septiembre 2024 – El blog de Víctor Yepes

Mezcladoras de hormigón de marcha continua

Figura 1. Mezcladora continua. https://www.directindustry.es/prod/betonmec-srl/product-246672-2560995.html

En las mezcladoras de marcha continua (continuous mixers), como su nombre indica, los materiales se introducen de forma continua en la mezcladora al mismo ritmo que se descarga el hormigón. La mayoría de los mezcladores continuos utilizan un sinfín que gira en un canal o tubo inclinado. Generalmente, se trata de tambores fijos equipados con palas helicoidales que giran en el centro del tambor. Este tambor está inclinado hacia abajo en dirección a la abertura de descarga. El tiempo de mezclado viene determinado por la inclinación del tambor, que suele ser de unos 15°. Reducir la inclinación del canal puede disminuir el tiempo de mezcla, mientras que aumentarla puede prolongarlo. El tiempo de mezcla se puede ajustar modificando el ángulo de inclinación del mezclador, las revoluciones por minuto del sinfín, la configuración de las hélices, la tasa de producción, o una combinación de estos factores. El tiempo de mezcla real, desde la entrada hasta la salida, suele ser inferior a 20 segundos. Sin embargo, se han conseguido tiempos de hasta 45 segundos, aunque esto implica una considerable reducción en la capacidad de producción.

El funcionamiento de la mezcla continua se basa en el movimiento desde el punto de alimentación hasta el punto de descarga, generado por la rotación del recipiente mezclador, que hace girar los ingredientes o los desplaza en un patrón de zigzag, similar al de una mezcladora de paletas continua. El proceso de carga del material es crucial y puede influir significativamente en la calidad de la mezcla descargada. Durante el trayecto del material a través de la mezcladora, se produce una mezcla axial y radial. El tiempo que tarda el material en desplazarse desde el punto de alimentación hasta la descarga se denomina tiempo de retención de la mezcla. Aunque este tiempo puede controlarse con precisión en las mezcladoras de ciclo discontinuo, en las mezcladoras continuas no es uniforme y puede verse afectado por factores como la tasa de alimentación, la velocidad de la mezcladora y su diseño.

Su uso no es frecuente, ya que se limita a grandes instalaciones fijas debido a la complejidad que supone garantizar la calidad del hormigón obtenido. Su coste es relativamente elevado y requieren una cantidad considerable de espacio para funcionar. Se utilizan para la producción en continuo en los equipos para grava-cemento. Sin embargo, destacan por su alta productividad, puesto que eliminan los tiempos de carga y descarga y optimizan el proceso. Estas mezcladoras suelen emplearse en la producción masiva de hormigón. Son especialmente útiles en aplicaciones que requieren un tiempo de trabajo reducido, un prolongado tiempo de descarga, ubicaciones remotas (no adecuadas para el hormigón premezclado) y entregas de pequeño volumen. Un uso común de estas mezcladoras es la fabricación de hormigones de baja fluidez, como los utilizados en pavimentos. No obstante, debido al breve tiempo de mezclado, el control del contenido de aire resulta difícil, incluso con la incorporación de aditivos aireantes.

Están compuestas por un tubo mezclador ligeramente inclinado, equipado en su interior con un tornillo de Arquímedes. Los materiales se introducen por un extremo del tubo y se descargan por el extremo opuesto después de ser mezclados a fondo durante el trayecto gracias al tornillo sinfín. El tubo permanece fijo y la única pieza motriz es la que acciona el tornillo. La boca de carga se ubica en el extremo superior, mientras que la de descarga se encuentra en el extremo inferior.

Estas mezcladoras llevan dispositivos para tamizar el cemento y evitar su aportación apelmazada, además de con un circuito independiente de agua que permite introducir el cemento en forma de una fina lechada.

Un dispositivo integrado en la máquina realiza la premezcla de los áridos en una rueda elevadora. Posteriormente, los áridos se transfieren a la hormigonera mediante una compuerta neumática, mientras que el cemento se introduce a través de un tubo de goma independiente.

Los mezcladores continuos ofrecen una serie de ventajas, entre las que destacan su alta capacidad en comparación con los mezcladores discontinuos, un tiempo de mezcla más corto y un rendimiento de mezcla constante cuando se cuenta con un sistema de alimentación adecuado. Además, permiten un control automatizado, reducen la segregación de partículas en la mezcla, son más compactos y requieren menos mano de obra.

