Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón

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APUNTES MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Grado en Ingeniería Civil Universidad Politécnica de Cataluña AprenAI 2026-2027 Apuntes de Materiales de Construcción (Ingeniería Civil): cemento Portland, ensayos de áridos, dosificación Fuller y Bolomey, y control según EHE-08.

APREN.AI Índice 1 Cemento Portland: componentes, fabricación e hidratación Materias primas y síntesis del clínker Fases minerales del clínker Proceso fisicoquímico de hidratación y productos principales Hidratación de fases aluminato y ataque por sulfatos 2 Áridos: caracterización física, geométrica y mecánica Tipologías y morfología de los áridos Granulometría y parámetros de distribución Densidades, porosidad y absorción de agua Comportamiento mecánico, limpieza y durabilidad 3 Hormigón fresco: reología, docilidad y ensayos de control Reología del hormigón fresco y modelo de Bingham Propiedades del estado fresco: trabajabilidad y cohesión Patologías en fase plástica: segregación, exudación y retracción Ensayos de consistencia y control según EHE-08 4 Dosificación del hormigón: métodos de Fuller y Bolomey Criterios de partida y prescripciones generales Determinación del agua y del cemento Métodos granulométricos continuos: Fuller y Bolomey Ecuación del volumen absoluto de sólidos 5 Hormigón endurecido: propiedades mecánicas y control estadístico Estructura del hormigón endurecido y factores de resistencia a compresión Influencia de la probeta: esbeltez, tamaño y conoclasis Resistencia a tracción: directa, indirecta y flexotracción Evaluación estadística: resistencia media y resistencia característica Tipificación del hormigón según la instrucción EHE-08 6 Deformaciones diferidas y aditivos: retracción, fluencia y plastificantes Microestructura de la pasta de cemento endurecida y fases acuosas Retracción del hormigón: orígenes y parámetros condicionantes Fluencia del hormigón bajo carga sostenida Aditivos reductores de agua: plastificantes y superplastificantes Adiciones puzolánicas y humo de sílice 7 Formulario Hidratación del cemento Portland Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 1 Caracterización física, geométrica y mecánica de áridos Hormigón fresco: reología y consistencia Dosificación: métodos continuos de Fuller y Bolomey Hormigón endurecido: ensayos mecánicos y control estadístico Deformaciones diferidas y adiciones puzolánicas Constantes y valores de referencia Errores típicos de examen Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 2 1 Cemento Portland: componentes, fabricación e hidratación AL ACABAR SABRÁS Identificar las materias primas y las fases térmicas de fabricación del clínker Portland. Diferenciar las cuatro fases minerales anhidras del clínker por su cinética y aporte resistente. Analizar los mecanismos químicos de hidratación distinguiendo el rol del gel C-S-H de la portlandita. Explicar el papel del yeso frente al fraguado rápido y el mecanismo de degradación por sulfatos.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué un bloque de cemento endurecido puede resistir enormes cargas de compresión pero sufrir daños severos si entra en contacto con aguas ricas en sulfatos? El cemento Portland es el conglomerante hidráulico fundamental en la tecnología del hormigón. Se obtiene pulverizando conjuntamente el clínker y una pequeña cantidad de yeso que regula el tiempo de fraguado. ESQUEMA Esquema del cemento y hormigón Materias primas y síntesis del clínker La elaboración del clínker requiere una mezcla rigurosamente dosificada de roca caliza ( , portadora de óxido de calcio) y arcillas (silicatos alumínicos hidratados, que aportan sílice, alúmina y óxido férrico).

Se incorporan además materiales correctores fundentes ricos en hierro y aluminio. Esta mezcla molida y homogeneizada, denominada crudo, se somete a sinterización dentro de un horno rotatorio a aproximadamente 1450 °C. A esta temperatura ocurre una fusión parcial donde los óxidos reaccionan químicamente para sintetizar los compuestos anhidros del clínker, tras lo cual se realiza un enfriamiento rápido.

Cemento Portland Conglomerante hidráulico Clínker Fases C3S, C2S, C3A, C4AF Regulador yeso Control del fraguado Hidratación Disolución y precipitación Gel C-S-H Matriz resistente principal Portlandita CH Reserva alcalina soluble CaCO 3 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 3 PROCESO Fabricación del clínker DEFINICIÓN El clínker de cemento Portland es el producto granular obtenido por calcinación hasta sinterización de caliza y arcilla, constituido químicamente por silicatos y aluminatos cálcicos con propiedades hidráulicas.

Fases minerales del clínker El clínker enfriado se compone de cuatro fases cristalinas principales, identificadas habitualmente mediante la notación abreviada del cemento ( , , , ): Fase mineral Fórmula abreviada Nombre común Características de reacción Silicato tricálcico Alita Reacción rápida; aporta la resistencia inicial mecánica. Silicato dicálcico Belita Hidratación más lenta; desarrollo resistente continuado a largo plazo. Aluminato tricálcico - Cinética extremadamente rápida y alto calor de hidratación. Ferritoaluminato tetracálcico Celita Aporte resistente moderado; actúa como fundente térmico en el horno.

Trituración y molienda Caliza, arcilla y correctores 1 Homogeneización Obtención del crudo dosificado 2 Clinkerización Sinterización a unos 1450 °C 3 Enfriamiento rápido Fijación de fases cristalinas 4 Molienda conjunta Clínker con yeso dihidratado 5 C = CaO S = SiO 2 A = Al O 2 3 F = Fe O 2 3 C S 3 C S 2 C A 3 C AF 4 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 4 PARA RECORDARLO Para memorizar los silicatos: la Alita ( ) da resistencia alta y temprana; la Belita ( ) aporta resistencia buena y duradera a largo plazo. COMPRUEBA 2 ¿Por qué se añade yeso dihidratado durante la molienda del clínker?

Proceso fisicoquímico de hidratación y productos principales Al amasar el cemento con agua, los componentes anhidros se disuelven. La disolución se sobresatura rápidamente y precipitan fases sólidas hidratadas en los huecos interparticulares mediante un proceso regido inicialmente por control cinético químico y posteriormente por difusión a través de la capa de gel recién formada. La hidratación de los silicatos cálcicos genera dos productos principales que determinan el comportamiento mecánico de la pasta endurecida: Donde y . La pasta mantiene un volumen total constante mientras la proporción de materia sólida aumenta a expensas del espacio de poros, incrementando la resistencia global.

Propiedad Gel C-S-H ( ) Portlandita (CH) Volumen en pasta 50-60 % 20-30 % Estructura cristalina Estructura laminar mal cristalizada (separación ~18 Å) Placas hexagonales bien definidas Papel resistente Principal responsable de la resistencia e impermeabilidad Baja contribución resistente directa Comportamiento químico Fase estable y poco soluble Muy soluble; mantiene elevado el pH pero sufre lixiviación ERROR FRECUENTE No confundas el origen de la resistencia con el de la alcalinidad.

El gel C-S-H confiere la capacidad portante estructural del material, mientras que la portlandita Ca(OH)2 es la que asegura el medio básico protector frente a la corrosión de armaduras, siendo a su vez la fase vulnerable a ataques de lavado químico.

