3.1. Generalidades
Propiedades del Hormigón Fresco
Como se explicó anteriormente, una vez adicionada agua al cemento, la pasta así formada pasa por una etapa inicial, en la que se desarrolla el proceso de hidratación del cemento, durante la cual presenta una consistencia plástica. Posteriormente se inicia su endurecimiento, en el que adquiere progresivamente las características de sólido.
Dado que la pasta de cemento es el componente activo del hormigón, estas mismas características le son transmitidas a éste, por lo que presenta también una etapa inicial en que su estado es plástico.
En esta etapa el hormigón acepta desplazamientos y deformaciones con pequeños aportes de energía externa, para lo cual debe vencer principalmente dos reacciones internas del hormigón: una derivada del frotamiento de las partículas granulares entre sí, cuya medida se denomina fluidez del hormigón; y la otra proveniente de la cohesión de la masa, producida por la atracción entre las partículas, cuya medida se denomina consistencia del hormigón.
El conjunto de ambas características constituye la docilidad o trabajabilidad del hormigón.
El concepto de docilidad es fundamental en la etapa en que el hormigón se mantiene en estado plástico, puesto que condiciona sus características en esta etapa, que corresponde a la de su empleo en obra.
La docilidad del hormigón está directamente relacionada con el contenido de algunos de sus componentes, principalmente con los de agua y de partículas finas, los cuales actúan en sentido contrario entre sí en la forma que se representan esquemáticamente en la Figura 3.1.
De esta manera es posible regular la docilidad del hormigón mediante un adecuado ajuste de la proporción de los mencionados componentes en una forma que sea conveniente para el uso que se pretende dar al hormigón en esta etapa, aspecto que será analizado en detalle posteriormente en el Capítulo 7 sobre Dosificación de Hormigones.
3.2. Medida de la Docilidad
Durante la etapa en que el hormigón se mantiene en estado fresco es de gran importancia poder otorgarle al hormigón una docilidad adecuada al uso que se desea darle.
Para este objeto, es necesario cuantificarla, utilizando una forma de medida de la docilidad, para lo que se han desarrollado numerosos sistemas, de los cuales se describen a continuación los de mayor uso:
- Asentamiento de cono: Este ensayo fue ideado por el investigador norteamericano Abrams. Su ejecución está regulada por NCh1019 y consiste básicamente en rellenar un molde metálico troncocónico de dimensiones normalizadas, en tres capas apisonadas con 25 golpes de varilla-pisón y, luego de retirar el molde, medir el asentamiento que experimenta la masa de hormigón colocada en su interior. Esta medición se complementa con la observación de la forma de derrumbamiento del cono de hormigón mediante golpes laterales con la varilla-pisón, en la forma señalada en la Figura 3.2. De esta manera, la medida del asentamiento permite determinar principalmente la fluidez y la forma de derrumbamiento apreciar la consistencia del hormigón. Dada su simplicidad de ejecución, el ensayo de asentamiento se ha generalizado como medición de la trabajabilidad del hormigón.
- Ensayo VeBe: Este ensayo consiste en medir el tiempo necesario para remoldear mediante vibración una masa de hormigón de forma troncocónica y transformarla en una forma cilíndrica, empleando para este objeto un aparato normalizado en Suecia, según se señala en la Figura 3.3. Su uso resulta más adecuado para hormigones de muy baja fluidez y constituye en dicho rango un buen complemento de la medición del asentamiento de cono. Sin embargo, por la relativa complejidad del equipo necesario para aplicarlo, su uso se ha limitado básicamente al laboratorio.
- Ensayo Kelly: Consiste en medir la penetración en el hormigón fresco de una semiesfera, por su propio peso. El aparato tiene la forma señalada en la Figura 3.4. El ensayo respectivo está normalizado en ASTM C 360 y presenta la ventaja de poder realizar la medición sobre el hormigón puesto en obra. Su rango de aplicación es similar al del asentamiento de cono, teniendo con éste una buena correlación.
A título informativo se indican en la Tabla 3.1 los valores numéricos que corresponden en dichos ensayos para diversos estados del hormigón fresco.
3.3. Procesos que Experimenta el Hormigón Fresco
Durante la etapa en que el hormigón mantiene su estado fresco, experimenta una serie de procesos cuyo origen y consecuencias es necesario conocer para tenerlos debidamente en cuenta.
Estos procesos son principalmente los que se describen a continuación.
3.3.1. Exudación del Agua de Amasado
Debido a que el hormigón está constituido por materiales de distinta densidad real, tiende a producirse la decantación de los de mayor peso unitario, que son los sólidos, y el ascenso del más liviano, que es el agua.
Este proceso induce una serie de efectos internos y externos en el hormigón:
- La película superficial del hormigón presenta un contenido de agua mayor que el resto de la masa. Como se verá posteriormente, ello significa un aumento de la razón agua/cemento, con una consiguiente menor resistencia para dicha capa. Este efecto debe ser especialmente considerado en las obras de hormigón sometidas a desgaste superficial y en los hormigones utilizados como material de relleno bajo elementos cuyo fondo es horizontal, p. ej. placas de fundación.
