Categoría: compactación

Guía para principiantes sobre la compactación de suelos.

1. ¿Qué es la compactación y por qué es importante?

La compactación de suelos es el proceso de aumentar la densidad de un terreno aplicando energía mecánica. En términos sencillos, consiste en hacer circular cargas elevadas sobre capas de suelo el número de veces necesario para alcanzar la densidad especificada. Al reducir los vacíos de aire en el suelo, se aumenta su resistencia, se reduce su capacidad de deformación y se disminuye su permeabilidad.

El objetivo principal de la compactación es mejorar las propiedades geotécnicas del suelo para garantizar la seguridad y durabilidad de las estructuras construidas sobre él, como carreteras, edificios o presas. La elección del equipo y del método de compactación no es universal, sino que depende de factores clave como la naturaleza del terreno, su contenido de humedad y la función que desempeñará el relleno compactado.

Para seleccionar y utilizar correctamente estos equipos, es esencial comprender los principios fundamentales que rigen su funcionamiento.

Figura 1. Distintos tipos de compactadores. https://www.noticiasmaquinaria.com/nuevos-modelos-de-la-serie-de-rodillos-tandem-de-hamm-en-conexpo/

2. Los cuatro esfuerzos elementales de la compactación.

Toda la maquinaria de compactación, desde un pequeño pisón manual hasta un rodillo de varias toneladas, aplica una combinación de cuatro esfuerzos básicos para densificar el suelo. Comprender estos mecanismos es el primer paso para dominar el proceso.

Tipo de esfuerzo Mecanismo y efecto principal
Estático vertical Aplica el peso de la máquina para comprimir el suelo. Produce tensiones fundamentalmente verticales que aprietan las partículas entre sí.
Amasado Genera tensiones en múltiples direcciones, «amasando» el suelo para reordenar partículas. Es especialmente útil para romper terrones en suelos cohesivos.
Impacto Aplica una fuerza súbita que propaga una onda de presión, alcanzando mayor profundidad que el esfuerzo estático.
Vibratorio Aplica una sucesión rápida de impactos que reduce la fricción interna entre partículas, facilitando su reacomodo en una configuración más densa.

Es importante destacar que el tipo de esfuerzo aplicado influye directamente en la estructura final de las partículas del suelo. Un terreno más compactado presenta partículas más orientadas y ordenadas (menos «floculadas»). El efecto de ordenamiento es progresivamente mayor al aplicar esfuerzos en el siguiente orden: estático, vibratorio, de impacto y, por último, de amasado.

Ahora que conocemos la teoría que hay detrás de la compactación, podemos explorar los equipos que aplican estos esfuerzos en la práctica.

3. Tipos principales de equipos de compactación.

Los equipos de compactación se pueden clasificar según el principio de trabajo predominante que utilizan: la fuerza estática de su propio peso o la energía dinámica de la vibración.

3.1. Compactadores estáticos: la fuerza del peso.

Estos equipos dependen principalmente de su peso para compactar el suelo.

3.1.1. Apisonadoras de rodillos lisos

  • Principio de funcionamiento: utilizan cilindros metálicos lisos para aplicar presión estática. Su mecanismo de compactación es «de arriba hacia abajo», por lo que la capa superior recibe la mayor energía.
  • Suelos adecuados: arenas y gravas bien graduadas, limos y arcillas de baja plasticidad. No se recomiendan para arenas uniformes o arcillas blandas.
  • Limitación principal: existe el riesgo de compactar en exceso la superficie y crear una costra rígida conocida como «encarpetamiento», mientras que las capas inferiores quedan menos densas.
Figura 2. Apisonadora estática de rodillo liso tipo triciclo. Imagen: V. Yepes

3.1.2. Compactadores de patas apisonadoras («pata de cabra»)

  • Principio de funcionamiento: en lugar de un rodillo liso, utilizan cilindros con múltiples «patas» o salientes que penetran en el suelo. Esto concentra la presión y compacta el terreno «de abajo hacia arriba».
  • Suelos adecuados: son especialmente efectivos en arenas y gravas con más del 20% de finos, así como en la mayoría de los suelos de grano fino (suelos limo-arcillosos, arenas limosas y arcillosas).
  • Ventaja principal: la acción de las patas rompe los terrones y grumos del suelo, a la vez que mejora la trabazón (unión) entre las sucesivas capas de material compactado.
Figura 3. Rodillo remolcado pata de cabra. Imagen: V. Yepes (2021)

3.1.3. Compactadores de ruedas neumáticas

  • Principio de funcionamiento: combinan el esfuerzo estático de su peso con el efecto de amasado que se produce por la deformación de sus neumáticos de goma, un proceso que reordena las partículas sin romperlas ni aplastarlas.
  • Suelos adecuados: son eficaces en suelos algo cohesivos y rellenos de limos poco plásticos.
  • Ventaja clave: son muy versátiles. Se puede ajustar su efecto modificando dos variables principales:
    • Aumentar la presión de inflado: incrementa la compactación en la superficie.
    • Aumentar la carga por rueda: aumenta el efecto de compactación en profundidad.
Figura 4. Compactador con neumáticos con dibujo. http://www.corinsa.es/tecnologia/compactacion/compactacion-de-tierras/

3.2. Compactadores vibratorios: reduciendo la fricción interna

Estos equipos añaden una fuerza dinámica a su peso estático, lo que los hace extremadamente eficientes.

3.2.1. Principio de funcionamiento

  • Mecanismo: la vibración de un cilindro o una placa, lo que elimina en gran medida la fricción interna entre las partículas del suelo. Así, las partículas se reordenan y alcanzan una mayor densidad con menos esfuerzo y en capas de mayor espesor. Es especialmente eficaz en terrenos granulares (arenas y gravas). Para hacerse una idea de su eficacia, la acción de un rodillo vibrante puede equivaler a la de un rodillo estático mucho más pesado: hasta ocho veces en suelos cohesivos y hasta doce veces en gravas y escolleras.
  • Regla de oro para su uso:
    • Materiales granulares (arenas, gravas): se compactan mejor con frecuencia alta y amplitud reducida.
    • Materiales cohesivos (arcillas, limos): prefieren más amplitud y menor frecuencia.

3.2.2. Tipos más comunes

Existen diversos modelos: los monocilíndricos (con rodillo liso o de patas), los de dos rodillos (tándem) y los mixtos (un rodillo y ruedas neumáticas). De todos ellos, los monocilíndricos autopropulsados son los más versátiles en la mayoría de las obras de movimiento de tierras.

Figura 5. Rodillo compactador vibratorio hidráulico de un solo tambor LSD216H. http://changlin.es/3-2-6-hydraulic-road-roller.html

3.3. Equipos para trabajos específicos

Para tareas específicas o en áreas de difícil acceso, se utilizan equipos más especializados.

3.3.1. Placas y pisones vibrantes

Son máquinas de pequeño tamaño que son guiadas por un operario. Su principal ventaja es que pueden trabajar en espacios reducidos a los que no pueden acceder máquinas más grandes, por ejemplo, en la compactación de rellenos en zanjas o trasdoses de muros.

3.3.2. Compactadores por impactos de gran energía

Este sistema es una alternativa más intensa que los rodillos vibratorios convencionales. Utiliza rodillos de perfil irregular (no cilíndricos) que, al girar a gran velocidad, generan impactos de alta energía. Su principal ventaja es la profundidad de su efecto, que puede alcanzar hasta cuatro o cinco metros.

Figura 6. Compactador de impacto de gran energía.

Una vez conocidos los tipos de equipos disponibles, el siguiente paso lógico es aprender a decidir cuál es el más adecuado para cada situación.

4. ¿Cómo elegir el equipo de compactación adecuado?

