miniaturadeimagen| Una carretera pavimentada con hormigón El hormigón es una mezcla de cemento o cal, agua, arena y grava. Generalmente lleva 2 tipos de áridos. El primer tipo son los finos (arena) y el segundo, los gruesos (grava). Lo que no es aglutinante (cemento o cal) ni agua se denomina agregados. Además de áridos pueden ser otros materiales, como gránulos de corcho, cenizas volantes, etc. El hormigón puede, además, llevar aditivos. Dependiendo de las proporciones de cemento (o cal), áridos y agua, del tipo de cemento (el más habitual es el cemento Portland, pero hay otros), de los aditivos, del tipo de agregados o, incluso si solo son áridos, de su granulometría, se producen muchos tipos de hormigón, cada uno con unas determinadas características de resistencia, aislamiento, peso, permeabilidad y aspecto, que deberán tenerse en cuenta para cada una de las finalidades a las que se va a destinar. Para un mismo edificio pueden utilizarse diferentes tipos de hormigónː uno para los elementos estructurales (vigas, pilares), otro para los suelos, otro para aislar la fachada, etc.
Diseño de la mezcla Los diseños modernos de mezclas de hormigón pueden ser complejos. La elección de una mezcla de hormigón depende de para qué se va a usar, tanto en términos de resistencia y apariencia como en relación con la normativa aplicable.
El diseño comienza determinando los requisitos que se le van a exigir a ese hormigón particular. Estos requisitos tienen en cuenta las condiciones climáticas a las que estará expuesto el hormigón una vez que se haya puesto en servicio y la resistencia de diseño requerida. La resistencia a la compresión de un hormigón se determina tomando muestras cilíndricas moldeadas y curadas de manera estándar. Tras echar el hormigón en el lugar que va a ocupar se producen el fraguado y el curado, procesos fundamentales que deben llevarse a cabo correctamente por personal con suficientes conocimientos.
Hay que tener en cuenta muchos factores, desde el coste de los distintos aditivos y agregados hasta el trade-off entre la viscosidad de la mezcla líquida (una menor viscosidad facilita la propia mezcla y la colocación) y el desempeño posterior (una mayor viscosidad de la mezcla líquida hace que, cuando se solidifica, presente mayor resistencia).
Luego se diseña la mezcla de cemento (Portland u otro material cementante), agregados gruesos y finos, agua y aditivos. También se especificará el propio método de mezcla, así como las condiciones en que se utilizará. Esto permite que el usuario del hormigón confíe en que la mezcla, cuando se endurezca, tendrá las características deseadas. Las mezclas de hormigón también se pueden diseñar utilizando programas de ordenador. Este software brinda al usuario la oportunidad de seleccionar su método preferido de diseño de mezcla e ingresar los datos del material para llegar a diseños de mezcla adecuados.
Se han desarrollado varios tipos de hormigón para aplicaciones específicas, y son conocidos por estos nombres.
miniaturadeimagen| Bloques de hormigón modulares para pavimentación
Composición histórica del hormigón Desde la antigüedad se han utilizado materiales de construcción a los que se puede llamar hormigones. El hormigón romano se fabricaba a partir de ceniza volcánica (puzolana) y cal hidratada. El hormigón romano era superior a otras recetas de hormigón (por ejemplo, las que consistían únicamente en arena y cal, normalmente llamadas argamasas) utilizadas por otras culturas. Aparte de la ceniza volcánica, para la fabricación del hormigón romano convencional también se podía utilizar polvo de ladrillo. Además del hormigón romano convencional, los romanos también inventaron otra mezcla, a partir de ceniza volcánica y arcilla. Pero ojoː una mezcla de cal, arena y agua es una argamasa, mientras que una mezcla de cal, arena, agua y grava ya es un hormigón de cal.
Algunos tipos de hormigón utilizados para hacer esculturas y jardineras se denominan piedra artificial, piedra de molde, piedra reconstituida o piedra compuesta. No existe una fórmula única y precisa que diferencie la piedra artificial de otros materiales de construcción donde el aglutinante es la cal. Esto se debe a que el término es anterior a la ciencia química moderna y está atestiguado desde al menos la década de 1790.
En el y posteriores, el término piedra artificial denominó diversos productos, incluidos numerosos hormigones donde el aglutinante era cemento (una mezcla tratada de caliza y arcilla). La palabra inglesa cement, además del mismo significado de "mezcla tratada de caliza y arcilla" que tiene en español, significa «cualquier cosa que une», de modo que se puede decir en inglés lime-cemented concretes, hormigones donde el aglutinante es la cal, denominados "hormigón de cal".
Espuma de hormigón La espuma de hormigón (foam concrete o foamed cement) es un material a base de cemento que incorpora burbujas de aire estables para crear un producto ligero y muy aislante. A diferencia del hormigón con aire incorporado, que introduce pequeñas burbujas de aire a través de un aditivo durante la mezcla, la espuma de hormigón reemplaza los agregados gruesos con estas burbujas de aire, lo que genera una diferencia significativa en la densidad: varía de 400 a 1 600 kg/m3, mientras que el hormigón con aire incorporado mantiene su densidad en unos 2000 kg/m3.
La espuma de hormigón se produce mezclando cemento o cenizas volantes, arena, agua y una espuma sintética aireada, que proporciona estabilidad a las burbujas de aire. Ofrece excelentes propiedades de aislamiento térmico y acústico, lo que lo hace adecuado para aplicaciones como aislamiento o rellenado de huecos y zanjas. Su naturaleza liviana también hace que sea más fácil de manipular y transportar en comparación con el hormigón tradicional. La espuma de hormigón se puede moldear fácilmente en diferentes formas y tamaños. Lógicamente tiene menos resistencia a la compresión que el hormigón convencional.
