HORMIGÓN PARA HORMIGÓN PARA EL FERROCEMENTOEL FERROCEMENTO

OBJETIVO.

Hormigón para ser empleada en el ferrocemento.

CONTENIDO.

Hormigón . Generalidades. Fase que componen el hormigón.Propiedades. Principio del diseno.

Ferrocemento

El ferrocemento básicamente es igual que el hormigón armado HA, con las diferencias siguientes :

• Su espesor raramente excede los 25 mm., mientras que los elementos de HA raramente son menores de 100 mm.

• Se emplea un mortero rico en cemento Pórtland, el HA utiliza áridos gruesos.

• El ferrocemento tiene un mayor porcentaje de refuerzo que el HA. El refuerzo comprende malla de alambre y alambres de pequeño diámetro separados ligeramente y distribuidos uniformemente en toda la área transversal.

• La relación resistencia a tracción a peso es mayor que la del HA y su tendencia al agrietamiento es menor.

• El ferrocemento puede ser construido sin encofrado para casi cualquier forma.

Definición de hormigón

• El hormigón lo podemos definir, en general, como el producto que resulta de la mezcla de áridos y uno o más aglomerante. Cuando en la fabricación del hormigón se utiliza sólo árido fino se acostumbra llamarlo mortero.

• Aqui nos referiremos como hormigón, independientemente del tamaño del árido utilizado, dado que la división entre árido fino y árido grueso es puramente convencional y de hecho los conceptos de mortero y hormigón.

FASE DEL HORMIGÓN

Fase pasta de cemento

La pasta de cemento hidratada está compuesta de:

• Gel de cemento.

• Poros del gel.

• Poros capilares.

• Una pequeña cantidad de hidrato de cal

Fase pasta de cemento (Cont.)• El cemento para reaccionar completamente

requiere de un 23% de agua. 1g de cemento + 0.23 g de agua. Si se divide entre el peso específico de

ambos materiales tenemos los volumenes absoluto siguientes:

0.32 cm3 + 0.23 cm3 = 0.55cm3

pero realmente los productos de hidratación obtenidos tienen un volumen de 0.49 cm3 por lo que en la pasta siempre se produce una retracción por esta causa.

Fase pasta de cemento (Cont.)• El volumen de gel mas poros del gel producido

para un gramo de cemento sería: 0.49 ------ (100 – 28) X ------- 100 El volumen de gel + poros del gel = 0.68 cm3

Como se empleo inicialmente un volumen absoluto de cemento de 0.32 cm3, teoricamente es posible emplear 0.36 cm3 de agua sin que se produzcan poros capilares. Esto corresponde a una relación agua – cemento de 0.36. Para el cemento hidratado totalmente

POROS DEL GEL

10

100 4020 30 6050 70

% V

OLU

ME

N D

E M

AT

ER

IAL

60

30

20

50

40

80

70

100

90

CEMENTO

GEL

POROS CAPILARES

A/C = 0,40

40

GRADO DE HIDRATACIÓN

109080 100 20 30 50 60 70 9080 100

POROS CAPILARES

CEMENTO

POROS DEL GEL

GEL

A/C = 0,70

Fase pasta de cemento (Cont.)

Fase pasta de cemento (Cont.)

El lograr que se produzca la hidratación produzca la hidratación completa va a depender de:

• La composición química del cemento.

• La finura del cemento

• El uso de aditivos.

