Introducción al Hormigón Liviano

El hormigón liviano es una hormigón de baja densidad, que no excede los 1800kg/m³. Su bajo peso se debe a la incorporación de aire o áridos livianos de modo de reducir la densidad del elemento. Estos áridos pueden ser áridos de origen natural o artificial.

PROPIEDADES

Áridos de origen natural:Corresponden a materiales en los cuales ha quedado aire atrapado en su interior durante su proceso de formación. Esta situación de presenta, por ejemplo, en las rocas de origen volcánico, como ser las lavas y las piedras pómez, siendo este ultimo el árido liviano mas utilizado.

Con estos materiales de origen natural, el rango de densidades obtenidos es mas bien alto, cercano al limite superior de la densidad definida como máxima para los hormigones livianos. Otro tipo de áridos de origen natural constituye los originados mediante deshechos de la madera, entre los cuales se cuentan las virutas y el aserrín.

La obtención de hormigones livianos con este tipo de áridos debe considerar especialmente el efecto retardador que algunos tipos de madera ejercen sobre el fraguado de la pasta de cemento, debiendo preverse en algunos casos el tratamiento de estos materiales para atenuar o inhibir los efectos señalados.

Áridos Livianos de Origen Artificial: Los áridos de origen artificial corresponden a materiales especiales, tales como pizarras, arcillas, esquistos, los que al ser tratados mediante calor hasta su fusión incipiente y producirse en su interior desprendimiento de gases de los materiales que los constituyen, se expanden, disminuyendo su densidad. La producción de este tipo de áridos requiere de una metodología muy estudiada para definir si un determinado material tiene características que lo transformen en expandible y las condiciones en que esta expansión puede producirse.

Se cuentan también en este tipo de áridos los provenientes de la escoria granulada de alto horno, la cual en condiciones apropiadas de enfriamiento puede producir áridos de baja densidad. En este tipo de árido debe examinarse con cuidado su contenido de cenizas, pues estas pueden ejercer efectos nocivos sobre la pasta de cemento.
Los áridos livianos de origen artificial permiten obtener hormigones de menor densidad y mayor resistencia que los de origen natural.

Las ventajas del hormigón liviano radican principalmente en la aislación térmica de la vivienda debido a su baja densidad, una pequeña aislación acústica y como propiedades estructurales, al tener menor peso, esto se convierte en una reducción de la masa sísmica.

DISEÑO ESTRUCTURAL

Desde el punto de vista del diseño estructural, el hormigón liviano se rige también por el manual ACI 318S-05. Su comportamiento se ha demostrado que es similar al hormigón de peso normal, tanto es así, que el diseño de elementos sometidos a flexión y carga axial se realiza de la misma forma que para elementos de hormigón de peso normal.
Sin embargo se hace necesario que se deban realizar ciertas modificaciones en el diseño de elementos de hormigón sometidos a corte y torsión, los cuales han sido señalados en el manual ACI 318S-05 y que a continuación se mencionan.
Resistencia a Tracción por hendimiento, fct. (Sección 5.1.4)
ACI indica que la resistencia a tracción por hendimiento fct, debe ser obtenida mediante ensayos, de acuerdo con “Standard Specification for Lightweight Aggregates for Structural Concrete (ASTM C330)”. Según los requerimientos de ASTM C330, hormigones de concreto liviano deben tener una resistencia mínima a tracción de 2.0MPa.

Resistencia a Corte y Factores de Reducción. (Sección 11.2)
Desde el punto de vista del corte, el hormigón liviano se comporta de la misma forma que el hormigón normal. En ambos casos la resistencia de la tensión diagonal es determinada en un principio por la capacidad del hormigón solamente, sin aporte de refuerzo de acero.
Debido a que la mayoría de los hormigones en construcción alcanzan su resistencia secados al aire libre, es que los hormigones livianos generalmente tendrán una menor resistencia a tracción que un hormigón de peso normal a igual resistencia a compresión.
La resistencia al corte es posible obtenerla directamente de la resistencia a tracción por hendimiento fct. Es por ello que para el diseño al corte y torsión de elementos de hormigón liviano, deben modificarse las expresiones indicadas en el ACI 318, reemplazando el factor √f’c, por 1.8 fct, pero el valor de 1.8fct no debe exceder √f’c.
De todas formas, el ACI indica que para el caso en que no se cuente con este valor, para diseño es posible emplear relaciones en función de √f’c. En este sentido, investigaciones de la resistencia a tracción por hendimiento en hormigón liviano han mostrado un incremento en la resistencia cuando se utiliza arena natural en vez de agregados finos. Es por ello que ACI señala que se deben utilizar los siguientes factores de reducción para el cálculo de la resistencia al corte.
Concreto liviano con arena normal: 0.85
Concreto liviano sin arena normal: 0.75

Largo de Desarrollo, ld (Sección 12.5.2)

Debido a la baja resistencia de partícula del hormigón liviano, ACI 318 requiere que los largos de desarrollo sean incrementados por un factor l=1.3.
Debido a que las fallas por pérdida de anclaje de barras es una falla frágil, se debe disponer suficiente anclaje para evitar este tipo de falla.

Módulo de Elasticidad.

El módulo de elasticidad es función de la densidad del material y la resistencia a compresión del hormigón. La fórmula indicada en el ACI 318S-05, define esta relación.
Ec=wc^1.5·0.043·√f`c

Análisis de deformaciones.

En el análisis de deformaciones de losas, se debe utilizar el módulo de inercia efectiva, el cual es en directamente proporcional al módulo de rotura fr.
fr= 0.7√f’c
ACI señala que para hormigones livianos, el valor de √f’c debe reemplazarse por 1.8fct, tal como se indicó en el punto 4.1.2. Con este requisito el valor de fr se verá reducido.

Otro factor importante es el valor de la elasticidad que como se vió en el punto 4.1.4, en hormigones livianos este valor es menor que para hormigones de peso normal. Por lo tanto, en el caso de que se emplee hormigón liviano en losas de edificaciones, para igual espesor de losas las deformaciones serán mayores que en hormigones livianos.

Visto desde otro punto de vista, para cumplir con los mismos límites de deformaciones se requerirá emplear un espesor mayor de losa en hormigones livianos que en hormigones de peso normal, lo que implicaría realizar un análisis técnico económico para determinar si es conveniente su utilización.

Capítulo 21 ACI.

En Chile los elementos tipo muro debe ser diseñados para casos sísmicos, es por ello que se debe cumplir con lo señalado en el capítulo 21 del ACI. Si bien es posible obtener hormigones livianos de alta resistencia, el ACI en la sección 21.2.4.2, limita la resistencia a compresión a 35MPa. Esto se debe a la falta de información del comportamiento de elementos de hormigón liviano a cargas cíclicas. En el caso de que se cuente con mayor cantidad de datos experimentales será posible aumentar dicha resistencia.

Señala que los largos de desarrollo deben incrementar un 25% respecto a hormigones de peso normal, de modo de compensar la falta de adherencia de barras en diferentes tipos de hormigones livianos.