C S 3 C S 2 2 C S + 3 6 H C S H + 3 2 3 3 CH 2 C S + 2 2 H C S H + 3 2 3 CH H = H O 2 CH = Ca(OH) 2 C S H 3 2 3 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 5 Hidratación de fases aluminato y ataque por sulfatos El reacciona en presencia de los iones sulfato aportados por el yeso dihidratado ( ) produciendo etringita (fase AFt): Una vez agotada la disponibilidad de iones sulfato libres en la disolución de los poros, la etringita remanente reacciona con el residual y se transforma en monosulfoaluminato cálcico (fase AFm): Si la pasta endurecida entra posteriormente en contacto con un medio exterior agresivo portador de sulfatos, el monosulfoaluminato cálcico revierte nuevamente a etringita secundaria.

Esta transformación expansiva dentro de una matriz ya rígida genera presiones cristalinas internas que agrietan y desintegran la microestructura del hormigón. COMPRUEBA 3 ¿Qué consecuencia estructural tiene la formación tardía de etringita en una matriz endurecida? IDEAS CLAVE El clínker Portland se sintetiza mediante sinterización de caliza y arcilla en horno rotatorio a unos 1450 °C. El silicato tricálcico ( ) proporciona la resistencia inicial rápida, mientras que el silicato dicálcico ( ) aporta ganancia resistente a edades avanzadas.

El gel C-S-H es el componente estructural resistente predominante (50-60 % del volumen de pasta), mientras que la portlandita (20-30 %) aporta alcalinidad y susceptibilidad a lixiviación. El yeso adicionado reacciona con el para formar etringita primaria y controlar el fraguado rápido. La presencia posterior de sulfatos reactiva el monosulfoaluminato produciendo etringita secundaria destructiva por expansión interna. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 4. ¿En qué se diferencia el aporte del silicato tricálcico (C3S) respecto al silicato dicálcico (C2S)? 5. ¿Por qué la portlandita es más vulnerable frente al deterioro químico que el gel C-S-H?

C A 3 C H S ˉ 2 C A + 3 3 C H + S ˉ 2 26 H C A 3 3 C S ˉ 32 H (AFt) C A 3 AFt + 2 C A 3 3 (C A 3 C S ˉ 18 H) (AFm) C S 3 C S 2 C A 3 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 6 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 6. ¿Qué compuesto del clínker gobierna el desarrollo resistente durante los primeros días de curado? 7. ¿Cuál es la función tecnológica principal de incorporar yeso a la molienda del clínker? 8. ¿Qué porcentaje aproximado de volumen ocupa el gel C-S-H en la pasta hidratada endurecida? 9. ¿Por qué es perjudicial el ataque externo por sulfatos en hormigones endurecidos?

2 Áridos: caracterización física, geométrica y mecánica AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las propiedades morfológicas y superficiales entre áridos de machaqueo y rodados. Calcular los parámetros granulométricos fundamentales: módulo granulométrico, Cu y Cc. Distinguir los distintos tipos de densidad y su relación con la porosidad del árido. Corregir la dosificación de agua en función de la absorción y la humedad del árido. PIÉNSALO ANTES DE LEER 10 ¿Por qué un árido que parece completamente seco al tacto puede reducir la resistencia esperada de un hormigón?

Yeso dihidratado a) Silicato tricálcico b) Silicato dicálcico c) Ferritoaluminato tetracálcico d) Disminuir la temperatura del horno a) Evitar el fraguado instantáneo del C3A b) Aumentar la resistencia del gel C-S-H c) Acelerar la precipitación de la belita d) 20-30 % a) 85-95 % b) 50-60 % c) 10-15 % d) Provoca la formación expansiva de etringita secundaria a) Reduce instantáneamente la alcalinidad hasta un pH neutro b) Fundente térmico que funde los silicatos c) Disuelve completamente el silicato dicálcico remanente d) Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 7 Tipologías y morfología de los áridos Los áridos son materiales granulares minerales procedentes de la fragmentación de rocas.

Constituyen entre el 60 % y el 80 % del volumen total en hormigones, y hasta un 95 % en masa en mezclas bituminosas. Deben ser químicamente inertes y estables dimensionalmente dentro de la masa. Según su proceso de obtención, se distinguen dos clases principales: Áridos de machaqueo: provienen de la trituración mecánica de rocas de cantera. Tienen aristas vivas y superficies rugosas que incrementan la adherencia con la pasta. Áridos rodados (granulares): proceden de graveras naturales o depósitos aluviales mediante lavado y cribado. Muestran contornos redondeados y superficies lisas, lo que favorece la trabajabilidad.

Esquema de tipologías morfológicas de partículas de áridos según su geometría. La geometría de cada partícula condiciona la compacidad y la demanda de pasta. Se prefieren granos de forma cúbica o esferoidal frente a partículas desfavorables como las lajas y agujas: Parámetro Norma Expresión de cálculo Criterio de clasificación Índice de lajas ( ) UNE-EN 933-3 Fracciones entre 4 y 80 mm cribadas en tamices de barras paralelas con luz . Coeficiente de forma ( ) UNE-EN 933-4 Partículas no cúbicas con longitud mayor que tres veces el grosor ( ).

Para valorar la redondez volumétrica teórica, se emplea también el índice de esfericidad: IL IL = i × R i m i 100 D /2 i SI SI = × M 1 M 2 100 L > 3E α = d 6 π i 3 V real Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 8 COMPRUEBA 11 ¿Por qué un árido de machaqueo suele exigir mayor contenido de agua de amasado que uno rodado? Granulometría y parámetros de distribución La granulometría define el tamaño y proporción relativa de las partículas minerales mediante tamizado sucesivo. La separación dimensional entre árido fino y árido grueso se sitúa normativamente en 4 mm.

Las fracciones con tamaño superior corresponden a gravas o gravillas, mientras que los tamaños inferiores representan arenas. ESQUEMA Clasificación granulométrica y morfológica de los áridos A partir de la curva granulométrica acumulada se determinan parámetros dimensionales clave: Módulo granulométrico ( ): expresa el tamaño medio ponderado del conjunto.

Corresponde a la suma de los porcentajes retenidos acumulados en la serie normal dividida por 100: Coeficiente de uniformidad ( ): evalúa la variedad dimensional del esqueleto mineral a partir de los diámetros eficaces correspondientes al 60 % y al 10 % del cernido acumulado: Coeficiente de curvatura ( ): indica el equilibrio y la continuidad de los tamaños intermedios: COMPRUEBA 12 ¿Qué revela un valor elevado del coeficiente de uniformidad en un árido?

Árido grueso Tamaño de grano superior a 4 mm Machaqueo Formas angulosas y textura rugosa Rodado Formas redondeadas y superficie lisa Árido fino Tamaño de grano inferior a 4 mm Arena natural o triturada Paso íntegro por tamiz de 4 mm m m = 100 % retenidos acumulados C u C = u D 10 D 60 C c C = c D × D 10 60 (D ) 30 2 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 9 Densidades, porosidad y absorción de agua El grano de árido presenta poros interiores cerrados e inaccesibles, así como poros permeables comunicados con el exterior. Esquema de la estructura de un grano diferenciando poros accesibles e inaccesibles.

Debido a esta estructura porosa, conviven diferentes conceptos de densidad volumétrica: Densidad aparente de conjunto ( ): cociente entre la masa seca y el volumen del recipiente que contiene las partículas y los huecos intergranulares ( ). Densidad de partículas seca ( ): masa seca ( ) dividida por el volumen total de la partícula ( ), incluyendo huecos accesibles e inaccesibles. Densidad de partículas saturada con superficie seca ( ): masa de grano saturado ( ) respecto a su volumen total . Densidad aparente de partículas ( ): masa seca dividida por el volumen impermeable (excluyendo los poros accesibles al agua).

