Autor: betoniatecnico

Generalidades

Según el Código Técnico Estructural español (RD 470/2021) Cap.8/Art.28 El cemento es el aglutinante-conglomerante de todo el conglomerado. Debe ser conforme a la legislación exigente y deberá cumplir las condiciones exigidas por las Normas UNE 80 de la serie 300, la «Instrucción para la Recepción de Cementos» (RC-97) cuyo ámbito de aplicación alcanza a las obras de construcción, centrales de fabricación de hormigón preparado y las fábricas de productos de construcción con carácter obligatorio estando fehacientemente en posesión de una Marca de Calidad de AENOR o de cualquier otra entidad pública o privada oficialmente autorizada para ello en el ámbito de la Unión Europea.

Técnicamente podemos denominar cementos a los conglomerantes hidráulicos que, amasados con agua, fraguan y endurecen sumergidos en este líquido, y son prácticamente estables en contacto con él.

Se denomina cemento Portland al producto obtenido por mezcla íntima de calizas y arcillas, cocción de la mezcla hasta la sinterización y molienda del producto resultante, con una pequeña adición de yeso, a un grado de finura elevado.

El clinker de cemento Portland está compuesto principalmente los siguiente componentes:

C3S	C2S	C3A	C4AF
Alita	Belita	Celita	Felita
silicato tricálcico 3CaOSiO2	silicato bicálcico 2CaO SiO2	Aluminato tricálcico 3 CaO Al2O3	Ferrito aluminato tetracálcico 4CaO Al2 F2O3
50%-70%	15%-30%	5%-15%	5%-15%

Además existen componentes secundarios como el yeso, los álcalis, la cal libre y el magnesio libre.

–Se denomina cemento de horno alto a la mezcla de clinker de cemento Portland y regulador de fraguado en proporción superior al 20 por 100 e inferior al 64 por 100 en peso y escoria siderúrgica en proporción inferior al 80 por 100 y superior al 36 por 100 en peso.

–Se denomina cemento puzolánico a la mezcla de clinker de cemento Portland y regulador de fraguado en proporción inferior al 89 por 100 en peso, y puzolana en proporción superior al 11 por 100 en peso, englobando en el término puzolana la mezcla de puzolanas naturales, cenizas volantes y humo de sílice, este último en proporción no mayor al 10 por 100.

–Se denomina cemento compuesto a la mezcla de clinker de cemento Portland y regulador de fraguado en proporción superior al 40 por 100 e inferior al 64 por 100 en peso, escoria siderúrgica en proporción inferior al 30 por 100 y superior al 18 por 100 en peso y puzolanas naturales y cenizas volantes en proporción inferior al 30 por 100 y superior al 18 por 100 en peso.

Este blog trata de abordar asuntos técnicos relacionados con el mundo del hormigón y como la temática del cemento es muy basta y compleja si desea conocer más información del cemento: historia, procesos de fabricación, componentes y propiedades, tipos de cementos y finalmente usos recomendados según las normas Normas UNE 80.301-96, 80.303-96, 80.305-96, 80.306-96, 80.307-96 y 80.310-96 le aconsejamos visitar https://www.ieca.es/componentes-y-propiedades-del-cemento/#

No obstante antes de entrar en materia de la influencia de los cementos en el mundo del pavimento examinemos los tipos de cementos disponibles en la actualidad:

Estamos en un momento en el que prima la sostenibilidad y el ahorro energético en el mundo del cemento iniciando un camino hacía futuros cementos en los cuales habrá menos protagonismo del clinker y más cementos compuestos con adiciones que aún ni conocemos. Una de estas adiciones será la arcilla calcinada denominada «Q» que ofrece al menos bastantes susceptibilidades para usos en hormigones de pavimentos, debido a problemas conocidos de dificil resolución: «aumento del agua libre en la masa, aumento de distribución de finos en tamaños medios 125-200 µ con mayor blandura. etc»… con ello dispondremos de reologías menos homogéneas, con patologías no deseadas: exudación, sangrados, sedimentaciones, falsos fraguados, etc. aumentando también las dispersiones en el conjunto del suministro que en definitiva generarán finalmente pavimentos con mayores retracciones y microfisuraciones incluso a plazos cortos de tiempo.

Si hasta la fecha con todas las variables disponibles teníamos un trabajo arduo, con estas adiciones el Diseño de hormigones para pavimentos se tornará especialmente dificultoso y en muchas ocasiones será del todo imposible poder disponer de un diseño adecuado para realizar este tipo de pavimentos.

Rol del cemento en una masa de hormigón para pavimentos de altas prestaciones y altas exigencias

Cabe recordar que un pavimento denominado de altas prestaciones y altas exigencias debe disponer del mejor diseño, los mejores materiales, las mejores producciones, el mejor suministro y el mejor mimo y trato productivo en obra.

Como punto de partida debemos tener en cuenta que el cemento es el componente que hace posible que todas las partículas se puedan unir. Su función de rol principal es que permita generar una excelente debiendo siempre crear quimicamente simbiosis, sinergias, compatibilidades y haciendo posible que estas uniones mecánicamente generen materiales que aumenten el estado límite de durabilidad y el coeficiente «n» de durabilidad.

Utilizar cementos inadecuados por su naturaleza, por su calor de hidratación (que hay que adecuar a los gradientes necesarios de la obra), por incompatibilidad con ciertas adiciones que utilicemos (expansores, cenizas, humos de sílice, metacaolín, etc) al igual que no utilizar las cantidades necesarias para que pueda cumplir sus prestaciones objetivas es un error común en el Diseño y preparación de cualquier proyecto de pavimentación que suele descubrirse tarde sin posibilidad de rectificación y que finalmente generará pavimentos fallidos.

