hormigón – El blog de Víctor Yepes

Homogeneidad en la fabricación del hormigón

Figura 1. Homogeneidad del hormigón. https://ingeniero-de-caminos.com/hormigon-homogeneidad/

Un hormigón se considera homogéneo cuando su composición es uniforme en todos sus puntos. Esto implica que el principio, la parte media y el final de la amasada mantienen la misma calidad. De esta manera, las amasadas sucesivas pueden considerarse idénticas. La homogeneidad se consigue a través de un buen amasado, de un transporte cuidadoso y de una colocación adecuada.

Un hormigón homogéneo implica que debe ser uniformemente heterogéneo, es decir, que sus componentes deben estar perfectamente mezclados y en la proporción prevista en la dosificación de la mezcla en cualquier parte de su masa. Las mezclas bien diseñadas y adecuadamente amasadas proporcionan una manejabilidad uniforme y óptima, independientemente de la ubicación de la muestra tomada en la mezcla, lo que permite obtener hormigones con resultados consistentes y poco dispersos.

Para garantizar la homogeneidad, es crucial mantener una proporción adecuada entre agua y cemento, así como asegurar una mezcla completa de los componentes para lograr la consistencia deseada. Tal y como indica el Código Estructural en su Artículo 51.3.3, los componentes se amasarán de forma que se consiga su mezcla íntima y homogénea, debiendo resultar el árido bien recubierto de pasta de cemento. La mejor forma de conseguirlo es introduciendo los componentes en una hormigonera o máquina amasadora, que se encarga de mezclarlos, lista para su aplicación en la obra.

Figura 2. https://ich.cl/unidad/05-uso-del-hormigon-en-obra/

La calidad uniforme de los componentes y la precisión de los dosificadores son aspectos críticos para lograr esta homogeneidad en el hormigón. Si los componentes iniciales son uniformes y los dosificadores proporcionan las cantidades precisas, entonces la variabilidad en los hormigones la determina la calidad del proceso de mezclado. Es esencial elegir adecuadamente el equipo de mezclado, pues este garantiza la homogeneidad de los productos finales. El Código Estructural, en su artículo 51.3.2.1, indica que la dosificación de cemento, de los áridos, y en su caso, de las adiciones, se realizará en peso. Además, se deberá vigilar el mantenimiento de la dosificación para garantizar una adecuada homogeneidad entre amasadas.

La gravedad y las fuerzas de rozamiento obstaculizan el movimiento de los materiales durante la fase inicial del amasado. Se producen rozamientos superficiales entre la masa y las paredes, rozamientos internos debido a la rugosidad de los áridos, y rozamientos complejos causados por la variabilidad de la viscosidad en diferentes partes de la mezcla. Por tanto, para obtener un hormigón homogéneo, es esencial no solo reducir la influencia de estas fuerzas, sino también romper las fuerzas de unión que mantienen los granos unidos por el agua de la mezcla. Esto requiere un aporte significativo de energía, distribuida de manera óptima por los componentes de mezclado. En este sentido, los fabricantes investigan qué tipo de perfiles son los más adecuados para las paletas, su número y disposición en el equipo de amasado. Para lograr mezclas de calidad, es fundamental que los medios mecánicos empleados sean lo suficientemente potentes para permitir el desplazamiento de los componentes entre sí, sin favorecer a ciertos elementos según su tamaño o densidad.

El Código Estructural, en su Artículo 51.4.1 relativo al transporte del hormigón, indica que no deberán presentar desperfectos o desgastes en las paletas o en su superficie interior que puedan afectar a la homogeneidad del hormigón. Asimismo, el transporte podrá realizarse en amasadoras móviles, a la velocidad de agitación, o en equipos con o sin agitadores, siempre que tales equipos tengan superficies lisas y redondeadas y sean capaces de mantener la homogeneidad del hormigón durante el transporte y la descarga.

En la prefabricación de piezas de hormigón, se debe desmoldar lo antes posible, por lo que es importante contar con equipos de mezclado que garanticen una perfecta cohesión y una plasticidad constante en los hormigones producidos.

En ciertos tipos de equipos, como las hormigoneras, la densidad desempeña un papel fundamental, pues los componentes del hormigón son elevados y luego caen de nuevo en la mezcla. En el caso de las amasadoras, un exceso de energía contribuye a mejorar las propiedades de la mezcla.

