Es un placer compartir la noticia de que uno de mis proyectos ha sido seleccionado para su inclusión en la sección TECNOLOGÍA de nuestro Anuario InfoRUVID 2023, donde se presentan algunas de las noticias de investigación más relevantes que tuvieron lugar durante el año 2023 y que ya fueron recogidas en alguna de las ediciones mensuales del boletín digital InfoRUVID.
Tanto el boletín como el anuario son editados por la Red de Universidades Valencianas para el fomento de la I+D+i (RUVID) para visibilizar y poner en valor el trabajo investigador que se desarrolla en las universidades y el CSIC de la Comunitat Valenciana y del cual nos sentimos muy orgullosos.
Accede a la versión web del Anuario InfoRUVID 2023 en https://bit.ly/AnuarioInfoRUVID2023, donde podrás consultarlo online o descargarlo en pdf, tanto la versión completa como cada una de sus secciones por separado.
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Figura 1. Vibrador eléctrico externo. https://beka.cl/ar26-vibrador-externo-wacker-neuson
La compactación del hormigón mediante vibración externa se lleva a cabo transmitiendo la vibración al hormigón a través del encofrado o molde que lo contiene. El objetivo es expulsar burbujas para obtener 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 parte de la energía aplicada es absorbida por los moldes. Sin embargo, resultan muy útiles para la compactación en ciertos elementos estructurales, como muros poco inclinados y columnas muy reforzadas, donde es difícil o imposible utilizar vibradores de inmersión. En tales situaciones, se utilizan pequeñas unidades portátiles que se fijan de forma rígida al encofrado.
Su ámbito de aplicación más común es la prefabricación, donde generalmente se utilizan hormigones de resistencias secas. Ante la vibración del encofrado, que debe ser principalmente metálico, la masa de hormigón responde en función de su granulometría y de la cantidad de agua presente. El mortero permite pequeños movimientos de acomodo de los agregados gruesos, pero limita los desplazamientos excesivos. Si la viscosidad del mortero no es la adecuada, existe el riesgo de segregación del agregado grueso. Al finalizar la acción del vibrado externo, 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 adecuada 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 la utilización de vibradores internos, a menos que se trate de elementos prefabricados, donde a veces se han obtenido resultados satisfactorios para secciones de hasta 60 cm de espesor.
Figura 2. Disposición de vibradores externos de encofrado. https://web.icpa.org.ar/wp-content/uploads/2019/04/Compactacion-del-hormigon-jul2016.pdf
Tipos de vibradores externos de encofrado
Los vibradores externos de encofrado más comunes se dividen en dos tipos principales: rotatorios y de reciprocidad.
Vibradores rotatorios: son equipos que generan principalmente un movimiento armónico simple con componentes tanto en el plano del encofrado como ortogonal al mismo. Normalmente, operan con frecuencias entre 6.000 y 12.000 r.p.m. Al igual que los vibradores internos, pueden ser neumáticos, hidráulicos o eléctricos. En los dos primeros, la fuerza centrífuga se logra mediante el giro de una masa excéntrica, mientras que en los eléctricos, las masas excéntricas están ubicadas en cada uno de los árboles del motor.
Vibradores de reciprocidad: son equipos que operan mediante un pistón que se acelera en una dirección hasta detenerse al impactar contra una placa de acero, para luego ser acelerado en dirección opuesta. Por lo general, son de tipo neumático y su frecuencia oscila entre 1.000 y 5.000 r.p.m. Estos sistemas generan impulsos que actúan perpendicularmente al encofrado.
Los vibradores eléctricos externos ofrecen una alternativa fiable a los dispositivos de vibración neumática 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 condiciones de vacío. Esto implica que los usuarios deben tomar precauciones cuando el nivel de ruido en el lugar de trabajo excede los 90 dB(A). Por 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 los 120 dB(A). Este efecto también se observa en los vibradores eléctricos, aunque la diferencia inicial mínima es de al menos 15 dB(A). Sin embargo, es esencial recordar que los estándares establecidos por el R.D. 286/2006, de 10 de marzo, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente a los riesgos asociados con la exposición al ruido, se refieren al nivel diario equivalente. En consecuencia, es necesario evaluar el tiempo total de exposición del operario al ruido y no solo los niveles instantáneos medidos, limitando esta exposición a un máximo semanal. Por ejemplo, 15 minutos diarios a un nivel de 120 dB(A) dan como resultado un nivel de presión sonora equivalente de 105 dB(A). Esto implica que el nivel de 90 dB(A) se superaría en un radio de acción de 32 m.
