betón

Hormigón (del fr. béton) es una sustancia de construcción sólida obtenida mediante el endurecimiento de una mezcla de hormigón, o bien un material de construcción obtenido mediante la mezcla de un aglomerante, un relleno y agua, posiblemente con aditivos y adiciones adicionales, que al fraguarse adquiere las propiedades de una sustancia sólida.

Composición

Está compuesto por una mezcla de:

• aglomerante por ejemplo, cemento o también cal, asfalto, tiza, magnesita (suelos xilolíticos), resinas macromoleculares (hormigón plástico), yeso (tabiques aislantes acústicos), etc. El hormigón con un alto contenido de cemento se llama graso, y con un bajo contenido de cemento magro.
• rellenos por ejemplo, materiales inorgánicos naturales como arena y grava, pero también artificiales: escoria, ceniza, cerámica expandida y algunos materiales orgánicos como serrín de madera, cascarilla, corteza, turba y otros. Los rellenos pueden tener distintas fracciones.
• agua
• aditivos
• adiciones

Propiedades

Por sus propiedades, el hormigón de cemento (CH) pertenece a los materiales de construcción más utilizados. Tiene una alta resistencia a la compresión, pero una baja resistencia a la tracción y al cizallamiento. La resistencia a la compresión varía según las necesidades entre 5 y 50 MPa. El hormigón tiene las propiedades de una roca natural, durabilidad y resistencia (a la compresión de 3 a 60 MPa, a la tracción aproximadamente diez veces menor). Para aumentar la resistencia a la tracción y la capacidad de carga, se refuerza con varillas de acero, alambres y mallas (hormigón armado). Sus propiedades y resistencia cambian según la composición y el procesamiento de la mezcla. La resistencia es también una desventaja, ya que las reconstrucciones de estructuras de hormigón son muy laboriosas. La resistencia depende principalmente de la fracción de arena o de grava. Los hormigones más resistentes y más caros son los vibrados con una pequeña fracción de arena. Es fácilmente moldeable y permite, con ayuda de encofrados, crear formas variadas dentro de los límites estáticos. Es resistente a sustancias químicas, a altas temperaturas, es duradero y tiene una estabilidad volumétrica. La durabilidad del hormigón es alta tanto en agua como en el aire.

El hormigón fragua aproximadamente en 28 días. El endurecimiento, sin embargo, no termina, y el hormigón endurece con una humedad adecuada casi indefinidamente (incluso bajo el agua). Como refuerzo se utiliza principalmente acero STN11xxx (aceros estructurales, acero para hormigón). La unión permite una dilatación térmica casi idéntica del acero y del hormigón.

Una desventaja del hormigón es su peso, que depende de los materiales utilizados (especialmente de la grava). En el hormigón simple, la densidad varía entre 2000 y 2400 kg/m³ y en el hormigón armado entre 2300 y 2600 kg/m³. En los elementos prefabricados es necesaria la ayuda de mecanismos de elevación, que aumentan los costes de la construcción. La conductividad térmica también tiene un efecto negativo en la construcción y depende de la densidad del hormigón. El volumen del hormigón cambia durante el fraguado y el endurecimiento, lo que da lugar a grietas, que se eliminan mediante juntas de dilatación.

Historia

El uso del hormigón se extendió ampliamente a partir del siglo XX. El hormigón simple ya se utilizaba en épocas anteriores. Los persas, los cartagineses, pero especialmente los antiguos romanos utilizaron el hormigón como material de construcción, como lo demuestran las construcciones aún conservadas, como carreteras y acueductos, que datan del primer siglo nuestra era. El hormigón dejó de utilizarse durante muchos siglos tras la caída del Imperio Romano.

El hormigón volvió a aparecer en el año 1774, cuando John Smeaton lo utilizó para reparar las cimentaciones de un farol en Edystone en Inglaterra. Smeaton añadió escoria de hierro a la combinación habitual de cal apagada, arena y agua. Así se creó el primer hormigón moderno.^[1]

El hormigón comenzó a utilizarse ampliamente unos 50 años después de la introducción de la producción de cemento Portland. La patente de su producción fue obtenida en el año 1824 por un constructor inglés, albañil Joseph Aspdin de Leeds en el condado de Portland. El origen del nombre cemento Portland proviene precisamente de allí. La introducción de la producción industrial del cemento fue impulsada en el año 1845 por un inglés, Johnson, quien descubrió el proceso de calcinación de caliza y arcilla. Gracias a la producción del cemento Portland, en la segunda mitad del siglo XIX se construyeron, especialmente en Francia, notables obras ingenieriles de hormigón simple. La idea de combinar hormigón con elementos de hierro surgió en el año 1849 cuando un francés, Joseph-Louis Lambot lo aplicó en la construcción de un bote, al aplicar mortero de cemento sobre una red metálica. Este bote se utilizó durante 60 años. Seis años más tarde se le concedió una patente para la construcción de embarcaciones con hormigón armado. En el año 1861 un francés, Francois Coignet publicó el primer libro sobre hormigón y su aplicación práctica en la construcción. El libro se titulaba Les betóns aglomérés appliqués l'art de construire y describía la aplicación del hormigón armado en las estructuras de construcción. Su propia casa de hormigón armado (en París del año 1862) aún existe.^[1] De inmediato, un abogado estadounidense, Hyatt, en el año 1877 publicó el descubrimiento de la ventaja del uso de hormigón armado bajo esfuerzo de flexión y en relación con el incendio