Nadie que no conozca las generalidades y peculiaridades del cemento y sus prestaciones a la masa debería realizar el diseño al igual que escoger el tipo y cantidad del cemento.

Todo este trabajo debería realizarse previamente con un estudio minucioso previo de «Diseño y Caracterización» por parte de profesionales acreditados que analicen la naturaleza del cemento y la masa conglomerante, la composición química, y temas clave como son su calor de hidratación, su tasa de hidratación, sus contenidos en: SO₃, Cl, NaO₂-K₂O, MgO, CaO, sus niveles de expansión en mm, su pérdida de calcinación, su cantidad de residuo insoluble, sus niveles de inicio y final de fraguado y finalmente su determinación a las resistencias mecánicas(Resistencias Compresión MPa). estableciendo finalmente su factor «k» a este respecto, partiendo que un Cem I 52,5 R será un cemento con factor k=1 y el resto habrá que determinarlos con los niveles de resistencia arrojando un recorrido y curvas de regresión lineal en el tiempo que arrojarán diferentes resultados a diferentes edades que habrá que tener en cuenta en el resultado real en obra.

Otros puntos influyentes en la decisión del cemento a escoger será la climatología, la disponibilidad logística y las características de la planta intentando entablar conversaciones técnicas con el Departamento Técnico de la Industria Cementera de la zona, los responsables técnicos de la planta de hormigón y la Dirección Técnica de la Obra, conociendo a fondo los pros y contras del cemento escogido.

Aunque la normativa española no contempla la mezcla de cementos, la normativa Europea EN 206-1:2000 si lo permite y en diferentes situaciones, previos ensayos exhaustivos de idoneidad, podemos realizar mezclas entre varios tipos de cementos, siempre avalados por esos estudios técnicos y que justifiquen su uso. Por supuesto habrá que comprobar que la planta de hormigón está dispuesta y preparada para utilizar y acopiar varios tipos de cementos.

Determinar que tipos de cementos son los adecuados para utilizar en pavimentos de hormigón de altas exigencias y altas prestaciones como hemos no es un asunto fácil, pero si podemos determinar ciertos aspectos que pueden ayudar:

Cantidad de cemento a dosificar en la masa

Una cantidad correcta de cemento estaría en torno al 11% al 13,5% respecto al total de la masa fresca y teniendo en cuenta de cada tipo de cemento la cantidad objetiva será diferente.

Una mayor cantidad de masa conglomerante(cemento+adiciones) no es un objetivo eficaz, ni tampoco coherente.

La cantidad y el tipo de cemento, es un punto obligado a estudiar según las diferentes épocas estacionales y el entorno de la obra si deseamos obtener los éxitos esperados.

Características químicas, físicas y mecánicas

Todas las características del cemento a utilizar deben cumplir la normativa vigente con los valores mínimos exigidos y debemos utilizar aquellos que procedan de moliendas evitando los que procedan de simples mezclas físicas:

Calor de hidratación y aspectos químicos a tener en cuenta

Con la adición del agua en la masa, los componentes del cemento empezarán a hidratarse, obteniendo en su mayoría, silicatos de calcio hidratados (C-S-H), que, a su vez, empezarán la formación de una matriz cohesiva microestructural, produciendo un intenso aumento de la actividad química y termodinámica durante un corto periodo de tiempo.

Esta microestructura masiva, se produce por el aumento progresivo del número de hidratos formados dentro del esqueleto poroso. A medida que la microestructura gana en C-S-H, la mezcla ganará en madurez y con ello irá de endurecimiento.

Esta actividad ocurre al reaccionar, por ejemplo, el agua con el C₃A, dando lugar a la aparición de semihidratos cristalinos del tipo C₃AH₆, C₄AH₉ y C₂AH₈ y de compuestos más complejos como la etringita Ca₆[Al(OH₎₆]₂(SO₄)₃·26H₂O o más sencillos como la portlandita Ca(OH)₂.

A este período le sigue otro caracterizado por una ausencia de actividad química, en el que se forma una corteza protectora alrededor de las partículas de cemento, que justifica el mantenimiento de la mezcla en estado plástico.

Inmediatamente después de la introducción de agua en la mezcla de cemento, se produce un intenso aumento de la actividad química durante un pequeño período de tiempo.

La hidratación del cemento Pórtland puede ser analizada como la suma de todas las reacciones de los compuestos individuales del cemento, interactuando simultáneamente entre sí­ y disponemos de los cálculos de determinación de los calores de hidratación individuales de los componentes, así como la velocidad de desarrollo del calor de hidratación y las resistencias que conjuntamente desarrollarán gracias a los estudios realizados por por los investigadores Bogue y Lerch.

Tengamos en cuenta que la reacción de hidratación es exotérmica, es decir, libera calor y cada componente del cemento lo hará en cantidades y tiempos diferentes condicionado por diversos factores, como la finura del cemento o la mayor o menor presencia de los productos químicos que forman el cli­nker.

Justo después de la mezcla, el C₃A, que es el más activo de los componentes del clínker, reacciona con el agua, disolviéndose Ca₂+ y OH(portlandita) de la superficie de los granos, que queda recubierta de una capa de hidrosilicatos, lo que propicia el aumento del pH de la solución y la formación de un gel rico en AlO₄, que a su vez reacciona con los sulfatos en suspensión provenientes de la disolución del yeso utilizado como regulador de fraguado, para dar lugar a cristales de etringita . El fuerte pico que puede verse en la etapa I corresponde a la disolución de C₃S, que es altamente exotérmica, con lo que hay un rápido incremento de calor que cesa a los 15-20 minutos debido a la formación de una membrana alrededor del C₃S y el C₃A por la precipitación de silicato cálcico hidratado insoluble.