En cuanto al consumo de energía de los equipos, aunque cada situación requiere un análisis individualizado, la realidad es que la relación entre la solución eléctrica y la neumática es de 1 a 20. Por lo tanto, el diferencial de costos entre ambas soluciones se amortiza en menos de un año en condiciones normales de trabajo. De hecho, el uso de un sistema de vibradores eléctricos 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 poder 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 el valor de 3 para alcanzar factores de amplificación por debajo de 0,125. El límite inferior de esta frecuencia propia está determinado por la resistencia del molde.
Ubicación de los vibradores
Es esencial considerar que los puntos de anclaje de los vibradores en la estructura del molde deben coincidir con los rigidizadores o con dispositivos especiales, evitando situarlos sobre la chapa del molde. De lo contrario, las tensiones localizadas que se pueden generar cerca del vibrador podrían provocar el colapso del encofrado. Por lo tanto, la disposición de los vibradores está determinada principalmente por la ubicación y distribución de los rigidizadores. Los vibradores se instalan con su eje perpendicular al eje de mayor inercia de los refuerzos del molde. En encofrados verticales, la distancia entre vibradores debe encontrarse 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 dentro de 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, se deberían combinar estos tres parámetros 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 esto limitaría la amplitud.
Para abordar esta dificultad, existen equipos con una función de doble frecuencia. Este vibrador de masa móvil se conecta a través de un variador de velocidad electrónico, lo que permite alcanzar una frecuencia de 3000 r. 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 hormigones 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 a través de las aberturas más pequeñas.
Es importante asegurarse de que los vibradores estén firmemente sujetos o atornillados a los soportes y se supervisen constantemente durante su uso. De lo contrario, las vibraciones no se transmitirán completamente al encofrado y al hormigón.
El hormigón se deberá verter en pequeñas cantidades dentro de las secciones para lograr capas uniformes de aproximadamente 150 mm de espesor. Esto ayuda a evitar la incorporación de aire a medida que aumenta la carga.
Todos los accesorios deben estar bajo observación constante, preferiblemente atornillados en lugar de clavados, especialmente las tuercas de los pernos, que pueden aflojarse fácilmente debido a la vibración intensa. También se debe monitorear cualquier pérdida de lechada de hormigón y sellar las fugas siempre que sea posible.
Cuando sea posible, los 600 mm superiores del hormigón en un muro o una columna se compactarán utilizando un atizador; si esto no es factible, se compactará manualmente o mediante paleo hacia abajo sobre la cara del encofrado. Los vibradores externos pueden crear espacios entre el encofrado y el hormigón, 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.
Os dejo a continuación un artículo sobre la prevención de daños por el uso de vibradores externos en piezas prefabricadas.
Figura 1. Hormigón precolocado. https://mvalarezo.files.wordpress.com/2014/01/fierro_valarezo.pdf
El hormigón precolocado, también llamado hormigón inyectado o de «empaquetado previo», es un procedimiento de construcción que consiste en disponer inicialmente áridos gruesos en el encofrado o molde previsto y rellenar después sus huecos. Para obtener un hormigón de calidad, es fundamental asegurar el completo relleno de todos los espacios, evitar la separación debida a la retracción del árido precolocado, prevenir la segregación y garantizar la retención adecuada de la humedad en la mezcla. Además, se requiere una fluidez óptima que evite obstrucciones en los conductos de inyección.
En la última etapa de la década de los cuarenta del siglo pasado, se alcanzó un hito significativo con la introducción de morteros de tipo coloidal, que lograron una dispersión efectiva de las partículas en la fase líquida y una estabilidad óptima tras la inyección. Estas suspensiones coloidales se lograban mediante métodos químicos, como en el caso de Prepakt, o bien, mediante procesos mecánicos, como los empleados en Colcrete o Colgrout.
En el procedimiento Colcrete, el mortero se batía en una máquina para laminarlo y evitar la formación de racimos de partículas de cemento, con lo que se lograba una suspensión uniforme. Por otro lado, en el hormigón Prepakt, el mortero estaba compuesto por cinco elementos: cemento, arena, agua, un agente químico y un polvo mineral o fíller con características fisicoquímicas específicas. El agente químico se utilizaba en cantidades mínimas para conferir al mortero una suspensión coloidal altamente fluida, inducir una ligera incorporación de aire y reducir la retracción. El fíller, en proporciones variables entre el 30 % y el 60 %, reemplazaba al cemento y presentaba un alto contenido de sílice amorfa, la cual reaccionaba con la cal liberada durante el proceso de fraguado. Esta sustitución reducía la retracción y disminuía el desprendimiento de calor durante el fraguado, aunque también provocaba una reducción de la resistencia inicial, mientras que la resistencia final permanecía inalterada. Además, incrementaba la resistencia a las aguas agresivas. La característica coloidal de la inyección facilitaba el hormigonado subacuático, sin ocasionar problemas de disolución apreciable.