DEFINICIÓN La condición saturada con superficie seca define la masa con poros accesibles saturados y superficie externa seca. Representa el estado de equilibrio hídrico donde el grano ni cede ni absorbe agua de la mezcla. La capacidad de retención de agua de los poros accesibles tras inmersión durante 24 horas define la absorción ( ): Por otro lado, la humedad natural ( ) cuantifica el agua total que posee el árido en acopio respecto a su masa seca: ERROR FRECUENTE Confundir la humedad natural ( ) con la absorción interna ( ) al corregir el agua de dosificación.

Si el árido está más húmedo que su absorción ( ), aportará agua libre aumentando la relación a/c real; si está seco ( ), succionará agua de hidratación de la pasta restando trabajabilidad. ρ b 1200 a 1800 kg/m3 ρ rd m rd V T ρ ssd m ssd V T ρ a V 2 WA WA(%) = × m rd m m ssd rd 100 W W(%) = × m rd m m w rd 100 W WA W > WA W < WA Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 10 COMPRUEBA 13 ¿Qué ocurre con la relación agua/cemento efectiva si se añade un árido con humedad W menor que su absorción WA sin corregir el amasado? Comportamiento mecánico, limpieza y durabilidad La fragmentación y la degradación por abrasión se evalúan mediante el ensayo de Los Ángeles (UNE- EN 1097-2).

Se introducen los áridos junto con bolas de acero en un tambor rotatorio para provocar impactos y rozamiento: donde es la masa en gramos retenida en el tamiz de 1,6 mm. Un árido de alta resistencia presenta un coeficiente , mientras que valores próximos al 50 % revelan alta fragilidad o desgaste excesivo. La limpieza de las arenas se cuantifica con el equivalente de arena ( , UNE-EN 933-8). Este ensayo separa por sedimentación la fracción arenosa del contenido de finos plásticos o arcillas en suspensión: La presencia de finos arcillosos adheridos debilita el enlace mecánico con la pasta de cemento hidratada.

En cuanto a la durabilidad, los ciclos de hielo-deshielo inducen tensiones internas si los poros están saturados, evaluándose la heladicidad mediante soluciones de sulfato de magnesio. Asimismo, se debe verificar la ausencia de componentes reactivos para evitar fenómenos expansivos por reacción álcali-árido (álcali-sílice, álcali-silicato o álcali-carbonato) entre los álcalis del cemento (sodio y potasio) y los minerales del árido. IDEAS CLAVE La frontera dimensional normativa entre árido fino y árido grueso se establece en los 4 mm. El índice de lajas determina la proporción de partículas planas cribando en tamices de barras con separación de luz mitad del tamaño nominal.

El módulo granulométrico expresa la finura media sumando los porcentajes retenidos acumulados de la serie normal divididos entre 100. El estado saturado con superficie seca establece los poros accesibles llenos de líquido sin película acuosa exterior. El coeficiente de Los Ángeles cuantifica la pérdida porcentual por impacto y desgaste mecánico frente a cargas dinámicas. LA = 50 5000 m m LA < 15 % EA EA = × h susp h sed 100 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 11 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 14. ¿Cómo se define analíticamente el módulo granulométrico de un árido? 15.

¿Qué dimensión geométrica caracteriza a una partícula clasificada como laja en el ensayo del índice de lajas? 16. ¿En qué se diferencian conceptualmente la densidad de partículas seca ( ) y la densidad aparente de partículas ( )? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 17. ¿Cuál es el tamaño que divide normativamente el árido fino del árido grueso? 18. ¿Qué relación geométrica define a una partícula no cúbica en el coeficiente de forma (SI)? 19. ¿Qué condición describe al árido saturado con superficie seca? 20. ¿Qué mide el ensayo del coeficiente de Los Ángeles?

ρ rd ρ a 8 mm a) 0,063 mm b) 4 mm c) 2 mm d) Longitud mayor que el doble del grosor a) Grosor igual a la mitad del cernido b) Anchura menor que la mitad de longitud c) Longitud mayor que tres veces el grosor d) Película de agua superficial continua y poros llenos a) Poros abiertos llenos y superficie externa seca b) Poros accesibles e inaccesibles totalmente vacíos c) Humedad natural igual al doble de absorción d) Susceptibilidad a la congelación interna a) Porcentaje de finos arcillosos sedimentables b) Resistencia al desgaste por choque y fricción c) Cantidad de poros accesibles en el árido d) Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 12 3 Hormigón fresco: reología, docilidad y ensayos de control AL ACABAR SABRÁS Identificar los parámetros reológicos del modelo de Bingham en el hormigón fresco.

Diferenciar las patologías del estado fresco: segregación, exudación y retracción plástica. Clasificar la consistencia del hormigón por cono de Abrams conforme a la norma EHE-08. Seleccionar el ensayo de control adecuado según el grado de fluidez de la masa. PIÉNSALO ANTES DE LEER 21 ¿Por qué un hormigón fresco no empieza a deslizarse por una rampa suave hasta que no se le aplica una fuerza o vibración? Reología del hormigón fresco y modelo de Bingham El hormigón fresco es el estado comprendido entre el amasado y el inicio del fraguado. En esta fase se comporta como una suspensión concentrada de partículas sólidas.

Físicamente, este material responde al modelo de Bingham, lo que significa que no fluye de manera espontánea como un líquido simple. Para iniciar el movimiento entre capas, el esfuerzo aplicado debe sobrepasar un umbral mínimo inicial. Gráfica del modelo de Bingham mostrando el umbral de cizallamiento inicial. La ecuación que gobierna este comportamiento reológico vincula la tensión aplicada con la deformación resultante: τ = τ + 0 μ p γ̇ Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 13 En esta expresión, representa el umbral de cizallamiento y la viscosidad plástica. La mezcla solo se deforma y escurre si la tensión tangencial supera dicho umbral.

Por el contrario, un hormigón autocompactable presenta una elevada velocidad de cizallamiento intrínseca. Este tipo especial de hormigón escurre y rodea las armaduras por la sola acción de su propio peso sin requerir compactación externa. Propiedades del estado fresco: trabajabilidad y cohesión La trabajabilidad o docilidad define la aptitud de la masa para mezclarse, colocarse, compactarse y acabarse sin perder su homogeneidad original. Esta característica engloba tres parámetros esenciales: Fluidez (o movilidad): capacidad de fluir dentro del encofrado y sortear las armaduras con o sin medios auxiliares.

Compactabilidad: facilidad para eliminar el aire ocluido mediante energía mecánica (habitualmente por vibrado). Cohesión: capacidad de mantenerse como un bloque uniforme frente a esfuerzos mecánicos. La docilidad se incrementa al usar áridos redondeados frente a machaqueo y con una mayor proporción de agua de amasado. No obstante, añadir agua en exceso disminuye la resistencia final y destruye la cohesión interna. Las arenas y partículas finas retienen agua superficial y favorecen la cohesión del sistema. ESQUEMA Componentes de la trabajabilidad COMPRUEBA 22 ¿Por qué un exceso de agua en la mezcla perjudica la docilidad real a pesar de incrementar la fluidez?

Patologías en fase plástica: segregación, exudación y retracción Cuando falla la cohesión, la masa sufre discontinuidades graves durante el transporte o vertido: Segregación: pérdida de homogeneidad por separación física entre áridos gruesos y mortero. En mezclas secas se produce por defecto de agua; en mezclas muy húmedas, por exceso de la τ 0 μ p Fluidez Capacidad de escurrir por el encofrado Compactabilidad Facilidad para expulsar aire ocluido Cohesión Resistencia a disgregarse y exudar Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 14 misma. Una granulometría discontinua o una acusada diferencia de densidades favorece este problema.

