6.6.5.4 l)
expuestos a acciones mecánicas y abrasión superficial		6.6.5.5
expuestos a la acción del calor y temperaturas anormales		6.6.5.6
para ser colocados bajo agua		6.6.5.7