La elección del compactador no tiene una solución única, ya que depende de múltiples factores y, en última instancia, es una decisión económica. No obstante, para poder tomar una decisión técnica fundamentada, hay que tener en cuenta tres factores determinantes:

  • La naturaleza del material: es el factor más importante. Los suelos se pueden clasificar en tres grandes grupos:
    1. Suelos finos: limos y arcillas.
    2. Suelos de grano grueso: arenas y gravas.
    3. Pedraplenes: materiales rocosos.
  • El estado del material: principalmente, su contenido de humedad. La humedad actúa como un lubricante entre partículas, pero un exceso o defecto puede dificultar enormemente la compactación.
  • El volumen, la forma de la zona a compactar y el ritmo de la obra: Un área grande y abierta permite el uso de máquinas de alto rendimiento. De hecho, suelen elegirse compactadores con una capacidad de producción superior a la de los equipos de excavación y transporte, para evitar que la compactación se convierta en un «cuello de botella» que retrase todo el proyecto.

La siguiente tabla ofrece una guía simplificada para la selección inicial del equipo en función del tipo de suelo.

Guía rápida para la selección de equipos por tipo de suelo.

Tipo de suelo Equipos recomendados Consideración clave
Suelos finos (limos y arcillas) • Compactadores de patas apisonadoras

• Compactadores de neumáticos

 El control preciso de la humedad es fundamental. Estos suelos son sensibles a un exceso o defecto de agua.
Suelos de grano grueso (arenas y gravas) • Rodillos vibratorios

• Compactadores de neumáticos pesados

 La vibración es extremadamente efectiva para reordenar las partículas en este tipo de material.
Pedraplenes (roca) • Equipos vibratorios pesados (más de 10 toneladas) Se necesita una gran energía de compactación debido al gran tamaño de los elementos rocosos.

Elegir el equipo adecuado no solo garantiza que se alcancen las especificaciones de densidad, sino que también optimiza el rendimiento y los costes del proyecto.

5. Conclusión: principios clave para el éxito de una compactación.

La compactación es una de las operaciones más importantes en la construcción, ya que de ella dependen la estabilidad y durabilidad de casi cualquier estructura. Aunque se trata de un tema amplio, un principiante puede sentar unas bases sólidas de conocimiento si se centra en dos principios fundamentales.

  • Para lograr una compactación eficaz, es esencial comprender y dominar los cuatro tipos de esfuerzos básicos (estático, de amasado, de impacto y vibratorio), así como la forma en que cada máquina los aplica.
  • Además, es importante entender que la elección del equipo depende principalmente del tipo de suelo. No hay una máquina universal: la clave del éxito es adaptar la herramienta al material con el que se trabaja.

Aquí tienes un vídeo introductorio a los compactadores.

A continuación, os dejo un resumen de las ideas más relevantes que un principiante debería conocer sobre la compactación de suelos. Espero que os resulte interesante.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

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

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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

Colocación y curado de hormigones ligeros

Figura 1. https://www.laterlite.es/productos/hormigones-estructurales-ligeros/latermix-beton-1600/

Las reglas básicas para el manejo del hormigón, ya abordadas en artículos anteriores, también se aplican al hormigón de áridos ligeros, sin especificaciones particulares adicionales. Sin embargo, es crucial tener en cuenta su mayor tendencia a la segregación. Por lo tanto, se deben extremar las precauciones en cuanto a la máxima caída libre, el uso de trompas y el hormigonado de elementos estrechos con bandas de plástico, entre otros aspectos.

La compactación del hormigón con áridos ligeros requiere una mayor energía de vibración en comparación con la de un hormigón normal. Por lo tanto, se debe reducir la separación entre los puntos de inmersión de los vibradores al 70% de la distancia utilizada para el hormigón convencional, ya que estos hormigones se dispersan menos lateralmente debido a su menor peso. Además, el radio de acción del vibrado es menor, por lo que es necesario colocar el hormigón en más puntos y distribuirlo manualmente en elementos horizontales, lo cual resulta más fácil que con los hormigones normales. El desplazamiento lateral mediante vibración es muy difícil y, además, conlleva el riesgo de segregación. Por otra parte, dado que algunos áridos ligeros tienden a flotar, es necesario tomar precauciones adicionales, como utilizar vibradores de superficie o rodillos que ayuden a introducir los áridos en el interior de la masa.

La vibración del hormigón con áridos ligeros debe realizarse con extremo cuidado para evitar la segregación y la separación de los áridos en capas de densidad variable. La compactación del hormigón ligero se realiza casi exclusivamente mediante vibradores. El menor peso de este hormigón amortigua el efecto del vibrado, ya que las ondas mecánicas se propagan mejor en materiales de mayor densidad. Además, los áridos porosos ligeros atenúan las vibraciones, reduciendo significativamente el radio efectivo del vibrador.

Como regla general, debe duplicarse el número de puntos de vibración interna o, en caso de utilizar vibradores externos, debe colocarse el doble de estos. Los vibradores internos deben introducirse al menos tres veces por metro. Debido a la limitada penetración de la vibración en este tipo de hormigón, no es necesario utilizar equipos muy potentes. Se recomienda emplear agujas vibradoras con diámetros de entre 50 y 700 mm y frecuencias de entre 150 y 200 Hz.

En elementos horizontales, es crucial evitar la segregación del hormigón. Mientras que en el hormigón normal el exceso de vibrado provoca que el mortero y la lechada migren hacia la superficie, dejando el árido grueso en el fondo, en el hormigón de áridos ligeros ocurre lo contrario: los áridos flotan y el cemento se acumula en el fondo. Por ello, se debe controlar cuidadosamente el tiempo de vibrado y aplicar la regla de vibrar en muchos puntos durante poco tiempo. Se recomienda usar hormigones con un asentamiento de cono entre 60 y 100 mm, ya que asentamientos mayores pueden causar la flotación del árido grueso y dificultar el acabado. El asentamiento del hormigón con áridos ligeros debe ser aproximadamente la mitad del recomendado para el hormigón con áridos normales, en cualquier aplicación específica.

El uso de aire ocluido y la cantidad mínima óptima de agua son esenciales para asegurar que estos hormigones ligeros tengan la trabajabilidad necesaria para un vertido y acabado adecuados, especialmente aquellos hechos con áridos triturados, angulares e intensamente vesiculares. De este modo, se minimizan el sangrado, la segregación y la flotación no deseada de las partículas de árido más grandes y menos densas hacia la superficie.

El riesgo de flotación del árido ligero aumenta con vibraciones excesivas. Para lograr un buen acabado superficial en la cara expuesta del hormigón, es fundamental utilizar herramientas adecuadas que presionen el árido ligero e integren adecuadamente en la masa, asegurando que quede recubierto por la lechada. El uso de reglas vibrantes proporciona buenos acabados superficiales, ya que hunden los áridos gruesos y cubren la superficie con una capa de pasta, lo que mejora el acabado y facilita el pulido posterior. En cambio, si se utiliza una regla normal entre los bordes del encofrado, los áridos gruesos superficiales pueden desplazarse, lo que provoca oquedades y defectos en la superficie.

En cuanto al curado, la capacidad de absorción de agua de los áridos hace que, en general, el hormigón disponga de suficiente agua para completar el proceso de hidratación sin necesidad de aporte externo, especialmente cuando se utilizan áridos saturados. Sin embargo, si se emplean áridos secos, es necesario extremar las condiciones de curado añadiendo agua para asegurar un adecuado proceso de hidratación. Además, se debe evitar la desecación superficial, al igual que en los hormigones normales, especialmente en condiciones de baja humedad relativa y altas temperaturas. Los tiempos de curado deben ser similares a los requeridos para los hormigones normales.

El curado del hormigón de áridos ligeros debe comenzar inmediatamente después de su colocación, con mayor rigor que en el caso del hormigón normal. La mayor difusión del vapor de agua provoca un secado más rápido, por lo que es fundamental extremar el curado para evitar la formación de grietas y los problemas derivados de la pérdida de agua durante la hidratación del cemento. Es necesario proteger las superficies expuestas, cubriéndolas con tejidos húmedos, láminas de plástico, añadiendo suficiente agua o utilizando membranas de curado.

Se recomienda mantener el curado durante 7 días si la temperatura supera los 10 °C.

En elementos prefabricados, también puede utilizarse el curado al vapor, aunque se deben tomar ciertas precauciones para evitar problemas derivados de una mayor absorción de agua por parte de los áridos, lo que podría calentar en exceso la masa de hormigón.