Sin embargo, también presentan algunas desventajas. No mezclan tan bien cuando se introducen muchos componentes, los costes de mantenimiento son más elevados y requieren una calibración y supervisión cuidadosas. No son adecuados para situaciones en las que las dosificaciones deben ser precisas y ofrecen menos flexibilidad, ya que es necesario recalibrar el sistema para mezclar una nueva dosificación o añadir un nuevo ingrediente.

Os dejo varios vídeos ilustrativos.

Referencias:

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

ACI COMMITTEE 304. Guide for Use of Volumetric-Measuring and Continuous-Mixing concrete Equipment. ACI 304.6R-09.

BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.

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

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.

FERRARIS, C.F. (2001). Concrete mixing methods and concrete mixers: State of the art. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 106(2):391-399.

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.

TIKTIN, J. (1998). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

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.

Hormigonado con tubería Tremie

El método Tremie, de llenado por flujo inverso, se utiliza para hormigonar elementos estructurales de difícil acceso, como, por ejemplo, pantallas y pilotes, especialmente en presencia del nivel freático o en excavaciones en las que se empleen lodos de perforación. Con este procedimiento, el hormigón se coloca mediante un tubo vertical de acero cuyo extremo superior tiene forma de embudo. El extremo inferior del tubo se mantiene sumergido en el hormigón fresco sin contacto con el agua.

El hormigón se bombea de forma continua a través de una tubería, deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua y las impurezas hacia la superficie. El tubo se coloca por tramos de varias longitudes para adaptarse a la profundidad del elemento que se va a hormigonar y está provisto de un embudo en la parte superior y de elementos de sujeción y suspensión.

En el fondo del tubo Tremie hay una válvula para evitar que el hormigón entre en contacto con el agua. El tubo debe llegar hasta el fondo de la perforación antes de iniciar el vertido del hormigón. Al principio, se debe elevar algunos centímetros para poner en marcha el flujo de hormigón y asegurar un buen contacto entre este y el fondo de la perforación. Se debe evitar el contacto con el agua. Antes de retirar el tubo completamente, se debe verter en la superficie suficiente de hormigón como para desplazar toda el agua y el hormigón diluido. El hormigón debe fluir fácilmente hacia su ubicación final y consolidarse por su propio peso, sin segregación o vibración que pueda incorporar agua a su masa, lavando el cemento, con la consecuente formación de bolos de arena y grava débilmente cementados.

Los tubos Tremie por gravedad deben tener un diámetro interior mínimo de 150 mm o 6 veces el tamaño máximo del árido, el que sea mayor, según la norma EN 1536. Por lo general, se emplea un diámetro de 250 mm. En el caso de los sistemas Tremie a presión (líneas de bombeo), el diámetro puede ser inferior a 150 mm. Los tubos deben ser de acero, ya que el aluminio reacciona con el hormigón y se separa del lodo de perforación.

Los tramos de tubería deben conectarse mediante un acoplamiento completamente estanco al agua. La longitud habitual de estos tramos varía entre 1 y 5 m. Se prefieren longitudes más largas porque tienen menos juntas, aunque el orden de colocación de las diferentes longitudes debe considerarse según las condiciones específicas de la obra, como la profundidad de la excavación, la altura de la tolva y el empotramiento en la primera retirada del tubo, así como durante las últimas descargas a baja presión hidrostática.

En general, los tubos deben separarse en cada junta después de cada uso y guardarse en un soporte Tremie para una limpieza adecuada. Se han producido roturas en las uniones durante la manipulación del Tremie, por lo que se recomienda realizar inspecciones visuales completas.

Los tubos sin juntas pueden utilizarse en excavaciones de poca profundidad, siempre que su manipulación lo permita. La tolva debe tener el mayor volumen posible para garantizar un suministro continuo de hormigón al tubo durante su colocación inicial. Los tubos deben ser lisos, limpios y rectos para minimizar la resistencia por fricción al flujo de hormigón.

Los pilotes suelen ser circulares y, por lo general, es suficiente una tubería central dentro de la perforación. Para los muros de pantalla, las normas especifican distintos límites para la distancia de flujo horizontal, que van de 1,8 a 2,5 m, con un máximo de 3 m. Se recomienda limitar la distancia a 2 m. Distancias mayores, de hasta 3 m, podrían ser aceptables si se ha demostrado que la trabajabilidad del hormigón es suficiente, combinada con una separación adecuada de las barras de armadura y un recubrimiento de hormigón superior a los valores mínimos establecidos. Los ensayos a escala real o las simulaciones numéricas, en particular mediante estudios comparativos, pueden ayudar a determinar los valores adecuados.