Este hecho produce en la pasta de la masa lo que se denomina “período durmiente” (etapa II), en donde hay una significativa reducción en la velocidad de los procesos de hidratación.

Ello es debido a la formación de una membrana alrededor de las partículas en hidratación que restringe el contacto de éstas con el agua exterior.

En esta etapa, se origina en la mezcla un aumento en la concentración de iones Ca₂+, que atraviesan la membrana, aumentando su presión interna hasta que, eventualmente, ésta se rompe, lo que provoca una rápida liberación de iones SiO₄⁴ en una solución rica en iones Ca₂+. Esto causa una reacción inmediata, con la formación de un gel de C-S-H en forma tubular, que fluye a través de la rotura de la membrana, creciendo a medida que van escapando productos de hidratación. Este proceso marca el fin de la fase durmiente y va acompañado por la deposición de cristales de Ca(OH)₂(portlandita) desde la fase acuosa.

La primera parte del periodo durmiente (un poco más allá de la mitad), corresponde al momento en que la mezcla todavía se puede colocar. A medida que la concentración de los compuestos aumenta, termina el periodo durmiente, comenzando a formarse los primeros hidratos y como consecuencia la microestructura.

Al final de la etapa II, comienzan a hidratarse la alita y la belita, con la formación de silicato cálcico hidratado e hidróxido de calcio; esto corresponde al inicio de la tercera etapa de hidratación del cemento portland o inicio de fraguado, durante la cual aumentan las resistencias de la mezcla; los granos de cemento reaccionan desde la superficie hacia el interior y la parte anhidra de las partí­culas va reduciéndose. Al continuar la hidratación del C₃S y del C₃A, aumentando la concentración de sulfatos y aluminatos, se produce un pico de calor en la mezcla que tiene su máximo al final de esta etapa, momento que corresponde al final de fraguado.

Por último, en la cuarta fase, los productos de hidratación forman una densa corteza alrededor de las partículas originales, que actúa como una barrera para la difusión de iones, disminuyendo la velocidad de reacción. De esta manera, el proceso de hidratación es controlado por la velocidad de difusión de iones a través de los productos de hidratación.

El calor de hidratación disminuye proporcionalmente, aunque se muestra un pico en el momento en que la etringita se vuelve inestable y, debido a la alta concentración de aluminatos, reacciona con ellos para convertirse en monosulfato.

Calor de hidratación consejos básicos para escoger el cemento

En invierno con gradientes bajos en la masa se deberá vigilar que dispongamos de un cemento con alto poder de calor de hidratación(>150 cal/g) y que haya una cantidad mínima que nos asegure la madurez y endurecimiento de la masa lo más inmediata posible generando resistencias iniciales y finales mínimas que cumplan las exigencias marcadas, todo ello procurando una evolución del fraguado correcta y homogénea en todo el suministro además asegure una correcta velocidad de fraguado que ayude a la producción del pavimento.

Por el contrario, en verano procuraremos escoger un cemento con el menor poder de calor de hidratación posible(<75 cal/g) sumado a un estudio, diseño y caracterización de la receta que evite o mitigue con las temperaturas altas súbitas velocidades de fraguado, cristalizaciones inmediatas y pérdidas rápidas de consistencia que impidan una trabajabilidad acorde y una puesta productiva correcta.

No debemos olvidar que si utilizaremos en el pavimento una capa de rodadura endurecedora(Dry-Shake) debemos conocer también el cemento con el que está compuesta, así como su composición química y sus valores de calor de hidratación ya que serán parte en la intersección de la mezcla de parte de la pasta de mortero migrada a la superficie del propio hormigón utilizado que se mezcla en el proceso del pulido con esa capa de rodadura y debemos evaluar si existe interacciones o simbiosis importantes entre las mismas.

Entorno-ambiente, necesidades y características de la obra

Un entorno o ambiente agresivo en la obra puede que obligue al requerimiento obligatorio de algún cemento específico.

• Caso 1: Tipos de ambientes que obliguen a utilizar cementos resistentes a ambientes químicamente agresivos.
• Caso 2: áridos con partículas potencialmente reactivas en medios alcalinos que obliguen a utilizar cementos con contenidos alcalinos <5%. y muy bajo contenido en Al₂O₃·₃CaO (≤3,5%), que confieran muy baja alcalinidad para buscar la mayor inhibición a la patología de reactividad alcalina de esas partículas potencialmente reactivas.

Necesidades especiales productivas del pavimento

Si disponemos de condiciones especifícas singulares en la producción del pavimento quizás generen exigencias específicas que obliguen a utilizar cementos rápidos o lentos, por climatología, temperatura ambiente, productividad, etc.

Color y uniformidad estética

En cuanto al color y uniformidad del mismo habrá que tener en cuenta que siendo un pavimento que necesita condición final estética, por ello no debemos utilizar cementos que generen destonificaciones(típicas en algunas adiciones de puzolanas naturales), cementos muy oscuros y desde luego que no hagan migrar partes de sus componentes como lo hacen algunos cementos compuestos II con ceniza volante que puedan contener cantidades de partículas inquemadas con altos contenidos en CaO reactivo que generan hidróxidos de calcio al migrar por los poros capilares a la superficie generando eflorescencias por doquier y problemáticas diversas en el pavimento final como pueden ser las temidas delaminaciones.

