concreto – El blog de Víctor Yepes

Vibradores externos para encofrados de hormigón

Figura 1. Vibrador eléctrico externo. https://beka.cl/ar26-vibrador-externo-wacker-neuson

La compactación del hormigón mediante vibración externa se lleva a cabo transmitiendo la vibración al hormigón a través del encofrado o molde que lo contiene. El propósito de expulsar burbujas para obtener la mayor compacidad posible en el hormigón. Se puede adaptar a propósito al dispositivo vibratorio incorporado. El vibrador externo contribuye a compactar de manera uniforme toda la masa de hormigón, garantizando un proceso completo en lugar de focalizarse únicamente en algunas áreas. Es especialmente eficaz en zonas de difícil acceso, como zonas densamente armadas, ya que la vibración se transmite a través de todo el encofrado de hormigón y, consecuentemente, al hormigón fresco en su totalidad.

Los vibradores adosados al encofrado son menos eficaces que los vibradores internos, ya que parte de la energía aplicada es absorbida por los moldes; sin embargo, resultan muy útiles para la compactación en ciertos elementos estructurales, como muros poco inclinados y columnas muy reforzadas, donde es difícil o imposible utilizar vibradores de inmersión. En tales situaciones, se utilizan pequeñas unidades portátiles que se aseguran de forma rígida al encofrado.

Su ámbito de aplicación más común es en la prefabricación, donde generalmente se utilizan hormigones de resistencias secas. Ante la vibración del encofrado, que debe ser principalmente metálico, la masa de hormigón responde en función de su granulometría y de la cantidad de agua presente. El mortero permite pequeños movimientos de acomodo de los agregados gruesos, pero limita los desplazamientos excesivos. Si la viscosidad del mortero no es la adecuada, existe el riesgo de segregación del agregado grueso. Al finalizar la acción del vibrado externo, aparece una capa brillante y húmeda sobre la superficie del hormigón.

Para llevar a cabo esta técnica de compactación, se emplean vibradores de encofrado que se fijan firmemente a soportes sólidos en el exterior del encofrado. Esto implica el uso de encofrados robustos, preferiblemente metálicos, y asegurados con abrazaderas o rigidizadores para evitar movimientos durante el proceso de vibración. En términos generales, una placa de acero con un espesor de 5 a 10 mm suele ser adecuada cuando se cuenta con una adecuada rigidización mediante nervios transversales. Estos vibradores se utilizan principalmente en prefabricados de gran tamaño con encofrados adecuadamente reforzados, y ocasionalmente en obras “in situ” en áreas donde los vibradores de inmersión no son viables o cuando el hormigón está demasiado seco. Para encofrados verticales, es aconsejable utilizar apoyos de neopreno u otros elastómeros para evitar la transmisión de vibraciones a la base o al terreno. Esto ayuda a prevenir la formación de aberturas en las juntas que podrían ocasionar pérdidas de lechada.

Generalmente, se utilizan para secciones de hormigón con un espesor que no excede los 30 cm. Cuando el espesor es mayor, se recomienda complementar la vibración en el encofrado con la utilización de vibradores internos, a menos que se trate de elementos prefabricados, donde a veces se han obtenido resultados satisfactorios para secciones de hasta 60 cm de espesor.

Figura 2. Disposición de vibradores externos de encofrado. https://web.icpa.org.ar/wp-content/uploads/2019/04/Compactacion-del-hormigon-jul2016.pdf

Tipos de vibradores externos de encofrado

Los vibradores externos de encofrado más comunes se dividen en dos tipos principales: rotatorios y de reciprocidad.

Vibradores rotatorios: son equipos que generan principalmente un movimiento armónico simple con componentes tanto en el plano del encofrado como ortogonal al mismo. Normalmente, operan con frecuencias entre 6.000 y 12.000 r.p.m. Al igual que los vibradores internos, pueden ser neumáticos, hidráulicos o eléctricos. En los dos primeros, la fuerza centrífuga se logra mediante el giro de una masa excéntrica, mientras que en los eléctricos, las masas excéntricas están ubicadas en cada uno de los árboles del motor.
Vibradores de reciprocidad: son equipos que operan mediante un pistón que se acelera en una dirección hasta detenerse al impactar contra una placa de acero, para luego ser acelerado en dirección opuesta. Por lo general, son de tipo neumático y su frecuencia oscila entre 1.000 y 5.000 r.p.m. Estos sistemas generan impulsos que actúan perpendicularmente al encofrado.

Los vibradores eléctricos externos ofrecen una alternativa fiable a los dispositivos de vibración neumática, abordando eficazmente dos desafíos principales en aplicaciones de encofrado de hormigón: el ruido y el consumo de energía.

Los vibradores neumáticos pueden generar un nivel de ruido considerable, alcanzando hasta 105 dB(A) incluso en condiciones de vacío. Esto implica que los usuarios deben tomar precauciones cuando el nivel de ruido en el lugar de trabajo excede los 90 dB(A). Por contra, los vibradores eléctricos mantienen su nivel de ruido constantemente por debajo de los 80 dB(A), eliminando la necesidad de tomar medidas adicionales.

Es importante considerar que cuando no hay operarios presentes cerca de los vibradores, la presión sonora se reduce en 3 dB(A) al duplicar la distancia a la fuente. Por lo tanto, una medición estándar de presión acústica de 105 dB(A) tomada a una distancia de 1 m sigue siendo lo suficientemente alta como para superar los 90 dB(A) en un radio de acción de 32 m.

El uso del encofrado conlleva un notable aumento en el nivel de ruido, especialmente al inicio del vertido del hormigón, donde se pueden alcanzar fácilmente los 120 dB(A). Este efecto también se observa en los vibradores eléctricos, aunque la diferencia inicial mínima es de al menos 15 dB(A). Sin embargo, es esencial recordar que los estándares establecidos por el R.D. 286/2006, de 10 de marzo, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente a los riesgos asociados con la exposición al ruido, se refieren al nivel diario equivalente. En consecuencia, es necesario evaluar el tiempo total de exposición del operario al ruido en lugar de simplemente considerar los niveles instantáneos medidos, limitando esta exposición a un máximo semanal. Por ejemplo, una exposición de 15 minutos diarios a un nivel de 120 dB(A) resultaría en un nivel de presión sonora equivalente de 105 dB(A). Esto implica que el nivel de 90 dB(A) se superaría en un radio de acción de 32 m.

En cuanto al consumo de energía de los equipos, aunque cada situación requiere un análisis individualizado, la realidad es que la relación entre la solución eléctrica y la neumática es de 1 a 20. Por lo tanto, el diferencial de costos entre ambas soluciones se amortiza en menos de un año en condiciones normales de trabajo. De hecho, el uso de un sistema de vibradores eléctricos se vuelve rentable en un plazo máximo de 5 años, gracias al ahorro de energía al cambiar de la solución neumática a la eléctrica. Los defensores de los vibradores neumáticos han argumentado a su favor, afirmando que estos pueden permanecer instalados en los moldes durante el curado con vapor, mientras que los eléctricos no. No obstante, los vibradores eléctricos actuales se diseñan para que puedan operar en atmósferas de vapor, eliminando la necesidad de desmontarlos durante el proceso de curado.

Consideraciones sobre los moldes

El diseño del molde no solo influye en la carga dinámica soportada por la acción de los vibradores, sino que también impacta en su durabilidad y eficiencia. Desde el punto de vista de la resistencia de los moldes, es crucial evitar que la frecuencia de excitación de los vibradores coincida con la frecuencia propia del molde, lo que ayuda a minimizar la carga dinámica inducida por la vibración en la estructura metálica.

La relación entre la frecuencia de los vibradores y la frecuencia propia del molde determina la amplificación dinámica experimentada por la estructura. La frecuencia de funcionamiento debe superar la frecuencia propia del molde, con una relación que exceda el valor de 3 para alcanzar factores de amplificación por debajo de 0,125. El límite inferior de esta frecuencia propia está determinado por la resistencia del molde.

Ubicación de los vibradores

Es esencial considerar que los puntos de anclaje de los vibradores en la estructura del molde deben coincidir con los rigidizadores, o sobre dispositivos especiales, evitando situarlos sobre la chapa del molde. De lo contrario, las tensiones localizadas que se pueden generar cerca del vibrador podrían provocar el colapso del encofrado. Por lo tanto, la disposición de los vibradores está determinada principalmente por la ubicación y distribución de los rigidizadores. Los vibradores se instalan con su eje perpendicular al eje de mayor inercia de los refuerzos del molde. En encofrados verticales, la distancia entre vibradores se encuentra comprendida entre 1,5 y 2,5 m. Además, al emplear vibradores eléctricos en encofrados de membrana, es importante tomar las precauciones necesarias para prevenir el sobrecalentamiento y el riesgo de incendio.

Selección de los vibradores

La selección de los vibradores implica considerar varios parámetros:

Amplitud: Influye en la compactación y no debe ser inferior a 0,04 mm.
Aceleración: La compactación efectiva del hormigón ocurre dentro del rango de 0,5 a 3 g; niveles superiores no mejoran el proceso. Está relacionada con la fuerza centrífuga generada por el vibrador.
Frecuencia: El alcance de la vibración es proporcional a la frecuencia.

Teóricamente, se deberían combinar estos tres parámetros para obtener una amplitud alta, una fuerza centrífuga elevada y una frecuencia entre 6.000 y 9.000 r.p.m. Sin embargo, en la práctica, es necesario encontrar un compromiso. Por ejemplo, dado que la amplitud es inversamente proporcional a la frecuencia, no conviene seleccionar vibradores con una frecuencia excesivamente alta, pues esto limitaría la amplitud.

Para abordar esta dificultad, existen equipos con una función de doble frecuencia. Este vibrador de masa móvil se conecta a través de un variador de velocidad electrónico, permitiendo alcanzar una frecuencia de 3.000 r.p.m., lo que implica una amplitud elevada que facilita el llenado de los moldes y su rápida compactación. Al activar el vibrador en sentido opuesto, el variador ajusta la frecuencia a 6.000 r.p.m., reduciendo así la amplitud. Este proceso de “revibrado” permite redistribuir los áridos más finos en el hormigón y mejorar la calidad superficial del producto final.

En el caso de vibradores externos para encofrados verticales, para hormigones de consistencia seca se prefuere una frecuencia inferior a 6.000 r.p.m., una amplitud mayor a 0,13 mm y una aceleración transmitida a los encofrados verticales de 1 a 2 g. En el caso de consistencia plástica, la frecuencia será mayor a 6.000 r.p.m., la amplitud menor a 0,13 mm y la aceleración de 3 a 5 g.

Consideraciones en el uso de vibradores externos de encofrado

Se destacan los siguientes puntos:

Se debe verificar que todas las juntas, tanto dentro como entre los tableros, estén bien ajustadas y selladas. El encofrado tiende a moverse más que cuando se utilizan atizadores, lo que podría permitir que la lechada se filtre por la más mínima de las aberturas.
Es importante asegurarse de que los vibradores estén firmemente sujetos o atornillados a los soportes y se supervisen constantemente durante su uso. De lo contrario, las vibraciones no se transmitirán completamente al encofrado y al hormigón.
El hormigón se deberá verter en pequeñas cantidades dentro de las secciones para lograr capas uniformes de aproximadamente 150 mm de espesor. Esto ayuda a evitar la incorporación de aire a medida que aumenta la carga.
Todos los accesorios deben estar bajo observación constante, preferiblemente atornillados en lugar de clavados, especialmente las tuercas de los pernos, que pueden aflojarse fácilmente debido a la vibración intensa. También se debe monitorear cualquier pérdida de lechada de hormigón y sellar las fugas siempre que sea posible.
Cuando sea posible, los 600 mm superiores del hormigón en un muro o una columna se compactarán utilizando un atizador; si esto no es factible, se compactará manualmente o mediante paleo hacia abajo sobre la cara del encofrado. Los vibradores externos pueden crear espacios entre el encofrado y el hormigón; mientras que en las capas inferiores estos espacios se cierran gracias al peso de las capas superiores de hormigón, en la última capa pueden permanecer abiertos, lo que podría deformar la superficie.

Os dejo a continuación un artículo sobre la prevención de daños por el uso de vibradores externos en piezas prefabricadas.

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Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Hormigón al vacío

El hormigón al vacío (vacuum concrete, en inglés) es una técnica concebida por primera vez por Billner en Estados Unidos en 1935, aunque no entró en Europa la técnica hasta los años 50 del siglo pasado. Persigue mejorar la resistencia y durabilidad del material y que implica la eliminación del exceso de agua de hidratación del cemento mediante presión de vacío antes de que comience el fraguado del hormigón. Esta acción conlleva una notable disminución en la relación agua/cemento (a/c) efectiva, lo que conlleva una mejora significativa en el rendimiento del hormigón. Aunque la reacción química entre el cemento y el agua requiere una relación a/c inferior a 0,38 para una óptima resistencia, la relación empleada suele ser mayor para mejorar su manejabilidad, sirviendo esta agua adicional para lubricar los componentes del hormigón fresco. Este exceso de agua crea poros capilares en el hormigón que aumentan su permeabilidad y reducen su resistencia.

La tecnología del hormigón al vacío resuelve este dilema, permitiendo tanto la trabajabilidad como la alta resistencia. Utiliza una bomba de vacío para aspirar el exceso de agua después de colocar y compactar el hormigón, lo cual puede suponer extraer entre el 10 % y 25 % del agua y aumentar la resistencia a compresión entre un 20 % y un 40 %. Las resistencias a los 7 días con vacío son aproximadamente las mismas que las obtenidas a los 21 días. Esta técnica es efectiva para una variedad de aplicaciones como suelos industriales, aparcamientos y losas de puentes. Tras aplicar el vacío, es posible caminar sobre la losa sin dejar rastro alguno, lo que elimina la necesidad de esperar períodos de tiempo. Los componentes clave incluyen una bomba aspiradora, un separador de agua, una almohadilla de filtración y un vibrador de placa de solera, que trabajan en conjunto para controlar la cantidad de agua eliminada y garantizar la calidad del hormigón resultante.

El efecto del vacío no se limita únicamente a la eliminación del exceso de agua, sino que también contribuye a llenar posibles huecos mediante la presión atmosférica. El vacío se logra mediante una bomba capaz de generar una depresión de 0,7 a 0,8 atmósferas. La duración de la aplicación del vacío varía según la consistencia inicial y el espesor del hormigón empleado. En la práctica, para elementos delgados como losas, muros o tuberías, el tiempo de aplicación del vacío suele ser de 10 a 20 minutos, mientras que para elementos de mayor grosor puede extenderse hasta 40 minutos. La temperatura mínima requerida para este proceso con hormigón es de 10 °C. Sin embargo, no todos los tipos de hormigón son adecuados para aplicar el vacío. Existe el riesgo de bloqueo superficial, que se refiere a la congestión de finos en la superficie que puede impedir el desarrollo del proceso. Por esta razón, el contenido máximo de cemento se limita a 350 kg/m³.

En este procedimiento, el hormigón se vierte en encofrados con una cara perforada, y el exceso de agua se extrae por succión a través de las perforaciones mediante una bomba de vacío. Los encofrados especiales empleados en este proceso consisten en una delgada cámara de baja altura cuya superficie en contacto con el hormigón es permeable, ya sea mediante una rejilla metálica o un tejido de caucho perforado. Las otras caras de la cámara son impermeables, con excepción de unas aberturas estratégicamente ubicadas a través de las cuales se genera el vacío en su interior. Estas aberturas, por lo general, se encuentran en la cara inferior del encofrado. Este método confiere al hormigón una notable cohesión, lo que facilita un desencofrado rápido.

Figura 2. Deshidratación al vacío del hormigón. https://industrysurfer.com/blog-industrial/construccion/hormigon-al-vacio-tecnologia-equipamiento-ventajas/

En una masa de hormigón recién vertida en un encofrado, existe cierto nivel de presión, derivado de la carga del hormigón fresco por encima del nivel considerado y de la presión atmosférica. Esta presión se divide en dos componentes: una presión intergranular, sostenida por el armazón o esqueleto formado por los áridos, y una presión intersticial, sostenida por el líquido que ocupa los espacios vacíos, es decir, el agua en la que están suspendidas las partículas de cemento.

El principio del tratamiento radica en eliminar o, al menos, reducir significativamente la presión intersticial al comunicar la matriz fluida del hormigón fresco, a través de un filtro, con una fuente de vacío. Sin embargo, es importante destacar que la presión total en el hormigón no se ve alterada, dado que la aplicación del vacío no afecta ni a la masa de hormigón sobre el nivel considerado ni a la presión atmosférica externa.

En estas circunstancias, la primera componente, es decir, la presión intergranular, experimenta un aumento repentino, lo que provoca que el armazón rígido se vea obligado a soportar lo que previamente sostenía el líquido. Como resultado, el esqueleto se compacta en busca de un nuevo equilibrio, reduciendo así sus espacios intersticiales y expulsando el exceso de agua, que se desplaza entre los granos hacia el filtro. Esta contracción persiste hasta que los áridos alcanzan la máxima compacidad compatible con su granulometría, momento en el cual cesa la compactación. En el caso de un recipiente, se observa cómo la superficie libre del hormigón desciende algunos centímetros durante este proceso de contracción.

El hormigón al vacío ofrece una serie de ventajas significativas, como un aumento de su resistencia final, la posibilidad de retirar los encofrados de los muros de forma más temprana, así como la combinación de trabajabilidad y resistencia gracias a la deshidratación mediante vacío. Además, presenta una alta durabilidad y densidad, junto con una reducción notable en la permeabilidad y en el tiempo requerido para el acabado final. También se observa un aumento del 20% en la resistencia de adherencia, facilitando su aplicación en trabajos de repavimentación y reparación. Asimismo, la reducción del agua reduce notablemente la retracción, con lo que se pueden separar las juntas hasta 20 m en pavimentos. Sin embargo, estas ventajas vienen acompañadas de algunos inconvenientes, como el consumo de energía y la necesidad de equipos específicos, lo que conlleva un costo inicial elevado y la necesidad de contar con mano de obra especializada. Además, la porosidad del hormigón puede permitir la filtración de agua, aceite y grasa, lo que podría debilitar la estructura con el tiempo.

En la Figura 3 se puede observar que el beneficio de la deshidratación del hormigón es más acusado en la capa superior que en la inferior. Por encima de 150 mm de profundidad, el efecto de este procedimiento es poco significativo. Por tanto, a efectos de mejora de resistencia, de reducción de poros y aumento de la durabilidad, esta mejora es particularmente evidente en las áreas donde más se necesita. Incluso, este procedimiento permite un aumento en la capa superficial de las soleras de hormigón que puede, en algún caso, competir con capas de rodadura.

Figura 3. Efecto de la deshidratación por vacío del hormigón. https://theconstructor.org/concrete/vacuum-concrete-techniques-equipments-advantages/6867/

Os dejo a continuación un artículo interesante sobre los primeros años de esta técnica en Colombia.

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Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Secuencia del curado del hormigón y duración de las diferentes etapas

https://www.yura.com.pe/blog/curado-concreto-primera-parte/

Tradicionalmente, se ha considerado el curado como un proceso que se lleva a cabo después de la colocación y el acabado del hormigón. Sin embargo, es esencial comprender que el curado debe comenzar en el momento en que la superficie del hormigón comienza a secarse. Esto sucede cuando el agua de exudación se evapora más rápido de lo que puede ascender a la superficie. Estas condiciones pueden ocurrir, incluso antes de completar el acabado del hormigón, lo que permite distinguir diversas fases en el proceso de curado. La norma ACI 308 R señala que, debido a las distintas etapas por las que pasa el hormigón desde su elaboración hasta que la estructura adquiere las propiedades de diseño, es necesario distinguir tres fases de curado a lo largo del tiempo: curado inicial, curado intermedio y curado final.

Curado inicial

El curado inicial abarca desde la colocación hasta el acabado del hormigón y trata de evitar la pérdida de humedad de la superficie. Si el acabado se realiza justo después de que desaparezca el agua de exudación, no es necesario implementar medidas de curado inicial. Sin embargo, suele ser imprescindible cuando el secado de la superficie empieza antes del inicio del fraguado o incluso antes de que se complete el acabado. Hay que considerar que la velocidad de evaporación del agua es máxima antes del fraguado del cemento, pues posteriormente el agua se desplaza en el interior del hormigón por difusión, un proceso muy lento. Por lo tanto, resulta de suma importancia evitar el secado durante las primeras horas tras la colocación del hormigón.

El curado inicial previene la fisuración debida a la retracción plástica en hormigones con muy poca exudación o que no exuden. Un ejemplo son aquellos hormigones que contienen cementos finos u otros materiales cementantes finos como el humo de sílice, las cenizas volantes o la escoria. También entrarían en esta categoría aquellos hormigones con una baja relación agua-cemento, con alto contenido de aire o con aditivos reductores de agua. Además, se recomienda su aplicación en ambientes con alta evaporación del agua de la superficie del hormigón, como en condiciones de calor intenso.

Se pueden emplear diversos métodos que no dañen ni deformen la superficie del hormigón fresco, como la nebulización, el uso de reductores de evaporación o la modificación del entorno mediante sombras, barreras de viento o cerramientos. En caso de que el proceso de acabado involucre varias operaciones que se extiendan en el tiempo, es fundamental continuar con las medidas de curado inicial o volver a aplicarlas hasta que el acabado esté completo.

El curado inicial debe llevarse a cabo justo después de que desaparezca el brillo del agua de exudación, lo cual puede ocurrir tras el nivelado y, en algunos casos, incluso antes del alisado. Es importante eliminar el exceso de agua proveniente del rociado de neblina o de los reductores de evaporación, o bien permitir que se evapore antes de finalizar el acabado de la superficie.

Curado intermedio

El curado intermedio se hace necesario cuando la superficie del hormigón se ha acabado antes de que haya completado su proceso de fraguado. Esto puede ocurrir cuando se logra rápidamente la textura superficial, cuando hay retraso en el fraguado, o en ambos casos.

Si se ha realizado un curado inicial, el curado intermedio puede mantener la nebulización continua o la aplicación de retardadores de evaporación. En caso contrario, los métodos empleados no deben dañar la superficie del hormigón, ya que aún no ha alcanzado su fraguado final y no es capaz de resistir el daño mecánico. Por lo tanto, el agua debe aplicarse con suavidad.

Después de la última pasada de acabado, se pueden aplicar compuestos de curado mediante aspersores. Estos compuestos tienen la ventaja de poder aplicarse antes de que el hormigón haya completado su fraguado, y a menudo se aceptan como método final de curado. La aplicación de arpilleras húmedas en la superficie del hormigón justo después del acabado puede afectar a su calidad, por ejemplo, reduciendo su resistencia a las sales fundentes. Por ello, es preferible cubrir suavemente la superficie con láminas de plástico tras el acabado, y reemplazar el plástico por arpillera una vez que el hormigón haya alcanzado su fraguado final.

Curado final

El curado final comprende los procedimientos aplicados después del acabado y una vez que el hormigón ha fraguado, y ha comenzado a desarrollar resistencia. Es crucial no demorar las medidas de curado una vez completado el acabado, ya que puede ocasionar una pérdida relevante de agua por evaporación, especialmente cuando la textura del acabado resulta en una amplia superficie expuesta, como ocurre con el cepillado o el ranurado. El curado final puede efectuarse mediante la extensión de los métodos utilizados en el curado inicial o intermedio, o mediante la aplicación de otros métodos como la aspersión, el uso de arpilleras u otros materiales absorbentes humedecidos, el riego con manguera, entre otros.

Una vez examinadas las tres acciones que conforman el proceso de curado, se comprende la importancia de planificar meticulosamente el curado de una estructura significativa, así como la relatividad de la afirmación: “el mejor curador es el agua”. La elección del método de curado adecuado, entre las numerosas opciones disponibles, dependerá, como se ha señalado, de la rapidez con la que se esté secando la superficie del hormigón, así como de si ya se ha producido el fraguado inicial y final, y si las operaciones de acabado han concluido o no. Esto implica la necesidad de tener un conocimiento aproximado de los tiempos de curado requeridos para el hormigón en cuestión, considerando las condiciones climáticas específicas presentes en la obra.

Os dejo un documento de Sika sobre el curado del hormigón.

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Referencias:

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

MENZEL, C.A. (1954). Causes and Prevention of Crack Development in Plastic Concrete. Proceedings of the Portland Cement Association, Vol. 130:136.

LERCH, W. (1957). Plastic shrinkage. ACI Journal, 53(8):797-802.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Revibrado del hormigón

Figura 1. Vibrado del hormigón con aguja. Fuente: Revista Construir

La revibración del hormigón se emplea en ciertos casos para mejorar la adherencia entre el hormigón y el acero de refuerzo, para liberar el agua atrapada debajo de las barras horizontales y para eliminar posibles bolsas de aire adicionales. Esta práctica no causa ningún daño si el hormigón aún se encuentra maleable. Sin embargo, es crucial evitar el contacto entre la aguja del vibrador y el acero de refuerzo. La vibración transmitida a través de las armaduras al hormigón semiplástico puede resultar en pérdida de adherencia de la barra con el hormigón y fisuras en las armaduras.

La revibración ofrece una serie de beneficios significativos, como mejorar la resistencia a la compresión, de un 15 % hasta un 40 %, sobre todo a cortas edades. También permite aumentar la impermeabilidad, potenciar la adherencia, reducir las bolsas de grava, eliminar el agua atrapada y expulsar el aire y las bolsas de agua. Sin embargo, es importante tener en cuenta que no se debe aplicar el revibrado en mezclas con consistencia seca y granulometría abierta. Es, por tanto, más indicado para consistencias blandas.

El proceso implica la introducción de un vibrador en la masa de hormigón precompactada pasados unos 30 minutos de la primera compactación, pero dentro de las primeras 2 a 4 horas (antes del inicio del fraguado). Una regla práctica indica que se puede llevar a cabo el revibrado siempre que la aguja pueda penetrar en el hormigón por su propio peso y logre fluidificarlo. Además, es posible emplear un aditivo retardador del fraguado para facilitar este proceso.

En diferentes circunstancias, el revibrado puede ser igualmente ventajoso:

Al colocar hormigón en capas y vibrar la inferior, lo cual evita la formación de juntas entre ellas.
Para perfeccionar el acabado superficial de los pilares y muros superiores, eliminando el aire que suele acumularse en esas áreas.
Para cerrar las fisuras producidas por la retracción plástica.

Esta técnica es especialmente útil para hormigones con altos valores de relación agua-cemento, aquellos con baja retención de agua o en situaciones donde la colocación inicial ha sido compleja. Al colmar los vacíos generados durante el asentamiento inicial del hormigón fresco alrededor de la armadura horizontal, se garantiza una mejor calidad estructural.

Es crucial realizar el revibrado en el momento adecuado, cuando el hormigón aún está maleable. El proceso de fraguado generalmente comienza entre una hora y media y cuatro horas después de la vibración previa. Esta operación conlleva ciertos riesgos y es fundamental calcular con precisión la duración de la nueva vibración, ya que un error en cualquiera de estos aspectos puede causar daños irreparables al hormigón.

Dada la complejidad y el riesgo asociado, el revibrado es una tarea que debe ser ejecutada por personal altamente especializado, con un control meticuloso del proceso. Por esta razón, y debido al riesgo inherente, no es una práctica comúnmente empleada. En cualquier caso, es necesario obtener la aprobación previa de la dirección facultativa antes de llevar a cabo el revibrado.

Os dejo a continuación un artículo que estudia la acción del revibrado en morteros, hormigones y prefabricados, que espero os sea de interés.

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Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Hormigoneras transportadoras o camiones hormigonera

Figura 1. Camión hormigonera. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cami%C3%B3n-hormigonera_Mercedes-Benz_2224.jpg

El hormigón producido en una planta de producción de hormigón se transporta a las obras donde se utilizará mediante camiones hormigonera (Figura 1). Estos vehículos, aunque diseñados para agitar, se utilizan con mucha frecuencia como mezcladores. Consisten principalmente en una cuba cilindro-cónica construida con chapa de alta resistencia al desgaste y de gran capacidad (de 6 a 10 m³), cuyo eje está inclinado aproximadamente 15º respecto a la horizontal. Estos camiones tienen dos modos de rotación: uno para cargar y mezclar, y otro opuesto para descargar. La mayoría de las autohormigoneras se emplean en centrales de venta de hormigón.

El principio de amasado es similar al de las mezcladoras de tambor horizontal con inversión de marcha. En el interior de la cuba, se encuentran dos hileras de espirales helicoidales de acero con piezas de desgaste fijadas a la pared. El material ingresa a la cuba a través de una tolva en la parte superior de la boca y sale por la parte inferior, cayendo primero en una tolva y luego en una canaleta de distribución plegable y orientable para el transporte.

La cuba está montada sobre un chasis general que se sitúa en la plataforma del camión. Los componentes giratorios incluyen una banda zunchada en la parte superior, que se apoya sobre dos rodillos, y un eje en el fondo de la cuba, que gira en un cojinete montado en un contrafuerte del chasis.

Figura 2. Detalle de las espiras de un camión hormigonera

La cuba presenta dos capacidades operativas distintas (eje 8/6,6):

En su función de agitador, se utiliza para recibir el hormigón previamente mezclado en la central y agitarlo durante el transporte, con una capacidad mayor de 8 m³.
En su rol de mezcladora, recibe la mezcla seca de la central de dosificación y la amasa durante el transporte, con una capacidad menor de 6,6 m³.

El volumen del tambor o cuba debe ser mayor, con una relación aproximada de 10 m³/8 m³/6,6 m³.

Para las operaciones de amasado o simplemente de agitación, la cuba gira en dirección que desplaza los productos hacia el fondo de la misma. La rotación en sentido contrario garantiza un vaciado total. Es común contar con dos velocidades para el proceso de amasado y una para el de descarga:

La primera velocidad, más lenta, se emplea para la agitación durante el transporte, cuando el material ya está amasado, ya sea porque se cargó hormigón mezclado en la central o porque se ha amasado durante parte del trayecto un material previamente cargado sin amasar.
La segunda velocidad, más rápida, se utiliza durante la carga de la hormigonera, la cual debe ser lo más rápida posible. También se emplea para el amasado en el caso de que se haya cargado dosificación sin amasar.

Tabla. Velocidades de rotación de la cuba para distintas operaciones

Los sistemas utilizados para el movimiento de la cuba son los siguientes:

Motor auxiliar, generalmente diésel, independiente del camión, lo que conlleva las siguientes ventajas:
- Mayor durabilidad del motor del camión.
- En caso de avería del camión, la hormigonera puede seguir funcionando sin que el hormigón fragüe.
Uso del mismo motor del camión. La caja de cambios cuenta con una salida lateral a la que se acopla una transmisión hidráulica que acciona el tambor. El inconveniente es que requiere camiones con una potencia considerablemente mayor, pero las ventajas son las siguientes:
- Se utiliza un solo motor diésel, lo que resulta en un menor consumo de combustible.
- Reducción de costes y menor necesidad de reparaciones y repuestos.

Figura 3. Partes de un camión hormigonera

El sistema de agua está compuesto por los siguientes elementos:

Depósito de agua con una capacidad de 500 a 700 litros, dependiendo de la capacidad requerida. Cuando no se realiza el mezclado en la central, el agua de amasado se añade al final del trayecto, unos minutos antes del vaciado. Esta práctica maximiza las ventajas del conjunto formado por las centrales y las hormigoneras.
Bomba de agua de tipo centrífugo.
Contador de agua y tuberías de distribución.

En cuanto al fraguado del cemento, este está influenciado por la temperatura ambiente y la calidad del mismo. Sin embargo, suele comenzar aproximadamente a los 20 minutos en climas cálidos y a los 40 minutos en invierno.

La norma C94-71 de la American Society for Testing and Materials (ASTM) establece un tiempo máximo de transporte de hormigón de 90 minutos cuando se utiliza un camión con agitador, y de 45 minutos cuando se transporta en camiones basculantes sin agitador. Por otro lado, el Código Estructural recomienda que, en condiciones normales, el intervalo de tiempo entre la adición del agua de amasado al cemento y a los áridos, y la colocación del hormigón, no debe exceder de una hora y media.

En la práctica, cuando las distancias a recorrer superan los 90 minutos, se opta por transportar mezclas secas y añadir agua al final del trayecto. Sin embargo, esta solución compromete la correcta dosificación del agua en la central.

Os dejo algunos vídeos sobre esta máquina.

Os dejo también la NTP 93: Camión hormigonera, que es una guía de buenas prácticas para el manejo seguro de la máquina.

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Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Curado al vapor del hormigón e índice de madurez

Figura 1. Ejemplo de proceso de curado al vapor

El empleo de vapor es uno de los métodos más eficaces para el curado del hormigón, acelerando considerablemente su endurecimiento. Este tipo de curado se emplea casi exclusivamente en prefabricación. En el proceso de curado al vapor, y en general en cualquier método que involucre calor húmedo, se aplica el concepto de maduración del hormigón. La maduración es el resultado de la temperatura en grados centígrados a la que se expone la pieza, multiplicada por el tiempo de exposición si este es constante. En el caso de una temperatura variable, se calcula la integral de la curva temperatura-tiempo (Figura 2). Se acepta que, para un mismo tipo de hormigón y dentro de ciertos límites, la eficacia del curado es la misma si la maduración también lo es. Es decir, diferentes combinaciones de temperaturas y tiempos producirán resultados similares siempre que el producto de estos, o la suma de los productos, se mantenga constante.

Figura 2. Evolución de la temperatura con el tiempo (Carino y Lew, 2001)

Dependiendo del tipo de elemento, el curado al vapor puede realizarse a baja o alta presión. La variante a baja presión se lleva a cabo típicamente a presión atmosférica y se emplea en estructuras encerradas construidas en el lugar o en grandes unidades prefabricadas de hormigón. Por otro lado, el curado con vapor a alta presión se realiza utilizando autoclaves y se aplica en pequeñas unidades prefabricadas.

El proceso de curado al vapor comienza una vez que ha transcurrido la etapa de prefraguado, elevando gradualmente la temperatura hasta alcanzar un límite establecido. Esta temperatura se mantiene durante un período determinado, después del cual se reduce de manera continua hasta igualar la temperatura ambiente. Es importante evitar que el hormigón experimente choques térmicos durante este proceso.

Cada tipo de cemento presenta una curva de curado ideal, la cual puede determinarse experimentalmente para conocer las velocidades óptimas de variación de temperatura, el valor de la temperatura límite y el tiempo de permanencia en esta última. En términos generales, la duración del prefraguado oscila entre 2 y 5 horas; la velocidad de calentamiento y enfriamiento no debe exceder los 20 °C por hora; y la temperatura límite óptima se sitúa entre 55 °C y 75 °C, sin superar los 80 °C. Es recomendable que el primer período del proceso de curado al vapor no sea inferior a 4 horas cuando la temperatura ambiente es de 20 °C, pudiendo reducirse conforme aumenta dicha temperatura (Figura 1).

Es importante mantener una presión de vapor uniforme a lo largo de la pieza, asegurándose de que el recinto de curado permanezca constantemente saturado de humedad. Además, el curado con vapor requiere un control meticuloso, dado que su aplicación descuidada puede ocasionar cambios volumétricos excesivos que afecten la acumulación de la resistencia inicial del hormigón.

El curado al vapor ofrece diversas ventajas significativas en comparación con otros métodos de curado convencionales. Entre las principales ventajas se encuentran:

Endurecimiento rápido en climas fríos: Es especialmente útil en climas fríos, ya que promueve un rápido endurecimiento del hormigón, lo que facilita la construcción en estas condiciones.
Alta resistencia inicial: Permite obtener una alta resistencia inicial en el hormigón, aspecto fundamental para la fabricación de unidades prefabricadas y pretensadas.
Aumento de la velocidad de construcción: Al acelerar el proceso de endurecimiento del hormigón, el curado al vapor puede incrementar significativamente la velocidad de construcción, lo que se traduce en una mayor eficiencia y productividad.
Rapidez en comparación con otros métodos de curado: Es más rápido que los métodos de curado convencionales, lo que acorta los tiempos de construcción y permite una mayor rotación de proyectos.

A pesar de sus ventajas, el curado al vapor también presenta algunas desventajas que deben considerarse:

Limitaciones en superficies grandes: Puede no ser eficiente en superficies extensas, lo que podría requerir la implementación de métodos alternativos de curado.
Requiere trabajadores calificados: El proceso de curado al vapor demanda la presencia de personal capacitado y experimentado para garantizar resultados óptimos y prevenir problemas como cambios volumétricos excesivos.
Costo inicial más elevado: El equipo y los materiales necesarios para el curado al vapor suelen tener un costo inicial más alto en comparación con los métodos de curado convencionales, lo que puede ser una consideración importante en proyectos con limitaciones presupuestarias.

Os dejo algunos vídeos al respecto del curado al vapor y al método de madurez del hormigón.

A continuación os dejo un documento de Hilti donde se explica el método de madurez del hormigón.

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Referencias:

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

CARINO, N.J.; LEW, H.S. (2001) El método de la madurez: : From Theory to Application. Proceedings of the 2001 Structures Congress & Exposition, Washington, D.C., American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, Peter C. Chang, Editor, 2001, 19 p.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Productos desencofrantes de desmoldeo

Figura 1. Aplicación de un producto desencofrante. https://www.libreriaingeniero.com/2019/06/desencofrantes-tipos-usos-y-ventajas.html

El desencofrante es un producto químico diseñado para evitar que el hormigón o el mortero se adhieran al retirar el encofrado, lo que permite mantener la superficie encofrante en óptimas condiciones. Su uso proporciona una serie de ventajas significativas: ofrece un desencofrado rápido y eficaz, sin ser tóxico ni dañar el medio ambiente. Además, no mancha el hormigón y contribuye a prolongar la vida útil del encofrado, reduciendo el desgaste de la madera. Un punto importante es que no ataca ni afecta a los moldes metálicos ni a las partes de goma que conforman cualquier tipo de encofrado. Al ser altamente eficiente, su rendimiento es notable y, por ende, resulta económico. Utilizar este desencofrante ahorra tiempo y mano de obra en la limpieza posterior de los encofrados, lo que lo convierte en una opción valiosa y conveniente para proyectos de construcción y obras de hormigón.

Es fundamental emplear exclusivamente productos desencofrantes de fabricación industrial, proporcionando al director de ejecución información detallada sobre su marca, tipo y composición. Estos productos deben seleccionarse cuidadosamente para asegurar que no afecten la calidad ni el aspecto del hormigón, y su aplicación debe llevarse a cabo de forma meticulosa para evitar cualquier contacto con las armaduras activas o pasivas.

La razón principal para emplear estos productos radica en su capacidad para evitar la adherencia entre el hormigón y el encofrado, creando una película hidrófuga sobre la superficie del hormigón. No obstante, es crucial tener en cuenta que en ningún caso deben entrar en contacto con las armaduras, pues podría perjudicar la adherencia adecuada con el hormigón. Para mitigar cualquier riesgo asociado, se deben usar separadores que garanticen una correcta distancia y eviten cualquier posibilidad de contacto no deseado entre el producto desencofrante y las armaduras. Al seguir estas precauciones, se asegura un acabado óptimo y duradero en las estructuras de hormigón.

Los productos de este tipo deben cumplir con una serie de características fundamentales. En primer lugar, deben permitir una aplicación sencilla en capas continuas y uniformemente delgadas, sin provocar coqueras, variaciones de color u otros defectos en la superficie del hormigón. Es esencial que no se mezclen con el agua para evitar que penetren en el hormigón y alteren el fraguado. Asimismo, es importante que no reaccionen ni con el hormigón ni con el encofrado. Además, se espera que proporcionen una mayor durabilidad al encofrado, permitiendo un aumento en el número de usos. Durante su aplicación, no deben generar efectos nocivos como dermatitis o alergias en los operarios que los manipulan. Por último, deben facilitar la limpieza de los moldes, garantizando así un proceso más eficiente y efectivo en su utilización.

No obstante, la acción aislante de estos productos desmoldantes se ve limitada por la baja resistencia de la película a los efectos de temperatura y abrasión. Los desmoldantes basados en procesos químicos forman películas que ofrecen una mayor resistencia, pues la reacción entre la pasta de cemento y el producto crea una capa jabonosa que asegura una clara separación entre el hormigón y el encofrado. Para seleccionar el desmoldante adecuado, se realizan pruebas en un muro de muestra, teniendo en cuenta todos los factores que puedan influir en un proyecto específico.

Existen distintos tipos de desmoldantes, entre ellos:

Aceites: Los desmoldantes de aceites minerales puros tienden a dejar residuos en el hormigón y su efecto separador es pequeño, basándose principalmente en procesos físicos. Se recomiendan para tareas simples de desencofrado con poca exigencia en la calidad del acabado superficial del hormigón. Algunos productos de aceite mineral incorporan aditivos para mejorar su efecto separador mediante la combinación de procesos físicos y químicos para lograr un mejor rendimiento.
Emulsiones: Las emulsiones se dividen en dos tipos: agua en aceite y aceite en agua, siendo estas últimas más estables. Las emulsiones de aceite en agua se suministran como concentrados de aceite a los cuales se les agrega un determinado volumen de agua in situ. El efecto separador de estas emulsiones depende del índice de concentración. Al agregar agua a los desencofrantes más comunes del mercado, se observa que en ninguno de los casos es fácil removerlos con agua, pues el líquido resbala sobre la película formada.

La forma más sencilla de aplicar estos productos es mediante nebulización a presión, aunque en muchas ocasiones también se utilizan métodos convencionales como brocha o rodillo, siempre buscando obtener una capa delgada y uniforme. Es imprescindible que la superficie de los encofrados sobre los que se aplicará el producto esté completamente limpia y preparada. En el caso de encofrados de madera, es necesario saturarlos previamente con agua antes de aplicar el producto de desmoldeo. Si se trata de hormigones vistos, se recomienda realizar ensayos previos antes de seleccionar los productos adecuados. La elección cuidadosa y la correcta aplicación de estos productos son fundamentales para obtener un resultado óptimo y garantizar la calidad del acabado.

El artículo 48.4 del Código Estructural indica lo siguiente respecto a los productos desencofrantes:

“Salvo indicación expresa de la dirección facultativa, el constructor podrá seleccionar los productos empleados para facilitar el desencofrado y el fabricante de elementos prefabricados los correspondientes al desmoldeo. Los productos serán de la naturaleza adecuada y deberán elegirse y aplicarse de manera que no sean perjudiciales para las propiedades o el aspecto del hormigón, que no afecten a las armaduras o los encofrados, y que no produzcan efectos perjudiciales para el medioambiente. No se permitirá la aplicación de gasóleo, grasa corriente o cualquier otro producto análogo.

Además, no deberán impedir la posterior aplicación de revestimientos superficiales, ni la posible ejecución de juntas de hormigonado.

Previamente a su aplicación, el constructor facilitará a la dirección facultativa un certificado, firmado por persona física, que refleje las características del producto desencofrante que se pretende emplear, así como sus posibles efectos sobre el hormigón.

Se aplicarán en capas continuas y uniformes sobre la superficie interna del encofrado o molde, debiéndose verter el hormigón dentro del período de tiempo en el que el producto sea efectivo según el certificado al que se refiere el párrafo anterior”.

A continuación os dejo un catálogo de la empresa Fuchs que incluye los desencofrantes.

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Os dejo un par de vídeos sobre desencofrantes. Espero que os sean de interés.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, 750 pp.

PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.

RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.

Cursos:

Curso de estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

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Terminación, texturado y curado del pavimento de hormigón

Figura 1. Fratás automático http://www.imcyc.com/revistacyt/jul10/pavimentos.htm

La terminación o acabado final del hormigón es una tarea crítica en la construcción de un pavimento, pues tiene la importante misión de corregir las irregularidades o defectos producidos durante la colocación y compactación del material. Para lograr una superficie adecuada en el hormigón fresco, se pueden llevar a cabo diferentes trabajos, que van desde un ligero fratasado manual hasta intervenciones más significativas como reparaciones de bordes.

El fratasado es una técnica que se utiliza para nivelar la superficie del hormigón, eliminar la capa superficial de lechada, así como los puntos altos y bajos, sumergir las partículas de árido más gruesas, remover y corregir pequeñas imperfecciones, y presentar mortero en la superficie para el texturizado. Esta técnica puede ser realizada de forma manual o mecánica, y puede ser longitudinal o transversal.

En las carreteras de alta velocidad en España, se logra una textura superficial longitudinal mediante el estriado del hormigón con cepillos metálicos o de plástico y una arpillera húmeda y lastrada para conseguir una microtextura áspera en toda la superficie. La arpillera también se emplea para eliminar las marcas de la bailarina. En los bordes de las carreteras se suele crear una textura transversal. En otros países, la macrotextura se logra mediante técnicas como la denudación química o la incrustación de gravilla en el hormigón fresco.

Después de que la pavimentadora haya terminado su trabajo, el carro de texturizado y curado (Figura 2) se acerca para aplicar la textura deseada con un cepillo de cerdas o flejes, mientras que se rocía líquido de curado como última operación. Si se desea una textura de árido visto, el carro extiende el retardador de fraguado y, en algunos casos, el compuesto de curado. Algunos productos pueden realizar ambas funciones simultáneamente. En regiones lluviosas, se protege el retardador de superficie con una lámina de plástico desplegada desde un rollo montado en el carro. Después de retirar el mortero sin fraguar, se aplica el producto de curado sobre el pavimento.

Figura 2. Equipo de texturizado y curado (Calo et al., 2015)

El curado del pavimento es esencial para evitar la pérdida de agua necesaria para el fraguado y endurecimiento del hormigón, así como la aparición de fisuras por retracción que pueden debilitar su resistencia. Aunque es posible usar agua para el curado en carreteras con poco tráfico, se recomienda utilizar productos de calidad que creen una capa impermeable sobre el pavimento para evitar la evaporación del agua. Estos productos suelen tener un pigmento blanco que, además de reducir la ganancia de calor por incidencia de la radiación solar, ayudan en la inspección visual de la uniformidad de la aplicación. Después, al sellar las juntas, es necesario volver a aplicar el producto en la ranura correspondiente.

Figura 3. Tren de curado (Calo et al., 2015)

Las membranas químicas de curado están formuladas a base de resinas y solventes de rápida evaporación que no son solubles en agua. Estas membranas permiten ser aplicadas inmediatamente después de la finalización de las tareas de texturizado y terminación del hormigón, incluso si hay agua presente en la superficie. Al aplicarse por aspersión sobre la superficie del pavimento, se forma una película protectora en pocos minutos, impidiendo la evaporación del agua de exudación y mejorando su acción preventiva al adherirse a la superficie del hormigón. Debido a estas características, son especialmente útiles en la pavimentación con encofrados deslizantes.

Referencias:

CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Componentes principales de un pavimento de hormigón

Figura 1. Estructura típica de un pavimento rígido (Calo et al., 2015)

Una sección común de un pavimento rígido se compone de una capa superior, conocida como calzada de hormigón, que es responsable de proporcionar la mayor parte de la capacidad estructural del pavimento. Esta capa se apoya sobre una base de material seleccionado, que puede o no estar tratada con un ligante, y a su vez descansa sobre el suelo natural o la explanada (ver Figura 1).

Calzada de hormigón

La capa superior del pavimento está conformada por la calzada de hormigón, la cual tiene la responsabilidad de proporcionar tanto las características funcionales como gran parte de la capacidad estructural requerida. En cuanto a las características funcionales, es la encargada de brindar las condiciones superficiales necesarias, como el drenaje superficial, la fricción y la regularidad, de acuerdo con el tipo de vía y las condiciones de servicio, a fin de garantizar una conducción segura y cómoda. En lo que respecta a su capacidad estructural, debe ser lo suficientemente resistente para soportar las cargas durante el periodo de servicio y actuar como una barrera impermeable para las capas inferiores del pavimento, minimizando la entrada de agua desde la superficie hacia el interior de la estructura.

El espesor de la calzada dependerá en gran medida del nivel de tránsito pesado previsto, oscilando entre 15 cm y 20 cm para vías urbanas o de bajo tránsito pesado y de 20 cm a 30 cm en rutas de mayor volumen de vehículos pesados.

Base

La capa fundamental en el comportamiento del firme de un pavimento rígido es su base, pues proporciona un apoyo continuo, uniforme y estable a lo largo del tiempo. Si no se cumple esta condición, las losas del pavimento se ven sometidas a tensiones y deformaciones significativas debido a las cargas del tráfico. Esta capa se encuentra ubicada justo debajo de la calzada de hormigón y su función principal es prevenir la erosión en la interfaz entre la losa y el apoyo, lo que la convierte en un elemento obligatorio en las vías con tránsito pesado.

Además de esta función principal, la incorporación de la base en la estructura del pavimento ofrece varios beneficios, tales como mejorar la distribución de cargas, reducir las tensiones en las capas inferiores de la estructura, contribuir al drenaje subsuperficial del agua de infiltración, proteger los suelos de la explanada de la acción de las heladas, garantizar un soporte uniforme para la calzada de hormigón y proporcionar una plataforma de trabajo adecuada que no sea susceptible a las condiciones climáticas y sea apta para la circulación de vehículos de obra.

Una de las causas que puede provocar la falta de uniformidad en la base es lo que se conoce como bombeo de finos (pumping, en inglés): si hay agua debajo de la losa, la base contiene una proporción significativa de finos y la intensidad del tráfico pesado es relativamente alta, la circulación de estos vehículos y el paso de una losa a otra contigua puede provocar el bombeo de la mezcla de agua y finos en la zona de juntas o bordes del pavimento, lo que conduce a la erosión de la base y al descalce de las losas.

En el caso de tráficos medios y ligeros, se suelen utilizar las bases granulares tradicionales, como el macadam o la zahorra artificial (que consisten en gravas y arenas trituradas). No obstante, cuando se trata de tráficos pesados, es necesario emplear materiales granulares tratados con un ligante o conglomerante, como las bases de gravacemento.

Subbase

La subbase es una capa de firme que se ubica debajo de la base en la explanada, también conocida como subrasante. En algunos casos, esta capa puede no ser necesaria si la explanada ya cuenta con una elevada capacidad de soporte granular. Su principal función es proporcionar una base uniforme para la colocación y compactación de la capa de base, además de constituir una plataforma adecuada para su construcción. Es importante que esta capa tenga una función drenante, para lo cual es necesario que los materiales empleados no contengan finos. En cualquier caso, esta capa es generalmente necesaria como capa de transición. Las subbases granulares se componen de gravas y arenas naturales o trituradas, suelos estabilizados con cemento, gravaescoria, entre otros materiales.

Explanada

La subrasante o explanada es la superficie sobre la que se asienta la superestructura del pavimento. Es crucial que esta superficie tenga la resistencia y la regularidad geométrica adecuadas, pues es el soporte directo del pavimento. Además, la explanada puede estar compuesta por la capa superior del terraplén o el fondo de las excavaciones en terreno natural, y es responsable de soportar la estructura del pavimento. Para asegurar la estabilidad y el óptimo estado de la explanada, se seleccionan suelos con características aceptables y se compactan en capas para crear un cuerpo estable capaz de resistir la carga de diseño del tránsito.

Subdrenaje

En ciertas situaciones, es posible mejorar el sistema de drenaje de una estructura, incluyendo estructuras de subdrenaje. Esto permite eliminar rápidamente el agua que se filtra inevitablemente por las juntas y fisuras, evitando los efectos perjudiciales que podría causar su acumulación en la estructura del pavimento. Los subdrenes se componen de una red colectora de tuberías perforadas o ranuradas que se alojan en zanjas para recolectar el agua subterránea. El objetivo es controlar y retirar el agua, minimizando su efecto negativo en las capas estructurales del pavimento.

Juntas

Las juntas son cruciales para determinar las dimensiones de las losas del pavimento y controlar la formación de fisuras tanto en la etapa temprana como en servicio. Existen dos tipos de juntas: las de contracción, que implican debilitar la sección de hormigón, y las de construcción, que se moldean. La opción más común es utilizar el aserrado para crear las juntas, aunque también pueden formarse en fresco con la creación de surcos en el hormigón. En este último caso, puede haber manipulaciones posteriores que afecten la regularidad superficial, lo que limita su uso en juntas transversales en carreteras con tráfico intenso. El serrado de las juntas debe realizarse antes de que se formen las fisuras, pero no demasiado pronto, pues los bordes podrían dañarse. El momento adecuado depende del tipo de cemento y las condiciones de humedad y temperatura. Según el PG-3, se debe hacer el serrado de las juntas transversales dentro de las primeras 24 horas después de la puesta en obra del hormigón, mientras que para las longitudinales, el serrado debe hacerse entre 24 y 72 horas después. La profundidad mínima del corte debe ser de un tercio o un cuarto del espesor de la losa para las juntas longitudinales y transversales, respectivamente. Es recomendable sellar las juntas, especialmente en áreas con mucha lluvia, y para ello se utilizan productos de sellado, preferiblemente perfiles preformados de materiales elastoméricos que se introducen a presión.

Transferencia de carga

La transferencia de carga se refiere a la capacidad de una junta para transmitir una parte de la carga aplicada en una losa a la losa adyacente. Esta transferencia se puede lograr mediante la trabazón de áridos, que se produce entre las caras de la fisura que se desarrolla por debajo de la junta, o mediante el uso de pasadores. En algunos casos, se pueden emplear ambas técnicas en conjunto para lograr una transferencia de carga óptima.

Pasadores

Los pasadores son barras de acero lisas que se colocan en las juntas transversales para transferir cargas sin restringir el movimiento horizontal de las losas. Además de colaborar en la disminución de las tensiones y deflexiones en el hormigón, reducen el potencial de escalonamiento, bombeo y rotura de esquinas en las losas.

Barras de unión

Los pasadores son barras de acero lisas que se colocan en las juntas transversales para transferir cargas sin restringir el movimiento horizontal de las losas. Su función principal es disminuir las tensiones y deflexiones en el hormigón, al mismo tiempo que reducen el riesgo de escalonamiento, bombeo y rotura de esquinas en las losas.

Arcenes

Aunque no forma parte de la estructura, la condición de soporte en los bordes de la calzada es fundamental en los pavimentos de hormigón. Si el arcén está pavimentado con una estructura de hormigón, la calzada puede transferir una parte de las cargas aplicadas a su estructura, lo que reduce las tensiones y deflexiones debidas a las cargas. Además, minimiza la infiltración de agua desde la superficie del pavimento. Además de los arcenes, existen otras alternativas estructurales, como la incorporación de bordillos (en pavimentos urbanos) o la ejecución de sobreanchos de calzada, que también contribuyen significativamente a mejorar la condición de soporte en los bordes.

Referencias:

CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Pavimento de hormigón armado con fibras para carreteras

Figura 1. https://blog.laminasyaceros.com/blog/hormigon-armado

El hormigón reforzado con fibras es aquel hormigón en el que se han incluido fibras en una proporción adecuada para mejorar alguna de sus propiedades respecto al hormigón convencional. Aunque el costo de este tipo de hormigón es alto, se compensa por sus características, como el aumento de la resistencia a la tracción y a la fatiga, el mejor comportamiento a flexotracción, la ductilidad, la resistencia al impacto y la durabilidad, así como disminuir y controlar la fisuración. La transmisión de esfuerzos fibra-matriz se produce por adherencia, superponiendo acciones que involucran fenómenos de adhesión, fricción y entrecruzamiento mecánico. Para asegurar una correcta utilización de fibras en el hormigón, es necesario seleccionar materiales con módulos de elasticidad comparables o superiores a los del hormigón.

La utilización de hormigón con fibras en pavimentos no es algo reciente. Durante la década de 1980, se popularizó su uso al reducir el espesor del pavimento, aumentar la distancia entre las juntas y aumentar su vida útil de cinco a ocho veces en comparación con los pavimentos tradicionales. Desafortunadamente, esta tendencia no se mantuvo y el hormigón con fibras desapareció silenciosamente de la escena de la construcción de pavimentos. A pesar de esto, la investigación en la construcción de soleras industriales continuó especialmente con el empleo de fibras de acero. En España, se han construido miles de metros cuadrados de pavimentos en naves industriales, talleres de mantenimiento de helicópteros, parques de contenedores, suelos de talleres de fábricas de automóviles, entre otros.

El uso de hormigones reforzados con fibras en pavimentos de autopistas y carreteras se ha incrementado debido a su mayor resistencia a la flexotracción, control de fisuración, resistencia a la fatiga dinámica y la posibilidad de hacer juntas cada 15 m o incluso no hacerlas. Además, pueden ser utilizados en la totalidad del espesor del pavimento o en forma de recrecidos sobre pavimentos rígidos o flexibles deteriorados. La ventaja adicional es que estos pavimentos solo requieren un espesor de 7 a 10 cm y se pueden colocar con cualquier extendedora tradicional o simplemente con reglas vibrantes. Sin embargo, su coste es más elevado y solo encuentran justificación en aplicaciones como refuerzos adheridos a pavimentos existentes, pavimentos de puentes y pavimentos que soportan cargas muy pesadas, tales como las que se dan en puertos, aeropuertos y zonas industriales.

Para que las fibras cumplan su función correctamente, es necesario que estén uniformemente distribuidas en la masa del hormigón. Por lo tanto, se recomienda aumentar la proporción de finos hasta llegar a proporciones de pasta del orden del 40%, lo que supone un aumento del 10% en comparación con las dosificaciones normales. También es importante limitar el tamaño máximo de árido a 20 mm. En el caso de los hormigones de pavimentos con áridos de 20 mm, el tamaño máximo debe ser inferior a 100 y la proporción en volumen de fibras debe ser de aproximadamente el 2% de la pasta o el 1% del volumen total. Es posible alcanzar resistencias a compresión de hasta 15 MPa con densidades de 2 t/m³. Sin embargo, es relevante saber que las fibras reducen la docilidad y la trabajabilidad al aumentar la proporción de fibras. Por lo tanto, es necesario incrementar la relación de cemento hasta 0,5-0,6, con dosificaciones entre 350 y 450 kg/m³, o bien emplear un plastificante.

Las fibras pueden ser de distintos materiales, desde microfibras plásticas de muy pequeño diámetro a fibras de acero, que es lo más habitual en pavimentos. Según su naturaleza se consigue controlar el proceso de formación de fisuras o mejorar su comportamiento estructural o la resistencia a la fatiga. La dosificación de microfibras oscila entre 0,6 kg/m³ y 1,0 kg/m³ y la de fibras de acero suele ser superior a los 30 kg/m³. Entre las características más importantes de las fibras metálicas se encuentran la forma de la fibra, que permite un buen anclaje en el hormigón, y la relación entre la longitud y el diámetro equivalente de la fibra. Esta relación es un factor clave que distingue a las fibras metálicas, ya que un valor mayor generalmente proporciona un mejor comportamiento, pero también dificulta la mezcla, el vaciado y el acabado del hormigón. Las fibras de acero mejoran las propiedades de ductilidad, dureza, resistencia al impacto y resistencia al desgaste, según el tipo de fibra y su dosificación. Estas propiedades dependen de la longitud de las fibras, su diámetro, densidad, resistencia a la flexión y módulo de elasticidad. Por lo general, se utiliza acero de bajo contenido en carbono en forma de agujas o pequeños flejes arqueados en los extremos. Las dimensiones comunes son diámetros de 0,15 a 0,75 mm para agujas y anchuras de 0,25 a 0,90 mm con espesores de 0,15 a 0,40 mm para flejes. Las longitudes oscilan entre 6 y 70 mm, con dosificaciones entre 20 y 80 kg/m³.

A continuación os dejo algún vídeo explicativo de este tipo de material.

Os dejo un artículo explicativo que, espero, os sea de interés.

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Referencias:

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.