Diversos experimentos recomiendan que la temperatura en la cámara de vapor no supere los 60-65 °C. Esto implica un tiempo mínimo de espera de 3 horas antes de iniciar el tratamiento y una velocidad de calentamiento limitada a 20 °C por hora. Con estas restricciones y un tratamiento total de 12 a 18 horas, se logran las resistencias necesarias para proceder al destensado sin causar problemas posteriores.

Debido a la menor conductividad térmica de los áridos ligeros, estos hormigones tienden a liberar menos calor de hidratación. Sin embargo, dado que los áridos ligeros tienen un módulo de elasticidad menor, la microfisuración de la matriz resultante es, por lo general, menor que la de los hormigones normales.

He preparado un vídeo al respecto del hormigón ligero. Espero que os sea útil.

Os dejo un vídeo ilustrativo al respecto de la puesta en obra de un hormigón ligero elaborado con arlita.

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.

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Fabricación, puesta en obra y consolidación de hormigones compactados con rodillo

Figura 1. Presa ejecutada con RCC. https://vietnamconstruction.vn/en/roller-compacted-concrete-properties-advantages-applications/

Los hormigones compactados con rodillo (HCR) (RCC, en sus siglas en inglés) son mezclas de cemento, áridos y agua en la cantidad justa para permitir la consolidación de la masa mediante rodillos compactadores.

Estos hormigones tienen una relación agua/cemento lo suficientemente baja como para alcanzar altas resistencias, lo que les permite soportar las cargas de los equipos de consolidación. Sin embargo, esta relación no es tan baja como para impedir que la pasta se distribuya entre los áridos durante el proceso de amasado y compactación, logrando así su unión.

Esto garantizaría una consolidación efectiva, lo cual es crucial para lograr densidad, resistencia (a la compresión que puede superar los 60 MPa), uniformidad y textura superficial satisfactorias. El hormigón seco compactado se construye sin juntas, encofrados, acabados, refuerzos de acero ni pasadores. Estas características hacen que el hormigón seco compactado sea sencillo, rápido y económico. Su economía se debe en gran medida a los métodos de construcción de alta velocidad y de gran volumen.

Uno de los inconvenientes del HCR es su sensibilidad a las variaciones en la humedad durante el proceso de compactación. Un exceso o un defecto de agua, así como una densidad insuficiente, puede reducir considerablemente la resistencia mecánica y afectar negativamente a la uniformidad de la superficie. Por otro lado, la falta de humedad puede provocar riesgos de segregación en la superficie del hormigón. Sin embargo, el HCR presenta un cambio de volumen potencial, debido a la pérdida de humedad o retracción por secado, significativamente menor que el del hormigón convencional, gracias a su menor contenido de agua en la mezcla.

El HCR surgió como una alternativa para la construcción de presas, con sus primeros antecedentes en la reparación de estructuras a finales de la década de 1970. Esta técnica respondió a los problemas de fisuración del hormigón tradicional causados por las elevadas temperaturas generadas durante la hidratación del cemento. Posteriormente, el método se perfeccionó para su aplicación en presas de gravedad, siendo la primera experiencia concreta la construcción de la presa de Willow Creek en 1982, en Oregón (Estados Unidos). Desde entonces, su uso se ha expandido rápidamente a nivel mundial. El HCR también se desarrolló como una solución económica para pavimentos, capaz de soportar grandes volúmenes de cargas pesadas y de resistir el daño provocado por ciclos de congelación y descongelación. El pavimento compactado con rodillo se puede abrir al tráfico al día siguiente y presenta un aspecto similar al asfalto.

Lo que distingue a los HCR de los hormigones tradicionales es su mayor sequedad, lo que permite su colocación en obra con los equipos utilizados en la construcción de terraplenes y presas de materiales sueltos (Figura 2). A pesar de esta diferencia, una vez endurecidos, sus características son muy similares a las de los hormigones convencionales.

Figura 2. Colocación del hormigón HCR. https://hormigonaldia.ich.cl/novedades-tecnologicas/hormigon-compactado-con-rodillo-hcr-solucion-rapida-persistente-y-a-bajo-costo/

En los últimos tiempos, este tipo de hormigones ha despertado un creciente interés en obras en las que se coloca en capas delgadas, como en presas y pavimentos, en las que la superficie predomina sobre el espesor. Su estructura es similar a la de las gravas-cemento, aunque, debido a su mayor contenido de conglomerante y a las mayores resistencias que presentan, se asemejan más a los hormigones convencionales.

Las mezclas de estos hormigones deben tener una dosificación precisa de pasta, ya que un exceso puede causar un efecto «colchón», generando ondas en la capa que se está compactando frente al rodillo, especialmente si debajo ya hay capas compactadas. Por el contrario, una cantidad insuficiente de pasta provoca que los áridos se contacten entre sí y se trituren bajo la presión del rodillo.

Actualmente, se está avanzando en el desarrollo de plantas de dosificación y amasado específicamente diseñadas para la fabricación de hormigón seco compactado (HCR). Estas plantas utilizan tanto centrales clásicas discontinuas como sistemas de amasado continuo. La dosificación del HCR puede realizarse de varias maneras: mediante dosificación convencional por peso, dosificación continua por peso con cintas pesadoras o dosificación volumétrica continua, utilizando alimentadores de paletas o de banda estriada.

Si bien cada método de transporte tiene sus ventajas, cualquiera que sea el método utilizado, los equipos deben diseñarse para minimizar la segregación, que puede ser un problema, particularmente con mezclas menos trabajables con árido de gran tamaño. Los camiones hormigonera son adecuados incluso para áridos de hasta 76 mm de tamaño. Sin embargo, los camiones de cajón basculante no son recomendables para áridos de más de 40 mm, ya que pueden surgir problemas de segregación.

En la construcción de presas, es esencial garantizar un suministro elevado de hormigón. Un rodillo vibrante de 4,5 m de ancho puede compactar hasta 260 m³ de hormigón en cuatro pasadas, a una velocidad de 3,75 km/h, con un espesor de 25 cm. Esto requiere el uso de centrales de gran capacidad y, en muchos casos, de amasado continuo para mantener el ritmo de trabajo.

Cuando las plantas de amasado están cerca de los lugares de colocación, pueden utilizarse cintas transportadoras, vagonetas, dúmperes, cubas y otros medios. En todo momento, el hormigón debe protegerse del viento y de la lluvia durante el transporte. Además, se recomienda limpiar los neumáticos de los dúmperes para evitar la entrada de terrones de arcilla y otros materiales contaminantes.

Entre la fabricación y la colocación del hormigón no deben transcurrir más de 45 minutos. Este tiempo puede variar en función del tipo de conglomerante utilizado y de la temperatura ambiente. La colocación de estos hormigones se realiza con los mismos equipos que en los movimientos de tierra, como buldóceres, camiones, motoniveladoras y palas mecánicas.

La compactación se realiza con rodillos autopropulsados, generalmente vibrantes. La selección de los rodillos debe basarse en su peso, maniobrabilidad, tamaño del cilindro y características de la vibración, como la amplitud y la frecuencia. Los rodillos muy pesados, de 4 a 5 toneladas, no pueden acercarse a los encofrados ni a otros obstáculos; por lo tanto, los 25 cm más cercanos a estos se compactan con rodillos más ligeros.

El número de pasadas necesarias para lograr una consolidación completa del hormigón varía en función de las características de la mezcla y del espesor de las capas que se van a compactar. El espesor habitual para la compactación es de 20 a 30 cm. Sin embargo, siempre es necesario realizar ensayos previos en tramos de prueba para determinar el número de pasadas necesarias para alcanzar el peso específico deseado del hormigón.

La energía suministrada por los rodillos es tan alta que, incluso con mezclas secas bien dosificadas, puede formarse humedad en la superficie de las capas después de su paso. Esta humedad tiende a evaporarse rápidamente antes de que comience el fraguado. El grado de compactación en obra se determina comparando el peso específico del hormigón colocado con el de la misma mezcla en el laboratorio. Los equipos portátiles para medir el peso específico son rápidos y muy adecuados para este tipo de trabajos.

La reducida humedad del hormigón compactado obliga a curarlo de manera eficaz. El curado de estos hormigones se realiza de la misma manera que con los hormigones tradicionales, manteniéndolos húmedos durante 7 días. Los productos filmógenos de curado no se utilizan en presas porque dificultarían la unión entre las capas de hormigón.