Fotografía microscopio partículas de cenizas con CaO

Compartir conocimiento desde Betonia

Este conocimiento que aquí compartimos es parte del Programa hacía el conocimiento activo y la industria de la construcción 4.0  que hemos iniciado hace una serie de años con varias series de actividades formativas, ponencias,  jornadas técnicas-prácticas, publicaciones, proyectos etc. trasladando parte de  nuestro conocimiento con el fin de singularizar,  dignificar, reconocer y destacar los pavimentos de  hormigón como unidad específica dentro del mundo de la construcción industrializada.

Nos ha costado mucho esfuerzo, tiempo y multitud de errores solventados, siempre con método empírico, para llegar a disponer de esta experiencia que ahora compartimos, siendo conscientes de que no es más que una pequeña parte del «verdadero conocimiento».

Aquellos que deseen copiar, usurpar o adquirir sin merecimiento deber tener claro que los conocimientos ‘se adquieren, se trabajan y se perfeccionan de manera propia mediante mucho trabajo, vencer barreras y superarse cada día.

Óscar Candás(Betonia Products)

Enero 2024

Los áridos son materiales granulares minerales inertes formados por fragmentos de roca o arenas utilizados en la construcción genérica y en el mundo del hormigón en numerosas aplicaciones industriales. Coloquialmente son conocidos como: arena, grava, gravilla-gravillín-arrozillo, etc.

Puede consultarse más sobre esta temática en la página web de ANEFA(Asociación Nacional Fabricantes de Áridos) https://www.aridos.org/explicacion-de-los-aridos/.

En función de la aplicación a la que están destinados, los áridos deben reunir características diferentes, asociadas a su naturaleza petrográfica o al proceso empleado para su producción, entre las que cabe destacar:

• Propiedades geométricas: tamaño, forma de las partículas, caras de fractura, calidad de los finos, etc.
• Propiedades mecánicas y físicas: resistencia al desgaste, resistencia a la fragmentación, resistencia al pulimento, densidad, porosidad, contenido en agua, etc.
• Propiedades térmicas y de alteración: resistencia a los ciclos de hielo y deshielo, etc.
• Propiedades químicas: contenido en azufre, cloruros, materia orgánica, contaminantes ligeros, reactividad potencial, etc.

Estas propiedades son evaluadas gracias a un conjunto de más de 50 normas de ensayo y de especificaciones comunes a todos los países de la Unión Europea. Las plantas de áridos cuentan con sistemas tecnológicos muy avanzados que permiten controlar la calidad de los productos. Todo su sistema de caracterización y control de calidad de su material destinado al hormigón deberá seguir la normativa EN 12620:2002+A1:2008.

Así mismo toda la industria extractora de áridos que tenga focalizado el mercado de hormigones y morteros de cemento debe estar bajo las Normas Armonizadas de áridos que están siendo revisadas y supervisadas por el Comité CEN/TC/154 ‘Aggregates’ con la prioridad de unificar criterios y exigencias en las mismas, de manera que se facilite y agilice la aplicación del marcado CE con su Directiva correspondiente 89/106 sobre productos de construcción.

Ningún material que no esté ensayado, contrastado y acreditado no debe utilizarse en la elaboración de un hormigón industrial y los áridos son sin duda un punto fundamental a contrastar teniendo en cuenta que la importancia de la suma de los agregados finos+ agregados intermedios + agregados gruesos representan +80% del total de la masa del hormigón, con todo lo que ello representa.

Gracias a estas normas y su correspondiente marcado CE podemos simplificar mucho los ensayos y caracterización de los agregados y las arenas ya que la mayoría de los ensayos previos podemos ahorrarlos por las siguientes razones:

1. La seguridad de que el fabricante garantiza la conformidad del producto con los requisitos esenciales del Reglamento de Productos de Construcción.
2. Disponer de un documento emitido por el fabricante en el que se indican cuáles son las características técnicas declaradas del árido.
3. La confianza de que el fabricante del producto con Marcado CE tiene implantado un Sistema de Gestión de Control de Producción, lo que no es una marca de calidad, pero es una garantía de calidad superior al de un árido sin marcado CE.
4. La certeza de que Evaluación de la Conformidad del Producto ha sido inspeccionada por un Organismo Notificado independiente, lo que supone una mayor garantía para el consumidor.
5. Una mayor facilidad para comparar las características de los áridos de distintos fabricantes, pues todos deben emplear una signatura común obligada por las Normas Armonizadas.
6. La posibilidad de eliminar el control de procedencia y de recepción en algunos de los productos, conforme a lo indicado en las Instrucciones, Pliegos y otra normativa legal vigente (por ejemplo, Orden FOM 2523/2014) con el consiguiente ahorro de costes y tiempo.

La mayoría de los fabricantes de hormigón cuentan con proveedores de áridos y arenas que no solo están normalizados por obligación y aportan la documentación burócrata que exige la norma, sino que realizan ensayos continuos de la trazabilidad de sus materiales y pueden aportar resultados recientes, ya que hay que tener en cuenta que en un yacimiento es imposible encontrar homogeneidad absoluta y las características documentadas pueden verse alteradas parcialmente.

Características esenciales EN 12620:2002+A1:2008

Esta tabla contiene las características esenciales mineralógicas, petrográficas, físicas y químicas a conocer de un agregado enfocadas a la utilización en hormigones.