Los tubos deben colocarse de la manera más simétrica posible para evitar subidas irregulares del nivel del hormigón. En el caso de un solo tubo, este debe colocarse en el centro. Si se utilizan dos tubos, deben situarse aproximadamente a 1/4 de la longitud del panel desde cada extremo.

El inicio del hormigonado es uno de los pasos más críticos de todo el proceso de vertido, ya que el primer hormigón debe separarse del lodo de perforación.

En el método de hormigonado inicial en seco (a menudo confundido con el «vertido en seco»), el extremo del tubo está cerrado y el hormigón solo entra en contacto con el fluido de soporte una vez que sale del tubo. Se coloca una placa de acero o madera contrachapada con un anillo de sellado en la parte inferior del tubo para mantener el fluido de perforación fuera de la tubería durante su descenso al fondo de la excavación. A continuación, se descarga el hormigón directamente en el tubo seco, elevando el tubo entre 0,1 m y 0,2 m para permitir que el hormigón fluya en la excavación. En vertidos profundos, puede ser difícil evitar que el fluido entre en el tubo a través de las juntas o que este flote.

Con el método de colocación inicial en húmedo, se debe utilizar un medio de separación cuando el tubo esté lleno de fluido. Ejemplos de estos «tapones» incluyen gránulos de vermiculita (posiblemente agrupados en un saco), pelotas de goma inflables, esponjas, y bolas o cilindros de espuma. A veces se utiliza una placa de acero en la base de la tolva que se levanta con una grúa cuando la tolva está llena. El tapón debe evitar que la carga inicial de hormigón se mezcle con el fluido de perforación, lo que causaría segregación dentro del Tremie.

Para iniciar el hormigonado, el tubo debe bajarse hasta el fondo de la excavación y luego levantarse una pequeña altura (no mayor que el diámetro del tubo) para iniciar el flujo de hormigón y permitir que el tapón salga por la base del Tremie. El tapón deslizante de vermiculita debe tener una longitud dos veces el diámetro del tubo y que este no debe levantarse más de 0,2 m desde la base. Por razones prácticas, el método de colocación inicial en húmedo es el método preferido.

La Figura 3 muestra las condiciones de presión antes y durante las etapas del vertido, y destaca que, antes del primer corte, el tubo debe estar suficientemente sumergido. No obstante, debido a los aspectos dinámicos del flujo del hormigón, el nivel real de hormigón en el tubo, especialmente después de una interrupción tras el vertido inicial, puede ser más bajo que el punto de equilibrio hidrostático, tal como indica la Figura 3.

El nivel de hormigón necesario debe evaluarse para cada condición específica del lugar. Sin embargo, en la mayoría de los casos se requiere un mínimo de 5 m, o 6 m, según la norma EN 1536, antes del primer corte del Tremie. Es esencial contar con un volumen suficiente de hormigón en la obra, definido como la cantidad necesaria para llenar la altura mínima, antes de comenzar el vertido.

El Tremie requiere un mínimo de empotramiento en el hormigón previamente vertido. Las normas de ejecución europeas (EN 1536 y EN 1538) establecen un empotramiento mínimo que varía entre 1,5 y 3 m, siendo los valores más altos aplicables a excavaciones de mayor tamaño. En general, se acepta en la práctica un empotramiento mínimo de 3 m.

Cuando se utiliza una entubación recuperable durante el vertido de hormigón al Tremie, es importante considerar la extracción de los tramos de entubación al determinar el empotramiento mínimo del Tremie. La extracción de los tramos de entubación recuperable provocará un descenso en el nivel del hormigón, ya que se ocupará el espacio anular dejado por la entubación. Antes de retirar un tramo de entubación, la profundidad de empotramiento del Tremie debe ser suficiente para garantizar que se mantenga el empotramiento mínimo requerido después del descenso del hormigón.

Cuando se utilizan dos o más tubos Tremie, el extremo inferior de los tubos debe mantenerse a un nivel uniforme, salvo que la base esté escalonada y requiera medidas especiales iniciales.

Para asegurar un flujo adecuado del hormigón, el peso del hormigón dentro de la tubería Tremie debe superar:

La resistencia fuera de la base del tubo Tremie (presión hidrostática del fluido).
La resistencia del hormigón ya vertido.
La fricción entre el hormigón y la superficie interna de la tubería Tremie.

Algunos autores se refieren al «punto de equilibrio hidrostático» como el momento en que la fuerza de gravedad dentro del Tremie está equilibrada con la resistencia al flujo (véase la figura 3). Cuando se añade hormigón por encima de este punto de equilibrio, se provoca el flujo del hormigón. A mayor velocidad de vertido, más rápido será el flujo a través de la salida del Tremie.