El revestimiento aguas arriba de las presas generalmente se realiza con hormigón convencional, utilizando encofrados o paneles prefabricados, con o sin membrana impermeabilizante. El revestimiento aguas abajo se realiza con paneles rigidizadores o con hormigón convencional colocado en encofrado, dejando un sobreancho que sirve como hormigón de sacrificio.

A continuación, os dejo algunos vídeos que espero que os resulten de interés.

También os dejo un documento sobre presas de hormigón compactado con rodillo.

Pincha aquí para descargar

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.

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. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

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

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Mesa vibrante de hormigón

Figura 1. Mesa vibrante para compactar hormigón. https://www.eralki.com/maquinas/mesas-compactacion/

Por lo general, una mesa vibrante está compuesta por una superficie rígida, normalmente de acero u hormigón armado, montada sobre un marco de soporte (Figura 1). Tanto la mesa como el marco están aislados de la base mediante resortes de acero, juntas aislantes de neopreno u otros dispositivos similares. Este sistema de aislamiento evita la transmisión no deseada de vibraciones a la estructura de apoyo.

La mesa puede formar parte del molde, aunque lo más habitual es colocar el molde por separado sobre ella. En este caso, se recomienda fijar el molde a la mesa para mejorar la transmisión de las vibraciones y evitar desplazamientos, aunque existen diferentes opiniones al respecto. La vibración se transmite desde la mesa al molde y luego al hormigón, y es generada por un motor eléctrico. Estos motores accionan masas excéntricas que, al colocarse en pares y girar en direcciones opuestas, generan una vibración vertical armónica que neutraliza los componentes horizontales que podrían provocar giros no deseados en la mezcla.

El tablero de la mesa debe ser lo suficientemente rígido como para no vibrar. El tamaño de las mesas es muy variable, desde los 0,50 m × 0,50 m de la plataforma más pequeña hasta los 1,50 m × 6,00 m, con una capacidad máxima de carga de 10 toneladas. En las mesas pequeñas (de hasta 1,50 m de longitud) suele bastar con un vibrador, pero cuando las dimensiones son mayores, es necesario aumentar proporcionalmente el número de vibradores para garantizar una vibración uniforme en toda la superficie.

Normalmente, se prefiere una vibración de baja frecuencia (por debajo de 100 Hz) y alta amplitud (más de 0,13 mm), al menos para mezclas más rígidas. La efectividad de la vibración de la mesa depende en gran medida de la aceleración que transmite al hormigón. Se recomiendan aceleraciones entre 3 g y 10 g (es decir, entre 30 m/s² y 100 m/s²), siendo necesarios valores más altos para las mezclas más rígidas. Además, la amplitud no debe ser inferior a 0,025 mm para las mezclas plásticas ni a 0,050 mm para las mezclas más rígidas. En mezclas muy secas, como las utilizadas en la prefabricación, se recomiendan vibraciones de baja frecuencia y alta amplitud, ya que este régimen es más eficaz para asegurar una compactación adecuada.

Se trata de mesas formadas por un tablero rígido, generalmente de acero, que se sostiene de forma elástica sobre una base fija y adecuadamente aislada. La vibración se genera mediante generadores situados debajo del tablero. La rigidez estructural de la mesa es esencial para garantizar una transmisión uniforme de las vibraciones.

Estas mesas vibrantes se utilizan tanto en laboratorios como en la compactación de elementos prefabricados de hormigón. Por tanto, la amplitud y la frecuencia del vibrador deben ajustarse al tipo de hormigón utilizado. Es fundamental que la mesa sea completamente rígida para garantizar una transmisión uniforme de las vibraciones a toda la pieza.

Figura 2. Movimiento de las masas excéntricas.

Los vibradores, similares a los vibradores externos de encofrado, tienen dos masas excéntricas que giran en direcciones opuestas y generan fuerzas vibratorias perpendiculares a la mesa. Deben tener una amplitud elevada y una frecuencia baja, ya que los hormigones utilizados en la prefabricación suelen estar secos.

Al igual que los vibradores de encofrado, la fuerza centrífuga de estos vibradores puede estimarse en función del peso del hormigón y del molde mediante la siguiente fórmula:

donde:

  • PM: peso de la mesa (más el del molde, en caso de que este sea solidario a ella).
  • Pm: peso del molde (apoyado y fijado correctamente a la mesa).
  • Ph: peso del hormigón.
  • k: coeficiente variable que varía de 0,5 a 4 según la rigidez de la mesa.

Esta formulación permite adaptar la fuerza centrífuga a las condiciones reales de trabajo y ajustar la vibración a la rigidez y la masa del conjunto.

Cuando se vibren secciones de hormigón de diferentes tamaños, la mesa deberá tener una amplitud variable. La frecuencia variable es un beneficio adicional. Si la mesa tiene un elemento vibrante con solo un excéntrico, se genera un movimiento vibratorio circular que transmite una rotación no deseada al hormigón. Esto se puede evitar montando dos vibradores uno al lado del otro, de modo que sus ejes giren en direcciones opuestas. De este modo, se neutraliza la componente horizontal de la vibración y la mesa queda sujeta a un movimiento armónico simple en la dirección vertical. De esta manera, se pueden obtener amplitudes muy altas.

El vibrado en mesa vibrante puede combinarse con una presión aplicada sobre la superficie del hormigón, lo que da lugar al proceso conocido como vibroprensado. Este método se utiliza en la producción en serie de elementos de hormigón prefabricados y permite obtener piezas con mayor resistencia y densidad. Además, es eficaz para lograr una buena compactación en mezclas muy rígidas.

Según Tiktin (1998), se aconseja una relación γ/g de 5 para una consistencia húmeda y de 1 a 2 para una consistencia plástica a seca. Al aumentar el valor de la aceleración, se consigue una compactación más rápida. Esto confirma la necesidad de ajustar los parámetros de vibración según la consistencia del hormigón para evitar la segregación.

Os dejo algunos vídeos sobre mesas vibradoras.

Referencias:

ACI COMMITTEE 309R-96. Guide for Consolidation of Concrete (ACI 309). American Concrete Institute.

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.

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Vibradores de aguja para compactar el hormigón

Figura 1. Vibrador de aguja. https://www.kiloutou.com/es/c/vibrador-hormigon/

La vibración interna o por inmersión se realiza introduciendo en la masa de hormigón un elemento tubular, conocido como vibrador de aguja. Este dispositivo está compuesto por una cabeza cilíndrica metálica, resistente al desgaste y fácilmente intercambiable, que alberga en su interior el mecanismo vibratorio. Estos son los más utilizados en obras de carácter general. En la mayoría de las situaciones, los vibradores internos requieren el efecto refrigerante del hormigón para prevenir el sobrecalentamiento, es decir, el hormigón actúa como un refrigerante.

La vibración por inmersión es una forma de compactación eficiente, ya que el vibrador está en contacto directo con el hormigón. Esto permite que el vibrador actúe y cambie de posición según sea necesario, adaptándose al tipo de hormigón. Presentan la ventaja de ser sencillos de manejar y transportar de un lugar a otro. Su efecto se restringe a una masa contenida en un tronco de cono, con un diámetro mayor en la superficie que en el fondo, debido a la mayor viscosidad del hormigón en las capas inferiores. Esta situación requiere insertar el vibrador en distintos puntos para que las zonas de acción se superpongan entre sí. Por lo general, la separación entre los pinchazos, en centímetros, es equivalente al tamaño de la aguja en milímetros. La distancia entre los puntos de inmersión también depende de la consistencia del hormigón, de la forma y el tamaño de la pieza, y del tipo específico de vibrador. Además, el radio de acción de un vibrador interno es significativamente menor en el hormigón armado que en el hormigón en masa. Esta reducción puede alcanzar hasta un 50 %.