Características Esenciales EN 12620:2002+A1:2008
Designación
d/D(fracción granulométrica comprendida entre un tamaño mínimo d y un tamaño máximo D)-IL(forma presentación/R rodado/T triturado machaqueo/M mezcla)
Naturaleza
Indicar naturaleza árido (C calizo/ S Sílice/ G Granito/GN Gneis/ O Ofita/D dolomita/Q Traquita/ I Fonolita/ V varios/ A artificial/R reciclado)
Forma, Tamaño y Densidad de Las Partículas UNE-EN-933	Composición, contenido UNE-EN-1744-1:2010
Tamaño de los áridos	Cloruros
Coeficiente de Forma	Sulfatos solubles en ácido
Granulometría	Azufre Total
Forma de los áridos gruesos	Equivalente en Arena
Densidad	Contenido en Humus
Índice de lajas	Componentes que alteran el final del fraguado del hormigón
Caras de fractura	Contaminantes orgánicos ligeros
Limpieza UNE-EN-933-7/UNE-EN-1097-2:2010	Absorción de agua UNE-EN-1097-6:2001
Contenido en conchas de los áridos	Densidad de las partículas y absorción de agua
Contenido de terrones de arcilla	Sustancias peligrosas UNE-EN-933-7/UNE-EN-1097-2:2010
Gruesos	Liberación de metales pesados
Partículas blandas	Liberación de carbonos poliaromáticos
Finos menores de 0,063 mm	Liberación de otras sustancias peligrosas
Resistencia a la fragmentación del machaqueo      UNE-EN-1097-2:2010	Durabilidad
Resistencia a la fragmentación del árido grueso	Durabilidad frente al hielo y deshielo
Resistencia al pulimento, abrasión y desgaste	Resistencia al hielo y deshielo del árido grueso EN-1367-1
Resistencia al desgaste del árido grueso	Durabilidad (solo gruesos) UNE-EN-1097-2
Resistencia al pulimento	Determinación del coeficiente de los ángeles
Resistencia a la abrasión superficial	Durabilidad frente a la reactividad álcali-árido
Resistencia al desgaste por neumáticos claveteados	Reactividad álcali-árido UNE 146507-L Ex:1999

Entre estas características hay algunas de especial utilidad, en otros casos nos servirán para conocer el comportamiento del material en especiales circunstancias, que no serán frecuentes y que es necesario conocer para evaluar acciones de solución en caso de necesidad.   

Como medida de precaución deben realizarse algunos de estos ensayos para verificar que los datos aportados se corresponden a la realidad especialmente en los niveles de absorción que basándonos en ellos obtendremos los niveles de agua aportar a la receta.

Clasificación por la forma de las partículas

La forma, la angularidad o redondez, y la textura superficial son tres conceptos relacionados con el análisis morfológico que representan las variaciones geométricas espaciales en diferentes escalas dimensionales.

La forma representa la variación espacial en la escala de dimensión grande, la angularidad o redondez representa la variación en la escala de dimensión media, y la textura superficial representa la variación en la dimensión pequeña (Barret, 1980).

Terminología de forma de la partícula (Barret, 1980)

Las mediciones de la forma de los agregados para el hormigón han sido ampliamente utilizadas por medio de métodos manuales con el uso de calibradores de alargamiento y aplanamiento.

La caracterización se puede parametrizar midiendo las siguientes características: la forma y textura, el contenido de vacíos, índice de aplanamiento, índice de alargamiento, caras fracturadas, triangularidad, cuadratura, rango de elongación, etc.

Todas estas características nos darán la singularidad de los agregados que estamos analizando desde el punto de vista de “Caracterización Morfológica”.

Analizar la morfología es sin duda el punto de partida del diseño correcto de un esqueleto granular.

Morfologías redondeadas generan mejores relaciones agua/cemento y las que provienen de machaqueos generan mejores resistencias entre las cuales debemos solamente tener en cuenta las angulares, evitando las laminares o las aciculares por la coacción que generan en el movimiento y la tensión superficial final con la migración de finos.

También es importante analizar el volumen del grano y el coeficiente de forma para conocer la compatibilidad o por el contrario los impedimentos que generarán a la reología de la masa.

No seríamos justos en el diseño de un hormigón si no conocemos o no tenemos en cuenta como es la morfología de nuestros materiales.  Los niveles de demanda de agua, el dinamismo que generarán o restarán en el movimiento de la masa fresca, los niveles de asentamiento qué producirán en su fraguado, la durabilidad final, etc. que dependerá en gran medida de contar con una buena morfología como buen punto de partida.

Clasificación por naturaleza y método de fragmentación

En función del tipo de roca, los áridos pueden clasificarse en las categorías indicadas en la tabla siguiente:

ARIDOS NATURALES			RECICLADO	SECUNDARIOS
Procedentes de la corteza terrestre. Suponen el 99 % del consumo			Procedentes del tratamiento de residuos de construcción y demolición. Actualmente representan menos del 1 %.	Procedentes de escorias de otras industrias generadas en procesos térmicos. Actualmente su uso es escaso.
ROCAS IGNEAS	SEDIMENTARIAS	METAMORFICAS	Hormigones Ladrillos Tejas Carreteras Mezclas       ¡DESCARTADOS!	Escorias de horno alto Escorias de acería Otras escorias    ¡DESCARTADOS!
Plutónicas Granitos Dioritas Gabros	Calcáreas Calizas Dolomías	Gneises Cuarcitas Mármoles
Hipoabisales Diabasas Pórfidos	Arenosas Arenas Arenas silíceas Gravas Conglomerados Areniscas Grauvacas
Volcánicas Basaltos Riolitas Traquitas Andesitas

Los áridos naturales pueden obtenerse:

• De yacimientos detríticos no consolidados, tipo arenas y gravas, en explotaciones denominadas graveras.
• Mediante la trituración de rocas masivas y consolidadas tipo granito, diorita, calizas, cuarcitas, en explotaciones denominadas canteras. Los áridos pueden presentar formas redondeadas, cuando se trata de materiales aluviales que no son sometidos a trituración, o angulosas en el resto de los casos donde existe trituración.