La dislocación de la mezcla del hormigón, que es un error que afecta la homogeneidad, puede ocurrir incluso cuando la mezcla inicial es adecuada. Durante el transporte, vertido o fraguado, los elementos del hormigón tienden a separarse y decantarse según su densidad y tamaño.

La segregación del hormigón supone que sus componentes se separan, lo que provoca una superficie mal acabada con grietas o fisuras, o un exceso de mortero que afecta su resistencia y durabilidad. Por otro lado, si la mezcla es demasiado líquida, los áridos gruesos tienden a caer al fondo del molde o encofrado, mientras que el mortero queda en la superficie, lo que implica una pérdida de homogeneidad por decantación. La probabilidad de que ocurran estos fenómenos aumenta con el contenido de agua, el tamaño máximo del árido, las vibraciones o sacudidas durante el transporte, y la colocación en obra en caída libre. Es importante señalar que un hormigón poco manejable tiende a segregar, lo que provoca resistencias mecánicas inferiores a las previstas y superficies poco estéticas cuando se retira el encofrado.

La exudación del hormigón es otro tipo de segregación en el cual el agua tiende a ascender hacia la superficie de la mezcla debido a la incapacidad de los áridos para retenerla durante la compactación. Esta agua forma una capa delgada, débil y porosa en la superficie del hormigón, careciendo de resistencia y durabilidad.

La homogeneidad del hormigón se ve comprometida cuando queda afectada la cohesión entre sus componentes. Esto puede ocurrir debido a una relación inadecuada entre los ingredientes, como en el caso de un hormigón demasiado seco o con demasiada agua. Un hormigón seco con poca agua y componentes finos tiende a separar los áridos más gruesos, mientras que un exceso de agua aumenta el riesgo de segregación, con el mortero separándose de los áridos. Por tanto, hay que cuidar la proporción de materiales y la humedad durante el mezclado para evitar la segregación y garantizar la homogeneidad.

La pérdida de homogeneidad en el hormigón está estrechamente ligada a su cohesividad: cuanto menor sea esta última, mayor será la pérdida de homogeneidad. Esto se refleja en la relación inadecuada entre arena y grava, el tamaño máximo del árido, el contenido de agua, entre otros factores. Un hormigón debe ser manejable sin mostrar signos de segregación, lo que implica una adecuada cohesión.

Las mezclas más propensas a la segregación son aquellas que son poco manejables o ásperas, extremadamente fluidas o secas, o aquellas que contienen una gran cantidad de arena. Además, incluso un hormigón muy manejable puede experimentar segregación si ha sido sometido a un tratamiento inadecuado o a operaciones mal ejecutadas.

Os dejo algún vídeo explicativo al respecto.

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.

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 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.

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

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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 de limpieza en fondos de excavación

Figura 1. Hormigón de limpieza. https://www.paviconj-es.es/noticias/hormigon-de-limpieza/

El hormigón de limpieza (HL) tiene como fin evitar la desecación del hormigón estructural durante su vertido, así como una posible contaminación de este durante las primeras horas de su hormigonado. El Anejo 10 del Código Estructural detalla el alcance, los materiales y las especificaciones para este tipo de hormigón. Para esta aplicación, se debe usar el hormigón HL-150/C/TM, es decir, tal y como se indica en la identificación, donde la cantidad mínima de cemento por metro cúbico es de 150 kg, como se especifica en su identificación. Se sugiere que el tamaño máximo del árido sea inferior a 30 mm para mejorar la manejabilidad durante su aplicación. Estos hormigones tienen una baja proporción de cemento, por lo que se aconseja la inclusión de aditivos reductores de agua para minimizar la porosidad en su estado endurecido.

Lo habitual en obra es extender sobre la superficie del fondo de excavación una capa de hormigón de regularización. Según el Código Estructural, los hormigones de nivelación o de limpieza de excavaciones no se consideran de naturaleza estructural y, por tanto, no están sujetos a los requisitos de resistencia mínima establecidos para otros tipos de hormigón, ya sea en masa, armado o pretensado. Sin embargo, cuando las piezas estructurales están en contacto directo con el terreno y no se ha aplicado una capa de limpieza, el recubrimiento mínimo requerido es de 70 mm, según lo establecido en el Artículo 44.2.1.1.