Los vibradores internos utilizados actualmente son de tipo rotativo. Los impulsos vibratorios se generan desde la cabeza del vibrador en ángulo recto. Este tipo de maquinaria suele funcionar a altas frecuencias (entre 200 Hz y 300 Hz) para producir vibraciones intensas y con un radio de acción suficiente gracias a su peso reducido. Con el paso del tiempo, se ha tendido a emplear vibradores de aguja de diámetros más pequeños y con una frecuencia de vibración mayor para lograr una mayor eficacia. Este cambio también se debe a la demanda de herramientas ligeras y a la construcción de obras con secciones delgadas y armaduras cada vez más densas.

Figura 2. Retirar el vibrador lentamente. https://diariodecolima.com/noticias/detalle/2022-08-30-vibrado-de-concreto-cmo-contribuye-a-la-resistencia-de-una-obra

En cuanto al proceso, el vibrador interno se introduce verticalmente en el hormigón de forma rápida, pero no debe permanecer en funcionamiento durante un periodo prolongado para prevenir segregaciones o exudaciones, especialmente en hormigones fluidos. Debe continuarse la vibración hasta que las burbujas de aire grandes aparezcan esporádicamente y comience a formarse una capa muy delgada de mezcla fina. Los tiempos habituales de vibrado son de 10 a 15 segundos, al final de los cuales el vibrador debe retirarse lentamente. Los tiempos de excesivo duración pueden causar segregación, especialmente si el hormigón no está muy seco. Prolongar el tiempo de vibración para eliminar todo el aire más allá de lo necesario no es práctico y, en hormigones mal dosificados, puede causar efectos nocivos como la disgregación del material. No obstante, es importante tener en cuenta que un exceso de vibración es menos perjudicial que una vibración insuficiente. La extracción debe ser lenta para que el orificio que se forma se rellene con hormigón y mortero. Es preferible vibrar menos tiempo en muchos puntos, en vez de mucho tiempo en pocos puntos. La Tabla 1 incluye valores orientativos de amplitud y frecuencia, así como el radio de acción y la velocidad de vertido recomendados para diferentes calibres.

Tabla 1. Valores característicos de vibradores de inmersión

Ø vibrador (mm) Frecuencia (Hz) Amplitud (mm) Radio de acción (cm) Velocidad de vertido (m3/h)
20 – 40 170 – 250 0,4 – 0,8 8 – 15 0,8 -4
30 – 60 150 – 225 0,5 – 1,0 13 – 25 2,5 – 8
50 – 90 130 – 200 0,6 – 1,3 18 – 35 4,5 – 15
80 – 150 120 – 180 0,8 – 1,5 30 – 50 11- 30
En general, se considera que la capa de hormigón debe tener una altura inferior a la longitud de la aguja del vibrador para revibrar la capa inferior al mismo tiempo que se vibra la superior; no obstante, esto puede resultar complicado de lograr. Al compactar en profundidad las sucesivas capas de hormigón, el vibrador debe introducirse entre 10 y 15 cm en la capa anterior para asegurar la unión entre ellas (Figura 3).
Figura 3. 10 cm de penetración del vibrador en la capa inferior del hormigón. https://www.vibrafrance.fr/es/content/6-conseils-techniques

Las diferentes inserciones deben situarse aproximadamente a la vez y media del radio de acción del vibrador interno para generar solapamientos. Como regla práctica, puede decirse que la distancia entre los puntos de inmersión debería ser de 8 a 10 veces el diámetro de la aguja. Normalmente, no debe exceder los 50 cm entre los puntos de inserción (Figura 4).

Figura 4. Empleo del vibrador interno.

Durante la vibración, se debe evitar que el vibrador toque el encofrado. Se debería mantener una distancia de unos 10 cm entre el vibrador y las caras verticales de los encofrados para evitar la formación de burbujas superficiales. En cuanto a las armaduras, aunque la norma tradicional recomienda no tocarlas, puede ser beneficioso vibrarlas para lograr una mayor adherencia y una densidad más alta del hormigón en las zonas con mayor concentración de barras. Tampoco se debe distribuir el hormigón con el vibrador de aguja.

El campo de actuación óptimo de estos aparatos se encuentra en relaciones agua/cemento entre 0,4 y 0,6. Con valores inferiores, el hormigón se vuelve muy rígido y, con valores superiores, muy fluido, lo que puede provocar problemas de exudación.

Una vibración inadecuada puede provocar distintos defectos en el hormigón:

  • Panal de abeja: Se forman bolsas de áridos sin mortero cuando la vibración es incompleta y no sistemática.
  • Estratos de hormigonado o vetas entre tongadas: Aparecen cuando no se realiza el revibrado y la fusión con la capa anterior, es decir, no se ha llevado a cabo el cosido de capas.
  • Vetas o regueros de arena en la superficie: Se deben a una mala dosificación del hormigón y a fugas en los encofrados, que permiten la pérdida de lechada por una vibración excesiva.
  • Aire ocluido no expulsado: Se manifiesta como huecos de aire en la superficie causados por burbujas de aire que no pudieron salir debido a un tiempo insuficiente de vibrado. Los encofrados de madera permiten liberar las burbujas de aire y lograr una mejor apariencia superficial que los encofrados metálicos.
  • Fugas en los encofrados y en las superficies bombeadas: Se producen por un vibrado excesivo o por encofrados que no son estancos y resistentes a la vibración.

Desde la perspectiva del tipo de energía, existen tres tipos de vibradores internos: eléctricos, hidráulicos (especialmente utilizados en carreteras y presas) y de aire comprimido.

  • Las agujas eléctricas funcionan a 200 Hz y están diseñadas para vibrar el hormigón en obras de construcción e ingeniería civil. Los vibradores con motor eléctrico integrado en la cabeza han ganado popularidad en los últimos años. Al tener el motor ubicado en la cabeza del vibrador, no se necesitan motores ni flechas separados. Desde la cabeza, sale un cable eléctrico resistente que también sirve como mango. Estos vibradores suelen tener un diámetro mínimo de 50 mm. Este tipo de vibradores está disponible en dos diseños. Uno de ellos utiliza un motor universal y el otro un motor trifásico de 180 Hz (alta frecuencia). En este último caso, la energía generalmente proviene de un motor de gasolina portátil; sin embargo, también puede utilizarse corriente comercial pasada a través de un convertidor de frecuencia. El diseño con motor de inducción experimenta una ligera disminución de la velocidad al sumergirse en el hormigón. Esto permite que pueda rotar con un peso excéntrico mayor y desarrollar una fuerza centrífuga más alta que la que producen los modelos con motores eléctricos en la cabeza de un diámetro similar. En algunos países, se utilizan motores para vibradores de 150 o 200 Hz.
  • Los vibradores neumáticos suelen tener el motor neumático típico ubicado en la cabeza del vibrador. El diseño más común emplea aspas que sostienen el motor y los elementos excéntricos sobre apoyos. Sin embargo, existen modelos sin apoyos que requieren menos mantenimiento, así como algunos con flecha flexible que sitúan el motor neumático fuera de la cabeza. El uso de vibradores neumáticos presenta ventajas cuando el acceso al aire comprimido es fácil. La frecuencia de vibración depende en gran medida de la presión del aire, que debe mantenerse siempre dentro de los niveles recomendados por el fabricante. En ocasiones, puede resultar conveniente ajustar la presión del aire para obtener una frecuencia distinta. Las agujas neumáticas, aunque presentan características similares a las eléctricas, incluyen modelos que alcanzan 320 Hz y diámetros de hasta 140 mm.
  • Los vibradores que funcionan con un motor hidráulico se utilizan ampliamente en las máquinas de pavimentación. Estos vibradores están conectados al sistema hidráulico de la pavimentadora mediante mangueras de alta presión. La frecuencia de vibración puede ajustarse regulando el flujo del fluido hidráulico que circula por el vibrador. La eficacia del vibrador depende tanto de la presión como del flujo del fluido hidráulico. Por lo tanto, es crucial realizar revisiones periódicas del sistema hidráulico para garantizar su correcto funcionamiento.

Os dejo algunos vídeos que, espero, sean de vuestro interés.

Os dejo esta presentación con consejos interesantes sobre el vibrado interno del hormigón.

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Referencias:

ACI COMMITTEE 309R-96. Guide for Consolidation of Concrete (ACI 309). American Concrete Institute.

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.

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

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

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Compactación del hormigón por vibrado

Figura 1. Vibrado del hormigón. https://lobcor.com/6-pasos-para-hacer-un-buen-vibrado-del-hormigon/

El hormigón recién mezclado no se compacta por sí solo debido a su baja fluidez, lo que le impide superar la fricción interna. Solo mediante la vibración es posible vencer estas fuerzas. El vibrado es el método más eficaz para obtener hormigones con un alto grado de compactación, ya que permite rellenar correctamente los encofrados y moldes, eliminando los huecos. Esta técnica se utiliza especialmente cuando se busca obtener hormigones resistentes y es adecuada para masas de consistencia seca. El proceso genera movimientos oscilatorios en las partículas del hormigón, sometiéndolas a cincuenta o más impulsos por segundo. La vibración aplicada reduce el rozamiento entre las partículas, facilitando su consolidación al convertir el material en un fluido que se adapta perfectamente a las formas del molde.

La vibración proporciona varios beneficios:

  • Facilita la expulsión del aire atrapado en el hormigón hacia la superficie.
  • Permite el desplazamiento de los áridos, alineándolos entre sí y reduciendo las cavidades, lo que da como resultado una mayor densidad y una homogeneidad perfecta.
  • Mejora la adherencia del hormigón a las barras de refuerzo y a otras inserciones estructurales internas, así como a los anclajes básicos.

Las fuerzas cohesivas son mayores en hormigones más secos, por lo que es necesario trabajar con relaciones agua/cemento bajas para obtener mejores resistencias mecánicas. Esto hace indispensable el uso de la vibración para reducir el rozamiento entre las partículas del hormigón, de modo que, bajo la acción de la gravedad, puedan entrelazarse y formar masas compactas. Además, la vibración distribuye el agua de manera más homogénea, lo que mejora la hidratación del cemento.

Finalmente, el uso de la vibración permite emplear mezclas más ásperas, con mayores proporciones de áridos gruesos, en comparación con los hormigones apisonados comunes.

La vibración del hormigón ofrece varias ventajas significativas: alta resistencia mecánica, baja porosidad y, por tanto, baja permeabilidad al agua y a sustancias agresivas; previene la formación de grietas cerca de las barras o armaduras de refuerzo; garantiza un llenado completo del encofrado; prolonga la vida útil del hormigón y proporciona un resultado estético de alta calidad.

La vibración del hormigón se realiza mediante vibradores que generan un movimiento armónico descrito por una curva sinusoidal, gracias a las masas excéntricas giratorias. La efectividad de este sistema depende de la magnitud de la masa vibrante, así como de la amplitud y la frecuencia del movimiento vibratorio.

Si denominamos la semiamplitud del movimiento como 𝐴 y la frecuencia como 𝑓, la aceleración máxima del movimiento se define como:

La eficacia de la vibración depende de varios factores:

  • Amplitud de las oscilaciones: La amplitud mínima eficaz es de 0,05 mm. A mayor amplitud, mayor es el radio de acción.
  • Aceleración de las oscilaciones: La aceleración está relacionada con el cuadrado de la frecuencia (f²). Para fluidificar el hormigón, es mejor que las partículas finas se desplacen, ya que tienen frecuencias de resonancia altas, superiores a 100 Hz.
  • Duración de la vibración: generalmente, se considera que la vibración ha finalizado cuando la lechada de cemento empieza a llegar a la superficie.

El funcionamiento de los vibradores de uso más frecuente se basa en dos principios mecánicos diferentes:

  1. Las vibraciones se originan en el movimiento de una masa excéntrica que gira dentro de un cilindro. Este es el caso más habitual y existen diversos mecanismos y formas de accionamiento.
  2. Las vibraciones se generan mediante un sistema de resortes que sostienen la masa vibrante.

Los efectos de la vibración dependen más de su adecuación a las condiciones de trabajo y al tipo de hormigón que del equipo vibrador en sí. Aunque la vibración suele ser más eficaz con vibradores de mayor potencia, el tamaño de las piezas, la forma del encofrado y la densidad de las armaduras a menudo determinan el sistema de vibración y las condiciones en las que debe realizarse la compactación.

Es fundamental ajustar la frecuencia y la amplitud del sistema de vibración a la consistencia y las características de los áridos que componen el hormigón. Aunque la vibración es el método de compactación más eficaz y ampliamente utilizado, no todos los hormigones son aptos para vibrarse: los hormigones que se segregan durante la vibración (hormigones fluidos) no deben someterse a este proceso.

Los áridos gruesos se mueven más lentamente que los finos cuando se someten a frecuencias de vibración entre 25 Hz y 350 Hz. Los áridos gruesos requieren frecuencias más bajas y una mayor energía de vibración, mientras que los áridos finos requieren frecuencias más altas y una menor energía. Por lo tanto, los hormigones más secos y con áridos de mayor tamaño requieren una vibración de mayor fuerza y amplitud, pero a una frecuencia más baja. En cambio, los hormigones plásticos, con una mayor relación agua/cemento, requieren una mayor frecuencia y una menor fuerza y amplitud de vibración.

Otros factores importantes a considerar son la masa de hormigón afectada por el vibrador y el tiempo de vibración. La eficacia de la vibración, evaluada en función de la energía transmitida al hormigón, indica que si una masa de hormigón 𝑀′ es superior a la masa 𝑀 que puede compactarse con una determinada energía de vibración 𝐸, la diferencia 𝑀′−𝑀 quedará sin compactar o se compactará de forma deficiente. Es decir, el vibrador tiene un radio de acción a partir del cual deja de ser eficaz.

La aceleración transmitida a la masa de hormigón por el vibrador es mayor en los puntos más cercanos a él, lo que se traduce en una compactación más enérgica en esas áreas. Para lograr un mayor rendimiento y homogeneidad, es preferible vibrar durante períodos más cortos en puntos cercanos entre sí que durante períodos más largos en puntos más distantes.

Durante la compactación en obra, se recomienda observar el radio de acción, que puede identificarse fácilmente por la superficie en la que la pasta refluye y se forman pequeñas burbujas de aire.

En la siguiente tabla (Fernández Cánovas, 2004) se muestran los valores de 𝛾/𝑔 para diferentes consistencias del hormigón y una frecuencia de vibración de 50 Hz.

La Figura 2 muestra la variación de la aceleración transmitida al hormigón, medida a distintas distancias del eje del vibrador, para distintos valores de amplitud y frecuencia.

Figura 2. Efecto producido por la vibración (L’Hermite, 1948: en Calavera et al., 2004)

En ensayos similares realizados con un vibrador de aguja y tiempos de vibración de 10 y 30 segundos, específicamente para hormigones plásticos, se establece la relación entre el radio de acción (en cm) y la frecuencia de vibración (vib./min). Se observa que el radio de acción, que aumenta con la amplitud, alcanza su valor máximo alrededor de una frecuencia de aproximadamente 12 000 vibraciones por minuto.

Figura 3. Radio de acción en función de la frecuencia y la amplitud. (Bergstrom, 1949: en Calavera et al., 2004)

Además, al prolongar el tiempo de vibración, sus efectos se intensifican. Por lo tanto, al utilizar un vibrador con una frecuencia y una amplitud determinadas, es importante considerar el tiempo de vibración necesario para alcanzar cada radio de acción.

En la Figura 4 se presenta la relación entre el radio de acción y el tiempo de vibración de un vibrador interno, con una amplitud de 1,2 mm en el aire. Es fundamental tener en cuenta que la amplitud de un vibrador sumergido puede ser hasta un 75 % menor, según la consistencia del hormigón. De acuerdo con la curva, un tiempo de vibración adecuado sería de 10-15 segundos.

Figura 4. Variación del radio de acción en función del tiempo de vibrado

En cuanto al Código Estructural, se establecen dos recomendaciones respecto a la vibración y el uso de vibradores:

  • Al utilizar vibradores de superficie, el espesor de la capa no debe superar 20 cm tras compactarla.
  • El uso de vibradores de molde o encofrado debe estudiarse cuidadosamente para asegurar que la vibración transmitida a través del encofrado sea adecuada para una compactación correcta, evitando la formación de huecos y capas de menor resistencia.

Os dejo algunos vídeos que espero que os sean de interés.

Referencias:

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.