Exudación: forma particular de segregación donde el agua libre asciende a la superficie por diferencia de densidad. Genera películas débiles y reduce la adherencia entre tongadas consecutivas. Puede mitigarse aumentando la finura del cemento, adicionando puzolanas o incorporando aire ocluido. Retracción plástica: contracción volumétrica previa al fraguado causada por la evaporación rápida del agua superficial. Aumenta con temperaturas elevadas, baja humedad relativa y viento fuerte. Se previene cubriendo la superficie con film plástico o programando el hormigonado en horas de baja radiación. ERROR FRECUENTE Creer que la segregación solo surge por exceso de agua.

Una mezcla con defecto de agua también segrega por falta de pasta ligante entre los granos gruesos. Además, nunca debe añadirse agua en obra para recuperar trabajabilidad perdida, ya que degrada la cohesión y la durabilidad. Ensayos de consistencia y control según EHE-08 La consistencia mide la resistencia del hormigón fresco a deformarse. El método de referencia es el ensayo del cono de Abrams. Este molde troncocónico metálico tiene unas dimensiones fijadas de 30 cm de altura, 20 cm en la base inferior y 10 cm en la superior. Tras rellenar y desmoldar, se mide el descenso vertical del material.

El cono resulta insensible para mezclas extremadamente secas o excesivamente fluidas, y no es aplicable con árido de tamaño máximo superior a 40 mm. Tampoco evalúa aditivos plastificantes más allá de reflejar la variación de consistencia. Tabla de clases de consistencia y tolerancias según la norma EHE-08.

La norma EHE-08 establece las siguientes clases de consistencia según el asiento obtenido en el cono de Abrams: Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 15 Tipo de consistencia Asiento nominal (cm) Tolerancia (cm) Intervalo admisible (cm) Seca 0 - 2 ±0 0 - 2 Plástica 3 - 5 ±1 2 - 6 Blanda 6 - 9 ±1 5 - 10 Fluida 10 - 15 ±2 8 - 17 Líquida 16 - 20 ±2 14 - 22 Existen otros ensayos complementarios recogidos para diferentes niveles de fluidez: Consistómetro Vebe: cronometra en segundos el tiempo que tarda un cono de hormigón en amoldarse dentro de un recipiente cilíndrico bajo vibración mecánica. Es idóneo para hormigones muy secos (asiento nulo en cono).

Mesa de sacudidas: calcula el ensanchamiento porcentual de la base tras someterla a 15 sacudidas verticales. Presenta dispersión en masas poco cohesivas. Factor de compactación ( ): relaciona la masa parcialmente compactada con la masa totalmente densificada tras aplicar un trabajo estandarizado. COMPRUEBA 23 ¿Qué ensayo de consistencia debe emplearse si el asiento obtenido en el cono de Abrams es de 0 cm? IDEAS CLAVE El hormigón fresco obedece al modelo reológico de Bingham, caracterizado por un umbral de cizallamiento y una viscosidad plástica. La trabajabilidad integra la fluidez, la compactabilidad y la cohesión de la masa fresca.

El exceso de agua deteriora la cohesión del hormigón, provocando segregación y exudación en la superficie. La retracción plástica aparece antes del fraguado por evaporación rápida de agua bajo condiciones de calor, viento o baja humedad. Bajo la EHE-08, la consistencia por cono de Abrams se clasifica en Seca, Plástica, Blanda, Fluida y Líquida. El consistómetro Vebe es el procedimiento de elección para caracterizar mezclas muy secas con asiento nulo. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 24. ¿Cuáles son las dimensiones normalizadas del cono de Abrams? 25. ¿Cómo se calcula el factor de compactación y qué evalúa?

F = c M /M 1 2 F c Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 16 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 26. ¿Qué modelo describe el comportamiento reológico del hormigón fresco? 27. En el ensayo del cono de Abrams, ¿cuál es el intervalo admisible para consistencia Blanda bajo EHE-08? 28. ¿Cuál es la causa determinante de la retracción plástica temprana en el hormigón fresco? 29. ¿Qué ensayo mide la consistencia de hormigones muy secos donde el cono de Abrams marca 0 cm? 4 Dosificación del hormigón: métodos de Fuller y Bolomey AL ACABAR SABRÁS Calcular la resistencia media de dosificación (fcm) a partir de la resistencia característica de proyecto.

Determinar la demanda de agua y masa de cemento verificando las restricciones de la EHE. Aplicar las ecuaciones granulométricas de Fuller y Bolomey en el reparto volumétrico de áridos. PIÉNSALO ANTES DE LEER 30 ¿Por qué no basta con mezclar los áridos más resistentes posibles para conseguir un hormigón compacto?

Modelo de Bingham a) Fluido newtoniano b) Sólido puramente elástico c) Fluido dilatante puro d) 8 a 17 cm a) 0 a 2 cm b) 2 a 6 cm c) 5 a 10 cm d) Exceso de finos de machaqueo a) Hidratación acelerada del clínker b) Uso exclusivo de áridos rodados c) Evaporación superficial previa al fraguado d) Frasco de Le Chatelier a) Mesa de sacudidas b) Índice de lajas c) Consistómetro Vebe d) Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 17 Criterios de partida y prescripciones generales La dosificación del hormigón busca establecer la proporción exacta de sus componentes para obtener una mezcla con la consistencia, compacidad, resistencia y durabilidad requeridas.

El cálculo teórico debe someterse siempre a comprobación experimental en laboratorio para corregir desviaciones. El diseño estructural parte de la resistencia característica ( ), explicada en detalle en «Hormigón endurecido: propiedades mecánicas y control estadístico». Para garantizar que la estructura alcance dicha resistencia estadística, se define la resistencia media de dosificación ( ) mediante la expresión: donde representa la desviación típica de la producción. Cuando no se dispone de este dato a 28 días en buenas condiciones de ejecución, se adopta de forma simplificada: Las condiciones ambientales imponen restricciones normativas según la clase de exposición tipificada en la EHE.

Estas limitaciones fijan un valor de relación agua/cemento ( ) máxima y un contenido mínimo de cemento por durabilidad. La relación de diseño definitiva adopta el valor más restrictivo: Asimismo, la normativa establece un contenido máximo de 500 kg/m³ de cemento en la mezcla final. ERROR FRECUENTE Olvidar verificar el límite superior de cemento. Si la relación elegida y la demanda de agua arrojan un valor superior a 500 kg/m³, no es admisible verter la mezcla; es obligatorio incorporar aditivos reductores de agua para disminuir el agua de amasado y mantener el cemento dentro del límite legal de durabilidad. COMPRUEBA 31 ¿Por qué se diseña la mezcla para alcanzar fcm y no directamente fck?

Determinación del agua y del cemento El agua de amasado ( ) depende del tamaño máximo del árido ( ), del tipo de árido y de la consistencia demandada, evaluada mediante el ensayo del cono de Abrams (véase «Hormigón fresco: reología, docilidad y ensayos de control»). Las tablas de partida consideran un asiento estándar de 7,5 cm. Por cada 2,5 cm (25 mm) de variación en el asiento respecto a la referencia, se aplica una corrección de en la cantidad de agua.