La finalidad de esta solera es proporcionar una base plana y horizontal para la zapata, y en suelos permeables, evitar que la lechada de hormigón estructural penetre en el terreno, dejando los áridos de la parte inferior sin recubrimiento, lo que resultaría en un hormigón poroso que facilita la entrada de agua. Se recomienda un espesor mínimo de 10 cm para la solera de hormigón pobre, y su superficie debe ser nivelada de manera que el canto del cimiento se ajuste adecuadamente en cada punto, con una discrepancia de menos de 20 mm respecto al valor teórico indicado en los planos.

Figura 2. Hormigón de limpieza. https://www.lesterrassesresidencial.es/proceso/hormigon-de-limpieza/

Dado su reducido espesor y su función como hormigón de sacrificio, es necesario aplicar un proceso de curado para minimizar la desecación que pueda sufrir al entrar en contacto directo con el terreno. La altura máxima del hormigón de limpieza será la misma que la prevista en el proyecto para la base de las zapatas o vigas riostras.

En resumen, el hormigón de limpieza ofrece varias ventajas:

Previene que el hormigón estructural que se vierte posteriormente para el arriostrado entre en contacto con el suelo.
Aunque no tiene una función estructural en la obra, mejora la calidad y la durabilidad del hormigón estructural.
Contribuye a conformar el volumen geométrico requerido para un propósito específico.
Se puede elaborar in situ, eliminando la necesidad de fabricarlo en planta.
Proporciona un nivelado excelente, lo que facilita los trabajos posteriores de levantamiento de muros de carga u otros elementos de construcción.
Evita la contaminación de las armaduras, proporcionando protección.
Previene que el hormigón estructural se deshidrate durante el vertido.

Os dejo a continuación el Anejo 10 del Código Estructural donde se define el alcance y las especificaciones que deben tener los hormigones de limpieza.

Descargar (PDF, 680KB)

Aquí tenéis varios vídeos al respecto. Espero que os sean de interés.

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.

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

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

Razones para compactar el hormigón

Figura 1. Vertido y vibración del hormigón. https://www.paviconj-es.es/hormigon-precios/hormigon-compactado/

Después de la mezcla, transporte y vertido del hormigón, este suele contener aire atrapado en forma de espacios vacíos. Cuando el hormigón no se compacta adecuadamente, pueden surgir coqueras y una macroporosidad elevada (tamaños por encima de 50 nm), llegando a representar entre el 5 y el 20% de su volumen total. Al compactar el hormigón se pretende mejorar sus propiedades modificando su estructura y rebajando su porosidad, reduciéndolo, si es posible, a menos del 1%. El objetivo es comunicar al hormigón, a través de su compactación, la energía necesaria para facilitar el desplazamiento de las burbujas o huecos hacia su superficie. Al mismo tiempo, se busca bloquear la interconexión de poros, en la medida de lo posible. De esta forma se elimina la macroestructura porosa, las coqueras, se aumenta la densidad y mejorando la resistencia y la impermeabilidad se corrigen las irregularidades de distribución del hormigón. La excepción es la inclusión deliberada de aire en el hormigón, donde el aire está estabilizado y distribuido uniformemente.

La cantidad de aire atrapado guarda una estrecha relación con la trabajabilidad del hormigón, la cual se define como la propiedad que determina la facilidad y uniformidad con la que puede ser fabricado y colocado en la obra. Por ejemplo, el hormigón con una consistencia en cono de Abrams de 75 mm contiene aproximadamente un 5% de aire, mientras que aquel con un asentamiento de 25 mm puede contener alrededor del 20%. En consecuencia, el hormigón de baja consistencia requiere un mayor esfuerzo de compactación, ya sea prolongando el tiempo de compactación o utilizando más vibradores, en comparación con el hormigón de mayor asentamiento.

Es importante eliminar el aire atrapado, entre otras, por las siguientes razones:

El aire ocluido reduce la resistencia del hormigón (Figura 2). Por cada 1% de aire retenido, la resistencia disminuye entre un 4 y un 7%. Como resultado, un hormigón con, por ejemplo, un 3% de vacíos, será entre un 15% y un 20% menos resistente de lo esperado.
El aire atrapado aumenta la permeabilidad, lo que a su vez afecta la durabilidad del hormigón. Si el hormigón no es compacto ni impermeable, no resistirá la penetración del agua ni de líquidos menos agresivos. Además, cualquier superficie expuesta será más susceptible a los efectos de la intemperie, aumentando así el riesgo de que la humedad y el aire alcancen las armaduras, provocando su corrosión.
El aire ocluido aminora el contacto entre el hormigón y las armaduras, lo que afecta la adherencia necesaria y, por ende, la resistencia del elemento estructural.
El aire ocluido produce defectos visibles, como coqueras y alveolado en las superficies expuestas del hormigón.