Para la confección de hormigones de pavimentos «preferiblemente» solo utilizaremos áridos naturales, e intentaremos en la medida de lo posible, no utilizar aquellos que sean reciclados sin un estudio minucioso que acepte la idoneidad de su uso en hormigones prestando especial vigilancia a aquellos que sean subproductos industriales secundarios ya que su morfología, su clasificación, sus niveles de absorción y las posibles contaminaciones que afecten al acabado final, hacen que queden totalmente descartados para uso en pavimentos de altas prestaciones y altas exigencias.

Otros puntos de partida a tener como exigencia clave para un correcto desempeño de estos materiales en hormigones de pavimentos son los siguientes:

• Los áridos-agregados y arenas deben estar limpios, y participar en el aporte de durabilidad máxima y coeficiente de envejecimiento «n» (anejo 9 Código) buscando ser lo más duros, fuertes y resilientes posibles estando libres de cualquier materia que pueda afectar la calidad del hormigón.
• Los áridos-agregados y arenas deben estar libre de venas, revestimientos adherentes, cantidades nocivas de piezas desintegradas, álcalis y otras sustancias nocivas.
• Los áridos-agregados y arenas deben evitar disponer de trozos escamosos, escoriáceos (cenizas, escorias) y alargados que en la fases de hidratación, endurecimiento o cristalización mineralógica se desprendan de las partículas madres.

Los áridos, así denominados en España, son materiales granulados extraídos de las rocas en diferentes tamaños y formatos y que participan en una masa de hormigón como invitados especiales para aportar la dureza y durabilidad final al conglomerado cuando endurezca y por esa razon quizás sea más adecuado considerarlos como elementos «agregados» a la masa como se definen en terminología inglessajona o iberoamericana. Las propiedades de los agregados tienen un impacto significativo en la fase fresca incidiendo directamente en la trabajabilidad, el asentamiento, la extensión y la compactación, y en la fase endurecida en las propiedades del cambio de volumen(contracción-retracción), los diferentes módulos de diferentes resistencias mecánicas, la resistencia final en ciclos de hielo-deshielo y el estado límite de la durabilidad.

Para áquel que quiera conocer la historia de los áridos desde un punto de vista diferente y pedagógico de los mismos le recomendamos visitar esta singular explicación en la web conocelosaridos.org (Editorial Mediterránea/Texto de Gremi d’Àrids de Catalunya / Federación de Áridos – FdA/ Ilustración de Pilarín Bayés) que repasa en formato cómic la explicación del origen, historia y uso de los áridos.

Ensayo de absorción por picnometría

No olvidemos los índices «reales»(que nunca deben ser supuestos) de porosidad-absorción como un factor clave en la elección de los materiales pétreos que participan en la confección de la masa. Es necesario ser conscientes que un material poroso nos influirá directamente con sus niveles de absorción en la ecuación inicial del agua nominal y con ello irremediablemente en las relaciones finales del agua/cemento.

Esa incidencia además no suele ser lineal ni continua, cambiando según sea el origen de los acopios cambiando los niveles de absorción y pudiendo alterar la homogeneidad del suministro la trazabilidad del suministro con los niveles de homogeneidad.

Al igual que dispondremos de diversos niveles de humedades en los materiales según las condiciones de suministro de la cantera-gravera, las de los acopios, etc. dispondremos de diferentes niveles de absorción que debemos determinar al igual que hacemos con los ensayos de humedades.

También es necesario tener en cuenta que la velocidad de absorción variará con los calores de hidratación de cada material y los gradientes acumulados en el acopio en diferentes periodos de tiempo influyendo directamente en los niveles de absorción.

En un pavimento de hormigón es de especial importancia que los áridos a utilizar no sean reactivos con el medio alcalino y que no generen reactividad álcali-sílice como suele ocurrir en obras en las que se utilizan materiales procedentes de yacimientos de granitos meteorizados de la zona. Como punto de exigencia obligatoria se ha exigido a todos los candidatos un ensayo normalizado por la norma UNE 146507-L Ex:1999 (con tasa máxima de expansión de ≤0,04%) efectuado por un laboratorio acreditado y reconocido que asegure que esos materiales puedan utilizarse en un medio alcalino sin riesgo de dicha patología.

Clasificación por tamaño

En cuanto al tamaño, los áridos se designan mediante la fracción granulométrica d/D comprendida entre el tamaño inferior (d) y el tamaño superior (D), como se indica en la tabla siguiente:

ESCALA GRANULOMÉTRICA ÁRIDOS
Partícula	Tamaño	Acción
Arcillas	<0,002 mm	Tamaño descartado
Limos	0,002 – 0,06 mm	Tamaño adecuado controlando la cantidad y la calidad
Arenas	0,006 – 2 mm	Tamaño adecuado
Gravas	2-60 mm	Tamaño adecuado con un máximo de 30/32 mm
Cantos rodados	60-250 mm	Tamaño descartado, solo se realizan hormigones ciclópeos con tamaños comprendidos entre
Bloques	>250 mm	Tamaño descartado, no se realizan hormigones

Para calcular un ajuste de tamaños correcto se analizarán primeramente de forma individual cada tamaño con sus tamaños respectivos y   posteriormente la mezcla de todos los tamaños en el porcentaje que vayan en el total de la masa para establecer lo que se denomina “Clasificación granulométrica o granulometría”. y que es la medición y graduación que se lleva a cabo de los granos de material. Teniendo en cuenta el peso total y los pesos retenidos que no pasan por el tamiz del diámetro del tamaño, se procede a realizar la curva granulométrica, con los valores de porcentaje retenido que cada diámetro ha obtenido.

