Concreto

La técnica del concreto se ha desarrollado mucho en el siglo XXI permitiendo soluciones muy complejas. En este puente sobre el río Almonte (España) se ve cómo progresa la ejecución del primer arco desde los márgenes apoyados en tirantes provisionales faltando de hormigonar solo la clave del mismo. Detrás, en paralelo, se observa el avance de un segundo arco en una fase más preliminar.
Colocación de concreto fresco en obra. El material que se vierte es una masa pastosa. Los trabajadores con botas impermeables se mueven por él sin mucha dificultad.
El concreto permite rellenar un molde o encofrado con una forma previamente establecida. En este caso, es un encepado, un elemento que une las cabezas de un grupo de pilotes, hincados o embebidos profundamente en el terreno.

El concreto (del inglés concrete, a su vez del latín concrētus, «agregado, condensado»)[3]

El aglomerante es, en la mayoría de las ocasiones, cemento (generalmente cemento Portland) mezclado con una proporción adecuada de agua para que se produzca una reacción de hidratación. Las partículas de agregados, dependiendo fundamentalmente de su diámetro medio, son los áridos (que se clasifican en grava, gravilla y arena).[4]​ La sola mezcla de cemento con arena y agua (sin la participación de un agregado) se denomina mortero. Existen hormigones que se producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormigón asfáltico que utiliza betún para realizar la mezcla.

El cemento es un material pulverulento que por sí mismo no es aglomerante, y que, mezclado con agua, al hidratarse se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece, tornándose en un material de consistencia pétrea. El cemento consiste esencialmente en silicato cálcico hidratado (S-C-H). Este compuesto es el principal responsable de sus características adhesivas. Se denomina cemento hidráulico cuando el cemento, resultante de su hidratación, es estable en condiciones de entorno acuosas. Además, para poder modificar algunas de sus características o comportamiento, se pueden añadir aditivos y adiciones (en cantidades inferiores al 1 % de la masa total del concreto), existiendo una gran variedad de ellos: colorantes, aceleradores y retardadores de fraguado, fluidificantes, impermeabilizantes, fibras, etc.

El concreto o concreto convencional, normalmente usado en pavimentos, edificios y otras estructuras, tiene un peso específico (densidad, peso volumétrico, masa unitaria) que varía de 2200 hasta 2400 kg/m³ (137 hasta 150 libras/piés3). La densidad del concreto varía dependiendo de la cantidad y la densidad del agregado, la cantidad de aire atrapado (ocluido) o intencionalmente incluido y las cantidades de agua y cemento. Por otro lado, el tamaño máximo del agregado influye en las cantidades de agua y cemento. Al reducirse la cantidad de pasta (aumentándose la cantidad de agregado), se aumenta la densidad. Algunos valores de densidad para el concreto fresco se presentan en la Tabla 1-1. En el diseño del concreto armado (reforzado), el peso unitario de la combinación del concreto con la armadura normalmente se considera 2400 kg/m³ (150 lb/ft³).

Dependiendo de las proporciones de cada uno de sus constituyentes existen varios tipos de hormigones. Se considera hormigón pesado aquel que posee una densidad de más de 3200 kg/m³, debido al empleo de agregados densos (empleado protección contra las radiaciones), el hormigón normal, empleado en estructuras, que posee una densidad de 2200 kg/m³, y el hormigón ligero, con densidades de 1800 kg/m³.

La principal característica estructural del concreto es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión, pero no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (tracción, flexión, cortante, etc.), y por este motivo es habitual usarlo asociado a ciertas armaduras de acero, recibiendo en este caso la denominación de concreto u hormigón armado). Este conjunto se comporta muy favorablemente ante las diversas solicitaciones o esfuerzos mencionados anteriormente. Cuando se proyecta una estructura de concreto armado se establecen las dimensiones de los elementos, el tipo de concreto, los aditivos y el acero que hay que colocar en función de los esfuerzos que deberá soportar y de las condiciones ambientales a que estará expuesto.

A finales del siglo XX, ya era el material más empleado en la industria de la construcción. Se le da forma mediante el empleo de moldes rígidos denominados: encofrados. Su empleo es habitual en obras de arquitectura e ingeniería, tales como edificios, puentes, diques, puertos, canales, túneles, etc. Incluso en aquellas edificaciones cuya estructura principal se realiza en acero, su utilización es imprescindible para conformar la cimentación. La variedad de hormigones que han ido apareciendo a finales del siglo XX, ha permitido que existan por ejemplo: concreto reforzado con fibras de vidrio (GRC), hormigones celulares que se aligeran con aire, aligerados con fibras naturales, autocompactantes.

Diseño, fabricación y puesta en obra
Introducción

En el siglo XVIII, la resistencia de los elementos estructurales de concreto armado era calculada experimentalmente. Navier, a principios del siglo XIX, planteó la necesidad de conocer y establecer los límites hasta donde las estructuras se comportaban elásticamente, sin deformaciones permanentes, para poder obtener modelos físico-matemáticos fiables y fórmulas coherentes. Posteriormente, dada la complejidad del comportamiento del concreto, se requirió utilizar métodos basados en el cálculo de probabilidades para lograr resultados más realistas. En la primera mitad del siglo XX, se calculaban los elementos estructurales por el método de las tensiones admisibles.

Seguridad estructural
Las estructuras de los edificios, cuya función es resistir las acciones a que están sometidos, suelen ser de concreto armado.

En los años 1960, se inició el desarrolló la teoría de la seguridad estructural respecto de los Estados límites, estableciéndose valores máximos en las flechas y en la fisuración de los elementos estructurales, acotando los riesgos.

Estados límites

El concepto de Estado límite tuvo su auge en los años 1970, como conjunto de requerimientos que debía satisfacer un elemento estructural para ser considerado apto. Los reglamentos se centraron en dos tipos: los Estados límites de servicio y los Estados límites de solicitación.

Coeficientes de seguridad

Los reglamentos de los años 1970, para poder simplificar los complejos cálculos de probabilidades, establecieron los Coeficientes de seguridad, en función de la calidad de los materiales, el control de la ejecución de la obra y la dificultad del proyecto. Se introdujeron los Coeficientes de mayoración de cargas o acciones, y los Coeficientes de minoración de resistencia de los componentes materiales.[31]

Reglamentos

A mediados del siglo XX los reglamentos tenían decenas de páginas, en el siglo XXI poseen cientos. La introducción de programas informáticos posibilita cálculos muy complejos, rápidos y soluciones más precisas. Los reglamentos hacen especial hincapié en estados últimos de servicio (fisuración, deformaciones) comportamiento (detalles constructivos) y durabilidad (recubrimientos, calidades), limitando la resolución experimental con múltiples condicionantes. Así, el Eurocódigo 1 establece situaciones usuales y accidentales (como sismos), que implican Coeficientes de seguridad parciales para las más variadas solicitaciones y resistencias. Algunas normativas específicas por ámbitos geográficos son EHE (España), Eurocódigo 2 (Europa), ASCE/SEI (Estados Unidos).

Cálculo y proyecto

La construcción de puentes se realiza mayoritariamente en hormigón. En las imágenes, el Salginatobel construido en Suiza en 1930, el Esplanade en Singapur de 1997 y el tercero es un puente ferroviario de 1947 en el Río Paraguay que une Brasil y Bolivia.

Antes de construir cualquier elemento de concreto deben calcularse las cargas a que estará sometido y, en función de las mismas, se determinarán las dimensiones de los elementos y calidad de concreto, la disposición y cantidad de las armaduras en los mismos.

El cálculo de una estructura de concreto consta de varias etapas. Primero se realizan una serie de simplificaciones en la estructura real transformándola en una estructura ideal de cálculo. Después se determinan las cargas que va a soportar la estructura, considerando en cada punto la combinación de cargas que produzca el efecto más desfavorable. Por último se dimensiona cada una de las secciones para que pueda soportar las solicitaciones más desfavorables.

Una vez calculada la estructura se redacta el proyecto, que es el conjunto de documentos que sirve para la realización de la obra y que detalla los elementos a construir. En el proyecto están incluidos los cálculos realizados. También incluye los planos donde figuran las dimensiones de los elementos a ejecutar, la tipificación de los concretos previstos y las características resistentes de los aceros a emplear.

Fabricación

Es muy importante conseguir la mezcla óptima en las proporciones precisas de áridos de distintos tamaños, cemento y agua. No hay una mezcla óptima que sirva para todos los casos.[33]

Hay muchos métodos para dosificar previamente el concreto, pero son solo orientativos. Las proporciones definitivas de cada uno de los componentes se suelen establecer mediante ensayos de laboratorio, realizando correcciones a lo obtenido en los métodos teóricos.[34]

Se señalan brevemente los aspectos básicos que hay que determinar:

  • La resistencia característica (fck) se fija en el proyecto.[34]
  • La selección del tipo de cemento se establece en función de las aplicaciones del hormigonado (en masa, armado, pretensado, prefabricado, de alta resistencia, desencofrado rápido, hormigonados en tiempo frío o caluroso, etc.) y del tipo de ambiente a que estará expuesto.[35]
  • El tamaño máximo del árido interesa que sea el mayor posible, pues a mayor tamaño menos agua necesitará ya que la superficie total de los granos de áridos a rodear será más pequeña. Pero el tamaño máximo estará limitado por los espacios que tiene que ocupar el concreto fresco entre dos armaduras cercanas o entre una armadura y el encofrado.[34]
  • La consistencia del concreto se establece en función del tamaño de los huecos que hay que rellenar en el encofrado y de los medios de compactación previstos.[34]
  • La cantidad de agua por metro cúbico de concreto. Conocida la consistencia, el tamaño máximo del árido y si la piedra es canto rodado o de machaqueo es inmediato establecer la cantidad de agua que se necesita.[34]
  • La relación agua/cemento depende fundamentalmente de la resistencia del concreto, influyendo también el tipo de cemento y los áridos empleados.
  • Conocida la cantidad de agua y la relación agua /cemento, determinamos la cantidad de cemento.[34]
  • Conocida la cantidad de agua y de cemento, el resto serán áridos.
  • Determinar la composición granulométrica del árido, que consiste en determinar los porcentajes óptimos de los diferentes tamaños de áridos disponibles. Hay varios métodos, unos son de granulometría continua, lo que significa que interviene todos los tamaños de áridos, otros son de granulometría discontinua donde falta algún tamaño intermedio de árido.[36]

    Los materiales se amasan en hormigonera o amasadora para conseguir una mezcla homogénea de todos los componentes. El árido debe quedar bien envuelto por la pasta de cemento. Para conseguir esta homogeneidad, primero se vierte la mitad de agua, después el cemento y la arena simultáneamente, luego el árido grueso y por último el resto de agua.[36]

    Para el transporte al lugar de empleo se deben emplear procedimientos que no varíen la calidad del material, normalmente camiones hormigonera. El tiempo transcurrido no debe ser superior a hora y media desde su amasado.[36]

    Puesta en obra

    En el concreto armado se emplea habitualmente acero de alta resistencia de adherencia mejorada o barras corrugadas. El corrugado está normalizado por la forma del resalto en el perímetro de la barra, su altura, anchura y separación.
    Colocación de armaduras

    Las armaduras deben estar limpias y sujetarse al encofrado y entre sí de forma que mantengan la posición prevista sin moverse en el vertido y compactación del concreto. Para ello se colocan calzos o distanciadores en número suficiente que permitan mantener la rigidez del conjunto.[38]

    Las distancias entre las diversas barras de armaduras deben mantener una separación mínima que está normalizada para permitir una correcta colocación del concreto entre las barras de forma que no queden huecos o coqueras durante la compactación del concreto.[38]

    De igual manera el espacio libre entre las barras de acero y el encofrado, llamado recubrimiento, debe mantener una separación mínima, también normalizada, que permita el relleno de este espacio por el concreto. Este espacio se controla por medio de separadores que se colocan entre la armadura y el encofrado.[38]

    Encofrado

    El encofrado debe contener y soportar el concreto fresco durante su endurecimiento manteniendo la forma deseada sin que se deforme. Suelen ser de madera o metálicos y se exige que sean rígidos, resistentes, estancos y limpios. En su montaje deben quedar bien sujetos de forma que durante la consolidación posterior del concreto no se produzcan movimientos.[39]

    Antes de reutilizar un encofrado debe limpiarse bien con cepillos de alambre eliminando los restos de mortero que se hayan podido adherir a la superficie. Para facilitar el desencofrado se suelen aplicar al encofrado productos desencofrantes; estos deben estar exentos de sustancias perjudiciales para el concreto.[39]


    Colocación y compactación

    El vertido del concreto fresco en el interior del encofrado debe efectuarse evitando que se produzca la segregación de la mezcla. Para ello se debe evitar verterlo desde gran altura, hasta un máximo de dos metros de caída libre y no se debe desplazar horizontalmente la masa.[40]

    Se coloca por capas o tongadas horizontales de espesor reducido para permitir una buena compactación (hasta 40 cm en concreto en masa y 60 cm en concreto armado). Las distintas capas o tongadas se consolidan sucesivamente, trabando cada capa con la anterior con el medio de compactación que se emplee y sin que haya comenzado a fraguar la capa anterior.[40]

    Para conseguir un concreto compacto, eliminando sus huecos y para que se obtenga un completo cerrado de la masa, hay varios sistemas de consolidación. El picado con barra, que se realiza introduciéndola sucesivamente, precisa concretos de consistencias blandas y fluidas y se realiza en obras de poca importancia resistente. La compactación por golpeo repetido de un pisón se emplea en capas de 15 o 20 cm de espesor y mucha superficie horizontal. La compactación por vibrado es la habitual en concretos resistentes y es apropiada en consistencias secas.[40]

    El vibrador más utilizado es el de aguja, un cilindro metálico de 35 a 125 mm de diámetro cuya frecuencia varía entre 3.000 y 12.000 ciclos por minuto. La aguja se dispone verticalmente en la masa de concreto fresco, introduciéndose en cada tongada hasta que la punta penetre en la capa anterior y cuidando de no tocar las armaduras pues la vibración podría separar la masa de concreto de la armadura. Mediante el vibrado se reduce el aire contenido en el concreto sin compactar que se estima del orden del 15 al 20 % hasta un 2-3 % después del vibrado.[40]

    Curado

    El curado es una de las operaciones más importantes en el proceso de puesta en obra por la influencia decisiva que tiene en la resistencia del elemento final. Durante el fraguado y primer endurecimiento se producen pérdidas de agua por evaporación, formándose huecos capilares en el concreto que disminuyen su resistencia. En particular el calor, la sequedad y el viento provocan una evaporación rápida del agua incluso una vez compactado. Es preciso compensar estas pérdidas curando el concreto añadiendo abundante agua que permita que se desarrollen nuevos procesos de hidratación con aumento de la resistencia.[39]

    Hay varios procedimientos habituales para curar el concreto. Desde los que protegen del sol y del viento mediante tejadillos móviles, plásticos; mediante riegos de agua en la superficie; la inmersión en agua empleada en prefabricación; los productos de curado aplicados por pulverización; los pulverizados a base de resinas forman una película que impide la evaporación del agua, se trata de uno de los sistemas más eficaces y más costosos.[39]

    Desencofrado y acabados

    La retirada de los encofrados se realiza cuando el concreto ha alcanzado el suficiente endurecimiento. En los portland normales suele ser un periodo que oscila entre 3 y 7 días.[39]

    Una vez desencofrado hay que reparar los pequeños defectos superficiales normalmente huecos o coqueras superficiales. Si estos defectos son de grandes dimensiones o están en zonas críticas resistentes puede resultar necesario la demolición parcial o total del elemento construido.[39]

    Es muy difícil que queden bien ejecutadas las aristas vivas de concreto, por ello es habitual biselarlas antes de su ejecución. Esto se hace incorporando en las esquinas de los encofrados unos biseles de madera llamados berenjenos.[39]

    Técnicas constructivas del concreto
    En la actualidad las avanzadas técnicas de ejecución de concreto permiten plantearse retos de envergadura como atravesar grandes masas de agua, levantar esbeltas pilas o construir tableros en curva a gran altura.
Bibliografía
  • Choisy, Auguste, y col. (1999). El arte de construir en Roma. Ed. Reverté. ISBN 84-89977-67-4. 
  • James Strike, Salvador; Pérez Arroyo, María Jesús (2004). De la construcción a los proyectos. Ed. Reverté. ISBN 84-291-2101-3. 
  • Solá-Morales Rubió, Ignasi de, y col. (2001). Introducción a la arquitectura. Conceptos fundamentales. Edicions UPC. ISBN 84-8301-533-1. 
  • Arredondo, F. (1972). Estudio de materiales: V.-Hormigones. Madrid:Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento. 
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  • Jiménez Montoya P., García Meseguer A., Morán Cabré F. (1987). Hormigón Armado Tomo I. Barcelona: Editorial Gustavo Gili S.A. ISBN 84-252-0758-4. 
  • España. Leyes y decretos. Normas Técnicas (1999). Instrucción de Hormigón Estructural. EHE. Centro de publicaciones del Ministerio de Fomento. ISBN 84-498-0396-9. 
  • Tejero Juez, Enrique (1987). Hormigón Armado. Colegio Oficial de Arquitectos de Aragón. ISBN 84-600-6347-4. 
  • Jürgen MattheiB. (1980). HORMIGÓN armado armado aligerado pretensado. Ed. Reverté S.A. ISBN 84-291-2057-2. 
  • Referencias digitales

    Etimología

    «Hormigón» procede del término formicō (o formáceo),[cita requerida] palabra latina que alude a la cualidad de «moldeable» o «dar forma». El término «concreto», definido en el diccionario de la RAE como americanismo, también es originario del latín: procede de la palabra concretus, que significa «crecer unidos», o «unir». Concretus es una palabra compuesta en la su prefijo es com- (unión) y el participio pasado del verbo crĕscere (crecer). Su uso en idioma español se transmite por vía de la cultura anglosajona,[1]​ Etimológicamente concreto es sinónimo de concrecionado y concreción que es la unión de diversas partículas para formar una masa.

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