• El curado al hormigón

REACCIONES DE HIDRATACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND

• Al2O3.3 CaO + 12(H2O) + Ca(OH)2 ----- Al2O3 . 4CaO.13H2O

• Al2O3.3CaO+ CaSO4.2H2O + 25H2O -----3CaO.Al2O3.CaSO4 . 31H2O

Estrigita

2(3CaO. SiO2) + 6H2O ---- 3CaO.2SiO2. 3H2O + 3Ca(OH)2

Tobermorita Portlandita

• 2(2CaO. SiO2) + 4H2O------ 3CaO. 2SiO2. 3H2O + Ca(OH)2

Tobermorita Portlandita

• 4CaO.Fe2O3.Al2O3 + H2O----3CaO. Al2O3. 5H2O + CaO. Fe2O3. 6H2O

CEMENTO

SCH + ... + Ca(OH)2

H2O

SCH(I)+SCH(II)SCH(I): CaO0.8-1.5SiO2·(H20)1.0-2.5

SCH(II): CaO1.5-2.0SiO2·2(H20)

C3S - C2S-...

Durabilidad a aguas blandas y con CO2 agresivo

Puzolana

Efecto de las puzolanas

Interfase árido - pasta• El trabajo conjunto entre el árido y la pasta se

realiza a través de la interfase arido – pasta y depende de la adherencia.

• A medida que la resistencia del hormigón es más elevada la tendencia a romper por la interfase es más alta

• En la pasta la adherencia está en dependencia de la relación agua – cemento utilizada y del grado de hidratación .

• En el árido básicamentela adherencia depende de la rugosidad, impurezas, superficie específica y la composición química del árido

Representación del hormigón

Factores que depende el espesor de la capa lubricante

• Tipo y forma del elemento.

• Cantidad y distribución del acero de refuerzo.

• Método de mezclado del hormigón.

• Método de transportación del hormigón.

• Método de colocación del hormigón.

• Método de Compactación del hormigón

Propiedades del Hormigón

• Propiedades del hormigón fresco. - Laborabilidad. - Exudación. - Peso unitario. - Contenido de aire.

• Propiedades del hormigón endurecido. - Durabilidad. - Cambios de Volumen. - Permeabilidad. - Corrosión. - Resistencia a los esfuerzos mecánicos.

Factores que afectan la laborabilidad

• Cantidad de cemento.• Características del cemento.• Consistencia.• Granulometría del árido fino.• Forma del árido fino.• Granulometría del árido grueso.• Forma del árido grueso.• Tamaño máximo del árido grueso.• Aditivos.• Proporciones de la mezcla.

EFECTO DE LA GRANULOMETRÍA DEL ÁRIDO

EFECTO DE LA FORMA DEL ÁRIDO

Exudación

• Importancia.

Provoca la formación de canales en la masa del hormigón y / o agua atrapada debajo de las partículas de árido grueso incrementando la permeabilidad.

Perdida de adherencia entre el hormigón y el acero

Capa de arena en la superficie del hormigón.

• Factores que depende:

1- Cantidad de agua en la mezcla.

2- Superficie específica de las partículas

Durabilidad.• Se entiende por durabilidad de un hormigón hidráulico a

la capacidad de resistir a lo largo del tiempo los efectos del medio ambiente y los agentes que tienden a destruirlo.

El término durabilidad lleva implícito el concepto de permanencia con el tiempo.

• Los factores que determinan la durabilidad del hormigón son los siguientes:

• 1.        Calidad del hormigón, que depende principalmente de: 

• 2.        La naturaleza del medio ambiente que rodea la hormigón y los agentes y procesos que tienden a destruirlo.

Factores que afectan la permeabilidad al agua del hormigón

• Grado de compactación del hormigón.• Fisuras o grietas producidas por las cargas y la

retracción.• Acción dañina al hormigón del medio que lo

rodea.• Sustancias perjudiciales al hormigón que por

aumento de volumen pueden causar agrietamiento.• Porosidad propia del hormigón

Porosidad propia del hormigón.

• Poros de la pasta de cemento.

- Poros del gel.

Ocupan el 28 % del volumen de la pasta de cemento.

- Poros capilares de la pasta de cemento.

Dependen de la relación agua - cemento y del grado de

hidratación del cemento.

• Poros capilares producidos por la exudación.

Dependen de la relación específicaSuperficieaguaCantidadde

Composición del Hormigón

• El mortero representa el 95% del ferrocemento y está compuesto de cemento Pórtland, arena, agua y en algunos casos aditivos.