El hormigón Prepakt presenta una serie de características distintivas: tiene una resistencia final equiparable a la del hormigón convencional y permite un ahorro de cemento notable, de entre el 30 % y el 60 %. Además, destaca por su elevada impermeabilidad y su mínima retracción endógena, llegando incluso a ser nula en algunos casos. Su retracción exógena es inferior al 50 % de la convencional y su menor contenido de cemento da lugar a una disminución significativa del desprendimiento de calor durante el proceso de hidratación. Asimismo, presenta una excelente adherencia tanto a superficies de hormigón antiguas como a rocas y muestra una excelente resistencia a los ciclos de hielo y deshielo. En particular, demuestra una alta resistencia a las aguas agresivas, incluida el agua marina.
Durante la década de 1940, el hormigón Prepakt se utilizó en las labores de reparación de los túneles-aliviaderos de la presa Hoover, en Estados Unidos. La experiencia acumulada en los años posteriores, especialmente en proyectos de presas, consolidó al Prepakt como material de elección para la construcción de estas estructuras, superando incluso su aplicación en obras marítimas. En España, durante la década de los 60, este hormigón se utilizó en la presa bóveda de Matalavilla y en la presa de gravedad de Tiétar, específicamente en la inyección de las juntas.
A continuación, se describe el procedimiento constructivo de este tipo de hormigón inyectado. El árido grueso, exento de arena, se asienta, si es posible, generalmente mediante vibradores. A continuación, se rellenan los espacios vacíos entre los áridos con una inyección de mortero de arena y cemento, de gran docilidad y plasticidad, que une los granos gruesos en contacto. Esta inyección se puede realizar tanto en el aire como en el agua, siempre procediendo de abajo hacia arriba. Para ello, se instalan tubos entre los encofrados, que se van retirando a medida que la superficie de la inyección asciende. A medida que el mortero fluye hacia la superficie, se controlarán las posibles fugas para garantizar que toda la masa quede rellenada de manera uniforme con el mortero de inyección.
A medida que el mortero sube, desplaza al agua, quedando una clara línea de separación entre ambos, lo que indica que el primero no se diluye y que la mezcla se conserva sin variación alguna. La compacidad del árido grueso debe ser la mayor posible y el mortero o papilla de inyección debe tener unas características especiales de plasticidad para rellenar con facilidad todos los huecos. Para ello, se prepara este mortero con fluidificantes. De esta manera, se logra un hormigón similar al convencional, pero mucho más compacto y con una retracción significativamente menor, aproximadamente la mitad.
El árido grueso, que se dispone antes del proceso, puede variar en tamaño desde los 6 hasta los 10 mm, o incluso más, si es necesario. Ya sea de origen natural o producto de trituración, el tamaño y la forma de sus componentes no afectan a la facilidad de manipulación ni a las propiedades finales. Esta disposición previa del árido genera un entramado rígido entre sus elementos, ya que se establece un contacto puntual entre ellos. Este entramado ayuda a evitar la retracción del hormigón, puesto que el mortero lo envuelve. Además, el porcentaje de huecos en el árido es considerablemente menor que en el hormigón convencional, aunque el módulo de elasticidad es ligeramente mayor que en el convencional, pues las propiedades del árido grueso tienen un mayor efecto en el hormigón precolocado.
Inicialmente, se empezó a utilizar en las reparaciones de estructuras de hormigón debido a su extraordinaria capacidad de adherencia con hormigones más antiguos, así como en casos en los que se precisa un hormigón con baja retracción. Conforme se fueron destacando sus cualidades, su aplicación se amplió a nuevas construcciones, particularmente en pilares de puentes, túneles y diques marítimos. También se ha empleado en estructuras muy armadas por sismo u otras razones.
Este método es especialmente útil en situaciones donde el acceso al área encofrada es complicado, en lugares donde hay corrientes de agua fuertes que atraviesan la zona de vertido del hormigón o en trabajos sujetos a la acción de las olas, donde el uso de métodos tradicionales de hormigonado bajo el agua está prohibido. También se utiliza para el recalce de cimentaciones o el relleno de cavidades de cimentación, que son poco comunes en la construcción convencional.
