Hormigones

Definición y aplicaciones.—

El hormigón, llamado también nuegado ó derretido de piedras, es una fábrica compuesta de mortero ordinario ó hidráulico y piedra partida, ó canto rodado de dimensiones máximas de 0^m,06 á 0^m,07.

El hormigón puede emplearse para cimentación de distintas obras en macizos ó en bloques formando escollera, ó construcciones concertadas; en el primer caso, después de preparado el hormigón, se echa directamente, con palas, carretillas ó cajones, en los moldes ó zanjas que lo han de recibir, donde se comprime y se consigue, por la unión de las distintas capas, formar grandes macizos por encima ó por debajo del agua. En el segundo caso, se coloca y comprime el hormigón en cajones de madera ó hierro de paredes movibles, y después de desmoldados se obtienen los bloques ó cantos artificiales, cuyo volumen varía de 10 á 60 metros cúbicos.

También se emplea el hormigón en el relleno de las cámaras de cimentación por aire comprimido, en los rellenos de cajones con fondo para cimentación de obras en el mar y en los ríos, en la construcción de las bóvedas de algunos puentes, en la ejecución de las capuchinas ó chapas impermeables de las bóvedas, en los cimientos de los pavimentos de madera ó asfalto y en otra infinidad de obras.

En la formación de grandes macizos, es económico y conveniente sumergir cantos de más ó menos volumen en la fábrica de hormigón, como se hace en muchas construcciones; pero es condición indispensable que el hormigón, por compresión, pueda dar el mortero necesario para que estos bloques se unan al resto de la fábrica.

El hormigón árido se emplea mucho para rellenos.

Por úllimo, los morteros ó los hormigones, con los materiales ferrosos convenientemente dispuestos, dan origen al hormigón armado, material de muchas aplicaciones, de que nos ocuparemos más adelante.


Condiciones de las piedras.—

Estudiadas ya las condiciones de los morteros en general para el estudio de los elementos constitutivos de los hormigones, sólo nos falta tratar de las condiciones de las piedras.

La naturaleza de las piedras parece que no tiene influencia en la calidad del hormigón si no son heladizas, permeables ó porosas, en cuyo caso deben ser desechadas; pero sí cambian sus propiedades con la forma que las mismas tienen. Por mucho tiempo se ha creído que era indispensable que la piedra estuviera partida ó machacada para que, presentando aristas vivas, trabase mejor con el mortero; pero esto, que es cierto cuando las piedras se emplean en seco, en los firmes macadan, por ejemplo, ha demostrado la práctica no ser lo más conveniente con los hormigones, donde se obtienen mejores resultados, en lo que á la resistencia y á la impermeabilidad hace referencia, con los cantos rodados de tamaño conveniente.

La mayor resistencia se explica, porque si el mortero tiene que deslizar sobre las piedras para que la rotura tenga lugar, los cantos rodados presentan mayor superficie, á igualdad de proyección, que la piedra partida; además, cuando las cargas comprimen el hormigón, si éste está formado de piedra partida, algunas piedras, por efecto de su colocación, pueden hacer de cuña, lo que no es frecuente con los cantos rodados. La mayor impermeabilidad se explica, porque mientras en la piedra partida en fragmentos de 0^m,04 á 0^m,07 los huecos son iguales á los macizos, es decir, que el volumen de los huecos es el 50 por 100 del volumen total; en la grava gruesa la proporción de volumen de los huecos se reduce al 45 por 100, y en la menuda al 88 por 100; con lo que es evidente se pueden obtener hormigones impermeables con menor cantidad de mortero cuando se emplean cantos rodados que cuando se usa piedra partida.

El tamaño de las piedras depende, principalmente, del objeto á que se destine el hormigón: si se trata de construir macizos voluminosos, no hay ningún interés en que los fragmentos sean pequeños, y puede adoptarse, sin inconveniente, la dimensión máxima de 0^m,07; pero en construcciones de poco espesor se emplea la de 0^m,04 á 0^m,05, sin perjuicio de usar las de 0^m,025 á 0^m,03 para bóvedas, chapas y solados. En resumen, que el tamaño de los guijarros oscila entre 2,5 y 7 centímetros.

En algunas fábricas de hormigón, en especial en las armadas, se emplean piedras más pequeñas, siendo frecuente el uso del garbancillo, ó sea la grava ó canto rodado de un centímetro.


Proporciones en que han de entrar el mortero y la piedra.-

La determinación de la cantidad de mortero necesaria para formar el hormigón con un metro cúbico de piedra partida, ó grava, se hace de modo análogo al empleado para fijar la de cal ó cemento que debía mezclarse con un metro cúbico de arena para formar el mortero.