Figura 2. Resistencia a compresión del hormigón en función del porcentaje de poros.

El hormigón compactado adecuadamente se caracterizará por su densidad, resistencia, durabilidad e impermeabilidad. Por el contrario, un hormigón mal compactado mostrará debilidad, escasa durabilidad, textura alveolar y porosidad; en resumen, será un producto de calidad inferior.

La compactación del hormigón puede llevarse a cabo mediante diversos métodos. Inicialmente, en los albores del siglo XX, se empleaban el picado y el apisonado como los primeros sistemas utilizados. Sin embargo, hacia la década de 1920, con la investigación de la relación entre la resistencia del hormigón y la proporción agua/cemento, surgieron métodos alternativos, entre los que se incluyó el uso del aire comprimido.

Más tarde, en 1927, el ingeniero francés Charles Rabut descubrió los efectos beneficiosos de la vibración sobre el hormigón. Desde entonces, tras la aparición de la primera patente de este sistema, se ha producido una mejora continua en su tecnología, convirtiéndolo en el método de compactación más ampliamente utilizado y eficaz.

Además de estos métodos principales, existen otras técnicas de compactación utilizadas en campos más específicos. Por ejemplo, la compactación por vacío y la centrifugación son sistemas prácticos y frecuentemente empleados en elementos de forma cilíndrica. Por otro lado, la compactación por percusión, como la mesa de sacudidas, se utiliza en algunas industrias y laboratorios, aunque su aplicación es más limitada.

El método de compactación a emplear dependerá de la consistencia del hormigón y se adaptará, en la medida de lo posible, a las condiciones particulares de cada caso, teniendo en cuenta factores como el tipo de elemento estructural.

Tal y como indica el Art. 52.2 del Código Estructural, la compactación del hormigón en obra se llevará a cabo utilizando métodos apropiados según la consistencia de las mezclas, con el objetivo de eliminar los huecos y lograr un cierre perfecto de la masa, evitando la segregación. Este proceso de compactación deberá continuar hasta que la pasta fluya hacia la superficie y ya no se libere aire. En la Tabla 1 se recomienda el tipo de compactación adecuado a la consistencia del hormigón

Tabla 1. Tipo de compactación en función de la consistencia del hormigón.

Consistencia	Tipo de compactación
Seca	Vibrado energético
Plástica	Vibrado normal
Blanda	Vibrado normal o picado con barra
Fluida	Picado con barra o vibrado ligero

Os dejo un vídeo de los métodos de compactación del hormigón.

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.

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

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

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.

Descargar (PDF, 697KB)

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.

Hormigón precolocado: Prepakt y Colcrete

Figura 1. Hormigón precolocado. https://mvalarezo.files.wordpress.com/2014/01/fierro_valarezo.pdf

El hormigón precolocado, también llamado hormigón inyectado, o de “empaquetado previo”, es un procedimiento de construcción implica la disposición inicial de áridos gruesos en el encofrado o molde previsto y el posterior relleno de sus huecos. Para obtener un hormigón de calidad, es fundamental asegurar el completo relleno de todos los espacios, evitar la separación debido a la retracción del árido precolocado, prevenir la segregación y garantizar la retención adecuada de la humedad en la mezcla. Además, se requiere una fluidez óptima que evite obstrucciones en los conductos de inyección.

En la última etapa de la década de los cuarenta del siglo pasado, se alcanzó un hito significativo con la introducción de morteros de tipo coloidal, que lograron una dispersión efectiva de las partículas en la fase líquida y una estabilidad óptima tras la inyección. Estas suspensiones coloidales se lograban mediante métodos químicos, como en el caso de Prepakt, o bien, mediante procesos mecánicos, como los empleados en Colcrete o Colgrout.

En el procedimiento Colcrete, el mortero se sometía a un vigoroso batido en una máquina para laminarlo, evitando la formación de racimos de partículas de cemento y logrando una suspensión uniforme. Por otro lado, en el hormigón Prepakt, el mortero estaba compuesto por cinco elementos: cemento, arena, agua, un agente químico y un polvo mineral o fíller con características fisicoquímicas específicas. El agente químico se utilizaba en cantidades mínimas para conferir al mortero una suspensión coloidal altamente fluida, inducir una ligera incorporación de aire y reducir la retracción. El fíller, en proporciones variables entre el 30% y el 60%, reemplazaba al cemento y presentaba un alto contenido de sílice amorfa, la cual reaccionaba con la cal liberada durante el proceso de fraguado. Esta sustitución reducía la retracción y disminuía el desprendimiento de calor durante el fraguado, aunque también resultaba en una reducción de la resistencia inicial, mientras que la resistencia final permanecía inalterada. Además, incrementaba la resistencia a las aguas agresivas. La característica coloidal de la inyección facilitaba el hormigonado bajo el agua, sin ocasionar problemas de disolución apreciable.