Para la inyección del mortero, se emplean tuberías que se insertan en la masa de árido grueso. Normalmente, tienen un diámetro de 20 a 30 mm para el hormigón estructural y de hasta 40 mm para el hormigón en masa. Estas tuberías deben colocarse verticalmente a menos de 150 mm de la base de la masa de árido, aunque también pueden insertarse horizontalmente a través del encofrado en distintos niveles.
Se trata de una técnica delicada, por lo que es conveniente emplear procedimientos ya experimentados. En cualquier caso, requiere mano de obra altamente especializada, especialmente dado que, en muchas ocasiones, resulta imposible inspeccionar el trabajo.
Puede encontrar una descripción más detallada del hormigón precolocado en la norma ACI 304.
Os dejo un artículo que creo os puede resultar de interés.
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.
Figura 1. https://tecnologiadelhormigonarmado.blogspot.com/p/hormigon-armado-en-ambientes-marinos.html
El hormigón sumergido o bajo el agua se utiliza en estructuras que deben estar continuamente en contacto con este líquido. La construcción de cimentaciones bajo el agua con hormigón no es una novedad. Ya en el tratado De Arquitectura de Vitruvio (88-26 a. C.) se encuentran referencias de este método. En la actualidad, este procedimiento se utiliza con frecuencia, especialmente en la cimentación de obras marítimas. Sin embargo, su aplicación debe ser precisa y cuidadosa. Antes de decidirse por esta forma de hormigonar, es preferible tratar de efectuar el hormigonado en seco o utilizar uno u otro de los diversos procedimientos existentes para eliminar el agua, o incluso resolver la construcción con elementos prefabricados.
Un hormigón sumergido debe tener características especiales en sus componentes, como el tipo de árido, el agua de amasado, el cemento y los aditivos. Este tipo de hormigón debe mantenerse inerte ante las condiciones del ambiente (el cemento y los áridos no deben reaccionar con el agua) y ser impermeable para evitar la corrosión en el caso del hormigón armado. Además, deberá tener la resistencia requerida.
En primer lugar, el hormigón utilizado debe tener una dosificación más rica (una sobredosis de cemento de un 25 %), con cementos de alto poder aglutinante que garanticen una buena compacidad bajo el agua. Es posible mejorar su capacidad aglutinante añadiendo aireantes y plastificantes para lograr la docilidad deseada sin necesidad de aumentar el contenido de agua (asiento en cono de Abrams de 150 mm). Cuando se trabaja en aguas en movimiento, puede ser necesario recurrir a aceleradores de fraguado, algunos de los cuales están diseñados específicamente para evitar la penetración del agua en el hormigón.
Para sumergir hormigón de manera efectiva, es fundamental garantizar su resistencia al lavado durante su colocación, lo cual requiere garantizar la adecuada consistencia y homogeneidad de la mezcla. Sin embargo, este objetivo se enfrenta a dos desafíos debidos a dos factores adversos. En primer lugar, el movimiento del agua, ya sea por las corrientes fluviales o las mareas marinas, puede erosionar el hormigón, arrastrando parte de su cemento y generando lechadas. Estas lechadas dificultan la adhesión entre capas, aumentan la permeabilidad del conjunto y debilitan los morteros, lo que resulta en una disminución de su resistencia. Además, la disparidad en la densidad de los componentes del hormigón puede provocar su separación debido a la fluidez de la mezcla. Los áridos más pesados tienden a acumularse en el fondo y son más propensos al deslavado, ya que quedan protegidos únicamente por una delgada película de aglomerante.
Todo lo anterior implica minimizar al máximo el contacto del hormigón con el agua durante su transporte, así como durante el proceso de vertido y extendido. Para lograrlo, se suelen emplear técnicas como el método de talud en avance, el uso de cubas especializadas y la utilización de canaletas (tubo tremie). No obstante, también existen otros procedimientos como el bombeo directo del hormigón, el hormigón prepakt (inyección con un mortero de áridos gruesos colocados en un molde) o el uso de hormigón ensacado. A continuación se describen las técnicas habituales.
Procedimiento de talud en avance
Cuando el agua no supera los 0,80 m de profundidad, pueden sumergirse las masas de hormigón por el procedimiento llamado de talud, análogo al que se emplea para la construcción de terraplenes. Este método solo resulta efectivo en aguas poco profundas, generalmente con un espesor inferior a 80 cm. La operación comienza depositando el hormigón en la región A, que se incorpora por su propio peso con la masa B en flujo, que progresa con un talud C, el único en contacto directo con el agua y susceptible al deslavado. Se requiere una vigilancia constante para evitar que el agua interfiera con este talud, donde pueden formarse suspensiones de lechada que no fraguan y que podrían generar superficies de deslizamiento y roturas en el macizo.