El hormigón debe fluir libremente por el Tremie sin necesidad de bombeo, es decir, sin requerir elevación y descenso frecuentes del Tremie. Subir y bajar el Tremie para mantener el flujo indica una falta de trabajabilidad. Esto puede afectar a la configuración del flujo de hormigón y conlleva el riesgo de mezcla con el fluido de perforación y con material contaminado en la parte superior del hormigón, lo que puede dar lugar a la acumulación de detritos.

Os dejo algunos vídeos sobre este método de vertido del hormigón. Espero que os gusten.

Colocación de una tubería Tremie:

Hormigonado de un muro pantalla con tubería Tremie:

Lubricación de una tubería Tremie con lechada de cemento:

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Referencias:

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

BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.

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

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 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.

TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

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

Torres distribuidoras de hormigón: placing boom

Figura 1. Torre distribuidora de hormigón. https://socomaq.com/?product=placing-boom-truemax

Las torres distribuidoras de hormigón (TDH) o plumas de colocación estacionarias, también conocidas como placing boom, son brazos hidráulicos que complementan las bombas estacionarias, permitiendo una distribución eficiente del hormigón en elementos como losas, pilares o muros de edificios. Estas torres son un recurso clave para agilizar los procesos de hormigonado, ya que permiten distribuir el hormigón de manera independiente, tanto en elementos horizontales como verticales, sin depender de otros recursos esenciales en la obra, como la grúa pluma.

Los modelos más demandados cuentan con brazos de 28 y 32 m de longitud, lo que les permite colocar hormigón en superficies de 2810 y 3215 m², respectivamente, imitando de manera precisa el movimiento de una mano. Estas torres ahorran tiempo y dinero gracias a su fácil y rápida conversión de camión a torre, además de mejorar la seguridad en el trabajo y brindar mayor flexibilidad al contratista.

Entre sus principales ventajas se encuentran la velocidad de cobertura programable y la alta precisión en la colocación del hormigón, lo que reduce la necesidad de limpiar los encofrados y contribuye a prolongar su vida útil.

Estos equipos están formados por una columna que puede ascender a través de la estructura de hormigón armado mediante un sistema hidráulico de izaje autotrepatante. En la parte superior, el brazo articulado contiene una tubería interna que transporta el hormigón bombeado desde el nivel inferior hasta el distribuidor de hormigón.

Esta tecnología, combinada con una bomba de alimentación adecuada ubicada en la base del edificio, se presenta como una solución constructiva altamente eficiente. Permite la colocación de grandes volúmenes de hormigón, respondiendo de manera segura y rentable a las crecientes demandas de estructuras de gran altura, cada vez más complejas e innovadoras.

Figura 2. Placing boom. https://hormigonaldia.ich.cl/maquinarias/torres-de-distribucion-de-hormigon-rapidez-y-eficiencia-en-altura/

Os dejo algunos vídeos al respecto de este tipo de maquinaria de colocación del hormigón. Espero que os sean de interés.

Referencias:

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

BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.

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.

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 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.

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

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

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

Centrales móviles y transportables de fabricación de hormigón

Figura 1. Planta móvil de fabricación de hormigón Promax M120 TWN. https://www.promaxstar.com/es/promax-m120-twn/

Toda la central puede ser un único conjunto móvil con ruedas, que se ajusta al gálibo de carreteras, o descomponerse en varios módulos independientes, cada uno de ellos también montado sobre ruedas. En ambos casos, el ensamblaje y la puesta en funcionamiento se completan en unas pocas horas (Figura 1). Aunque su capacidad de almacenamiento es inferior a la de las centrales transportables, su coste es mayor. Estos sistemas pueden montarse en un semirremolque que puede transportarse con un camión tractor estándar. Esta característica representa una gran ventaja, ya que elimina la necesidad de transporte especial y reduce el tiempo de carga, descarga y montaje.

Las centrales transportables tienen una capacidad de almacenamiento menor que la de las centrales fijas. Están diseñadas para ser transportadas con facilidad, pues se descomponen en varios módulos o secciones que pueden trasladarse dentro del gálibo de carreteras, ya sea con o sin permiso especial de circulación, y montarse rápidamente en el lugar de la obra.

Los módulos prefabricados contienen los componentes esenciales de la central. Por ejemplo, en la Figura 12 se puede ver un módulo que incluye un conjunto de básculas dosificadoras y las compuertas interiores de las tolvas.

Figura 2. Central de hormigonado transportable

Os dejo algún vídeo ilustrativo: