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Cemento, concreto y hormigón armado


La palabra cemento puede ser aplicable a cualquier sustancia que sirva para aglutinar o pegar otros materiales, sin embargo  aquí solo nos referimos al cemento tipo Portland. Este cemento es con mucho, el más utilizado para la construcción ya sea en forma de mortero (mezcla de cemento y arena), concreto (mezcla de arena, piedra machacada y cemento) y hormigón armado (igual que el concreto pero armado con refuerzos de acero).

El cemento

El cemento es un alumino-silicato de calcio resultado del calentamiento a altas temperaturas (mas 1000 grados celsius) y posterior molido a polvo fino de una mezcla de piedra caliza y arcilla en proporciones adecuadas. Existen en la corteza terrestre muchos yacimientos donde las rocas naturales tienen ya la composición adecuada para producir cementos de alta calidad, por lo que el proceso se reduce a triturar la piedra natural, hornear a temperatura adecuada y luego moler a polvo ese clinker (gránulos semi aglutinados en forma pétrea) que se forma. Esto explica por qué el Cemento tiene un precio relativamente bajo en el mercado.

El contacto de ese polvo con agua hace comenzar una lenta reacción química donde se libera cal (hidróxido de calcio) y comienzan a formarse micro cristales  alumino-silícicos que forman una trama muy entrelazada que va dando a la mezcla una textura pétrea conocida como fraguado.

El proceso de fraguado tiene la característica de que se va haciendo mas lento a medida que avanza, así tenemos que en las primeras 24 horas la mezcla ya a adquirido alrededor del 25% de la resistencia final, a los tres días un 65%  y a los 28 días sobre el 90%, de ahí continúa el fraguado lentamente hasta completarse a los 30 años (según algunos autores).  Por eso es muy común en la práctica esperar 28  o 30 días para poner el cemento "a trabajar". Durante el fraguado el cemento se retrae.

Como en el proceso de fraguado se libera cal (mas rápidamente al principio y mas lento después) hay que esperar por lo menos 30 días para someter la pieza terminada a trabajos donde la cal (fuertemente alcalina) sea dañina, como pueden ser, pintarla, usarla para albergar peces y otros.

Concretos

En la práctica salvo raras excepciones, nunca se usa el cemento solo, siempre irá acompañado por áridos (arena y grava) sirviendo entonces como aglutinante de ellos, la resistencia final de la mezcla dependerá de los siguientes factores:

1.- Cantidad y tipo de cemento.
 
2.- Cantidad, proporciones y tipo de áridos.
 
3.- Cantidad de agua utilizada.
 
4.- Compactación de la mezcla (someterla a vibrado).

Las reglas para la determinación de estas proporciones óptimas es compleja y se sale del interés de esta página, no obstante a los efectos prácticos y para trabajos de poca responsabilidad pueden utilizarse las recetas siguiente:

Proporciones en volumen gavilla/arena/cemento

1.- Para morteros de repello  en paredes de bloques o ladrillos: 0/4/1.
 
2.- Para colocar baldosas sobre tierra compactada: 0/6/1.
 
3.- Para montar bloques o ladrillos: 0/3/1.
 
4.- Para  concreto de fijar postes: 3/2/1.
 
5.- Para pisos de mas de 50 mm de grueso sobre tierra compactada: 2/2/1

Las cantidades de agua serán las necesarias para darle la "textura" adecuada a la mezcla dado el propósito que se persigue, teniendo en cuenta que el agua en exceso disminuye la resistencia final del material fraguado. Es muy buena práctica "vibrar" la mezcla después de vertida para eliminar el aire ocluido en su interior.

Hormigón Armado


Cuando a las mezclas de cemento y áridos se le colocan en el interior barras o cabillas de acero se dice que es hormigón armado. Este refuerzo de acero proporciona a las piezas fraguadas de hormigón una elevada resistencia adicional, permitiendo a piezas hechas de este material adquirir la capacidad de ser sometidas a grandes cargas sin romperse, como es el caso de las vigas de soporte de puentes de carreteras, grandes postes para tendidos de alta tensión, columnas para edificios de varias decenas de pisos etc.

La cantidad y posición de los refuerzos de acero determinan su utilidad en el sentido de aumentar la resistencia de la pieza final fraguada y su determinación puede ser un problema complejo en el caso de piezas sometidas a cargas variables en direcciones distintas cosa que corresponde a los Ingenieros Civiles durante el diseño. Sin embargo la clave del asunto radica en que los hormigones (igual que todos los productos aglutinados con cemento) no tienen la misma resistencia a la tracción que a compresión, siendo la primera bastante menor que la segunda.

Veamos un caso, si colocamos una viga hecha de concreto horizontalmente, apoyada en cada uno de los extremos y le ponemos una carga en el centro, tendrá la tendencia a doblarse. En este doblado las partes de abajo de la viga se estiran (sometidas a tracción), mientras que las partes superiores se comprimen (sometidas a compresión) como nuestro material resiste poco a la tracción, terminarán rompiéndose las partes bajas de ella sobreviniendo el desastre, ahora si colocamos una buenas y suficientes barras de acero próximas a la superficie de abajo de la viga habremos aumentado notablemente la resistencia a la tracción de la zona y en este caso la viga resiste la carga. Este simple razonamiento básico es en principio todo lo que hay que tener en cuenta a la hora de reforzar el hormigón.

Retracción del cemento

Durante el fraguado, las mezclas aglutinadas con cemento se reducen de tamaño (proceso conocido como retracción), este efecto puede generar cargas colosales sobre las piezas hechas con cemento hasta el punto de producir su rotura especialmente en piezas grandes. Debido a la retracción y la utilización de un mal diseño encontramos con frecuencia grietas en pisos de concreto y grandes placas de techo. Es inevitable la retracción del cemento, por lo tanto cuando hay que construir grandes piezas (especialmente placas) de concreto, lo que se hace el "partir" durante la construcción esta placa en lugares convenientes,  moldeándolas por piezas separadas y colocando entre las dos partes adyacentes un material elástico (fieltro, madera, goma etc) que  permita al cemento retraerse sin romperse y también absorber los cambios de dimensiones debido a los cambios de temperatura, es esta la razón del por qué en los puentes de concreto la calle está dividida por secciones (especialmente en puentes largos) el sonido de "trac..trac" de las ruedas lo dice. Esta juntas se llaman "juntas de expansión".

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