El hormigón Prepakt exhibe una serie de características distintivas: presenta una resistencia final equiparable a la del hormigón convencional, al tiempo que permite un ahorro de cemento notable, oscilando entre el 30% y el 60%. Además, destaca por su elevada impermeabilidad y su mínima retracción endógena, llegando incluso a ser nula en algunos casos. Su retracción exógena es inferior al 50% de la convencional, y su menor contenido de cemento resulta en una disminución significativa del desprendimiento de calor durante el proceso de hidratación. Asimismo, exhibe una excelente adherencia tanto a superficies de hormigón antiguas como a rocas, y muestra una excelente resistencia a los ciclos de hielo y deshielo. En particular, demuestra una alta resistencia a las aguas agresivas, incluida el agua marina.

Durante la década de los 40 del siglo XX, el hormigón Prepakt fue empleado en las labores de reparación de los túneles-aliviaderos de la presa Hoover, en Estados Unidos. La experiencia acumulada en los años posteriores, especialmente en proyectos de presas, consolidó al Prepakt como material de elección para la construcción de estas estructuras, superando incluso su aplicación en obras marítimas. En España, durante la década de los 60, este hormigón fue utilizado en la presa bóveda de Matalavilla y en la presa de gravedad de Tiétar, específicamente en la inyección de las juntas.

A continuación, se describe el procedimiento constructivo de este tipo de hormigón inyectado. El árido grueso, exento de arena, se asienta, si es posible, generalmente mediante vibradores. A continuación, los espacios vacíos entre los áridos se rellena con una inyección de mortero de arena y cemento, de gran docilidad y plasticidad, que une los granos gruesos en contacto. Esta inyección se puede realizarse tanto en el aire como en el agua, siempre procediendo de abajo hacia arriba. Para ello, se instalan tubos entre los encofrados, los cuales se van retirando conforme la superficie de la inyección asciende. A medida que el mortero fluya hacia la superficie, se controlarán las posibles fugas para garantizar que toda la masa quede rellenada de manera uniforme con el mortero de inyección.

A medida que el mortero sube, desplaza al agua, quedando una clara línea de separación entre ambos, indicando que el primero no se diluye y que la mezcla se conserva sin variación alguna. La compacidad del árido grueso debe ser la mayor posible, y el mortero o papilla de inyección ha de tener unas características especiales de plasticidad para rellenar con facilidad todos los huecos. Para ello se prepara este mortero con fluidificantes. De esta manera, se logra un hormigón similar al convencional, pero mucho más compacto y con una retracción significativamente menor, aproximadamente la mitad.

El árido grueso, que se dispone antes del proceso, puede variar en tamaño desde los 6 hasta los 10 mm, o incluso más si es necesario. Ya sea de origen natural o producto de trituración, la textura y forma de sus componentes no afectan la facilidad de manipulación ni las propiedades finales. Esta disposición previa del árido genera un entramado rígido entre sus elementos, ya que se establece un contacto puntual entre ellos. Este entramado ayuda a evitar la retracción del hormigón una vez que el mortero lo envuelve. Además, el porcentaje de huecos en el árido es considerablemente menor que en el hormigón convencional, aunque el módulo de elasticidad es ligeramente mayor que el del convencional debido a que las propiedades del árido grueso tienen mayor efecto en el hormigón precolocado.

Inicialmente, se empezó a utilizar en las reparaciones de estructuras de hormigón debido a su extraordinaria capacidad de adherencia con hormigones más antiguos, así como donde se precisa un hormigón con baja retracción. Conforme se fueron destacando sus cualidades, su aplicación se amplió a nuevas construcciones, particularmente en pilares de puentes, túneles y diques marítimos. Asimismo, también se han usado en estructuras muy armadas por sismo u otras razones.