Consistencia Asiento en cono de Abrams (cm) Seca 0 - 2 Plástica 3 - 5 f ck f cm f = cm f + ck 1,64σ σ f = cm f + ck 8 MPa a/c a/c = min{(a/c) , (a/c) } resistencia durabilidad a/c A D ±3 % Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 18 Consistencia Asiento en cono de Abrams (cm) Blanda 6 - 9 Fluida 10 - 15 Líquida 16 - 20 Cuando se emplean aditivos reductores de agua, el volumen de agua de amasado se corrige: un aditivo plastificante reduce el agua en torno al 15 %, mientras que un superplastificante permite reducciones del 20 % al 25 % (normalmente dosificados al 1 % - 1,3 % del peso de cemento).

Una vez fijada el agua efectiva ( ), la masa de cemento ( ) requerida para un metro cúbico se obtiene de forma directa: El volumen absoluto ocupado por el cemento ( ) se calcula a partir de su densidad aparente de partículas (típicamente ): PROCESO Algoritmo secuencial de dosificación del hormigón Métodos granulométricos continuos: Fuller y Bolomey Para determinar la combinación óptima de las fracciones de árido se emplean curvas ideales continuas que maximizan la compacidad del esqueleto granular. A C C = a/c A V c ρ c 3,1 kg/dm3 V = c ρ c C Fijación de fcm Cálculo de la resistencia media requerida a partir de fck y la dispersión.

1 Elección de a/c Selección del valor mínimo entre el límite de resistencia y durabilidad. 2 Ajuste del agua Estimación según consistencia, tamaño máximo y corrección por aditivos. 3 Cálculo de cemento Determinación de la masa C = A / (a/c) comprobando el límite de 500 kg/m³. 4 Reparto de áridos Ajuste granulométrico continuo por Fuller o Bolomey mediante volúmenes absolutos. 5 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 19 Curva de Fuller Formulada en 1907 por Fuller y Thompson, define una granulometría teórica ideal aplicable a la mezcla exclusiva de áridos (sin incluir el cemento).

El porcentaje volumétrico que pasa por un tamiz de abertura viene gobernado por la parábola de Fuller: donde es el tamaño máximo del árido (abertura del menor tamiz que retiene acumulado menos del 25 %). La proporción de las distintas fracciones de áridos se ajusta a esta curva por métodos numéricos o gráficos. Curva de Bolomey En 1927, Bolomey introdujo una modificación a la curva continua para incorporar la pasta de cemento junto con los áridos secos y considerar la trabajabilidad y la forma del árido. La ecuación de Bolomey se expresa como: Fórmula de la curva granulométrica de Bolomey para mezclas secas.

En esta relación, es un parámetro empírico tabulado que depende del tipo de árido (rodado o de machaqueo) y del rango de consistencia requerido: Valores del parámetro K según consistencia y forma del árido. d y = 100 D d D y = K + (100 K) D d K Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 20 Tipo de árido Consistencia (asiento) Parámetro K Rodado Seca-plástica (0 - 5 cm) 10 Rodado Blanda (6 - 9 cm) 11 Rodado Fluida (10 - 15 cm) 12 Machacado Seca-plástica (0 - 5 cm) 12 Machacado Blanda (6 - 9 cm) 13 Machacado Fluida (10 - 15 cm) 14 Los áridos triturados exigen valores mayores de para compensar la angularidad y aspereza de sus partículas aumentando la proporción de finos.

COMPRUEBA 32 ¿Cuál es la principal diferencia conceptual entre la curva de Fuller y la de Bolomey? Ecuación del volumen absoluto de sólidos La dosificación de los componentes para un metro cúbico ( ) de hormigón fresco compacto se basa en la suma de sus volúmenes absolutos: donde es el volumen absoluto total ocupado por los áridos y (tomando ). Si se emplea aditivo, su volumen ( ) también se descuenta del total.

El volumen global de sólidos secos ( ) abarca áridos y cemento: El porcentaje volumétrico de cemento sobre el total de sólidos secos se determina mediante: A partir del reparto porcentual obtenido de las curvas granulométricas (proporción de grava, gravilla y arena), el volumen absoluto de cada fracción pétrea se calcula multiplicando su porcentaje respectivo por el volumen disponible de sólidos. Conociendo las densidades de cada fracción, los volúmenes absolutos se convierten finalmente en las masas de obra correspondientes.

K 1 m = 3 1000 dm3 V + agua V + c V = m 1000 dm3 V m V = agua A ρ = agua 1 kg/dm3 V aditivo V s V = s V + c V = m 1000 V agua V aditivo %C = V s V c 100 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 21 IDEAS CLAVE La dosificación se formula para una resistencia media (o si se desconoce la dispersión). La relación final es la más restrictiva entre la requerida por resistencia y la exigida por durabilidad ambiental. El contenido máximo reglamentario de cemento según la EHE no puede exceder los 500 kg/m³. La curva de Fuller ( ) optimiza solo los áridos, mientras que la de Bolomey integra también el cemento mediante el parámetro .

El reparto final por metro cúbico se rige por la ecuación de volúmenes absolutos: . COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 33. ¿Cómo se ajusta la cantidad de agua de amasado si el cono de proyecto difiere de la referencia de 7,5 cm? 34. ¿Por qué un árido de machaqueo requiere un valor del coeficiente K superior al de un árido rodado en el método de Bolomey? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 35. Si no se conoce la desviación típica de la central, ¿qué valor se suma a fck para calcular fcm? 36. ¿Cuál es el límite máximo de contenido de cemento según la normativa EHE? 37. ¿Qué representa la variable K en la ecuación de Bolomey? 38.

¿Qué componentes componen la curva granulométrica ideal según el método de Bolomey?

f = cm f + ck 1,64σ f + ck 8 MPa a/c y = 100 d/D K V + agua V + c V = m 1000 dm3 1,64 MPa a) 5 MPa b) 10 MPa c) 8 MPa d) 400 kg/m³ a) 550 kg/m³ b) 500 kg/m³ c) 450 kg/m³ d) El porcentaje de aire ocluido a) La porosidad del árido grueso b) Un factor según consistencia y forma del árido c) El contenido mínimo de agua en litros d) Áridos y agua de amasado a) Áridos y cemento b) Únicamente arena y grava c) Cemento y aditivos exclusivamente d) Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 22 5 Hormigón endurecido: propiedades mecánicas y control estadístico AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la resistencia media de laboratorio de la resistencia característica contractual a 28 días.

Calcular la resistencia a tracción indirecta mediante el ensayo brasileño. Interpretar y codificar la tipificación normalizada de un hormigón según la instrucción EHE-08. PIÉNSALO ANTES DE LEER 39 ¿Por qué un hormigón cuya resistencia media de rotura coincide exactamente con la pedida en proyecto resultaría inaceptable? Estructura del hormigón endurecido y factores de resistencia a compresión El hormigón adquiere carácter de endurecido al concluir el fraguado. Su estructura interna consta de los áridos, la pasta de cemento hidratada y una red de poros debida a la evaporación del agua sobrante o al aire ocluido. La unión entre los componentes define la zona de transición interfacial.

Esta región de contacto entre la pasta y los áridos suele presentar mayor porosidad, por lo que condiciona la resistencia final del material. La resistencia mecánica a compresión simple se define mediante la fuerza aplicada por unidad de sección transversal: Donde . Los hormigones habituales alcanzan hasta 50 MPa, mientras que los de alta resistencia pueden llegar a 100 MPa. La relación agua/cemento constituye la variable dosificadora dominante; según la formulación experimental derivada de los modelos clásicos: Un incremento en la relación agua/cemento disminuye la capacidad portante, pues el agua sobrante genera huecos tras evaporarse.