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

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Compactación manual del hormigón: picado y apisonado

Figura 1. Compactación manual.

La compactación manual se realiza generalmente con pisones o herramientas de diversas formas, según las dimensiones y la forma de las superficies a compactar. El primer método de compactación manual a considerar es el picado con barra. Este método, tradicional y ampliamente utilizado en la fabricación de probetas para el control de calidad de hormigones con diferentes consistencias, consiste en insertar repetidamente y con energía una barra metálica o de madera, ligeramente afilada pero con la punta roma, que se introduce repetidamente en la masa de hormigón. La barra debe atravesar la capa en consolidación y penetrar en la capa subyacente, favoreciendo así la eliminación de huecos y burbujas de aire atrapados en la masa del hormigón tras su vertido.

Este método es adecuado para hormigones de consistencia blanda y fluida y se usa comúnmente en obras de poca envergadura. Además, es adecuado para compactar áreas de piezas con gran cantidad de armaduras, como los nudos de ciertas vigas, donde no es posible compactar mediante vibración una masa seca sin riesgo de crear coqueras. El picado se emplea en zonas muy armadas como complemento del vibrado. Se utiliza siempre en hormigones de consistencia fluida, ya que el vibrador podría provocar segregación.

En ocasiones, en lugar de utilizar barras, se emplean palas en las zonas contiguas a los encofrados. Esto separa los áridos del encofrado, facilita la ascensión del aire hacia la superficie de vertido y reduce la aparición posterior de coqueras en las superficies encofradas del elemento. Las herramientas en forma de pala son especialmente adecuadas para trabajar cerca de los encofrados, mientras que las de forma de aguja se usan en las zonas entre las armaduras.

Figura 2. Pisón de acero para hormigón impreso 20 cm x 20 cm. https://www.hormigonimpreso.asia/pisones/303-pison-de-acero-20-cm-x-20-cm.html

Un sistema alternativo al picado es el apisonado, que consiste en aplicar energía superficial al hormigón mediante el impacto continuo de un elemento plano, generalmente metálico, unido a un mástil de madera para facilitar su manipulación. Debe aplicarse en capas delgadas con hormigones de consistencia plástica o semiplástica. Este método actúa solo sobre las zonas más superficiales del hormigón, por lo que su uso está limitado a capas con un espesor máximo de 15 cm si el tamaño de los áridos no supera los 30 mm, y hasta 20 cm con áridos de mayor tamaño. Estas capas deben compactarse de manera uniforme y sin interrupciones mediante apisonado. Los golpes deben repetirse en el mismo lugar, pero sin ser violentos, para evitar posibles segregaciones en las zonas recién apisonadas. Es más importante la cantidad de golpes que la intensidad de estos.

El apisonado manual con pisones de base cuadrada o cilíndrica de unos 8 o 10 kg es un método costoso y anticuado que dificulta la compactación uniforme y solo se usa para la puesta en obra de volúmenes pequeños de hormigón. Por esta razón, se utilizan pisones o bandejas accionados por motores, generalmente de combustión interna. Su funcionamiento es similar al de la compactación de tierras.

Os dejo algún vídeo 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.

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. (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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Compactación del hormigón con regla vibrante

Figura 1. Regla vibrante. https://esfactory.mennofolk.org/content?c=regla+vibradora+para+hormigon&id=27

Las reglas o maestras vibrantes son máquinas diseñadas para alisar o dar acabado a superficies de hormigón, lo cual resulta especialmente útil en la construcción de soleras y pavimentos. Principalmente, constan de un elemento vibrador acoplado a una regla metálica de 3 a 5 m de longitud. Esta regla tiene, en cada uno de sus extremos, dos elementos de arrastre desmontables, entre los cuales suele ubicarse el interruptor de arranque y parada del vibrador. El vibrador suele ser rotatorio y de contrapesos, accionado con motor eléctrico o de combustión en los equipos más ligeros y neumáticamente en los más pesados. Las vibraciones se transmiten a través del entramado o de la placa mientras se desliza sobre el hormigón, lo que permite la compactación y el alisado simultáneos de la superficie.

Estas máquinas se utilizan para nivelar hormigón en superficies extensas, como locales industriales, aceras, garajes, calles y carreteras. A excepción de algunos equipos autoportantes más pesados, el entramado suele ser ligero para facilitar su manejo y reducir la presión sobre el hormigón. Además, la vibración vertical se amortigua rápidamente. Por lo tanto, cuando el espesor de la solera supera los 20 cm, es necesario realizar una compactación previa con vibradores de inmersión.

Su uso elimina el laborioso trabajo manual de las maestras y aumenta la eficiencia sin esfuerzo adicional. La acción vibratoria corrige las irregularidades superficiales, dejando el suelo perfectamente liso.

Existen dos tipos principales de reglas vibrantes: las de un solo larguero y las de dos largueros. Las reglas vibrantes de doble larguero constan de un conjunto vibrante y de dos largueros o vigas. El conjunto vibrante está equipado con un motor, ya sea eléctrico o de gasolina, que acciona un vibrador con amplitud de vibración variable. Este vibrador está montado en un bastidor provisto de grapas que permiten fijar los largueros o vigas de tubo rectangular, ajustándose a las longitudes requeridas según el ancho de la solera, con un máximo de 4 m. Para anchos mayores, se pueden montar dos elementos vibrantes sobre las vigas. La frecuencia de vibración oscila entre 50 y 100 Hz, con aceleraciones de 5 a 10 g.

Figura 2. Regla vibradora. https://emaresarental.cl/wp-content/uploads/2020/06/ficha-alisadora-regla-vibradora.pdf

El esfuerzo de compactación transmitido por la regla vibrante al hormigón es directamente proporcional a la carga estática, a la amplitud y a la frecuencia de vibración, pero inversamente proporcional a la velocidad de desplazamiento. La experiencia ha demostrado que es más favorable combinar una alta amplitud con una baja frecuencia que combinar una baja amplitud con una alta frecuencia.

La mayor popularidad de la regla vibratoria doble frente a la de una sola se debe principalmente a su capacidad de ajustar la amplitud de vibración. Esta característica permite seleccionar entre amplitudes bajas, medianas y altas, adaptándose así de manera óptima a la profundidad de hormigón que se desee vibrar: 5, 10 y 15 cm, respectivamente. Otra de las características importantes de esta regla es que la primera de las barras recibe dos tercios de la vibración, por lo que vibra en profundidad y nivela el hormigón, y la segunda, que recibe un tercio de la vibración, permite acabar la superficie, sacando el aire y el agua.

El hormigón no debe tener una cantidad elevada de agua, porque generaría charcos y provocaría desigualdades. Una consistencia demasiado rígida impide una compactación suficiente y deja una superficie porosa; debe ser plástica y presentar un asiento de cono de Abrams de 5 a 7,5 cm. Cuando se trabaja con mezclas secas, también es posible utilizar reglas vibratorias; sin embargo, en estos casos, se requieren estructuras más pesadas para generar la energía necesaria y compactar el espesor adecuado de la masa de hormigón.

Existen algunos modelos con vibradores múltiples. En este caso, los vibradores están separados por intervalos muy próximos, de unos 50 cm, lo que produce una superficie más plana. La velocidad de desplazamiento debe estar comprendida entre 0,5 y 1 m/min. La regla puede desplazarse mediante tracción desde ambos lados o mediante un cabrestante, cuyo cable está anclado al extremo de la trayectoria de la regla. El cabrestante puede accionarse manualmente o mediante un motor.

Se pueden utilizar varios tipos de reglas de forma secuencial para cumplir funciones complementarias. Por ejemplo, la primera regla puede ser una regla con o sin hélice extendedora, la segunda puede ser una regla para aplicar productos de curado o endurecedores metálicos y la tercera puede ser otra regla para el acabado final. En algunos casos, se prescinde de la segunda regla y se utiliza la tercera para realizar un revibrado. Esta función de revibrado se puede llevar a cabo con la primera regla, realizando una segunda pasada y vibrando en la misma dirección que en la primera ocasión.