Este método es especialmente útil en situaciones donde el acceso al área encofrada es complicado, en lugares donde hay corrientes de agua fuertes que atraviesan la zona de vertido del hormigón, o en trabajos sujetos a la acción de las olas, donde el uso de métodos tradicionales de hormigonado bajo el agua está prohibido. Otros trabajos donde se usa es el recalce de cimentaciones o el relleno de cavidades de cimentación, que son poco comunes en la construcción convencional.

Para la inyección del mortero, se emplean tuberías que se insertan en la masa de árido grueso. Normalmente, tienen un diámetro de 20 a 30 mm para el hormigón estructural y de hasta 40 mm para el hormigón en masa. Estas tuberías deben colocarse verticalmente dentro de los 150 mm desde la base de la masa de árido, aunque también pueden insertarse horizontalmente a través del encofrado en distintos niveles.

Es una técnica delicada, por lo que es conveniente emplear procedimientos ya experimentados. En cualquier caso, requiere de mano de obra altamente especializada, especialmente dado que en muchas ocasiones resulta imposible inspeccionar el trabajo.

Una descripción con mayor detalle del hormigón precolocado se puede encontrar en la norma ACI 304.

Os dejo un artículo que creo os puede resultar de interés.

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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.

Técnicas de colocación del hormigón bajo el agua

Figura 1. Colocación de hormigón sumergido con tubo tremie. https://tecnologiadelhormigonarmado.blogspot.com/p/hormigon-armado-en-ambientes-marinos.html

El hormigón sumergido o bajo el agua se caracteriza por emplearse en estructuras que deben estar continuamente en contacto con este líquido. La construcción de cimentaciones bajo el agua con hormigón no es una novedad. Se encuentran referencias de este método en el tratado De Arquitectura de Vitruvio (88-26 a. C.). Actualmente, este procedimiento se utiliza con frecuencia, especialmente en la cimentación de obras marítimas, sin embargo, su aplicación debe ser precisa y cuidadosa. Antes de decidirse por esta forma de hormigonar, es siempre preferible tratar de efectuar el hormigonado en seco, utilizado uno u otro de los diversos procedimientos existentes para agotar el agua, o, incluso, resolver la construcción utilizando elementos prefabricados.

Un hormigón sumergido debe tener características especiales en sus componentes, como son el tipo de árido, el agua de amasado, el cemento y los aditivos. Este tipo de hormigón debe mantenerse inerte a las condiciones del ambiente (el cemento y los áridos no deben reaccionar con el agua), será impermeable para evitar la corrosión en el caso de que sea hormigón armado y cumplirá con la resistencia requerida.

En primer lugar, el hormigón utilizado debe tener una dosificación más rica (sobredosis de cemento de un 25 %), con cementos de alto poder aglutinante que garanticen una buena compacidad bajo el agua. Es posible mejorar su capacidad aglutinante añadiendo aireantes, así como plastificantes para lograr la docilidad deseada sin necesidad de aumentar el contenido de agua (asiento en cono de Abrams de 150 mm). Cuando se trabaja en aguas en movimiento, puede ser necesario recurrir a aceleradores de fraguado, algunos de los cuales están diseñados específicamente para evitar la penetración del agua en el hormigón.

Para sumergir hormigón de manera efectiva, es fundamental garantizar su resistencia al lavado durante su colocación, lo cual requiere garantizar la adecuada consistencia y homogeneidad de la mezcla. Sin embargo, este objetivo enfrenta desafíos debido a dos factores adversos. En primer lugar, el movimiento del agua, ya sea por las corrientes fluviales o las mareas marinas, puede erosionar los hormigones, arrastrando parte de su cemento y generando lechadas. Estas lechadas dificultan la adhesión entre capas, aumentando la permeabilidad del conjunto y debilitando los morteros, lo que resulta en una disminución de su resistencia. Además, la disparidad en la densidad de los componentes del hormigón puede provocar su separación debido a la fluidez de la mezcla. Los áridos más pesados tienden a acumularse en el fondo y son más propensos al deslavado, ya que quedan protegidos únicamente por una delgada película de aglomerante.

Todo lo anterior implica minimizar al máximo el contacto del hormigón con el agua durante su transporte, así como durante el proceso de vertido y extendido. Para lograrlo, se recurre habitualmente a técnicas como el método de talud en avance, el uso de cubas especializadas y la utilización de canaletas (tubo tremie). No obstante, también existen otros procedimientos como el bombeo directo del hormigón, el hormigón prepakt (inyección con un mortero de áridos gruesos colocados en un molde) o el uso de hormigón ensacado. A continuación se describen las técnicas habituales.