Paralelamente, una mayor edad y un tiempo de curado prolongado aumentan la hidratación y elevan la resistencia. Un curado a temperatura elevada acelera las reacciones iniciales, pero perjudica la resistencia final frente a temperaturas moderadas (en torno a 18 °C). La humedad relativa debe mantenerse por encima del 80 %; si desciende, la hidratación se interrumpe.

Influencia de la probeta: esbeltez, tamaño y conoclasis Las dimensiones y la geometría de la muestra modifican los resultados del ensayo de compresión: f = c A F 1 MPa = 10 Kp/cm = 2 10 Pa = 6 1 N/mm 2 f = c ( k 2 k 1 ) a/c Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 23 Geometría y esbeltez ( ): La probeta cilíndrica de referencia en España mide 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, lo que define una esbeltez . También se admiten formatos de o . En otros países europeos se emplean cubos de 10 o 15 cm de arista. La probeta cúbica ofrece resistencias superiores a la cilíndrica debido al confinamiento de sus bases ( ).

Si la esbeltez es inferior a 2, la resistencia aparente se eleva significativamente. Fenómeno de conoclasis: Durante la compresión, el rozamiento entre las placas metálicas de la prensa y las bases de la probeta coarta la deformación transversal. Esta restricción genera un estado tensional triaxial en los extremos. Como consecuencia, las fisuras y la rotura se inician en la zona central libre, formando conos de rotura característicos. Efecto tamaño: Al aumentar el volumen de la probeta conservando la misma esbeltez, la resistencia aparente decrece. Un espécimen mayor presenta estadísticamente una probabilidad superior de albergar microfisuras e imperfecciones internas críticas.

COMPRUEBA 40 ¿Por qué una probeta cilíndrica ensayada con esbeltez menor a 2 arroja una resistencia aparente superior a la real? Resistencia a tracción: directa, indirecta y flexotracción La capacidad resistente del hormigón frente a tracción resulta reducida (en torno al 10 % de su capacidad a compresión), lo cual propicia la fisuración de los elementos estructurales. Se determina mediante tres procedimientos principales: λ λ = altura/di metro = a ˊ 2 10 × 20 cm 20 × 40 cm f = c λ cil/cub f c,c bica u ˊ Tracción directa ( ): Aplicación de tracción pura axial en los extremos de la pieza ( ). Presenta dificultades operativas de amarre y centrado de cargas.

1 f ct f = ct P /A Tracción indirecta o ensayo brasileño ( ): Se coloca una probeta cilíndrica tumbada horizontalmente entre los platos de la prensa y se aplica una carga lineal a lo largo de dos generatrices opuestas. 2 f ct,i Resistencia a flexotracción ( ): Se ensaya una vigueta prismática apoyada en dos puntos y cargada mediante dos fuerzas superiores simétricas. Para distancia entre apoyos , anchura y canto , la tensión de rotura responde a . 3 f ct,fl L b h f = ct,fl b h2 P L Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 24 Esquema del ensayo brasileño de tracción indirecta bajo compresión diametral.

En el ensayo brasileño, la compresión diametral induce tensiones perpendiculares uniformes de tracción en el plano medio. La resistencia a tracción indirecta se calcula según: A partir de ella se estima la tracción directa como . Para hormigones de hasta 50 N/mm², el valor medio de tracción cumple , mientras que para resistencias superiores se emplea . El cuantil característico inferior corresponde a . Evaluación estadística: resistencia media y resistencia característica La variabilidad intrínseca en la calidad de los componentes, la fabricación y el muestreo provoca dispersión en las roturas. Los resultados experimentales se modelizan mediante una distribución normal gaussiana.

Gráfica de curvas de distribución normal con idéntica media y diferente dispersión. f = ct,i π L d 2P f = ct 0,9 f ct,i f = ct,m 0,30 f ck 2/3 f = ct,m 0,58 f ck 1/2 f = ct,k 0,70 f ct,m Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 25 Una planta con riguroso control presenta una dispersión reducida (desviación típica pequeña), logrando que la resistencia característica se aproxime a la media. La resistencia media expresa el promedio aritmético de las muestras pero no garantiza la seguridad estructural por sí sola. Gráfica de la distribución gaussiana indicando el cuantil de resistencia característica fck.

DEFINICIÓN La resistencia característica ( ) es el valor por debajo del cual solo se sitúa como máximo el 5 % de las roturas ensayadas a los 28 días de edad. Corresponde al percentil del 5 % de la distribución estadística (95 % de probabilidad de superarlo). La relación entre la media del lote y el valor característico exigido contractualmente se cuantifica mediante la desviación estándar muestral: Donde representa el coeficiente de variación. Cuando no se dispone de datos previos de dispersión en fábrica a 28 días con buena ejecución, se asume: ERROR FRECUENTE Confundir la resistencia de dosificación media ( ) con la resistencia característica especificada ( ).

Si se formula una mezcla para alcanzar exactamente , aproximadamente la mitad de los ensayos no superará la especificación y el lote será rechazado. La fórmula canónica de diseño debe ser siempre . σ f cm f ck σ = N (f f ) i=1 N ci cm 2 f = ck f cm 1,64σ = f (1 cm 1,64δ) δ = σ/f cm f = cm f + ck 8 MPa f cm f ck f ck f = cm f + ck 1,64σ Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 26 COMPRUEBA 41 Si dos hormigones presentan la misma resistencia media de 30 MPa, ¿por qué uno de ellos puede tener una resistencia característica mayor?

Tipificación del hormigón según la instrucción EHE-08 La designación formal de los hormigones estructurales sigue un formato codificado normalizado obligatorio en pliegos y planos de proyecto: Parámetro Significado Valores e Intervalos Normalizados T Tipo de hormigón HM (en masa), HA (armado), HP (pretensado). R Resistencia característica ( ) En N/mm² a 28 días: 20 (HM), 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100. C Consistencia (asentamiento) S (Seca: 0-2 cm), P (Plástica: 3-5 cm), B (Blanda: 6-9 cm), F (Fluida: 10-15 cm), L (Líquida: 16-20 cm). TM Tamaño máximo del árido Medido en milímetros (mm).

A Ambiente de exposición Clases generales (1, 2a, 2b, 3a, 3b, 3c, 4) y específicas (Qa, Qb, Qc, H, F, E). ESQUEMA Estructura de tipificación EHE- 08 T R/C/TM/A f ck Tipo de hormigón (T) HM, HA o HP Resistencia fck (R) En N/mm² a 28 días Consistencia (C) S, P, B, F o L Tamaño de árido (TM) Diámetro máximo en mm Ambiente (A) Clases de durabilidad Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 27 EJEMPLO La designación HA-25/B/16/IIa especifica un hormigón armado con resistencia característica de 25 N/mm², consistencia blanda, árido de tamaño máximo de 16 mm y clase de exposición ambiental IIa (humedad alta).

IDEAS CLAVE La zona de transición entre el árido y la pasta de cemento constituye la región más porosa y crítica frente a la rotura mecánica. El rozamiento en las bases de la probeta durante el ensayo de compresión induce confinamiento triaxial y genera el fenómeno de conoclasis. El ensayo brasileño determina la resistencia a tracción indirecta comprimiendo diametralmente una probeta cilíndrica ( ). La resistencia característica ( ) es el percentil del 5 % de la distribución normal de resistencias, satisfaciendo . La tipificación reglamentaria EHE-08 estructura la designación mediante la nomenclatura . COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 42.