- El ascenso del agua da origen a conductos capilares, que constituyen posteriormente vías permeables, afectando en consecuencia la impermeabilidad del hormigón, especialmente por capilaridad. El agua ascendente tiende, además, a acumularse bajo las partículas de mayor tamaño, dejando bajo éstas un espacio vacío, al evaporarse posteriormente. Este proceso debe ser especialmente considerado en las obras hidráulicas y en las fundadas en terrenos húmedos.
- La exudación va acompañada por una sedimentación de los materiales sólidos, los que tienden a descender. Este descenso puede significar concentraciones de tensiones internas en los puntos donde la estructura presenta singularidades de forma, por ejemplo, variaciones de espesor o de nivel, debido al desigual descenso que se produce a ambos lados de la singularidad. Este efecto debe ser especialmente considerado en las obras de edificación, en los puntos de unión de los pilares y muros de hormigón con las cadenas, losas y vigas, en donde el mayor descenso que experimentan los primeros puede inducir grietas en las zona de encuentro con los segundos.
Dado que la exudación produce efectos desfavorables, debe ser combatida, para lo cual puede recurrirse a las siguientes medidas paliativas:
- Utilizar un contenido adecuado de granos muy finos en el hormigón, entendiéndose como tales los que tienen un tamaño inferior a 150 micrones, aspecto que se analizará posteriormente en la parte pertinente a dosificación de hormigones.
- Recurrir al empleo de aire incorporado en el hormigón, utilizando aditivos apropiados para este objeto, en la forma que se analizará en el Capítulo 6 de este texto.
- Aumentar el tiempo de amasado del hormigón, con el objeto de facilitar el adecuado humedecimiento de los materiales sólidos por el agua y con ello su retención por parte de éstos.
- Efectuar el hormigonado de las partes que presenten variaciones de espesor en distintas etapas constructivas, o, al menos, dejar transcurrir un tiempo de espera para permitir el asentamiento de la zona de mayor espesor. Este tiempo de espera debe ser el máximo posible, pero evitando el endurecimiento del hormigón.
3.3.2. Variaciones de Volumen
El agua de amasado del hormigón tiende a evaporarse si éste no se mantiene en un ambiente saturado de humedad, con lo cual se produce un proceso de secado progresivo desde la superficie externa hacia el interior.
Este desecamiento progresivo acarrea la formación de zonas de contacto entre fases líquidas (agua) y gaseosas (aire) en los conductos y poros que siempre tiene en su interior el hormigón.
Cuando éstos presentan dimensiones capilares, el proceso de tensión superficial interna alcanza una magnitud importante, la que al transmitirse al hormigón se traduce en una contracción de las zonas de hormigón sometidas a este proceso de secamiento.
Este efecto afectará principalmente a la superficie del hormigón, dado que ella es la que se seca primero, mientras que el resto de la masa permanece invariable. Ello induce contracciones diferenciales y, como consecuencia, tensiones de tracción, originadas en el confinamiento que producen las capas con mayor contenido de humedad sobre las en proceso de secado. Si este proceso de secado es muy rápido, como sucede cuando el hormigón está sometido a alta temperatura ambiente o a corrientes de viento, ello puede traducirse en grietas del hormigón aún plástico, las que por su origen se presentarán como de gran abertura en relación a su profundidad.
Este fenómeno debe ser combatido, pues las fisuras y/o grietas afectan la durabilidad del hormigón y, en obras de gran superficie y pequeño espesor relativo (pavimentos, losas) introduce una debilidad estructural al significar una disminución de su espesor.
Ello puede lograrse manteniendo un ambiente húmedo en torno al hormigón fresco que impida el inicio del secamiento superficial, que se produce si se hormigona en períodos de alta temperatura o fuerte viento, utilizando pulverizadores que esparzan una neblina húmeda en el sitio hasta que sea posible iniciar el proceso de curado que se menciona en el Capítulo 5.
Por otra parte, si el agrietamiento se produce y el hormigón aún está suficientemente plástico para responder a la compactación, puede ser recompactado hasta lograr el cierre de dichas grietas.
3.3.3. Falso Fraguado del Cemento
Eventualmente, el cemento puede experimentar un endurecimiento prematuro al ser mezclado con agua para constituir la pasta de cemento.
Este proceso parece provenir de un comportamiento anómalo del yeso adicionado al cemento en la etapa de molienda del clínquer como regulador de su fraguado, el cual, debido a las altas temperaturas originadas durante la molienda, puede perder parte del agua de cristalización.
El agua perdida es recuperada, extrayéndola del agua de amasado del hormigón, con lo cual el yeso cristaliza, adquiriendo rigidez.
Este endurecimiento se conoce con el nombre de falso fraguado y produce una rigidización del hormigón aún en estado fresco, en los primeros minutos posteriores a la adición del agua de amasado, lo cual dificulta grandemente su manipulación en los procesos de transporte, colocación y compactación. Para evitar estos efectos desfavorables, un procedimiento efectivo consiste en aumentar el tiempo de amasado, lo que permite romper la cristalización producida y devolver al hormigón la plasticidad perdida sin necesidad de adición de agua.