Procedimiento de talud en avance

Cuando el agua no supera los 0,80 m de profundidad, pueden sumergirse las masas de hormigón por el procedimiento llamado de talud, análogo al que se emplea para la ejecución de los terraplenes. Este método solo resulta efectivo en aguas poco profundas, generalmente con un espesor inferior a los 80 cm. La operación comienza depositando el hormigón en la región A, que se incorpora por su peso con la masa B en flujo, que progresa con un talud C, el único en contacto directo con el agua y susceptible al deslavado. Se requiere una vigilancia constante para evitar que el agua interfiera con este talud, donde pueden formarse suspensiones de lechada que no fraguan y que podrían generar superficies de deslizamiento y roturas en el macizo.

Figura 2. Hormigonado bajo el agua con talud de avance.

Después de cada interrupción, se limpia el talud utilizando cepillos de acero para descarnar la superficie y eliminar los excesos de lechada. Cuando el cimiento está rodeado por el terreno o por algún tipo de estructura, es necesario eliminar las lechadas que se filtran del hormigón, ya sea utilizando cubos o bombas. Asimismo, al unir una masa de hormigón ya fraguada con otras posteriores, también es necesario limpiar estas lechadas. Es importante destacar que la masa en avance no puede compactarse ni vibrarse. Durante períodos de aguas agitadas, como crecidas u oleajes, es necesario suspender los trabajos.

Procedimiento con cuba

Este método es adecuado para profundidades superiores a 0,80 m. El hormigón se transporta a través de una cuba completamente estanca, la cual desciende lentamente hacia el área a hormigonar mediante un cabrestante o una grúa. Una vez depositadas sobre el macizo, un buzo la abre, elevándola suavemente luego para permitir que el hormigón fluya en aguas tranquilas. La función de los buzos se limita a colocar la cuba sobre el área a hormigonar y abrir sus compuertas, luego envían la cuba a la superficie para repetir el proceso. Sin embargo, este procedimiento no es apropiado cuando se necesita verter hormigón en un encofrado de dimensiones reducidas, pues su movimiento ascendente y descendente puede provocar agitación en el agua, actuando como un pistón (Figura 3).

Figura 3. Cuba bajo el agua en un encofrado de dimensiones reducidas (Galabru, 1964). https://tecnologiadelhormigonarmado.blogspot.com/p/hormigon-armado-en-ambientes-marinos.html

Las cubas son estancas, diseñadas con paredes inclinadas para facilitar la salida del hormigón. Se abren en la parte inferior mediante sistemas hidráulicos o neumáticos. Además, cuentan con patas que aseguran su estabilidad al posarse sobre el terreno, permitiendo que las puertas pivoten libremente. La capacidad de las cubas varía generalmente de 0,20 a 1,00 m³.

Durante la operación, las cubas descargan su contenido primero en el fondo y luego sobre las capas previamente vertidas y aún frescas, evitando así el contacto directo del hormigón con el agua y logrando una adecuada trabazón. Para áreas extensas, se subdividen en secciones pequeñas, generalmente no mayores a 6×6 m, ya que el hormigón tiene un radio de extensión de unos 30 cm y las cubas no se abren a más de 30 cm de altura.

Una variante de este sistema, utilizada en obras con poco volumen de hormigón, implica el uso de bolsas de lona impermeabilizadas, que se bajan boca abajo, amarradas por el fondo y cerradas en la boca con un nudo, permitiendo su apertura manual. Estas bolsas tienen una capacidad que no supera los 0,10 m³.

El método de inmersión en cubas presenta ventajas como una operación sencilla y una rápida ejecución del hormigonado, resultando en hormigones de buena calidad con una notable trabazón. Además, no requiere más equipo especializado que el depósito para sumergir el hormigón.

Procedimiento con canaleta (tubo tremie)

La canaleta o vertedera, conocida como tubo-tolva o tubo tremie, consta de un tubo especial de acero rígido con un diámetro de 20 a 45 cm, asegurando que el hormigón se vierta directamente sobre otra masa de hormigón sin dejar una capa intermedia de lodos u otros materiales. Las paredes de la tubería deben ser lisas y contrapesadas para prevenir la flotación, especialmente si se utiliza una placa para sellar la boca de la tubería y esta se sumerge estando vacía. El tubo se sumerge con un tapón que se extrae (método de cierre de fondo) o se desplaza (tapón deslizante) al verter el hormigón. Para evitar la entrada de agua, el tubo debe mantenerse constantemente sumergido en el hormigón a una profundidad de 1,00 o 1,50 m bajo la superficie del material. Las velocidades ideales de elevación del hormigón oscilan entre 0,3 y 3 m/h. Es crucial mantener una colocación continua, ya que los retrasos pueden provocar el endurecimiento del hormigón, lo que dificultaría la reanudación del flujo. El hormigón debe ocupar automáticamente el espacio entre el tubo y el encofrado sin necesidad de mover el tubo horizontalmente. En caso de utilizar varios tubos, se recomienda mantener una separación de entre 3 y 5 m entre ellos.

