Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó

I 0 flashcards i 10 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS MATERIALS DE CONSTRUCCIÓ Grau en Enginyeria Civil Universitat Politècnica de Catalunya AprenAI 2026-2027 Apunts complets de Materials de Construcció (Enginyeria Civil, UPC): àrids, química del ciment, assajos de formigó, dosificació i durabilitat.

APREN.AI Índex Àrids 1 Propietats físiques, estats d'humitat i densitats Fonaments de materials lligats i no lligats Estructura de la partícula: volums i porositat Estats d'humitat i masses de referència Tipus de densitats i expressions de càlcul 2 Granulometria, morfologia i assaigs de qualitat Requisits normatius de puresa i durabilitat Morfologia, textura superficial i coeficients de forma Anàlisi granulomètric: cribatge en sec, per rentat i paràmetres Assaigs mecànics i de puresa: Los Ángeles i Equivalent de Sorra 3 Ciment Pòrtland — Fases anhidres, hidratació i microestructura de la pasta 1. Matèries primeres i composició mineralògica del clínquer 2.

Reaccions d'hidratació dels silicats de calci 3. Hidratació dels aluminats i paper dels sulfats 4. Macroestructura, microestructura i la Zona de Transició Interfacial (ITZ) 5. Classificació dels porus i tipus d'aigua a la pasta 6.

Líquid dels porus i tècniques d'anàlisi microestructural 4 Formigó fresc — Reologia, consistència i retracció plàstica Evolució temporal del formigó fresc i presa Reologia i propietats funcionals de la mescla Mètodes d'assaig de la consistència Homogeneïtat, segregació i exudació Retracció plàstica inicial i curat primerenc Formigó endurit 5 Resistència mecànica i control estadístic Assaig de resistència a compressió i fenomen de conoclasis Factors intrínsecs: relació aigua/ciment, ciments i àrids Factors geomètrics, d'assaig i condicions de curat Control estadístic de qualitat segons el model de Gauss Resistència a tracció i mètodes d'assaig indirectes Criteris de tipificació segons la instrucció EHE-08 6 Deformabilitat, mòdul elàstic i mètodes d'assaig Comportament no lineal del formigó i definició dels mòduls Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 1 Procediment d'assaig estàtic del mòdul d'elasticitat Mòdul dinàmic mitjançant assaig acústic d'ultrasons Factors d'influència i discrepància entre mòduls 7 Dosificació de formigons — Fonaments i mètodes de Fuller i Bolomey Criteris de resistència, durabilitat i requeriment d'aigua Formulació de Fuller i Thompson (1907) Mètode de Bolomey (1927) i balanç de volums absoluts 8 Durabilitat — Mecanismes de transport, atacs químics i físics Mecanismes de transport de fluids i ions Atacs químics a la matriu del ciment Accions físiques agressives 9 Additius i addicions per al formigó — Tipologies i mecanismes d'acció Diferenciació conceptual i normativa Modificadors de la cinètica de presa i enduriment Oclusors d'aire i durabilitat davant el gel-desgel Plastificants i superplastificants: mecanismes de dispersió Addicions putzolàniques 10 Estabilitat volumètrica — Retracció endògena, assecat i fluència Balanç de volum durant la hidratació del ciment Retracció per assecat: mecanismes i factors condicionants Retracció diferencial, fissuració i solucions constructives Fluència mecànica: comportament viscoelàstic 11 Formulari 1.

Àrids: volums, densitats, morfologia i control de qualitat 2. Ciment Pòrtland: hidratació i balanç volumètric 3. Formigó fresc: reologia i consistència 4. Resistència mecànica, control estadístic i deformabilitat 5. Dosificació de mescles: mètodes de Fuller i Bolomey 6. Durabilitat i transport de fluids Constants i valors de referència Errors típics a evitar Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions. Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important.

Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 2 1 Propietats físiques, estats d'humitat i densitats EN ACABAR SABRÀS Distingir entre els volums V1 i V2 i relacionar-los amb la porositat permeable de la partícula. Calcular les densitats seca, SSS i aparent de partícula a partir d'assajos de pesada hidroestàtica. Diferenciar la humitat total de l'absorció i avaluar la seva influència en l'aigua d'amassat. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què afegir sorra mullada a una amassadora pot arruïnar la resistència del formigó si no es corregeix la fórmula? Els materials granulars constitueixen l'esquelet estructural de la majoria de compostos d'enginyeria civil i edificació.

Àrids 1 Propietats físiques, estats d'humitat i densitats 2 Granulometria, morfologia i assaigs de qualitat Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 3 ESQUEMA Classificació dels materials amb àrids Fonaments de materials lligats i no lligats Un aglomerant és un material capaç d'unir components granulars per formar una massa cohesionada i dotar-la de resistència mecànica. Per la seva banda, l'àrid és un fragment petri granular que s'utilitza en combinació amb aglomerants o de manera aïllada.

Material Estat del lligant Components principals Particularitats d'ús Morter Lligat hidràulic Ciment + aigua + àrid fi Sense fracció gruixuda Formigó Lligat hidràulic Ciment + aigua + àrid fi + àrid gruixut Els àrids ocupen el 60% al 80% del volum Mescla bituminosa Lligat hidrocarbonat Lligant bituminós + filler + àrids Els àrids suposen el 95% en pes (segons PG-3) Beurada bituminosa Lligat hidrocarbonat Lligant bituminós + filler + àrid fi Tractament superficial sense àrid gruixut Zahorra No lligat Material granular continu («tot u») Resistència per fregament intern entre partícules Sòl ciment / Grava ciment Lligat hidràulic rígid Àrids + ciment + aigua Poc contingut de ciment, no fluids, compactats per piconatge Materials amb àrids Segons la presència de lligant Capes no lligades Fregament intern granular Zahorra Granulometria contínua tot u Materials lligats Matriu aglomerant activa Lligant hidràulic Base ciment i aigua Lligant hidrocarbonat Base betum Morter i formigó Estructures resistents Sòl/grava ciment Capes compactades Mescles bituminoses Paviments asfàltics Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 4 Per a la seva utilització en formigons sota la normativa de referència (com la EHE-08), l'àrid ha de ser químicament inert i romandre volumètricament estable al llarg de la vida útil de l'estructura.

En capes de rodolament de ferms (norma PG-3), l'àrid requereix a més una textura rugosa i resistència al poliment provocat pel trànsit. COMPROVA-HO 2 Quina diferència operativa i estructural presenten el sòl ciment o grava ciment respecte al formigó tradicional? Estructura de la partícula: volums i porositat La partícula d'àrid conté fases sòlides i espais buits. Distingim el volum de material sòlid ( ), el volum de buits impermeables o inaccessibles ( ), i el volum de porus permeables o accessibles a l'aigua ( ). Esquema dels components de volum d'un gra d'àrid.

Mentre que l'aigua pot penetrar en els porus permeables ( ), els aglomerants com el ciment o el betum no hi tenen accés a causa de la seva viscositat i mida de partícula. Segons el medi que embolcalla o penetra la partícula, es defineixen dos volums de treball: Volum total o aparent de la partícula ( ): comprèn el sòlid, els porus cecs i els porus accessibles. És el volum geomètric que ocupa la partícula respecte a un aglomerant extern: Volum del sòlid més porus inaccessibles ( ): exclou els buits accessibles a l'aigua: Per mesurar aquests volums al laboratori s'aplica el principi d'Arquimedes mitjançant pesada hidroestàtica.

L'empenta ascensional ( ) que experimenta la massa submergida equival al pes del volum d'aigua desplaçat. V s V i V p V p V 1 V = 1 V + s V + p V i V 2 V = 2 V + s V = i V 1 V p E Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 5 Diagrama de forces en pesada hidroestàtica per Arquimedes. A partir de la massa en aire ( ), la massa aparent submergida en aigua ( o ) i la densitat de l'aigua ( ), el volum desplaçat compleix: Si la pesada hidroestàtica es realitza amb l'àrid prèviament saturat i amb la superfície eixugada, l'aigua externa no penetra addicionalment i s'obté directament .

En canvi, si s'introdueix la mostra seca en estufa deixant que els porus accessibles s'inundin completament durant l'assaig, es determina . Estats d'humitat i masses de referència La massa d'un conjunt d'àrids varia en funció de l'aigua continguda en els seus porus i a la seva superfície exterior. Es defineixen tres estats bàsics: Sec en estufa ( ): massa de la partícula sense presència d'aigua lliure ni en superfície ni dins dels porus accessibles. Saturat amb superfície seca ( ): els porus accessibles estan completament plens d'aigua, però la pel·lícula superficial exterior es manté seca.

Humit ( ): l'àrid allotja aigua dins dels seus porus i a més posseeix aigua lliure recobrint la seva superfície externa. Es compleix sempre la relació d'ordre . DEFINICIÓ L'absorció d'aigua (WA) és el percentatge d'aigua que és capaç de retenir una partícula d'àrid exclusivament a l'interior dels seus porus permeables respecte a la seva massa seca: Per la seva banda, la humitat total ( ) mesura tant l'aigua interna dels porus com l'aigua adherida superficialment: Evolució de la superfície específica en fraccionar la partícula.

m a m w m sw ρ w V = ρ w m m a w V 1 V 2 m rd m ssd m w m < rd m < ssd m w WA = × m rd m m ssd rd 100 W W = × m rd m m w rd 100 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 6 Com menor és la mida de les partícules, major és la seva superfície específica per unitat de massa. En conseqüència, els àrids fins tenen capacitat de retenir una quantitat significativament superior d'aigua superficial lliure. COMPROVA-HO 3 Quina aigua de l'àrid reacciona amb el ciment durant l'amassat del formigó? Tipus de densitats i expressions de càlcul En tecnologia de materials cal distingir estrictament entre la compacitat del conjunt granular i la densitat individual de les partícules.

Paràmetre Símbol Fórmula Definició i camp d'ús Densitat aparent de conjunt (o muntó) Massa d'àrid dividida pel volum del recipient que l'allotja (inclou buits entre grans). Valors típics: 1200 a 1500 kg/m³. Densitat de partícula seca en estufa Relació entre la massa seca i el volum total exterior de la partícula. Densitat de partícula saturada amb superfície seca Massa en estat SSS dividida pel volum total exterior . Com que , es compleix . Densitat aparent de partícula Massa seca dividida pel volum sense porus permeables. Com que , es verifica . ERROR FREQÜENT No confongueu mai la densitat aparent de partícula ( ) amb la densitat aparent de conjunt ( ).

La densitat de conjunt inclou els buits buits d'aire existents entre els grans d'àrid quan s'aboquen en un recipient (per això dóna valors baixos, al voltant de 1200-1500 kg/m³). En canvi, la densitat aparent de partícula fa referència a la matèria pròpia del gra excloent els seus porus accessibles ( ), resultant sempre en valors molt més alts (generalment per sobre de 2500 kg/m³).

ρ b ρ = b V recipient m rid a ˋ ρ rd ρ = rd V 1 mrd ρ ssd ρ = ssd V 1 m ssd V 1 m > ssd m rd ρ > ssd ρ rd ρ a ρ = a V 2 m rd V < 2 V 1 ρ > a ρ rd ρ a ρ b ρ b ρ a m /V rd 2 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 7 IDEES CLAU Els àrids representen entre el 60% i el 80% del volum del formigó i fins al 95% del pes de les mescles bituminoses. El volum total inclou els buits accessibles a l'aigua, mentre que els exclou en quedar inundats. L'estat saturat amb superfície seca ( ) representa la condició de porus interns plens sense aigua lliure superficial. L'aigua que modifica la relació aigua/ciment de la pasta és l'aigua lliure de superfície, mai la confinada en els porus.

La densitat aparent de conjunt computa els buits d'empaquetament entre grans, a diferència de les densitats de partícula. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 4. Per quina raó la densitat aparent de partícula (ρa) sempre és superior a la densitat de partícula seca en estufa (ρrd)? 5. Com influeix una variació sobtada de la humitat superficial de la sorra en la confecció del formigó fresc? ÀRIDS 2 Granulometria, morfologia i assaigs de qualitat EN ACABAR SABRÀS Distingir els mètodes d'assaig de heladicitat i els factors que desencadenen la reacció àlcali- àrid. Calcular l'índex de lloses, el coeficient de forma i els paràmetres Cu i Cc d'una distribució granulomètrica.

Explicar la necessitat del tamisat per rentat sobre el tamís de 0,063 mm per a la detecció de fins. Interpretar els resultats dels assaigs de desgast de Los Ángeles i de l'Equivalent de Sorra segons els seus límits normatius. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 6 Per què rentar una sorra abans de tamisar-la pot donar una mesura més exacta de la seva quantitat de pols que garbellar-la directament en sec? V 1 V 2 m ssd ρ b Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 8 Requisits normatius de puresa i durabilitat La idoneïtat d'un àrid per fabricar formigó estructural comença per la seva conformitat normativa sota el marcat CE.

Això exigeix controlar la puresa química (mitjançant tècniques com FRX, volumetries o absorció atòmica) i determinar la composició mineralògica per anàlisi petrogràfica (com la difracció de raigs X, DRX), identificant fases com la calcita ( ) o la dolomita ( ). Cal descartar o limitar estrictament substàncies contaminants com sulfats, clorurs i sulfurs. La heladicitat avalua la degradació per cicles de gel-desgel. Quan l'aigua present als porus de l'àrid es congela, augmenta de volum i exerceix pressió interna; si no pot circular cap a espais buits, fractura el gra. La susceptibilitat depèn de la quantitat, mida i continuïtat d'aquests porus.

Es determina mitjançant dos procediments: Assaig en cambra climàtica: recrea cicles reals de congelació i desgel. Assaig amb sulfat de magnesi: se satura l'àrid amb una solució d'aquesta sal; en evaporar-se l'aigua, el sulfat cristal·litza augmentant de volum i simula les tensions mecàniques de la congelació. Un altre risc patològic greu és la reacció àlcali-àrid, produïda entre els àlcalis procedents del ciment (principalment ions sodi, Na, i potassi, K) i certs minerals dels grans. Pot manifestar-se en tres modalitats: àlcali-sílice, àlcali-silicat o àlcali-carbonat.

Com que genera una destrucció irreversible del material, cal prevenir-la abans del pastat utilitzant ciments de baix contingut en àlcalis i àrids petrogràficament inerts. COMPROVA-HO 7 Quin principi físic aprofita l'assaig de sulfat de magnesi per mesurar la heladicitat de l'àrid? Morfologia, textura superficial i coeficients de forma La geometria de l'àrid condiciona tant el comportament fresc com l'adherència mecànica amb la matriu de ciment: Esquema de les formes geomètriques de les partícules d'àrids.

Els àrids arrodonits (origen natural o fluvial) presenten una superfície llisa que redueix l'adhesibilitat amb la pasta, mentre que els àrids de trituració mostren arestes vives i textura rugosa. Aquesta rugositat és clau en formigons d'alta resistència i en capes de rodadura bituminoses, on millora CaCO 3 CaMg(CO ) 3 2 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 9 l'adherència vehicle-paviment. Tanmateix, les partícules lajoses o allargades són perjudicials perquè tendeixen a trencar-se durant la compactació i creen plans febles. Per afavorir partícules equidimensionals a partir de roques dures o esquistoses, el procés a la planta es realitza mitjançant etapes successives de matxucat.

Per quantificar geomètricament les partícules s'empren tres paràmetres normalitzats: Índex de lloses (IL): s'avalua sobre fraccions granulomètriques consecutives fent passar els grans per tamisos de ranures paral·leles de pas . Una partícula de fracció que passi per aquesta ranura es classifica com a llosa. Per a cada fracció, l'índex parcial és: on és la massa que passa pel tamís de lloses i és la massa retinguda al tamís normal. L'índex global es calcula sumant les masses de totes les fraccions provades: Esquema del tamís de ranures emprat per a l'índex de lloses.

Coeficient de forma (SI): classifica una partícula com a no cúbica si la seva longitud màxima supera el triple del seu gruix ( ). Si és la massa d'aquestes partícules allargades i és la massa de partícules cúbiques equidimensionals: Esfericitat ( ): compara el volum real dels grans ( , incloent-hi els seus porus) respecte a l'esfera teòrica circumscrita de diàmetre màxim ( ): COMPROVA-HO 8 Quina obertura té el tamís de lloses corresponent a una fracció granulomètrica delimitada per un tamís superior D?

D /d i i D /2 i D IL = i M i m i 100 m i M i IL = M i m i 100 L > 3E M 1 M 2 SI = M 1 M 2 100 α V i d i α 1 α = d + d + + d 6 π ( 1 3 2 3 n 3 ) V i Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 10 Anàlisi granulomètric: cribatge en sec, per rentat i paràmetres La granulometria classifica els materials granulars segons la mida de partícula, distingint entre grava (partícules de mida superior a 4 mm) i graveta o fracció fina (igual o menor a 4 mm). La distribució de mides es designa habitualment com , on és la mida mínima (retingut d'almenys el 90 %) i és la mida màxima (passa com a mínim el 90 % i reté com a màxim el 10 %).

La sèrie bàsica de tamisos normalitzats dobla progressivament l'obertura de malla: 31,5 mm, 16 mm, 8 mm, 4 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,25 mm i 0,125 mm (queden fora de la sèrie bàsica obertures com 63 micres, 12,5 mm o 20 mm). El cribatge convencional en sec sol donar errors per defecte amb la pols mineral, ja que les partícules menors de 63 µm queden electrostàticament adherides als grans grossos.

Per això s'utilitza el mètode de tamisat per rentat sobre el tamís de llum 63 µm (0,063 mm): PROCÉS Procediment del tamisat per rentat 1 Assecat previ Assecat a estufa per registrar la massa inicial m1 2 Rentat a 63 µm Eliminació de llims i argiles amb aigua sobre el tamís 3 Assecat del retingut Obtenció de la massa seca rentada mL lliure de fins 4 Cribatge normalitzat Tamisat de la fracció neta per la sèrie mecànica A partir de la corba de retinguts acumulats es calculen els següents coeficients: Mòdul granulomètric (MG): suma dels percentatges retinguts acumulats en els tamisos de la sèrie normalitzada dividida entre 100: Coeficient d'uniformitat ( ): relaciona els diàmetres de tamís pels quals passa el 60 % ( ) i el 10 % ( ) del material: Un valor baix de indica partícules d'una mida molt similar (uniformitat o mala graduació), mentre que un valor elevat reflecteix gran varietat de fraccions intermèdies (bona graduació).

Coeficient de curvatura ( ): caracteritza la continuïtat de la corba granulomètrica: d/D d D S'asseca la mostra d'àrid a l'estufa i se'n registra la massa inicial seca ( ). 1 m 1 Es renta la fracció sobre el tamís de 0,063 mm eliminant l'aigua tèrbola amb argiles i llims en suspensió. 2 S'asseca novament la fracció retinguda superior a 63 µm obtenint la massa seca rentada ( ). La quantitat de fins eliminats és . 3 m L m = <0,063 mm m 1 m L Es procedeix al tamisat normal per la columna de tamisos sense risc de retenir fins electrostàtics.

4 MG = 100 %RA C u D 60 D 10 C = u D 10 D 60 C u C c Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 11 ERROR FREQÜENT Confondre el cribatge en sec amb el procediment per rentat en presència de pols o argila. Si la mostra conté fins i es garbella només en sec, les forces electrostàtiques impedeixen que els llims i argiles passin pel tamís de 0,063 mm, subestimant la fracció fina i alterant la corba granulomètrica i el càlcul del mòdul de finor. COMPROVA-HO 9 Què indica un coeficient d'uniformitat Cu elevat en una corba granulomètrica?

Assaigs mecànics i de puresa: Los Ángeles i Equivalent de Sorra La resistència mecànica de la fracció grossa a la fragmentació i desgast per xoc i fricció mútua es mesura mitjançant l'assaig de Los Ángeles (LA). Una mostra (típicament 5 kg de fracció 10/14 mm) s'introdueix en un tambor giratori proveït d'una aleta interior juntament amb una càrrega d'11 boles d'acer (d'entre 400 g i 445 g cadascuna). El cilindre es fa girar 500 revolucions a una velocitat de 31 a 33 rpm. Després de l'assaig, es garbella el contingut pel tamís d'1,6 mm per quantificar els fins produïts: on és la massa seca inicial i és la massa seca retinguda al tamís d'1,6 mm.

Com menor és el coeficient , més alta és la resistència al desgast de l'àrid. Per a l'ús d'àrids en capes de rodadura, el coeficient LA ha de ser inferior al 15 %. D'altra banda, la presència de pols d'argila al voltant dels grans debilita seriosament la formació de l'enllaç químic amb la pasta de ciment i genera plans de fractura. La puresa de la fracció fina s'avalua mitjançant l'assaig de l'Equivalent de Sorra (SE, segons UNE-EN 933-8): Esquema de la proveta de l'assaig de l'Equivalent de Sorra. Es barreja una porció de sorra amb aigua i una solució floculant en una proveta graduada normalitzada. S'agita enèrgicament i es deixa reposar en posició vertical.

Es mesuren dues alçades: l'alçada del sediment compactat al fons ( ) i l'alçada total incloent la capa superior de partícules fines en suspensió ( ). L'equivalent de sorra s'obté com: C = c D D 10 60 D 30 2 LA = m 1 m m 1 100 m 1 m LA h sed h susp Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 12 Assaig de qualitat Mostra o fracció analitzada Objectiu del paràmetre Criteri / Formula clau Desgast de Los Ángeles Fracció grossa (ex.

10/14 mm) amb boles d'acer Mesurar fragmentació i resistència a l'atrició en capes de rodadura Equivalent de Sorra (SE) Fracció fina de sorra en proveta amb líquid Determinar la proporció relativa de pols i argila Tamisat de Lloses Fraccions consecutives sobre ranures Quantificar partícules aplanades no cúbiques COMPROVA-HO 10 Quina mida de malla s'utilitza per mesurar els fins resultants a l'assaig de Los Ángeles? IDEES CLAU La heladicitat avalua la pressió interna de l'aigua en congelar-se dins dels porus de l'àrid, simulant-se també mitjançant la cristal·lització de sulfat de magnesi.

La reacció àlcali-àrid (sílice, silicat o carbonat) és una degradació irreversible que s'evita emprant ciments amb pocs àlcalis i àrids inerts. Els àrids lajosos o allargats debiliten l'estructura; l'índex de lloses es determina fent passar cada fracció per tamisos de ranures d'amplada . El tamisat per rentat sobre el tamís de és imprescindible per desprendre els fins adherits electrostàticament als grans grossos. La resistència a l'atrició s'avalua amb el coeficient de Los Ángeles ( per a capes de rodadura) i la puresa de la sorra amb l'assaig d'Equivalent de Sorra. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 11.

Per què s'ha d'aplicar el tamisat per rentat abans del garbellat convencional per tamisos en una mostra d'àrids? 12. Com es defineix la condició perquè una partícula es consideri allargada segons el coeficient de forma SI? SE = h susp h sed 100 LA < 15% SE = h susp h sed 100 D /2 i IL = M i m i 100 D/2 63 μm LA < 15% Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 13 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 13. Quin volum de la partícula d'àrid exclou completament els buits permeables a l'aigua? 14. En quin estat d'humitat els porus accessibles estan plens però la superfície roman seca? 15.

Quina relació d'ordre és correcta per a les densitats de partícula d'un mateix àrid? 16. Com s'anomena la capa granular no lligada de granulometria contínua que resisteix per fricció interna? 17. Quin valor màxim de Los Ángeles s'admet per a l'ús d'àrids en capes de rodadura? 18. Quina llum de pas s'utilitza al tamís per rentar i separar llims i argiles? 19. Com es defineix el coeficient d'uniformitat Cu a partir de la corba granulomètrica? 20. Quin és l'objectiu principal de l'assaig de l'Equivalent de Sorra (SE)?

Volum de buits d'empaquetament a) Volum V2 b) Volum aparent de conjunt c) Volum V1 d) Sec en estufa a) Humit superficial b) Saturat amb superfície seca c) Totalment desseca't d) ρa > ρrd a) ρrd > ρssd b) ρb > ρssd c) ρrd > ρa d) Grava ciment a) Zahorra b) Sòl ciment c) Morter sec d) LA inferior al 50 % a) LA superior al 15 % b) LA inferior al 30 % c) LA inferior al 15 % d) 0,125 mm a) 4 mm b) 1,6 mm c) 0,063 mm d) D30 al quadrat entre D10 a) D10 dividit entre D60 b) D60 dividit entre D10 c) D60 dividit entre D30 d) Mesurar la duresa superficial a) Calcular la densitat aparent b) Determinar la quantitat d'argila c) Avaluar l'esfericitat dels grans d) Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 14 3 Ciment Pòrtland — Fases anhidres, hidratació i microestructura de la pasta EN ACABAR SABRÀS Distingir les quatre fases anhidres del clínquer i explicar el paper fundent dels aluminats al forn.

Descriure les reaccions de formació del gel CSH, la portlandita (CH) i la transformació d'ettringita en monosulfoaluminat. Analitzar la formació i la debilitat estructural de la zona de transició interfacial (ITZ) per efecte de l'exudació. Classificar els estats de l'aigua i els buits a la pasta de ciment i justificar el paper del pH dels porus en la passivació de l'acer. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 21 Per què el ciment requereix necessàriament l'addició d'una petita quantitat de guix durant la mòlta del clínquer? El ciment Pòrtland és el conglomerant hidràulic fonamental del formigó estructural.

La comprensió de les seves reaccions químiques i de l'evolució de la seva microestructura permet anticipar el comportament mecànic i la durabilitat del material al llarg de la seva vida útil. ESQUEMA Estructura del tema Ciment Pòrtland i Pasta 1. Matèries primeres i composició mineralògica del clínquer La fabricació del clínquer pòrtland requereix fonts seleccionades d'òxids: carbonat de calci procedent de roca calcària ( ) i compostos de sílice, alúmina i ferro subministrats principalment per argiles i minerals com la magnetita.

Dins de la indústria del ciment s'utilitza una notació química abreujada que assigna una lletra a cada òxid principal: Fases anhidres del clínquer Silicats C3S i C2S, i aluminats fundents Química de la hidratació Formació de gel CSH, portlandita i sulfoaluminats Microestructura i porus Xarxa de gel, buits capil·lars i ITZ feble Líquid dels porus Solució bàsica (pH 13,3) que passiva l'acer CaCO 3 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 15 (òxid de calci o calç) (diòxid de silici o sílice) (òxid d'alumini o alúmina) (òxid de ferro) (triòxid de sofre) (aigua) (òxid de magnesi) La cocció al forn rotatori té lloc a una temperatura de clínquerització de 1400 ºC a 1450 ºC.

Aquesta temperatura s'assoleix gràcies a l'acció dels compostos d'alúmina i ferro, que actuen com a fundents tèrmics afavorint la formació d'una fase líquida a temperatures inferiors a les de fusió dels silicats purs. Aquest fenomen redueix el consum energètic del procés. Fase anhidra Fórmula abreujada Paper principal Silicat tricàlcic Hidratació ràpida; desenvolupament resistent inicial. Silicat bicàlcic Hidratació lenta; guanys resistents a llarg termini. Aluminat tricàlcic Reacció molt ràpida; fundent tèrmic; sensibilitat a sulfats. Ferroaluminat tetracàlcic Fase fundent; aporta color grisenc característic.

COMPROVA-HO 22 Quin és el motiu principal pel qual s'accepta la presència d'aluminats al clínquer si la seva contribució a la resistència mecànica final és pràcticament insignificant? 2. Reaccions d'hidratació dels silicats de calci La pasta de ciment s'obté en barrejar les fases anhidres del clínquer mòlt amb aigua. El període durant el qual es mantenen la humitat i la temperatura adequades després del pastat s'anomena edat d'hidratació o temps de curat. La reacció dels silicats amb l'aigua genera dos compostos principals: El producte correspon de manera genèrica al gel de silicat càlcic hidratat (CSH).

Aquest gel presenta una estequiometria variable i conforma entre el 50% i el 60% del volum de la pasta completament hidratada. La seva morfologia en capes o làmines, separades per distàncies d'uns 18 Å, el converteix en el principal responsable de la cohesió mecànica i de la impermeabilitat. C = CaO S = SiO 2 A = Al O 2 3 F = Fe O 2 3 = S ˉ SO 3 H = H O 2 M = MgO C S 3 C S 2 C A 3 C AF 4 2 C S + 3 6 H C S H + 3 2 3 3 CH 2 C S + 2 4 H C S H + 3 2 3 CH C S H 3 2 3 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 16 Esquema de les làmines de gel CSH amb aigua interlaminar intercalada.

El segon producte és l'hidròxid de calci o portlandita (CH), que representa entre el 20% i el 30% del volum de la pasta. Cristal·litza en forma de prismes hexagonals plans ben definits. A diferència del gel CSH, la portlandita aporta menys resistència mecànica i és el component més soluble de la matriu, fet que la fa susceptible a processos de lixiviació (vegeu «Durabilitat — Mecanismes de transport, atacs químics i físics»). La cinètica d'ambdues reaccions és desigual: el reacciona amb molta celeritat, generant un gel menys homogeni i una quantitat superior de portlandita (3 mols de CH per cada 2 mols de ).

En canvi, el s'hidrata lentament, produint només 1 mol de CH i afavorint una xarxa cristal·lina més densa i homogènia, responsable dels increments de resistència a edats avançades. COMPROVA-HO 23 Quina fase dels silicats anhidres afavoreix una major resistència final a llarg termini i per què? 3. Hidratació dels aluminats i paper dels sulfats L'aluminat tricàlcic ( ) reacciona instantàniament amb l'aigua. Per evitar un adormiment immediat del ciment, s'afegeix guix ( ) durant la mòlta del clínquer.

En presència d'aigua i sulfats dissolts, el forma ettringita primària (fase AFt) mitjançant la reacció: L'ettringita es desenvolupa com agulles prismàtiques i contribueix a la resistència inicial en estat fresc. Quan s'esgota el guix disponible a la dissolució i encara queda anhidre, l'ettringita primària es transforma en monosulfoaluminat de calci (fase AFm): Aquesta transformació assoleix el seu màxim entre els 3 i 7 dies d'edat. Les fases sulfoaluminoses representen entre el 15% i el 20% del volum sòlid de la pasta. ERROR FREQÜENT Confondre l'ettringita primària amb l'ettringita secundària.

L'ettringita primària es forma durant les primeres hores de pastat, quan la pasta encara és plàstica, i resulta totalment innòcua. L'ettringita secundària o diferida apareix quan penetren sulfats externs o es reactiva el monosulfoaluminat (AFm) amb la pasta ja rígida; en aquest estat sòlid, l'augment de volum associat a la nova cristal·lització genera pressions internes i fissuració greu.

C S 3 C S 3 C S 2 C A 3 C H S ˉ 2 C A 3 C A + 3 3 C H + S ˉ 2 26 H C A 3 3 C S ˉ H 32 C A 3 [AFt] + 2 C A + 3 4 H 3 (C A 3 C S ˉ H ) 18 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 17 COMPROVA-HO 24 Quina condició química desencadena la transformació de l'ettringita primària (AFt) en monosulfoaluminat (AFm)? 4. Macroestructura, microestructura i la Zona de Transició Interfacial (ITZ) A escala macroscòpica (perceptible a l'ull humà a partir de 0,2 mm), el formigó està format per dues fases: els àrids i la pasta (o morter).

A nivell microscòpic, la pasta endurida presenta diverses fases sòlides i poroses coexistents: Clínquer residual: grans anhidres que no han acabat d'hidratar-se (perceptibles amb microscopi òptic). Fases hidratades: gel CSH fibrós, plaques de portlandita (CH) i sulfoaluminats (agulles d'ettringita i plaques d'AFm, identificables mitjançant microscòpia electrònica SEM). Zona de transició interfacial (ITZ): la regió de contacte entre la pasta de ciment i la superfície dels àrids. Esquema de l'ascens d'aigua per exudació al voltant dels àrids. La zona de transició interfacial (ITZ) és la regió mecànicament més feble de la matriu.

A causa de la diferència de densitats entre l'aigua ( ), els àrids ( ) i la pasta fresca ( ), es produeix un fenomen d'exudació local (vegeu «Formigó fresc — Reologia, consistència i retracció plàstica»). L'aigua puja i queda retinguda sota les partícules d'àrid. Com a conseqüència d'aquest excés d'aigua local, la ITZ es caracteritza per: Aquesta zona no és homogènia al voltant de l'àrid; la seva debilitat s'incrementa com més gran és la mida de l'àrid utilitzat. En formigons convencionals de 25 a 30 MPa la seva incidència és moderada, però en formigons d'alta resistència esdevé el factor limitant decisiu. 5.

Classificació dels porus i tipus d'aigua a la pasta L'espai volumètric de la pasta que no està ocupat per fases sòlides conté buits de diferents ordres de magnitud, els quals allotgen distintes formes d'aigua: ρ 1,0 g/cm3 ρ 2,65 g/cm3 ρ 3,0 g/cm3 Una major porositat i menor densitat que la resta de la pasta. 1 Un marcat enriquiment en grans cristalls hexagonals de portlandita (CH) i ettringita orientada. 2 Un dèficit relatiu en gel CSH resistent. 3 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 18 Tipus de buit / Aigua Ubicació i característiques Comportament físic Aigua combinada químicament Integrada a la xarxa cristal·lina (H del CSH, CH i sulfoaluminats).

No s'evapora; només s'allibera per descomposició tèrmica. Aigua interlaminar Situada estrictament entre les làmines del gel CSH. La seva pèrdua provoca contracció de la xarxa del gel. Aigua adsorbida Fins a un màxim de 12 capes moleculars adherides a la superfície del CSH. Comença a evaporar-se a temperatures entre 130 ºC i 150 ºC. Aigua capil·lar i buits capil·lars Ocupa els buits entre agregacions de gel. Afavoreix l'assecament i la retracció; no condiciona per si sola la resistència directa. Aigua lliure Excés d'aigua de pastada a macrobuits i buits de compactació. Comença a evaporar-se a 100 ºC deixant buits que minven la resistència mecànica.

La porositat intrínseca del gel CSH és de prop del 28% del volum de gel. Quan el volum de buits capil·lars i d'aire atrapat augmenta per una mala compactació o per una relació aigua/ciment excessiva, la resistència mecànica global disminueix de manera acusada. 6. Líquid dels porus i tècniques d'anàlisi microestructural L'aigua que roman als porus no és aigua pura, sinó una solució altament bàsica saturada d'espècies iòniques com calci, sulfats, aluminats, silicats i, especialment, hidròxids alcalins de sodi i potassi. Als 28 dies d'edat, el líquid dels porus assoleix un pH bàsic d'aproximadament 13,30.

Aquesta forta alcalinitat és crítica per a la protecció de l'acer estructural: garanteix la formació i estabilitat d'una capa passivant d'òxid sobre les armadures. Si el diòxid de carboni exterior penetra a la xarxa porosa i carbonata la portlandita (CH), el pH cau progressivament. Si aquest valor descendeix per sota de 10 o 9, la capa de passivació es destrueix i s'inicia la corrosió electroquímica de l'acer. La caracterització d'aquesta microestructura es realitza mitjançant tècniques instrumentals complementàries: Difracció de Raigs X (DRX) i Anàlisi Tèrmica Diferencial (ATD): emprades per identificar i quantificar les fases cristal·lines (CH, ettringita, monosulfoaluminat).

Microscòpia òptica: diagnòstic de patologies generals, addicions i fissures macroscòpiques. Microscòpia electrònica d'escombratge (SEM): observació d'alta resolució de la morfologia de les fases hidratades. Microsonda EDAX: espectrometria per dispersió d'energies acoblada al SEM per a l'anàlisi elemental quantitativa puntual. Porosimetria per intrusió de mercuri: determinació de la distribució per grandària i volum dels porus capil·lars. Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 19 COMPROVA-HO 25 Què passa a l'armadura d'acer si el pH del líquid dels porus descendeix de 13,30 a valors inferiors a 9?

IDEES CLAU Els compostos d'alúmina i ferro del clínquer actuen com a fundents tèrmics que permeten la calcinació entre 1400 ºC i 1450 ºC. El gel CSH és el component estructural clau de la pasta hidratada: ocupa entre el 50% i el 60% del volum sòlid i proporciona cohesió i resistència mecànica. La portlandita (CH) suposa entre el 20% i el 30% del volum, forma cristalls hexagonals i és la fase més soluble, mantenint la basicitat però sent sensible a la lixiviació. L'ettringita primària (AFt) formada al principi del pastat és innòcua, mentre que l'ettringita secundària produïda sobre pasta endurida genera pressions expansives perilloses.

La zona de transició interfacial (ITZ) al voltant dels àrids és porosa i rica en portlandita per culpa de l'exudació, actuant com l'anell feble del formigó. El líquid dels porus presenta un pH proper a 13,30 als 28 dies, essencial per preservar la capa de passivació de l'armadura contra la corrosió. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 26. Per quina raó la zona de transició interfacial (ITZ) acumula més portlandita (CH) i té una porositat més alta que la resta de la pasta? 27. A quina temperatura comença a evaporar-se l'aigua adsorbida a les superfícies del gel CSH i en quantes capes moleculars es pot disposar? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 28.

Quin compost de la pasta hidratada és el principal responsable de la resistència mecànica? 29. Quin és el llindar de pH per sota del qual es perd la passivació de l'acer estructural? Hidròxid de calci o portlandita (CH) a) Gel de silicat càlcic hidratat (CSH) b) Ettringita primària en agulles (AFt) c) Monosulfoaluminat de calci (AFm) d) pH inferior a 13,3 a) pH inferior a 12,5 b) pH inferior a 10 o 9 c) pH estrictament neutre de 7,0 d) Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 20 30. Quina reacció experimenta l'ettringita primària en esgotar-se els sulfats procedents del guix? 31. Per què s'incorporen compostos d'alúmina i ferro a la barreja inicial de fabricació del clínquer?

4 Formigó fresc — Reologia, consistència i retracció plàstica EN ACABAR SABRÀS Descriure el model reològic de Bingham aplicat al comportament del formigó fresc. Classificar els tipus de consistència segons els assaigs de Con d'Abrams, taula de sacsejades i Vebe. Explicar l'origen de la retracció plàstica a partir de l'evaporació superficial i l'exudació. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 32 Per què un formigó amb molta aigua pot acabar fissurant-se abans fins i tot d'endurir-se del tot? Evolució temporal del formigó fresc i presa El formigó fresc és aquell estat del material comprès entre la sortida de l'amassadora i el començament de la presa.

Durant aquest període, la mescla no ha adquirit rigidesa estructural i conserva la capacitat de ser transportada, abocada i modelada dins l'encofrat. Es dissol completament sense deixar residu a) Es transforma en portlandita hexagonal b) Precipita en forma de silicat bicàlcic c) Es transforma en monosulfoaluminat càlcic d) Per impedir l'exudació a la pasta fresca a) Per actuar com a fundents tèrmics al forn b) Per evitar l'atac per sulfats exteriors c) Per millorar la resistència mecànica final d) Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 21 Esquema de les etapes temporals del formigó des de l'amassat fins a la presa.

L'evolució cinètica del material es descriu a través de tres instants principals al llarg de l'eix temporal: : inici de l'amassat, on la mescla es comporta com una pasta viscosa i plenament emmotllable. : inici de presa, moment en què la pasta comença a perdre plasticitat i guanya resistència a la deformació. : final de presa, estadi a partir del qual el material adquireix consistència de sòlid rígid. La finor de mòlta del clínker és determinant en aquesta escala temporal: una mòlta més fina produeix una major superfície específica. Com que la hidratació del ciment és una reacció superficial, una superfície específica més elevada accelera el procés químic i escurça el temps d'arribada a .

Esquema de l'assaig de penetració de l'agulla de Vicat. Per mesurar i definir amb precisió l'instant d'inici de presa ( ) i de final de presa ( ) a la pasta de ciment s'utilitza l'assaig de l'agulla de Vicat, avaluant la penetració d'una agulla normalitzada sotmesa a càrrega constant en diferents intervals de temps. COMPROVA-HO 33 Què passa amb el temps necessari per assolir l'inici de presa (t ) si augmentem la finor del clínker? Reologia i propietats funcionals de la mescla El comportament mecànic del formigó en estat fresc s'ajusta de manera aproximada al model de Bingham.

Segons aquesta formulació reològica, el material no comença a fluir fins que la tensió de cisalla aplicada no supera un cert valor llindar (llindar de cisalla). A partir d'aquest punt, la velocitat de t 0 t 1 t 2 t 1 t 1 t 2 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 22 deformació per cisalla depèn directament de la viscositat plàstica: Aquesta resposta física condiciona el tipus d'energia necessària a l'obra per a la col·locació del material: Formigó convencional: requereix una aportació externa d'energia (com la vibració) perquè la tensió actuï per sobre del llindar de cisalla i permeti el desplaçament relatiu de les capes.

Formigó autocompactable: presenta un llindar de cisalla extremadament baix o nul i una elevada velocitat de cisalla, fet que li permet escolar-se, omplir l'encofrat i anivellar-se pel seu propi pes sense cap compactació mecànica addicional. L'aptitud d'un formigó per ser executat depèn de la integració de diverses propietats complementàries que defineixen la seva treballabilitat: Fluïdesa (mobilitat): aptitud del material per ser conduït, omplir els volums de l'encofrat i envoltar les armadures, ja sigui amb equips auxiliars o de manera autònoma.

Compactabilitat: quantitat d'energia o treball que cal aplicar per eliminar els buits d'aire oclosos durant l'amassat i el transport, assolint la màxima densitat. L'augment de la fluïdesa afavoreix directament la compactabilitat. Cohesió: capacitat del formigó per mantenir-se com una massa homogènia, resistint la separació dels seus components (segregació) i el despreniment d'aigua (exudació). DEFINICIÓ La treballabilitat és el conjunt equilibrat de fluïdesa, compactabilitat i cohesió, condicionat per factors externs d'obra com els equips de transport, els mètodes de col·locació i els mitjans humans disponibles.

PROCÉS Components de la treballabilitat del formigó 1 Fluïdesa Capacitat de fluir i rodejar les armadures a l'encofrat. 2 Compactabilitat Facilitat per expulsar l'aire oclòs durant la col·locació. 3 Cohesió Resistència interna a patir fenòmens de segregació o exudació. 4 Treballabilitat global Resposta òptima del material adaptada als mitjans de posada en obra. COMPROVA-HO 34 Quina diferència reològica fonamental permet a un formigó autocompactable moure's sense vibració externa? τ = τ + 0 ν p dy dv Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 23 Mètodes d'assaig de la consistència La consistència és una manifestació indirecta de la fluïdesa del formigó fresc.

La seva avaluació determina si una mescla és adequada per a un procediment constructiu determinat. Assaig d'assentament mitjançant el Con d'Abrams L'assaig del Con d'Abrams és un mètode ràpid i econòmic que mesura l'assentament que experimenta una massa cònica de formigó per acció de la gravetat un cop desemmotllada. ERROR FREQÜENT Intentar utilitzar el con d'Abrams per a qualsevol mescla. Segons les limitacions normatives, la prova només és vàlida per a assentaments d'entre 0 cm i 17 cm i queda invalidada si l'àrid té una mida màxima que supera els 40 mm.

A més, el mètode no té prou resolució per a formigons molt secs o excessivament fluids, i perd sensibilitat en formigons amb àrid triturat en comparació amb àrid rodat. Tipus de consistència (EHE- 08) Assentament nominal (cm) Tolerància (cm) Interval resultant (cm) Seca 0 – 2 ± 0 0 – 2 Plàstica 3 – 5 ± 1 2 – 6 Tova 6 – 9 ± 1 5 – 10 Fluïda 10 – 15 ± 2 8 – 17 Líquida 16 – 20 ± 2 14 – 22 Mètodes complementaris: sacsejades, compactació i Vebe Per a aquells formigons on el con d'Abrams no proporciona prou fiabilitat o sensibilitat, s'empren mètodes alternatius: 1.

Taula de sacsejades: avalua l'eixamplament diametral de la base d'un tronc de con (diàmetre inferior inicial de 250 mm, diàmetre superior de 170 mm i alçada de 130 mm). Es mesura després de sotmetre la taula circular a 15 sacsejades de 12 mm d'alçada durant un temps de 15 segons. Diagrama de funcionament geomètric de l'assaig a la taula de sacsejades. L'índex de consistència ( ) es calcula amb l'expressió següent, expressant el diàmetre final en centímetres: I c D Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 24 Índex de consistència ( ) Consistència equivalent 10 – 30 Seca 30 – 50 Plàstica 50 – 70 Tova 70 – 100 Fluïda 2.

Factor de compactació (BS 1881: Part 103): mesura el grau de densificació assolit quan s'aplica una quantitat determinada d'energia per eliminar els buits de la massa. Es determina comparant la massa inicial obtinguda mitjançant caiguda estàndard ( ) enfront de la massa de la mateixa mostra completament compactada ( ): 3. Consistòmetre Vebe: és l'assaig idoni per a formigons molt secs que donen assentament nul al con d'Abrams (0 cm). Mesura el temps en segons que triga un con de formigó, situat dins d'un recipient cilíndric recolzat sobre una taula vibrant, a deformar-se i adoptar completament la geometria cilíndrica sota l'acció d'un disc transparent.

Temps Vebe (s) Consistència 20 – 18 Extremadament seca 18 – 10 Molt seca 10 – 5 Seca COMPROVA-HO 35 Quin és el mètode d'assaig més adequat per caracteritzar una mescla de formigó molt eixut amb assentament nul al Con d'Abrams? Homogeneïtat, segregació i exudació L'homogeneïtat requereix que qualsevol fracció de la massa de formigó conservi exactament la mateixa proporció de ciment, aigua, aire i àrids que la definida en el disseny de la mescla. Aquesta distribució uniforme s'aconsegueix a l'amassadora, però es pot veure greument alterada durant el transport, l'abocament o el pas a través de les armadures.

Quan aquesta uniformitat es trenca, es produeix la segregació, que consisteix en la separació diferencial dels components del formigó segons la seva mida i pes. L'homogeneïtat és especialment difícil de mantenir si s'incrementa la mida màxima de l'àrid o si s'augmenta la quantitat d'aigua de pastat. Aquesta estabilitat depèn directament de la cohesió intrínseca de la mescla.

I = c × 25 D 25 100 I c M 1 M 2 F = c M 2 M 1 Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 25 Un cas particular de segregació és l'exudació: l'ascens d'una part de l'aigua de pastat cap a la superfície de la peça per la diferència de densitats entre l'aigua i els components sòlids (àrids i ciment), els quals tendeixen a sedimentar. Retracció plàstica inicial i curat primerenc La retracció plàstica és la contracció volumètrica que experimenta el formigó en les seves primeres hores deguda a la pèrdua d'aigua, principalment per evaporació superficial.

El comportament i risc de dany depèn de tres condicions ambientals: Temperatura ambiental elevada: accelera el ritme d'evaporació superficial i incrementa la retracció plàstica. Humitat relativa ambiental baixa: afavoreix el pas d'aigua líquida a vapor, augmentant notablement la contracció. Velocitat del vent: l'increment de la velocitat del vent intensifica el gradient d'evaporació a la superfície lliure, fent créixer el risc de retracció. El perill estructural apareix quan la velocitat d'evaporació superficial supera el cabal d'aigua que ascendeix per exudació.

Si la superfície s'asseca ràpidament i la peça està impedida de moure's o té dimensions considerables sense juntes de dilatació, es generen tensions de tracció que el formigó fresc no pot suportar, provocant l'aparició de fissures de retracció plàstica a la cara exposada. Un cop arrenca la presa, l'adquisició de resistència mecànica augmenta amb el pas del temps, sempre que es mantinguin unes condicions de curat adequades. En el moment que s'interromp el curat, el procés d'hidratació s'atura i el material deixa de guanyar resistència.

Per exemple, si s'abandona el curat als 4 dies, el formigó conservarà només la resistència acumulada fins a aquell instant; en canvi, amb un manteniment humit durant 28 dies, la resistència obtinguda serà notablement superior. PER RECORDAR-HO La reacció química d'hidratació del ciment requereix una humitat relativa superficial mínima del 80%. Per sota d'aquest llindar l'evaporació bloqueja la reacció i impedeix el guany de propietats mecàniques a llarg termini. COMPROVA-HO 36 En quina condició crítica de balanç hídric superficial es desencadena la fissuració per retracció plàstica?

Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 26 IDEES CLAU El formigó fresc abasta des de la sortida de l'amassadora fins a l'inici de presa mesurat amb l'agulla de Vicat. L'estat fresc segueix de forma aproximada el model de Bingham, caracteritzat per un llindar de cisalla i una viscositat plàstica. L'assaig del Con d'Abrams mesura la consistència entre 0 cm i 17 cm, però queda invalidat per a àrids superiors a 40 mm. Per a formigons molt secs s'utilitza el consistòmetre Vebe, i per a altres consistències s'empren la taula de sacsejades i el factor de compactació. La retracció plàstica apareix quan la taxa d'evaporació superficial supera l'arribada d'aigua per exudació.

La hidratació del ciment s'atura si la humitat relativa baixa del 80 %, fent indispensable el curat continuat. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 37. Quins límits geomètrics d'assentament i mida d'àrid condicionen la validesa de l'assaig del Con d'Abrams? 38. Com es defineix el factor de compactació segons la norma BS 1881? 39. Quina conseqüència té sobre la resistència final la interrupció del curat del formigó als 4 dies d'edat? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 40. Què estableix el model reològic de Bingham per al formigó fresc convencional? 41. Segons la normativa EHE-08, quin rang d'assentament nominal correspon a una consistència tova? 42.

Quin assaig és l'estàndard per a formigons molt secs amb assentament nul d'Abrams? Flueix immediatament sense necessitat d'energia externa. a) Es comporta com un fluid newtonià d'alta densitat. b) Presenta una viscositat plàstica nul·la a temperatura ambient. c) Flueix només en superar un cert llindar de cisalla. d) 3 a 5 cm a) 16 a 20 cm b) 10 a 15 cm c) 6 a 9 cm d) Factor de fluïdesa dinàmica a) Taula de sacsejades b) Agulla de Vicat c) Consistòmetre Vebe d) Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 27 43. Quin llindar d'humitat relativa superficial atura la reacció química d'hidratació del ciment?

Valors per sota del 65% a) Valors per sota del 80% b) Valors per sota del 50% c) Valors per sota del 95% d) Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 28 5 Resistència mecànica i control estadístic EN ACABAR SABRÀS Distingir els mecanismes de ruptura en proveta cilíndrica i cúbica segons l'efecte de conoclasis. Analitzar la influència de la relació a/c, els àrids i les condicions de curat en la resistència. Calcular la resistència característica fck mitjançant el model estadístic normal de Gauss. Desglossar la tipificació d'un formigó estructural segons els criteris de la instrucció EHE-08.

PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 44 Per què dues provetes del mateix formigó, una cúbica i una cilíndrica esvelta, donen resistències diferents en ser assajades a compressió? La caracterització mecànica del formigó endurit constitueix el pilar fonamental del càlcul estructural i del control de conformitat en obra.

ESQUEMA Propietats del formigó endurit Formigó endurit 5 Resistència mecànica i control estadístic 6 Deformabilitat, mòdul elàstic i mètodes d'assaig Resistència mecànica Compressió, tracció i control estadístic de qualitat Compressió i tracció Comportament davant sol·licitacions directes i indirectes Control de conformitat Model estadístic gaussià i especificació fck Deformabilitat Mòduls elàstics i mètodes d'assaig no destructius Estabilitat volumètrica Retracció plàstica, assecat, hidràulica i fluència Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 29 Assaig de resistència a compressió i fenomen de conoclasis La resistència a compressió simple es calcula dividint la càrrega màxima de ruptura per la secció transversal: A Espanya, la determinació estàndard s'efectua emprant una proveta cilíndrica de 15 cm de diàmetre per 30 cm d'alçada, la qual cosa defineix una esbeltesa geomètrica igual a 2 (també s'admeten mides de 10x20 cm o 20x40 cm).

En canvi, altres països europeus empren de forma habitual provetes cúbiques de 10 o 15 cm d'aresta. La superfície circular superior de les provetes cilíndriques presenta irregularitats derivades de l'exposició lliure a l'aire dins del motlle durant el formigonat. Per aquest motiu, cal polir o refrentar acuradament les bases abans d'executar l'assaig. Si les bases no són perfectament planes i paral·leles, la proveta es trenca de dalt a baix per una esquerda vertical central, una fallada anòmala que invalida completament el resultat. En comprimir una proveta cilíndrica entre els plats d'acer de la premsa, s'esdevé una restricció transversal a causa de l'adherència i el fregament mutu.

Aquesta coacció impedeix la lliure dilatació lateral del material a les zones de contacte, generant un estat tensional triaxial (dues tensions de confinament perpendiculars a la càrrega vertical) conegut com a fenomen de conoclasis. Aquest confinament redueix la deformació transversal adjacent als plats fins a un valor d'aproximadament 0,4 vegades la deformació mesurada al centre de la peça, provocant la formació d'un con intacte a cada extrem i el despreniment perifèric del material. Esquema de la distribució tensional i formació del con de conoclasis. COMPROVA-HO 45 Quina conseqüència pràctica té la fricció entre els plats de la premsa i la proveta cilíndrica durant l'assaig de compressió?

Factors intrínsecs: relació aigua/ciment, ciments i àrids La resistència mecànica de la pasta de ciment depèn de forma primordial de la relació aigua/ciment ( ) i de l'edat de curat, seguint relacions exponencials del tipus: f = c A F a/c Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 30 On i són constants associades als materials emprats. Una disminució de la relació redueix la porositat capil·lar i augmenta directament la resistència mecànica. Gràfica de la influència de la relació aigua/ciment en la resistència. Les classes resistents normalitzades dels ciments comuns es defineixen a 28 dies sobre morter normalitzat (proporció 1:3 i ) en les categories de 32,5 MPa, 42,5 MPa i 52,5 MPa.

Cadascuna compta amb subcategories de resistència inicial ràpida (32,5 R, 42,5 R i 52,5 R), que desenvolupen una resistència superior als 2 i 7 dies. Els àrids representen entre el 60% i el 80% del volum total en el formigó convencional, i la seva resistència intrínseca supera generalment la de la pasta. El punt feble de la matriu és la zona de transició interfacial (vegeu «Ciment Pòrtland — Fases anhidres, hidratació i microestructura de la pasta»). La geometria, textura i mida de l'àrid condicionen la resistència global: Mida màxima de l'àrid ( ): En augmentar la mida de l'àrid mantenint una relació ciment:àrid:aigua constant, la resistència mecànica disminueix.

Els àrids gruixuts formen zones de transició més amples, poroses i propenses a microfissures. Com menor és la relació , més marcada resulta aquesta pèrdua de resistència. Treballabilitat i superfície específica: En augmentar la grandària de l'àrid disminueix la seva superfície específica, de manera que s'acumula una capa de pasta més gruixuda al voltant dels grans. Això redueix la fricció interna i incrementa la fluïdesa del formigó fresc. Proporció pasta-àrid: Mantenint fixa la relació , una quantitat superior d'àrid incrementa la resistència global gràcies a la major rigidesa del component granular respecte a la pasta.

COMPROVA-HO 46 Per quina raó un formigó amb una mida màxima d'àrid molt gran acostuma a presentar menor resistència mecànica amb la mateixa relació a/c? f = c ( k 2 k 1 ) a/c k 1 k 2 a/c a/c = 0,5 D max a/c a/c Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 31 Factors geomètrics, d'assaig i condicions de curat Diverses variables alienes a la composició química modifiquen de manera determinant el valor resistent registrat: Esbeltesa de la proveta: És el quocient entre l'alçada i el diàmetre ( ). Com menor és l'esbeltesa, més gran és la resistència aparent mesurada a causa de la superposició dels cons de conoclasis.

Si s'assagen testimonis d'esbeltesa inferior a 2, cal aplicar coeficients de correcció reductors per obtenir el valor equivalent normalitzat. Forma de la proveta: Les provetes cúbiques (esbeltesa 1) ofereixen sempre una resistència aparent superior a les cilíndriques d'esbeltesa 2. A mesura que la quantitat de ciment de la mescla s'incrementa, les resistències d'ambdues geometries tendeixen a convergir. Grandària de la proveta (efecte escala): Mantenint l'esbeltesa constant, una proveta de volum més gran presenta una tensió de ruptura inferior.

Segons la teoria estadística del defecte, a major volum de material sotmès a tensió, augmenta la probabilitat que contingui defectes estructurals crítics. Grau de compactació: Una compactació deficient incrementa el percentatge de buits interns, la qual cosa redueix dràsticament la resistència. Aquesta caiguda perjudica en major proporció la tracció que la compressió. Temperatura de curat: Una temperatura inicial elevada afav быстra la hidratació inicial i aporta més resistència a curt termini. No obstant això, genera una estructura cristal·lina mal ordenada i menys densa que disminueix la resistència final a llarg termini.

A temperatures més baixes, la hidratació és lenta però produeix cristalls de gel CSH i portlandita més uniformes, assolint resistències superiors a edats avançades. Humitat de curat: La reacció d'hidratació del ciment requereix una humitat relativa superficial mínima del 80% per no aturar-se. Si la humitat cau per sota d'aquest llindar, el curat s'interromp i el guany de resistència s'atura de manera permanent. Gràfica de l'evolució resistent en funció de les condicions d'humitat. h/d Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 32 ERROR FREQÜENT Confondre la resistència d'una proveta cúbica amb la d'una cilíndrica estàndard.

La proveta cúbica té una esbeltesa de 1, per la qual cosa el confinament per fregament amb els plats n'incrementa el valor de ruptura entre un 15% i un 25% respecte al cilindre normalitzat de 15x30 cm (esbeltesa 2). No es poden comparar directament sense aplicar el factor de conversió corresponent. COMPROVA-HO 47 Què passa amb la resistència a 90 dies d'un formigó curat inicialment a alta temperatura respecte a un curat a temperatura ambient moderada? Control estadístic de qualitat segons el model de Gauss Atesa l'heterogeneïtat inherent als components i a la fabricació del formigó, el control de recepció requereix mostreigs a l'atzar i un tractament basat en la distribució normal de Gauss.

La resistència característica ( ) correspon al valor estadístic de resistència que és superat pel 95% de les mostres assajades, admetent només un 5% de valors per sota: On és la resistència mitjana dels assaigs, la desviació típica i el coeficient de variació. Com menor sigui la dispersió experimental ( ), més propera serà a , permetent aprofitar millor el formigó sense sobredimensionar la quantitat de ciment. Tipus de resistència característica Definició i mètode d'obtenció De projecte Valor nominal especificat pel projectista per al càlcul de l'estructura. Real Determinada a partir de l'assaig continu de totes les amassades o camions de formigó.

Estimada Avaluada en obra a partir d'un nombre limitat de mostres mitjançant criteris estadístics normatius. COMPROVA-HO 48 Per què una instal·lació de formigonat amb baixa dispersió (desviació típica petita) pot fabricar formigons més econòmics per a una mateixa fck? Resistència a tracció i mètodes d'assaig indirectes La resistència a tracció del formigó és molt reduïda (representa entre el 8% i el 12% de la de compressió).

Per mesurar-la s'empren tres procediments: f ck f = ck f cm 1,64 σ = f (1 cm 1,64 δ) f cm σ δ = σ/f cm σ f ck f cm Materials de Construcció: Àrids, Ciment i Formigó 33 Criteris de tipificació segons la instrucció EHE-08 La instrucció espanyola EHE-08 estableix una nomenclatura normalitzada per prescriure el formigó en projecte: Els camps del format responen a les següents especificacions: T (Tipus de formigó): HM per a formigó en massa, HA per a formigó armat i HP per a formigó pretesat. R (Resistència característica ): En N/mm² (MPa). La sèrie…