¿Cómo se deduce la resistencia a tracción directa del hormigón a partir del resultado del ensayo brasileño? 43. En caso de desconocer la desviación típica en una planta con buena ejecución, ¿qué margen de resistencia media debe adoptarse? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 44. ¿Qué efecto provoca la conoclasis en el ensayo de compresión simple? 45. ¿Cuál es la expresión para la tracción indirecta en probeta cilíndrica?

f = ct,i πLd 2P f ck f = cm f + ck 1,64σ T R/C/TM/A Ausencia total de fricción en platos a) Confinamiento en extremos y rotura central b) Disminución artificial de la resistencia aparente c) Rotura periférica por tracción pura d) P · L / (b · h²) a) 2P / (π · L · d) b) 4P / (π · d²) c) P / (L · d²) d) Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 28 46. Según su definición estadística, ¿qué porcentaje mínimo de probetas debe superar la resistencia característica fck? 47.

En la designación HA-25/B/16/IIa, la letra B hace referencia a: 6 Deformaciones diferidas y aditivos: retracción, fluencia y plastificantes AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la porosidad de gel de la porosidad capilar en la pasta endurecida. Explicar las causas microestructurales de la retracción y la fluencia diferida. Distinguir el mecanismo electrostático y estérico de los aditivos superplastificantes. Analizar la reacción puzolánica de densificación con humo de sílice y cenizas volantes. PIÉNSALO ANTES DE LEER 48 ¿Por qué un pilar de hormigón continúa acortándose con el paso de los años aunque la carga del edificio no aumente?

Microestructura de la pasta de cemento endurecida y fases acuosas La pasta de cemento endurecida contiene diferentes estados del agua y tipos de porosidad que gobiernan su estabilidad dimensional (véase «Cemento Portland: componentes, fabricación e hidratación»). El agua no evaporable o combinada químicamente representa aproximadamente un 23 % en masa respecto al cemento anhidro hidratado. A su vez, los productos de hidratación albergan agua adsorbida en el interior de su estructura.

DEFINICIÓN La porosidad de gel comprende los espacios intersticiales propios del gel C-S-H (representa alrededor del 28 % del volumen del gel), mientras que la porosidad capilar corresponde a los huecos residuales no ocupados por los productos sólidos hidratados dentro del volumen inicial de la mezcla. El volumen total de cemento hidratado resulta de sumar el volumen de sólidos hidratados y el volumen de poros de gel. Cuando el agua total sobrepasa la suma del agua combinada y el agua del gel, el exceso ocupa los poros capilares. Al evaporarse, esta fracción acuosa desencadena variaciones volumétricas críticas.

El 50 % de las probetas a) El 95 % de las probetas b) El 10 % de las probetas c) El 80 % de las probetas d) Ambiente con exposición baja a) Consistencia blanda del hormigón b) Tipo de árido basáltico c) Cemento de tipo portland blanco d) Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 29 Retracción del hormigón: orígenes y parámetros condicionantes La retracción es la disminución de volumen del hormigón producida independientemente de las tensiones mecánicas externas impuestas, ligada a la hidratación y a la pérdida de agua por evaporación.

Se distinguen tres manifestaciones principales: Retracción plástica: ocurre en estado fresco antes del fraguado por la evaporación superficial rápida del agua libre (véase «Hormigón fresco: reología, docilidad y ensayos de control»). Retracción por secado: se produce en el hormigón endurecido en ambientes de humedad no saturada al perder agua la matriz de pasta; es un proceso mayoritariamente irreversible. Retracción por carbonatación: generada por la reacción del dióxido de carbono ambiental con las fases hidratadas como la portlandita. Al iniciarse el secado se evapora primero el agua libre en capilares sin apenas causar contracción.

Al progresar el secado, se desorbe el agua retenida en los geles C-S-H, originando tensiones capilares elevadas y una contracción volumétrica equivalente a la merma de las capas moleculares superficiales. Si la pieza tiene el movimiento coaccionado, estas deformaciones inducen tensiones de tracción interna que fisuran el material. Los áridos ejercen una restricción mecánica fundamental frente a la deformación de la pasta. La retracción del hormigón ( ) se reduce respecto a la retracción de la pasta pura ( ) según el volumen de árido ( ): Donde el exponente varía habitualmente entre 1,2 y 1,7.

Cuanto mayor sea el contenido de árido, su compacidad y su módulo elástico, menor será la contracción global (véase «Áridos: caracterización física, geométrica y mecánica»). Áridos porosos o deformables incrementan la retracción. Otros factores decisivos son la relación agua/cemento (a mayor relación a/c, mayor retracción por la mayor porosidad capilar), el curado húmedo (un curado prolongado densifica la matriz y mejora la resistencia a tracción) y la humedad relativa ambiental. A una humedad relativa del 100 %, el hormigón no retrae, sino que experimenta un ligero hinchamiento o entumecimiento.

COMPRUEBA 49 ¿Por qué un árido con alto módulo elástico reduce la retracción del hormigón más que uno de bajo módulo? Fluencia del hormigón bajo carga sostenida Cuando el hormigón soporta una tensión mecánica de compresión constante y continua a lo largo del tiempo, manifiesta una deformación instantánea inicial de naturaleza elástica seguida de una deformación diferida creciente denominada fluencia. Este comportamiento es eminentemente viscoelástico y parcialmente reversible tras la descarga. S h S p a S = h S (1 p a)n n Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 30 Esquema conceptual de factores condicionantes de la retracción y la fluencia.

La fluencia no es instantánea ni meramente elástica; responde al desplazamiento y redistribución lenta del agua adsorbida en las capas del gel C-S-H bajo el gradiente de tensiones aplicado. Comparte origen con la retracción en la pasta de cemento hidratada, por lo que sus curvas temporales presentan tendencias análogas y están condicionadas por variables comunes: Parámetro condicionante Efecto sobre la fluencia diferida Tensión sostenida aplicada A mayor nivel tensional, la deformación viscosa aumenta. Contenido y rigidez de áridos Mayor volumen y alto módulo elástico restringen la deformación diferida.

Relación agua/cemento (a/c) Mayor porosidad incrementa la movilidad del agua del gel y la fluencia. Humedad relativa del ambiente Un ambiente seco acelera la pérdida de humedad y eleva la fluencia. Temperatura ambiente El incremento térmico intensifica la migración acuosa y la deformación diferida. Naturaleza del cemento No produce variaciones apreciables por sí misma sobre este fenómeno. ERROR FRECUENTE Confundir la deformación elástica inicial con la fluencia. La deformación elástica se produce en el mismo instante de aplicar la carga; la fluencia es un proceso diferido en el tiempo originado por la reorganización reológica del agua en el gel C-S-H bajo tensión sostenida.

COMPRUEBA 50 ¿En qué se asemejan los orígenes microestructurales de la retracción por secado y de la fluencia? Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 31 Aditivos reductores de agua: plastificantes y superplastificantes La norma UNE-EN 934-2 distingue entre aditivos (dosificados a ) y adiciones (dosificadas a ). Los plastificantes o reductores de agua son moléculas tensioactivas orgánicas (como lignosulfonatos desprovistos de azúcares o sales de ácidos hidroxicarboxílicos).

Cuentan con un extremo hidrofílico cargado negativamente y cadenas hidrofóbicas que se orientan sobre los granos de cemento, logrando reducciones de agua de amasado de hasta un 15 % sin alterar la consistencia. Los superplastificantes o reductores de agua de alta actividad permiten disminuciones de agua de hasta el 30 % sin generar segregación ni oclusión incontrolada de aire, o bien posibilitan pasar de un asiento nulo en el cono de Abrams a más de 15 cm a igualdad de dosificación de agua: Diagrama de posibilidades de optimización de mezclas mediante aditivos superplastificantes.