Un puente grúa equipado con cabrestantes móviles sostiene estos tubos, lo que permite subirlos y bajarlos. Todo el montaje se encuentra instalado en un andamio con plataforma de servicio. En la parte superior del tubo, se encuentra una tolva o un embudo para verter el hormigón. Se utiliza una tolva cuando se realizan aportaciones intermitentes de hormigón, como en el caso del transporte por cubas. Se emplea un embudo cuando se realiza una aportación continua de hormigón, como en el caso del hormigón bombeado. En la Figura 4 se observa el método del desplazamiento, que puede obtenerse utilizando un carrito o suspendiendo el tubo por medio de una grúa.

Figura 4. Colocación sumergida: método del desplazamiento

Esta técnica se emplea en una variedad de aplicaciones, que incluyen hormigones sumergidos, estructuras submarinas, reparaciones de hormigones sumergidos, construcción y unión de secciones de túneles submarinos, pilotes para cimentaciones de puentes y plataformas mar adentro. Se utiliza especialmente cuando se busca obtener una calidad estructural muy alta. Se han llevado a cabo operaciones de hormigonado con éxito a profundidades de hasta 50 m. Este procedimiento consiste en verter el hormigón in situ mediante un tubo, cuyo extremo inferior permanece siempre sumergido en el hormigón fresco, lo que ayuda a prevenir lavados y segregaciones significativas.

El proceso de hormigonado con tubo tremie consta de tres etapas: el cebado del tubo, la formación del bulbo y el vertido del hormigón.

Figura 5. Etapas del proceso de hormigonado con tubo tremie

Cebado del tubo: Es fundamental llenar completamente el tubo con hormigón sin que entre en contacto con el agua circundante. Para lograr esto, existen varios métodos, desde el uso de aire comprimido hasta otros más simples. Uno de los métodos más directos implica dejar caer un tapón que actúe como sello hermético dentro del tubo, asegurando así que la columna de hormigón descienda gradualmente, evitando el contacto con el agua y reduciendo la posibilidad de segregación debido a la caída libre. Otra opción es utilizar una cámara inflable tipo pelota en lugar del tapón, que se recupera después de cada proceso de cebado.
Formación del bulbo: Bajo el peso de la columna de hormigón fresco, este se extiende gradualmente alrededor del tubo debido a la tensión superficial. Es importante que el extremo inferior del tubo no se eleve más de 30 cm desde el fondo para evitar la segregación y el lavado del hormigón. Posteriormente, debido a la resistencia ejercida en el fondo y en la masa, la superficie del hormigón adquiere una forma de cúpula. Con el tubo hundido a la profundidad deseada, se forma el bulbo en la base de esta cúpula (Figura 1).
Vertido: Se lleva a cabo desplazando el tubo mediante el cabestrante y el puente grúa. Para impedir la entrada de agua, el tubo debe estar siempre lleno, realizándose la carga de hormigón de manera regular y continua para garantizar que no se vacíe. El peso del hormigón dentro del tubo debe ser siempre mayor que la presión del agua en su base.

Las técnicas de colocación por tremie suelen emplearse para el bombeo directo bajo el agua, aunque presentan algunas diferencias menores. En este método, el flujo se genera mediante la presión de la bomba en lugar de depender de la gravedad. La dosificación del material debe permitir el bombeo y el flujo una vez que la tubería se retira. Se utilizan tuberías más pequeñas, con secciones flexibles para la porción que queda embebida en el hormigón. La acción de la bomba puede provocar movimientos laterales que crean una lechada en la superficie de contacto entre la tubería y el hormigón. En algunos casos, puede ser necesario instalar una válvula de escape cerca del punto más alto de la tubería para evitar un bloqueo debido al vacío.

Os dejo a continuación unos vídeos que, espero, os resulten de interés.

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.

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.