Hormigón al vacío Se está investigando el hormigón al vacío, fabricado mediante el uso de vapor de agua que produce un vacío dentro de una hormigonera para liberar burbujas de aire dentro del hormigón. La idea es que el vapor desplace el aire normalmente sobre el hormigón. Cuando el vapor se condensa en agua, creará una baja presión sobre el hormigón que extraerá aire de éste. Esto hace más fuerte el hormigón debido a la menor presencia de aire en la mezcla. Una desventaja es que la mezcla debe hacerse en un recipiente hermético.
La resistencia final del hormigón aumenta aproximadamente un 25%. El hormigón al vacío se endurece muy rápidamente, por lo que los encofrados se pueden retirar solo 30 minutos después de verter la mezcla en ellos, incluso en columnas de 20 pies (6 metros) de alto. Esto tiene un considerable interés económico, especialmente en una fábrica de elementos prefabricados, ya que los encofrados se pueden reutilizar a intervalos frecuentes. La resistencia de ligazón (de sus componentes) del hormigón al vacío es aproximadamente un 20% superior a la del hormigón normal.
La superficie del hormigón al vacío está completamente libre de picaduras y la capa superior, hasta una profundidad de 1/16 de pulgada (1,6 milímetros) es altamente resistente a la abrasión. Estas características son de especial importancia en la construcción de estructuras de hormigón que van a estar en contacto con agua que fluye a alta velocidad. Se adhiere bien al hormigón viejo y, por lo tanto, se puede utilizar para renovar losas de carreteras y otros trabajos de reparación.
Hormigón armado
El hormigón armado es hormigón vertido dentro de un encofrado donde hay una armadura de barras de acero corrugado. Una vez solidificado, se retira el encofrado, y las barras se quedan dentro de la matriz de hormigón, confiriendo al conjunto resistencia tanto a la compresión como a la tracción, por lo que es muy adecuado para construir en zonas azotadas por terremotos (construcción antisísmica) y no tiene gastos de mantenimiento.
Hormigón asfáltico
El hormigón asfáltico es una mezcla de 2 tipos de áridos y asfalto en lugar de cemento. No lleva agua. Como el asfalto es sólido a temperatura ambiente, se tiene que calentar a una temperatura entre 150 y 160°C para hacer la mezcla.
Este tipo de hormigón es capaz de desarrollar una alta resistencia pocas horas después de verterlo (el hormigón normal tarda 28 días en alcanzar su resistencia máxima). Esta característica tiene ventajas como la posibilidad de retirar el encofrado de forma temprana (también, según las aplicaciones, se puede prescindir del encofrado y simplemente apisonar la mezcla caliente después de verterla) y de avanzar en el proceso constructivo con gran rapidez, quedando las superficies de las carreteras reparadas totalmente operativas en apenas unas horas. La resistencia y durabilidad máximas pueden variar con respecto a las del hormigón estándar, dependiendo de los detalles de composición.
Hormigón autocompactante El hormigón normal, una vez vertido, necesita ser compactado, habitualmente con un vibrador, para eliminar las burbujas de aire y el exceso de agua. Lo habitual es usar vibradores eléctricos. También se puede hacer con herramientas no eléctricas. Si no se hace, la resistencia es menor y pueden aparecer defectos. Se descubrió que los defectos del hormigón en Japón se debían principalmente a la alta relación agua-cemento que se empleaba para aumentar la trabajabilidad. La mala compactación se debió principalmente a la necesidad de una construcción rápida en los años 1960 y 1970. Hajime Okamura previó la necesidad de un hormigón que fuera muy trabajable y que no dependiera de la fuerza mecánica para su compactación. Durante la década de 1980, Okamura y su estudiante de doctorado Kazamasa Ozawa en la Universidad de Tokio desarrollaron el hormigón autocompactante (SCC, self-compacting concrete), que era cohesivo, pero fluido y tomaba la forma del encofrado sin necesidad de compactación mecánica. En Estados Unidos, el SCC se conoce como hormigón autoconsolidante (self-consolidating concrete).
El SCC se caracteriza por lo siguiente:
Fluidez extrema medida por el flujo, típicamente entre 650 y 750 mm en una mesa de flujo, en lugar de depresión (altura). No se necesitan vibradores para compactarlo. Colocación más fácil. No segrega agua ni agregados. Aumento de la presión del líquido, lo que puede ser perjudicial para la seguridad y la mano de obra.
El SCC puede ahorrar hasta un 50% en coste de mano de obra debido a un vertido un 80% más rápido y un menor desgaste del encofrado.
En 2005, los hormigones autocompactantes representaron entre el 10 y el 15% de las ventas de hormigón en algunos países europeos. En la industria del hormigón prefabricado en EE. UU., el SCC representa más del 75% de la producción de hormigón. 38 departamentos de transporte en EE. UU. aceptan el uso de SCC para proyectos de carreteras y puentes.
Esta tecnología emergente es posible gracias al uso de plastificantes de policarboxilatos, en lugar de los antiguos polímeros basados en naftaleno, y modificadores de viscosidad para evitar que los agregados se segreguen.
Hormigón blindado Es el especialmente diseñado para la contención de la radiación.
Hormigón celular El hormigón celular producido mediante la adición de un agente incorporador de aire al hormigón (o un agregado liviano, como agregado de arcilla expandida o gránulos de corcho y vermiculita ) a veces se denomina hormigón celular, hormigón celular liviano, hormigón de densidad variable, hormigón liviano o ultraligero, que no debe confundirse con el hormigón celular autoclavado, que no es que se clave a sí mismo, sino que se trata en una autoclave, un aparato para producir altas presiones y temperaturas. Se fabrica fuera del sitio utilizando un método completamente diferente.