Esta curva es la representación gráfica de los tamaños y permite visualizar la tendencia homogénea “curva continua” o heterogénea “curva discontinua” que tienen los tamaños de grano (diámetros) de las partículas. 

Existen varios tipos de granulometrías:

La curva granulométrica se representa gráficamente en un papel denominado “log-normal” por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural. En el eje X se sitúan los diámetros de los tamices y en el eje Y se sitúa los % R.A. y/o % Pasa de cada tamiz.  Sirven para identificar el tipo de árido y las fracciones granulométricas existentes (% retenido en cada tamiz).

Siempre que las circunstancias lo permitan intentaremos en la medida de lo posible, habrá que buscar curvas continuas que generen un esqueleto perfecto.

Si las mismas circunstancias nos presentaran materiales o tamaños inadecuados es preferible no aceptar el proyecto de diseño o trasladar técnicamente la Dirección de Obra o el cliente las dificultades y riesgos que conlleva este diseño con los medios disponibles invitando a buscar otros materiales más adecuados o decidir si el riesgo de no hacerlo es necesario.

Consejos para escoger arenas y áridos adecuados para confeccionar el Diseño de un hormigón específico para suministros de pavimentos de altas prestaciones y altas exigencias

Arenas, Si el proveedor, los acopios, la producción, la logística y las circunstancias lo permiten debemos diseñar una receta del hormigón con una combinación de arenas con la naturaleza y morfología lo más adecuada posible al desempeño final y una trabajabilidad de la masa necesaria.

Siempre que sea posible se aconseja incluir en la receta dos tamaños (0-2/0.3 mm) (0,4/0,5mm) que nos ayuden a completar un esqueleto granular en esos tamaños de forma compacta actuando como llenantes, generadores de alto dinamismo y lubrificación del conjunto de partículas aportando mayor fluencia y manejabilidad al hormigón que necesitaremos en la puesta en obra.

Un volumen correcto del total de las arenas puede establecerse en torno a un 40-43% sobre el total de la masa fresca, teniendo en cuenta que hormigones que tengan dificultad de bombeo debe ajustarse esta cantidad equilibrando la misma a la relación bombeo-aporte de pasta mortero a la superficie.

Tendremos que tener cuidado con el volumen total de pasta de mortero en la masa evitando que se halle en una horquilla del 60%-65% de la masa, evaluando en todo momento la calidad y distribución de los finos en % de los finos en los siguientes tamaños: 500  μm, 250  μm, 125  μm y 70  μm.

Esta cuestión es de alta importancia, ya que no solo debemos generar una relación entre la fluencia y la cohesividad, sino también procurar un correcto asentamiento de la masa en el vertido en el canto de la losa sin patologías clásicas de sedimentación, ahuecamientos, sangrados, desparrames, aumentos del aire ocluido, etc.

Realizar un correcto desempeño de las arenas en la matriz cementicia es clave para evitar un desequilibrio en las mismas teniendo en cuenta que estas arenas no solo tienen un rol de cargas minerales sino que deben realizar una sinergia con esta matrix con una comunión lo más perfecta posible,

Se suele caer en el error de procurar un alto contenido en los denominados finos <70  μm generando altas migraciones de finos por la estructura capilar a la superficie con alta presencia de crema que cambiará irremediablemente la tensión superficial con inhibición de la necesaria intersección que debe hacer esta pasta con la capa de rodadura y que dificultará la trabajabilidad de la superficie en todas las fases de trabajo del pulido debilitando el acabado, aumentando porosidad final , generando falta de planimetría superficial, etc.

Áridos, Una vez que hayamos definido el carácter del hormigón base lo fortaleceremos con una elección adecuada de agregados gruesos. Esta elección no debe interferir en la reología y debe aportar los tamaños necesarios para el mejor esqueleto granular posible, aportando también una compacidad idónea en la envuelta efectiva de estos con la pasta de mortero y asegurando el propósito final de una resistencia, una durabilidad objetiva y un control del cambio de volumen.

En este punto tenemos en los tamaños intermedios o gravillines (tamaños superiores a 5 mm hasta 11-12 mm) un verdadero quebradero de cabeza para la reología del hormigón. Dependiendo de la naturaleza, la morfología y el índice de lajas (formas laminares o aciculares como agujas) encontraremos que podrán afectar al movimiento del hormigón frenando en demasía el mismo y necesitando aumento del volumen de la pasta de mortero.

Si este tamaño no fuera el adecuado, en nuestra opinión, incluso es preferible obviarlo y armar el esqueleto con mayor aporte de finos y tamaño grueso o grava teniendo en cuenta que faltará ese tamaño intermedio.

La cantidad de agregados idónea oscilará entre un 35%-37% y el reparto entre los dos tamaños quedando establecido en 8%-9%(spm) en el denominado gravillín y 27%-30%(spm) en la grava. *spm(sobre peso de la masa)

Por supuesto la naturaleza, la morfología y el coeficiente de forma de los áridos afectarán claramente al Rol y desempeño final.  La EHE-2008 preconiza que el coeficiente de forma no debe ser menor 0,20 (ver anejo 28.3), al igual que el coeficiente de lajas debe ser inferior a 35 que en la UNE EN-12620-2000+A1:2008 sitúa en 50.

Para hormigones de buena calidad, el coeficiente de forma puede ser tan importante o más que la composición granulométrica del árido total. La morfología del árido por supuesto que influirá.

La forma de los áridos tiene una gran influencia en la trabajabilidad del hormigón fresco, así como en las resistencias mecánicas del hormigón endurecido. En general, cuando se utilizan áridos redondeados se obtienen hormigones muy dóciles y de tanta más resistencia cuanto más se aproxime la forma de aquellos a la esfera. Diversos ensayos señalan la dependencia del porcentaje de huecos en la forma de las partículas.