Cuando la regla vibrante se automatiza por completo, se desplaza sobre raíles mediante ruedas, que también pueden funcionar como guías laterales del encofrado o sobre durmientes. Es crucial mantener un cuidado especial en el estado de las ruedas, ya que esto afecta la uniformidad de la superficie del hormigón una vez compactado. Aunque pueden alcanzar longitudes de hasta 20 m, lo habitual es no exceder los 10 m. La frecuencia de vibración típica ronda los 60 Hz, con aceleraciones de hasta 6 g. La velocidad de avance suele oscilar entre 0,3 y 2,4 m/min, y el rendimiento de estas máquinas puede superar los 75 m³/h, dependiendo de las condiciones específicas de uso.

Para longitudes mayores, se requieren reglas vibrantes en celosía, que cuentan con elementos metálicos desmontables que permiten alcanzar extensiones de hasta 25 m. Estas reglas están equipadas con sistemas de vibración externa para garantizar un compactado adecuado del hormigón en toda la superficie.

Figura 3. Regla vibrante en celosía. https://interconex.us/es/reglas-vibratorias/

En situaciones donde el uso de reglas vibrantes totalmente automatizadas resulte costoso, también se puede considerar el manejo de reglas vibrantes manuales. Estas reglas suelen consistir en una viga de madera encastrada en un perfil metálico, con vibradores dispuestos cada 2 m aproximadamente. Cuando se utilizan para compactar losas, se colocan transversalmente junto a los costeros laterales que facilitan la nivelación de la losa. Normalmente, son operadas por dos personas, una en cada extremo de la viga, y su longitud típica no excede los 5,5 m. Cuando no están en contacto con el hormigón, estas reglas pueden alcanzar frecuencias de alrededor de 70 Hz, con aceleraciones de 5 g o 6 g y amplitudes de aproximadamente 0,35 mm. Sin embargo, al entrar en contacto con el hormigón, tanto la aceleración como la amplitud se reducen. Por lo general, se utilizan en losas de hasta 20 cm de espesor.

Os dejo algunos vídeos explicativos. 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.

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.

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

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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, el transporte y el 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 superiores a 50 nm), que pueden representar entre el 5 y el 20 % de su volumen total. Al compactar el hormigón, se pretenden mejorar sus propiedades, modificando su estructura y reduciendo su porosidad hasta menos del 1 %. El objetivo es comunicar al hormigón, mediante su compactación, la energía necesaria para facilitar el desplazamiento de las burbujas o huecos hacia su superficie. Al mismo tiempo, se busca bloquear, en la medida de lo posible, la interconexión de poros. De esta forma, se elimina la macroestructura porosa, las coqueras, se aumenta la densidad y, al mejorar la resistencia y la impermeabilidad, se corrigen las irregularidades de distribución del hormigón. La excepción es la inclusión deliberada de aire en el hormigón, en la que el aire se estabiliza y distribuye de forma uniforme.

La cantidad de aire atrapado guarda una estrecha relación con la trabajabilidad del hormigón, que se define como la propiedad que determina la facilidad y uniformidad con las que puede fabricarse y colocarse 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 4% y 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 a la durabilidad del hormigón. Si el hormigón no es compacto ni impermeable, no resistirá la penetración del agua ni de otros líquidos menos agresivos. Además, cualquier superficie expuesta será más susceptible a los efectos de la intemperie, lo que aumenta el riesgo de que la humedad y el aire alcancen las armaduras y las corroan.
  • El aire ocluido reduce 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 la 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 presentará debilidad, escasa durabilidad, textura alveolar y porosidad; en resumen, será un producto de calidad inferior.

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

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

Además de estos métodos principales, existen otras técnicas de compactación empleadas en campos más específicos. Por ejemplo, la compactación por vacío y la centrifugación son procesos prácticos que se emplean con frecuencia 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, en la medida de lo posible, se adaptará a las condiciones particulares de cada caso, teniendo en cuenta factores como el tipo de elemento estructural.

Tal y como indica el artículo 52.2 del Código Estructural, la compactación del hormigón en obra se llevará a cabo mediante 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 para cada consistencia del hormigón.

Tabla 1. Tipo de compactación según 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 algunos vídeos sobre 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.

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

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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 realiza mediante la transmisión de la vibración al hormigón a través del encofrado o molde que lo contiene. El objetivo es expulsar burbujas para lograr la mayor compacidad posible. Se puede adaptar 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 centrarse únicamente en algunas áreas. Es especialmente eficaz en zonas de difícil acceso, como en zonas densamente armadas, ya que la vibración se transmite a través de todo el encofrado de hormigón y, en consecuencia, al hormigón fresco en su totalidad..

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

Su ámbito de aplicación más común es la prefabricación, donde generalmente se utilizan hormigones de resistencia seca. 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 adecuada, existe el riesgo de segregación del agregado grueso. Al finalizar la acción del vibrado externo, se forma 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 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 máximo de 30 cm. Cuando el espesor es mayor, se recomienda complementar la vibración en el encofrado con vibradores internos, a menos que se trate de elementos prefabricados, en los que 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 clasifican 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 la 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 y abordan 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 vacío. Esto implica que los usuarios deben tomar precauciones cuando el nivel de ruido en el lugar de trabajo supera los 90 dB(A). Por el contrario, los vibradores eléctricos mantienen su nivel de ruido constantemente por debajo de los 80 dB(A), con lo que se elimina 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 del nivel de ruido, especialmente al inicio del vertido del hormigón, donde se pueden alcanzar fácilmente 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 la seguridad de los trabajadores frente a los riesgos asociados a la exposición al ruido, se refiere al nivel diario equivalente. En consecuencia, es necesario evaluar el tiempo total de exposición del operario al ruido, y no solo los niveles instantáneos medidos, limitando dicha exposición a un máximo semanal. Por ejemplo, 15 minutos diarios a un nivel de 120 dB(A) equivalen a un nivel de presión sonora equivalente a 105 dB(A). Esto implica que el nivel de 90 dB(A) se superaría a una distancia 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 es rentable en un plazo máximo de 5 años, gracias al ahorro de energía que supone pasar de la solución neumática a la eléctrica. Los defensores de los vibradores neumáticos han argumentado a su favor 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 operar en atmósferas de vapor, lo que elimina 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 afecta a 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 3 para alcanzar factores de amplificación inferiores a 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 con dispositivos especiales, evitando situarlos sobre la chapa del molde. De lo contrario, las tensiones localizadas que puedan generarse cerca del vibrador podrían provocar el colapso del encofrado. Por lo tanto, la disposición de los vibradores está determinada principalmente por la ubicación y la 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 debe estar 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

A la hora de elegir un vibrador, se deben tener en cuenta varios parámetros:

  • Amplitud: Influye en la compactación y no debe ser inferior a 0,04 mm.
  • Aceleración: La compactación efectiva del hormigón se produce en un 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.

En teoría, estos tres parámetros deberían combinarse para obtener una amplitud alta, una fuerza centrífuga elevada y una frecuencia entre 6000 y 9000 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 ello limitaría la amplitud.

Para abordar esta dificultad, existen equipos con doble frecuencia. Este vibrador de masa móvil se conecta mediante un variador de velocidad electrónico, lo que permite alcanzar una frecuencia de 3000 r/min. p. m. y, por tanto, 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 6000 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 con hormigón de consistencia seca, se prefiere una frecuencia inferior a 6000 r. p. m., una amplitud mayor de 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 6000 rpm, 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. Al moverse menos que cuando se utilizan atizadores, existe el riesgo de que la lechada se filtre por las aberturas más pequeñas.
  • Es importante asegurarse de que los vibradores estén firmemente sujetos o atornillados a los soportes y de supervisarlos constantemente durante su uso. De lo contrario, las vibraciones no se transmitirán por completo al encofrado y al hormigón.
  • El hormigón deberá verterse 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 con un atizador; si esto no es factible, se compactarán manualmente o mediante paleo hacia abajo sobre la cara del encofrado. Los vibradores externos pueden crear espacios entre el encofrado y el hormigón, que no se cierran gracias al peso de las capas superiores de hormigón en las capas inferiores, por lo que pueden permanecer abiertos en la última capa y deformar la superficie.

A continuación, os dejo un artículo sobre la prevención de daños causados por el uso de vibradores externos en piezas prefabricadas.

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Cursos:

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

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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.

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

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

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