Desarrollo del hormigón

Un inglés, J. B. White, ya construyó una casa de hormigón en el año 1837 y un empresario francés, Francois Coignet obtuvo en el año 1856 una patente para insertar varillas de hierro pretensadas en una masa de cemento, sin embargo, la historia exitosa del hormigón armado comenzó con el descubrimiento de un jardinero parisino, Joseph Monier. Monier buscaba una materia para tuberías de agua que resistieran el frío y descubrió nuevas ventajas del material: Al unir una masa líquida de cemento con un alambre de hierro, se crea un enlace interno de carácter orgánico. El cemento rodea las varillas de hierro como músculo al esqueleto. Sin embargo, Monier no comprendió la importancia de colocar correctamente la malla de acero y así distribuir las fuerzas de compresión y tracción dentro del hormigón. A pesar de ello, su patente para recipientes de hormigón para flores del año 1867 y una patente posterior del año 1878, que registró en la comisión internacional, se convirtió en un negocio rentable.

Esto llevó a una disputa prolongada con el maestro de Berlín Rabits, quien también quería hacer valer su patente para insertar hierro en el hormigón. Monier mismo trabajó en varias ideas relacionadas con el hormigón armado, por ejemplo, cajones de hormigón armado. Construyó depósitos de agua, obtuvo patentes para varios diseños de puentes y apoyó el uso del hormigón armado para suelos, bóvedas, sótanos y puentes.

Como no era ingeniero, no podía construir puentes en Francia. Vendió su patente a empresarios en Alemania y Austria (Wayss, Freitag y Schuster), quienes construyeron los primeros puentes de hormigón armado en Europa. Por ejemplo, en el año 1884 en Tréveris, donde el empresario Conrad Freytag se familiarizó con su sistema. Finalmente, este último obtuvo los derechos para el sur de Alemania mientras que los derechos de patente para el norte de Alemania fueron adquiridos por Gustav Adolf Wayss. Debido al método de garantizar la construcción, Wayss intentó utilizar métodos científicos y realizar muchos ensayos de carga en bóvedas monier, cuyos resultados publicó en el año 1887 en un libro titulado Sistema monier y su aplicación en la construcción. Un paso adicional en la construcción fue cuando un francés, Francois Henebique aplicó el principio a todos los elementos de construcción, contribuyendo así a la creación de una estructura monolítica.

Procesamiento del hormigón

Debido a los altos requisitos, el hormigón se fabrica industrialmente en plantas de hormigón y se transporta al lugar de destino mediante mezcladoras. En las grandes obras (autopistas, puentes) se construyen plantas de hormigón cerca del lugar de la obra. En el lugar de destino, el hormigón se vierte en un encofrado previamente preparado y se forma así un monolito. Para lugares de difícil acceso, el hormigón también se transporta mediante una bomba de hormigón o cestas que se elevan con grúas. La bomba de hormigón es un camión especial modificado con un brazo hidráulico de 20 a 70 metros de longitud, al que se fija una tubería de acero de 100 a 125 mm de diámetro y mediante pistones hidráulicos empuja la mezcla de hormigón a través de la tubería. Cantidad menor de hormigón también se puede procesar manualmente en el lugar de uso.

El hormigón de cemento no se puede procesar a bajas temperaturas. El agua, que forma parte de la mezcla, se congela y la reacción química entre el aglomerante y la grava no tiene lugar por esta razón. Si el hormigón durante el endurecimiento está expuesto a altas temperaturas (por ejemplo, a la radiación solar directa), debe regarse para que no se formen grietas por la evaporación del agua de la mezcla. Por otro lado, si el hormigón está expuesto a la lluvia, debe protegerse del agua para que no se lave el aglomerante.

Tipos de adición

Adiciones de hormigón son una de las componentes del hormigón. Se trata de polvos finos que se añaden a la mezcla de hormigón durante el mezclado. El volumen de adiciones en la mezcla de hormigón fresco oscila entre el 10 – 40 % del peso del cemento. Las adiciones en el hormigón tienen como objetivo mejorar las propiedades tecnológicas del hormigón fresco, así como las propiedades mecánicas del hormigón endurecido.

• Ceniza volante
  • incrementa la cantidad de agua de mezcla
  • incrementa las resistencias a largo plazo del hormigón
  • reduce la profundidad de la carbonatación del hormigón

• Sustancias silíceas, escorias
  • incrementa la cantidad de agua de mezcla
  • influye en la estructura porosa del hormigón (la porosidad incrementa la imbibición)
  • incrementa la resistencia del hormigón
  • incrementa la resistencia del hormigón frente a un entorno agresivo (adecuado para la industria hidráulica y química)

• Pigmentos colorantes
  • sirven para teñir el hormigón

Aditivos de hormigón

Aditivos de hormigón son una de las componentes del hormigón. Se trata de compuestos químicos que se añaden a la mezcla de hormigón durante el mezclado. El volumen de aditivos en la mezcla de hormigón fresco oscila entre 2-50 g/m³.

• Aditivos plastificantes
  • reducen la tensión superficial del hormigón
  • mejoran la trabajabilidad de la mezcla de hormigón (mayor distancia de transporte)
  • reducen la cantidad necesaria de agua de mezcla
  • incrementan la resistencia a la compresión de la mezcla endurecida hasta un 10%

• Aditivos estabilizantes
  • reducen la segregación del agua
  • reducen la altura de elevación del agua
  • incrementan la densidad del cemento endurecido, reducen la porosidad, impiden la ascensión y la absorción de agua

• Aditivos antiespumantes
  • crean un gran número de poros microscópicos
  • proporcionan resistencia frente a congelación y descongelación repetidos y sales descongelantes

• Aditivos retrasantes
  • retrasan el fraguado y el endurecimiento de la mezcla de hormigón

• Aditivos acelerantes
  • aceleran el fraguado y el endurecimiento de la mezcla de hormigón

• Otros aditivos
  • inhibidores de corrosión
  • aditivos biocidas
  • aditivos generadores de gas (para la formación de hormigón celular)
  • aditivos que cumplen la función de adherencia (incrementan la cohesión de la nueva mezcla con el hormigón ya endurecido)

Tipos de hormigón

• Hormigón seco es hormigón en estado suelto que se puede transportar incluso sin ayuda de mezcladoras. A diferencia de la mezcla de hormigón procesada normalmente, al hormigón seco se le añade un pequeño porcentaje de agua. Se utiliza con frecuencia en la construcción de autopistas como hormigón de base (estabilización) bajo el pavimento asfáltico. Al colocar el hormigón seco, se vierte directamente desde la caja del camión en un finidor, que distribuye uniformemente las capas gruesas. Tras la colocación, se compacta y se rociaba con agua para una mayor resistencia.

• Hormigón simple es hormigón sin refuerzo añadido. Se utiliza principalmente como hormigón de base. Su opuesto es el hormigón armado.

• Hormigones reforzados con acero: hormigones armados

Hormigón pretensado, es prefabricado de hormigón armado. Este hormigón se fabrica de tal manera que el refuerzo se tensa mecánicamente en el encofrado a los valores deseados. Se añade la mezcla de hormigón al encofrado y toda la mezcla se vibra en el encofrado. Tras el fraguado, se libera el acero tensado y se crea el pretensado. Tiene una mayor resistencia a la presión y se utiliza principalmente en la construcción de puentes.

Hormigón alambrado, es hormigón con adición de hilos de acero que incrementan su resistencia a la presión. Se utiliza en suelos con alta carga (suelos industriales) y para áreas reforzadas (aparcamientos).

• Hormigón asfáltico (AH), es grava de distintas fracciones recubierta de asfalto. Se utiliza en la construcción de capas de revestimiento de vías de comunicación (recubrimientos bituminosos).

• Tipos especiales:
  • Hormigón refractario – refractariedad depende del tipo de grava utilizada, al utilizar una grava de mayor calidad oscila entre valores de hasta 800 °C y en el hormigón armado hasta 600 °C.
  • Hormigón decorativo – es hormigón con acabado superficial, especialmente en fachadas o estructuras decorativas.

• Tipos ligeros: son hormigones a los que se añade perlita o poliestireno expandido - EPS. Se utiliza principalmente para aligerar y aislar los suelos de viviendas unifamiliares de varios pisos.
  • Tipos: hormigón espumado, hormigón celular/drenante (para sistemas de drenaje), hormigón perlita

Aplicación

Se utiliza principalmente en la construcción para crear estructuras portantes, pero también en la jardinería y en la escultura. Se fabrica también dado de encofrado, ladrillos de encofrado, piedra de encofrado, diversos prefabricados como vigas, paneles, columnas, bordillos, muros de contención, canaletas, desagües, garajes, pozos, cubos y otros.

Hormigón armado

 

Refuerzo corrosionado expuesto en el hormigón

Se utilizan como elementos portantes con gran resistencia o elementos no portantes/relleno con propiedades aislantes térmicas. Los elementos portantes estructurales se utilizan como columnas, techumbres, vigas, pilastros y otros. Los elementos portantes de carreteras se utilizan para suelos industriales, carreteras y pistas de aeropuerto, tienen una mayor resistencia al desgaste mecánico y a los efectos climáticos. Las estructuras hidráulicas tienen una mayor resistencia frente a la acción del agua y se utilizan en la construcción de embalses y depósitos.