Un punto más que influirá será la cantidad de finos que estén adheridos a sus caras y que podrán hacer cambiar la reología final de la pasta de mortero aconsejando nunca superar el 1,5% ya que será un sumatorio al volumen final de finos que tengamos en la masa y que cuanto mayor sean, influyendo también su calidad, afectarán a la necesidad de agua que tengan.  

Por último debemos vigilar que no existan contaminaciones en origen o en acopio, tales como: cargas minerales, maderas, plásticos, gomas u otros cualquiera que perjudiquen al acabado final del pavimento

Compartir conocimiento desde Betonia

Este conocimiento que aquí compartimos es parte del Programa hacía el conocimiento activo y la industria de la construcción 4.0  que hemos iniciado hace una serie de años con varias series de actividades formativas, ponencias,  jornadas técnicas-prácticas, publicaciones, proyectos etc. trasladando parte de  nuestro conocimiento con el fin de singularizar,  dignificar, reconocer y destacar los pavimentos de  hormigón como unidad específica dentro del mundo de la construcción industrializada.

Nos ha costado mucho esfuerzo, tiempo y multitud de errores solventados, siempre con método empírico, para llegar a disponer de esta experiencia que ahora compartimos, siendo conscientes de que no es más que una pequeña parte del «verdadero conocimiento».

Aquellos que deseen copiar, usurpar o adquirir sin merecimiento deber tener claro que los conocimientos ‘se adquieren, se trabajan y se perfeccionan de manera propia mediante mucho trabajo, vencer barreras y superarse cada día.

Óscar Candás Diciembre 2023

El hormigón se define como un material formado por la mezcla de cemento, áridos y agua, y en su caso aditivos y adiciones, producido por el endurecimiento de la pasta de cemento (cemento – agua).

Es por tanto evidente que el empleo de aditivos se contempla en las normativas vigentes locales, nacionales y supranacionales sobre hormigones morteros y pastas … pero …. ¿por qué se utilizan los aditivos?

La preparación de un buen hormigón, o mortero es consecuencia de una buena selección de los materiales arriba mencionados, también es imprescindible que las dosificaciones de estos materiales sean correctas así como su amasado, preparación y puesta en obra.

Las propiedades que debe poseer un buen hormigón o mortero dependen de su estado físico, así se solicitan propiedades en estado fresco (estado en el que se encuentran los hormigones y morteros desde su amasado hasta su fraguado inicial), como son:

Trabajabilidad

Ausencia de exudación

Ausencia de segregación

Velocidad de fraguado

Retención de agua

Y en estado de endurecimiento como son:

Resistencias mecánicas

Resistencias a agresivos químicos

Resistencias a agresivos naturales

Impermeabilidad

Estabilidad dimensional

Ausencia de coqueras

Ausencia de eflorescencias

Al hormigón o mortero por último se le solicita “durabilidad” lo que viene a ser el mantenimiento de sus propiedades con el transcurso del tiempo. Obviamente la durabilidad se ve afectada por todas y cada una de las propiedades del hormigón o mortero. En este punto es importante destacar que todas estas propiedades están afectadas por una relación proporción de componentes en la mezcla para amasar que es fundamental.

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El color se debe a una acción de la luz.

Los colores que podemos ver son parte de un pequeño sector de la radiación natural completa, un sector muy pequeño espectro llamado “espectro visible”. La luz del día es una mezcla de todas las longitudes de onda diferentes dentro de este sector de modo que todas las longitudes de onda constituyen la luz blanca (“modo activo de colorear”). Si se hace pasar la luz blanca del día a través de un prisma de cristal (o una gota de lluvia), aquella se divide en sus componentes: los colores del arco iris.

Esta no es la manera en que se crean los colores en el hormigón, ya que los colores del hormigón no son fuentes luminosas activas. Los colores del hormigón -los pigmentos- son reflectores pasivos de luz, y sólo podrían producir colores en el “modo  substractivo”. Esto significa que algunas longitudes de onda del espectro visible completo son absorbidas por el pigmento (son “substraídas” de la gama completa) y sólo las longitudes de onda de los colores azulados y verdosos, la luz refleja será un rojo amarillento o un anaranjado.

El ojo humano puede distinguir diez millones de tonalidades de color diferentes dentro de la pequeña gama del espectro visible. Así que es muy difícil hablar de colores; siempre será un juicio subjetivo.

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En los últimos años se han realizado investigaciones para el desarrollo del hormigón autocompactante, con el fin de encontrar una nueva forma de ver el hormigón que puede revolucionar el mundo de la construcción en cuanto a la mejora de la calidad de la obra de hormigón, de lascondiciones de trabajo y de la racionalidad de los mismos.
Los que se pretende con el Hormigón Autocompactable que en la denominación internacional se conoce como “Self Compacting Concrete” (S.C.C.) es obtener un hormigón sin necesidad de vibración ni otro tipo de compactación, que sea capaz de rellenar todos los rincones del encofrado pasando a través de las armaduras sin que se produzca segregación de árido grueso.

Este hormigón debe ir acompañado de una correcta dosificación que debe tener en cuenta las características particulares del material a preparar, el tipo de elemento para el cual se va a utilizar y los métodos de control propios del Hormigón Autocompactante. Como se verá más adelante este hormigón ha podido ser desarrollado gracias a la introducción de los nuevos y revolucionarios polímeros.

El primer ejemplo se desarrolló en Japón en 1988 empleando escoria granulada de alto horno y cenizas volantes, junto con un superplastificante, cuyos objetivos se delinearon para sus dos estados.

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