• Se utiliza fundamentalmente cemento Pórtland tipo 1, cuándo va a estar en contacto con agua de mar debe emplearse cemento resistente a los sulfatos (tipo 4 ó 5).

• Se debe emplearse arena inerte, limpia, relativamente sin limo, ni arcilla y libre de materia orgánica y otras sustancias nocivas. El tamaño de las partículas no debe ser por lo general de 2.5 mm. y es deseable una granulometría continua para obtener una mezcla laborables de alta densidad. Se puede emplear arenas ligeras (ejem. ceniza volcánica, pumita, plásticos inertes resistente a los álcalis), si no se requiere de resistencias altas.

Composición del hormigón(Continuación)

• El agua potable es la más adecuada. Aunque puede utilizarse agua no potable libre de materia orgánica, aceite, cloruro, ácidos y otras impurezas. No debe emplearse agua de mar.

• Como aditivos se pueden emplear reductores de agua, adiciones de materiales puzolánicos y trióxido de cromo en cantidades de 300 partes por millón del peso del mortero para reducir la reacción entre el mortero y las armaduras galvanizadas.

• Las proporciones de la mezcla recomendadas son: relación arena/cemento de 2 a 3 y relación de agua/cemento de 0.4 a 0.5.

Armaduras

• La malla de refuerzo puede ser de diferentes tipos: hexagonal, cuadrada soldada,cuadrada trenzada y de metal plegado, con aberturas de mallas de 6 a 25 mm. El principal requisito es la flexibilidad. Debe estar limpia y libre de polvo, grasa, pintura, óxido suelto y otras sustancias.

• La malla hexagonal es la más barata, es muy flexible y puede emplearse en secciones muy delgadas, pero es estructuralmente menos eficiente que la malla con abertura cuadrada, pues los alambres no están orientados en las direcciones principales (máxima) de los esfuerzos.

Armaduras(Continuación)

• La malla cuadrada soldada es mucho más rígida que la hexagonal es más resistente al agrietamiento, pero más difícil de trabajar.

• La malla cuadrada trenzada tiene características similares que la malla soldada pero es un poco más flexible y fácil de trabajar. La mayoría de los diseñadores recomiendan mallas cuadradas trenzada de alambres con diámetro de 1 mm (calibre 19) o 1.6 mm (calibre 16) espaciados a 13 mm (0.5 pulg.).

• El metal plegado tiene casi la misma resistencia que la malla soldada pero es más rígido, da mayor resistencia al impacto y un mejor control de las grietas, pero no puede emplearse para hacer piezas de curvas agudas.

Armaduras(Continuación)

• El galvanizado, como las soldaduras, reduce la resistencia a tracción y el revestimiento de zinc podría reaccionar en el ambiente alcalino produciendo burbujas de hidrógeno en la malla. Esto puede evitarse añadiéndose trióxido de cromo al mortero.

• El acero de esqueleto que generalmente soporta a la malla de alambre y determina la forma de la estructura de ferrocemento, pueden ser alambres lisos o corrugado de diámetros pequeños (generalmente no más de 5 mm) para mantener una estructura de refuerzo homogénea (sin tensiones diferenciales). Alternativamente, se han empleado encofrados que sirven de esqueleto con madera o bambú, pero con éxito limitado.

Armaduras(Continuación)

• Las fibras, en formas de alambre de acero cortas u otros materiales fibrosos, pueden añadirse a la mezcla de mortero para controlar el agrietamiento e incrementar la resistencia al impacto.

• El volumen del refuerzo es de 4 a 8% en ambas direcciones, esto es entre 300 y 600 Kg/m3; la superficie específica correspondiente al refuerzo varia entre 2 y 4 cm2/cm3 en ambas direcciones.

Malla hexagonal

Malla cuadrada de alambres tejidos

Malla plegada

Malla cuadrada soldada

Malla tejida