Los hormigones, atendiendo á su permeabilidad, pueden ser de dos clases, áridos ó grasos: los últimos, por lo menos tienen la cantidad de mortero necesaria para rellenar los huecos de la piedra; en los primeros, la proporción de mortero es siempre menor. Claro es que, á igualdad de condiciones, los hormigones áridos son más económicos que los grasos, pero en cambio tienen siempre  mayor  número de huecos; la elección de uno ú otro dependerá de las condiciones á que la obra deba satisfacer.

Algunos hormigones áridos pueden hacerse impermeables y adquirir una resistencia comparable á la de los grasos por un apisonado enérgico, condición que no deja de ser esencial para alcanzar la impermeabilidad en los hormigones grasos.

Suponiendo que se emplea para obtener hormigón la piedra partida, el hormigón ordinario se obtiene mezclando 1 volumen de piedra con 0,50 volúmenes de mortero. Los hormigones grasos más empleados se obtienen batiendo los volúmenes de mortero y piedra en las relaciones de 1 : 1, de 2 : 3 y de 3 : 5; siendo los volúmenes necesarios de mortero y piedra para obtener un metro cúbico de hormigón 0^m3,67 y 0^m3,67, 0^m3,57 y 0^m3,86, y 0^m3,55 y 0^m3,91, respectivamente. Los hormigones áridos más empleados son los de 1 : 3, 1 : 4 y 1 : 5; y los volúmenes necesarios, 0^m3,33 y l^m3,00, 0^m3,25 y  l^m3,00, y 0^m3,20 y  l^m3,00, respectivamente. Si en lugar de la piedra partida se emplearan cantos rodados, debería disminuirse la proporción de mortero con relación al volumen de los huecos.

Llamando 1/m la relación entre los volúmenes de mortero y piedra, x al volumen del primer material, é y al del segundo, necesarios para obtener un metro cúbico de hormigón, y p á la proporción de macizos en un volumen de piedra; los volúmenes de mortero y piedra necesarios para obtener un  volumen de hormigón en los hormigones grasos ú ordinarios se determinan por las fórmulas

y = m / pm + 1             y              x = 1 / pm + 1

En los hormigones áridos entrará siempre un metro cúbico de piedra y el volumen de mortero que corresponda al valor de la relación 1/m.

Según la naturaleza de los morteros, los hormigones pueden ser ordinarios ó hidráulicos; en los primeros el mortero está formado de cal grasa y arena, y en los segundos de cal hidráulica, cemento ó puzolana y arena. Pero no siempre son éstos los materiales empleados, pues en ocasiones los morteros son sustituidos por betunes asfálticos ó resinosos, mientras que otras veces es la grava la que se reemplaza por fragmentos de ladrillos que se han vitrificado demasiado en el horno, llamados santos, ó por escorias procedentes del beneficio de los metales. Por último, mezclando 10 partes en volumen de pasta de cal ordinaria ó hidráulica, 45 de arena y 45 de arcilla se obtiene una especie de hormigón llamado hormigón de arcilla, que sustituye con ventaja al tapial y que se emplea en la construcción de presas de tierra, cuando está defendido de la acción de las aguas, que lo deslava y deshace.


Resistencia del hormigón.—

Por las condiciones especiales en que se fabrica el hormigón en los laboratorios, los resultados obtenidos en los ensayos de resistencia tienen poco valor práctico, pero se admite que es igual á la de los morteros de que se componen; hipótesis justificada por el hecho de que la adherencia de los morteros con las piedras es superior, en general, á la que presentan las mismas pastas.


Lechadas.—

Por muchas que sean las precauciones que se tomen al sumergir el hormigón en los recintos que lo han de contener, se forma siempre cierta cantidad de materia llamada lechada que ofrece muchos inconvenientes. Es una especie de cal desleída ó cemento proveniente del mortero que se mezcla con el fango arcilloso que tiene el agua en suspensión ó que está adherido á las piedras y contrae con él, al parecer, una combinación química, que no está bien estudiada. Posee el aspecto de un precipitado lechoso, que se ve aparecer en el interior del líquido en el momento que se echa el hormigón y que se dirige lentamente hacia el fondo. La lechada no es hidráulica; permanece siempre blanda y fangosa, y se deposita en las desigualdades de las capas de hormigón ya colocadas, impidiendo traben con las siguientes.

En absoluto no se puede evitar la formación de lechadas; pero es factible disminuir su importancia, empleando buenos métodos de inmersión y procurando darles salida, ya dejando conductos en los recintos por donde pueda escaparse, si el agua tiene algún movimiento, ya haciendo que se reúnan en el fondo de un sumidero, de donde se extraen con auxilio de una bomba.

Si el hormigón se sumerge en agua salada, se producen precipitaciones de sales que estaban disueltas, aumentando la entidad de las lechadas, complicando aún más la explicación teórica de su formación.


Manipulación del hormigón.—

En una misma fábrica de hormigón se debe procurar que las piedras sean de igual tamaño, pues así traban mejor las capas y se construye una masa más homogénea. Debe cuidarse muy especialmente de que la piedra esté libre de substancias terreas ó arcillosas, y cuando no reúnan esta cualidad lavarlas, bien en carretillas de fondo calado, bien en depósitos de agua, donde se sumergen con espuertas.

La fabricación del hormigón tiene por objeto rodear de mortero las piedras y conseguir que aquél llene los huecos de ésta. El hormigón puede hacerse á brazo, en carretones ó en máquinas llamadas hormigoneras.

Para la manipulación del hormigón se comienza por establecer un área plana, que se cubre con tablones, ladrillos, losas, etc., donde se echan los ingredientes y se baten; pero otras veces el batido tiene lugar en albercas de madera.

La mezcla de los ingredientes puede hacerse de varios modos: unas veces se mezclan en seco la arena y el aglomerante, echando después la piedra y el agua necesaria, batiendo enérgicamente el conjunto; en otras ocasiones se forma primero el mortero y luego se agrega la piedra, removiendo de nuevo el conjunto; en fin, otras veces se mezclan en seco la arena, la piedra y el aglomerante, y después se agrega el agua, batiendo enérgicamente la masa obtenida.

El batido se hace con rastras (fig. 33), con las que los operarios llevan hacia sí los ingredientes, van en seguida al costado opuesto y vuelven á traer los materiales que acaban de dejar, continuando así hasta que termina la operación.

Uno ó más trabajadores van recogiendo los materiales que se separan al efectuar el batimiento y los incorporan á la mezcla.


Fabricación en carretones.—

La fabricación en carretones puede ser ventajosa, cuando por circunstancias especiales no es posible disponer el taller de fabricación del hormigón en sitio próximo al de su empleo, porque entonces basta cargar los ingredientes, ó mejor, la piedra y el mortero, en carretones cuya caja llegue casi al suelo, para que el eje de las ruedas lo atraviese. En este eje van montadas varias paletas, que se mueven al mismo tiempo que las ruedas si éstas están acuñadas al eje, verificándose la mezcla á la vez que se transportan los materiales.

Hormigoneras.—

Entre las máquinas más antiguas de fabricar hormigón se encuentran las máquinas de cajones, que se componen de 8 ó 10 capacidades de hierro (fig. 34), montadas en una armazón de madera, de modo que cada una pueda girar alrededor de un eje horizontal cuando se actúa en una palanca de madera unida á ella. Delante del aparato se colocan los materiales por capas alternadas, de donde se cogen con una pala y se echan al primer cajón, que cuando está lleno se vuelca sobre el segundo, éste sobre el tercero y así  sucesivamente  hasta llegar al último, en que el hormigón estará perfectamente batido. Si la máquina está bien colocada, por el giro del último cajón el hormigón deberá caer en el lugar de su empleo; pero en caso contrario se vierte sobre el suelo, donde luego se recoge, ó directamente sobre el medio de transporte que se emplee. El movimiento de los cajones puede hacerse casi continuo, consiguiéndose que cada uno esté lleno inmediatamente después de vaciado; necesitándose diez hombres para su manejo. De este modo se obtienen de 30 á 45 metros cúbicos de hormigón en diez horas de trabajo.

La hormigonera de Krantz (fig. 35), empleada por primera vez en el puerto de Argel, se reduce á una caja de madera, de forma de prisma rectangular, de 2^m,00 á 2^m,50   de altura, cuya sección es de 1^m,00 x 0^m,80, abierta en sus bases, y con 3 ó 5 planos inclinados de madera forrada de palastro, colocados como puede verse en la figura. Los ingredientes se echan por la parte superior, chocan en los planos inclinados intermedios y salen por una abertura lateral de 0^m,60 de altura, situada en la parte inferior de la hormigonera, después de batidos. Para que se efectúe bien el amasijo conviene que el cajón esté lleno hasta un cuarto de su altura á partir de la base inferior y que la presión de nuevas porciones obligue á salir á la allí depositada: en esta forma se obtienen muy buenos resultados, pudiéndose producir de 50 á 60 metros cúbicos en diez horas de trabajo.

La hormigonera de Schlosser consiste en un tubo cilindrico y vertical, de palastro grueso, que tiene de 2^m,00 á 2^m,50 de altura y 0^m,50 de diámetro, y que lleva en su interior 30 hierros redondos de un centímetro de diámetro, colocados equidistantes de modo que sus ejes sean las generatrices de un helicoide de plano director, cuyas directrices sean el eje del cilindro y una hélice de 0^m,50 de paso. El tubo cilindrico termina inferiormente en un tronco de cono de 0^m,30 de altura, cuya base superior es la del cilindro y la inferior de 0^m,28 de diámetro; esta última lleva una puerta que se mueve en un plano perpendicular al eje y que se puede abrir ó cerrar según convenga. En la parte superior tiene el aparato tres ó cuatro argollas por las que se suspende de las vigas del suelo, en que se disponen y miden los ingredientes. Esta hormigonera funciona lo mismo que la de Krantz, pero es más fácil la carga del material preparado, pues todo se reduce á dejar abierta la puerta mientras se llena una carretilla que se coloca debajo y cerrarla cuando esto ocurra.

Una de las mejores hormigoneras para trabajos de importancia es la de Carrey, empleada en la construcción del puerto de Bilbao, que se reduce á un cilindro horizontal (fig. 36) que gira alrededor de su eje con una velocidad de 20 á 30 vueltas por minuto; en su interior hay dispuestas hélices muy alargadas que contribuyen á la mezcla de los ingredientes y los hacen pasar de una extremidad á otra del cilindro. Dos norias elevan una la arena y la otra la piedra en proporciones determinadas y las vierten en el cilindro; el cemento se echa en una tolva y un tornillo lo arroja al cilindro, también en la proporción que se desee. En la primera mitad de la longitud del cilindro se baten los materiales en seco, y en la segunda mitad después de humedecidos, para lo cual el agua entra en el punto medio del cilindro por un tubo unido á su eje, que está en comunicación con un depósito de nivel constante.

Figura 36



Figura 36 bis.

La hormigonera alemana  (fig. 37) se compone de un tambor de palastro que gira alrededor de su eje, que encierra bolas muy pesadas, que son las que efectúan la mezcla.

Figura 37.

La tolva con que se llena el tambor recibe la piedra, la arena y la cal ó cemento necesarias para una carga, que pueden dosificarse á mano ó como en la hormigonera antes descripta, y caen, cuando se abre la puerta de la tolva, en el tambor á través de una parrilla que impide la salida de las bolas durante la descarga del hormigón; cerrada la puerta que tapa la parrilla, se pone el tambor en movimiento, haciéndose la mezcla en seco durante dos minutos; en seguida por un tubo en comunicación con el eje del tambor, que es hueco y provisto de oriñcios, se introduce el agua necesaria y se hace girar nuevamente al aparato durante tres minutos, bastando, transcurrido dicho plazo, abrir la puerta que tapa la parrilla, cuando ésta ocupa la parte más baja del cilindro, para hacer la descarga. Para la carga se requieren de dos á tres minutos, se emplean cinco en el batido y de uno á dos para la descarga, pudiéndose producir de 40 á 50 metros cúbicos en diez horas de trabajo.


Empleo del hormigón en obra.—

Al colocar en obra los hormigones, hay que tener especial cuidado en no removerlos con la pala, ni arrojarlos de modo que tengan que recorrer un cierto espacio por el aire, porque en ambos casos se separa la piedra del mortero. Cuando no haya más remedio, por el emplazamiento de la hormigonera, que hacerlo recorrer un cierto espacio, conviene transportarlo en cubos ó cestos, ó hacerlo pasar por las hormigoneras Schlosser, que pueden reducirse á tubos cilindricos que se llenan de hormigón para evitar la caída que en ellos puede tener lugar; consiguiéndose su salida por levantamientos lentos del tubo.

El hormigón debe ser comprimido por apisonamiento, pero en los hormigones grasos no es necesario que sea tan enérgico como en los áridos, para conseguir en ambos casos que el agua afluya á la superficie de apisonado; siendo de advertir que esta observación se refiere á los amasados con poca agua, pues si ésta es excesiva, al afluir el agua puede arrastrar parte del aglomerante, con perjuicio de la homogeneidad del hormigón.

Para disminuir la formación de lechadas conviene sumergir el hormigón en el agua usando las cajas que se describen en el curso de cimientos, ó los tubos antes citados, que en este caso deben formarse por trozos de la altura de las tongadas del hormigón, y llenarlos de hormigón con mayor altura que la correspondiente á la carga de agua, para evitar que el hormigón se deslave.