< 10 kg/m3 > 10 kg/m 3 Dispersión electrostática: polímeros como los condensados de melamina formaldehído sulfonados (SMF) o naftaleno formaldehído sulfonados (SNF) aportan grupos sulfonato cargados negativamente ( ). Las cargas idénticas provocan repulsión electrostática entre los granos, dispersando los grumos de cemento y liberando agua atrapada. 1 SO 3 Impedimento estérico: los superplastificantes modernos basados en éteres policarboxílicos (PCE) poseen cadenas laterales neutras extendidas que impiden físicamente el contacto mutuo de los granos por volumen estérico, garantizando una trabajabilidad prolongada sin pérdidas bruscas de fluidez.

2 Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 32 PROCESO Mecanismo de acción de los aditivos superplastificantes El uso eficiente de superplastificantes abre tres vías de diseño: reducir la relación a/c para maximizar resistencia y compacidad; reducir cemento y agua manteniendo a/c para mitigar retracción, fluencia y calor de hidratación; o elevar drásticamente la trabajabilidad sin modificar proporciones mecánicas.

En paralelo, los aditivos inclusores de aire generan microburbujas esféricas estables que aumentan la fluidez de la masa y amortiguan las presiones hidráulicas durante las heladas al conceder espacio a la expansión del hielo, con un impacto negativo en la resistencia mecánica que resulta más sensible en compresión y en hormigones de alta resistencia.

Adiciones puzolánicas y humo de sílice Las adiciones puzolánicas son materiales silíceos con reactividad química que fijan la portlandita libre ( o CH), residuo soluble de la hidratación del cemento sin propiedades conglomerantes, transformándola en nuevo gel aglomerante: Para combinarse químicamente a temperatura ambiente, la sílice debe presentarse en estado amorfo y no cristalino, dada su inestabilidad termodinámica y alta reactividad superficial frente a los iones calcio. Adición puzolánica Características morfológicas y reactividad Límite usual de dosificación Humo de sílice Partículas ultrafinas de sílice amorfa al 100 %; altísima reactividad que densifica los poros.

Cenizas volantes Partículas vítreas esféricas; mejoran la compacidad y la docilidad por efecto lubricante.

Adición al amasado El aditivo entra en disolución acuosa 1 Adsorción superficial Moléculas se fijan sobre los granos 2 Repulsión o impedimento Fuerzas electrostáticas o estéricas separan partículas 3 Desfloculación y dispersión Se libera agua retenida en grumos 4 Fluidez optimizada Disminuye la viscosidad de la pasta 5 Ca(OH) 2 SiO (amorfa) + 2 Ca(OH) 2 C-S-H < 10 % en peso de cemento < 20 % en peso de cemento Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 33 La sustitución de la portlandita por gel C-S-H secundario conduce a una microestructura notablemente más compacta, con menor volumen de poros capilares, menor permeabilidad y un incremento sostenido de la resistencia mecánica y la durabilidad química frente a agentes agresivos.

COMPRUEBA 51 ¿Por qué la sílice cristalina como el cuarzo no actúa como adición puzolánica en el hormigón? IDEAS CLAVE La porosidad capilar aloja el agua libre evaporable causante de la retracción, mientras que el agua retenida en el gel C-S-H regula tanto la retracción por secado como la fluencia diferida. La retracción por secado es una contracción volumétrica irreversible de la pasta endurecida que se ve limitada mecánicamente por el volumen y rigidez de los áridos. La fluencia es una deformación diferida y viscoelástica bajo tensión constante, gobernada por la redistribución del agua adsorbida bajo carga en los geles.

Los superplastificantes dispersan las partículas de cemento por repulsión electrostática (SMF/SNF) o impedimento estérico (PCE), permitiendo reducciones de agua de hasta el 30 %. Las adiciones puzolánicas reaccionan con la portlandita libre transformándola en nuevo gel C- S-H resistente, lo que reduce la porosidad capilar y eleva la durabilidad. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 52. ¿Qué diferencia la función resistente de la portlandita respecto a la del gel C-S-H en la pasta hidratada? 53. ¿De qué manera permite un superplastificante reducir la fluencia y la retracción en una mezcla de hormigón? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 54.

¿Cuál es la causa microestructural primordial de la fluencia en el hormigón endurecido? Carbonatación rápida de la portlandita superficial a) Desplazamiento del agua en el gel C-S-H b) Dilatación térmica de los áridos gruesos c) Formación tardía de cristales de etringita d) Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 34 55. ¿Qué mecanismo de dispersión emplean los superplastificantes de éteres policarboxílicos (PCE)? 56. ¿Qué producto se genera al reaccionar la sílice amorfa del humo de sílice con la portlandita? 57. ¿Cómo influye el árido sobre la magnitud de la retracción del hormigón endurecido?

7 Formulario Hidratación del cemento Portland Fórmula o procedimiento Qué significa cada símbolo Cuándo se usa : silicato tricálcico (alita); H: agua; : gel C-S-H; CH: portlandita. Hidratación rápida inicial y desarrollo resistente a corto plazo. : silicato dicálcico (belita); CH: portlandita formada. Hidratación lenta y ganancia de resistencia a edades avanzadas. : aluminato tricálcico; : yeso; producto: etringita (AFt). Reacción inicial con yeso regulador para evitar el fraguado instantáneo. AFt: etringita; producto: monosulfoaluminato cálcico (AFm). Agotamiento de sulfatos en disolución durante el fraguado normal.

Atracción electrostática catiónica a) Disolución química del clínker anhidro b) Impedimento estérico por cadenas laterales c) Oclusión forzada de microburbujas de aire d) Silicato cálcico hidratado (C-S-H) a) Sulfato de calcio dihidratado b) Aluminato tricálcico hidratado c) Carbonato cálcico cristalino d) No influye al ser un componente pasivo a) Aumenta linealmente la contracción de pasta b) Disuelve el agua contenida en los capilares c) Restringe la deformación gracias a su rigidez d) 2 C S + 3 6 H C S H + 3 2 3 3 CH C S 3 C S H 3 2 3 2 C S + 2 2 H C S H + 3 2 3 CH C S 2 C A + 3 3 C H + S ˉ 2 26 H C A 3 3 C S ˉ 32 H C A 3 C H S ˉ 2 AFt + 2 C A 3 3 (C A 3 C S ˉ 18 H) Materiales de Construcción: Cemento, Áridos y Hormigón 35 Caracterización física, geométrica y mecánica de áridos Fórmula o procedimiento Qué significa cada símbolo Cuándo se usa : índice de lajas (%); : masa que pasa por tamiz de barras ; : masa retenida en fracción .

Evaluación de partículas lajosas en fracciones de 4 a 80 mm (UNE-EN 933-3). : coeficiente de forma (%); : masa de partículas no cúbicas ( ); : masa total ensayada. Clasificación geométrica de granos gruesos según relación longitud/grosor (UNE-EN 933-4). : módulo granulométrico; sumatorio sobre tamices de la serie normal UNE. Estimación del tamaño medio del esqueleto granular del árido. : coeficiente de uniformidad; : aberturas por donde pasa el 60 % y el 10 % en masa. Evaluación de la variedad dimensional de los granos en la curva granulométrica. : coeficiente de curvatura;…