Figura 2. Hormigonado bajo el agua con talud de avance.
Después de cada interrupción, se limpia el talud con cepillos de acero para descarnar la superficie y eliminar los excesos de lechada. Cuando el cimiento está rodeado por el terreno o por algún tipo de estructura, es necesario eliminar las lechadas que se filtran del hormigón, ya sea utilizando cubos o bombas. Asimismo, al unir una masa de hormigón ya fraguada con otras posteriores, también es necesario limpiar estas lechadas. Es importante destacar que la masa en avance no puede compactarse ni vibrarse. Durante los períodos de aguas agitadas, como crecidas u oleajes, es necesario suspender los trabajos.
Procedimiento con cuba
Este método es adecuado para profundidades superiores a 0,80 m. El hormigón se transporta en una cuba completamente estanca que desciende lentamente hacia el área a hormigonar mediante un cabrestante o una grúa. Una vez depositadas sobre el macizo, un buzo las abre, elevándolas suavemente después, para permitir que el hormigón fluya en aguas tranquilas. La función de los buzos se limita a colocar la cuba sobre el área a hormigonar y abrir sus compuertas, y luego envían la cuba a la superficie para repetir el proceso. Sin embargo, este procedimiento no es apropiado cuando se necesita verter hormigón en un encofrado de dimensiones reducidas, pues su movimiento ascendente y descendente puede provocar agitación en el agua, actuando como un pistón (Figura 3).
Figura 3. Cuba bajo el agua en un encofrado de dimensiones reducidas (Galabru, 1964). https://tecnologiadelhormigonarmado.blogspot.com/p/hormigon-armado-en-ambientes-marinos.html
Las cubas son estancas y están diseñadas con paredes inclinadas para facilitar la salida del hormigón. Se abren en la parte inferior mediante sistemas hidráulicos o neumáticos. Además, cuentan con patas que aseguran su estabilidad al posarse sobre el terreno, de modo que las puertas pueden pivotar libremente. La capacidad de las cubas suele oscilar entre 0,20 y 1,00 m³.
Durante la operación, las cubas descargan su contenido primero en el fondo y luego sobre las capas previamente vertidas y aún frescas, evitando así el contacto directo del hormigón con el agua y logrando una adecuada trabazón. Para áreas extensas, las cubas se subdividen en secciones pequeñas, generalmente no mayores de 6 x 6 m, ya que el hormigón tiene un radio de extensión de unos 30 cm y las cubas no se abren a más de 30 cm de altura.
Una variante de este sistema, utilizada en obras con poco volumen de hormigón, consiste en el uso de bolsas de lona impermeabilizadas que se bajan boca abajo, amarradas por el fondo y cerradas en la boca con un nudo, lo que permite su apertura manual. Estas bolsas tienen una capacidad máxima de 0,10 m³.
El método de inmersión en cubas presenta ventajas, como una operación sencilla y una rápida ejecución del hormigonado, que da como resultado hormigones de buena calidad con una notable trabazón. Además, no se necesita más equipo especializado que el depósito para sumergir el hormigón.
Procedimiento con canaleta (tubo tremie)
La canaleta o vertedera, conocida como tubo-tolva o tubo tremie, consta de un tubo especial de acero rígido con un diámetro de 20 a 45 cm, que asegura que el hormigón se vierta directamente sobre otra masa de hormigón sin dejar una capa intermedia de lodos u otros materiales. Las paredes de la tubería deben ser lisas y contrapesadas para prevenir la flotación, especialmente si se utiliza una placa para sellar la boca de la tubería y esta se sumerge estando vacía. El tubo se sumerge con un tapón que se extrae (método de cierre de fondo) o se desplaza (tapón deslizante) al verter el hormigón. Para evitar la entrada de agua, el tubo debe mantenerse constantemente sumergido en el hormigón a una profundidad de 1,00 o 1,50 m bajo la superficie del material. Las velocidades ideales de elevación del hormigón oscilan entre 0,3 y 3 m/h. Es crucial mantener una colocación continua, ya que los retrasos pueden provocar el endurecimiento del hormigón, lo que dificultaría la reanudación del flujo. El hormigón debe ocupar automáticamente el espacio entre el tubo y el encofrado sin necesidad de mover el tubo horizontalmente. En caso de utilizar varios tubos, se recomienda mantener una separación de entre 3 y 5 m entre ellos.
Un puente grúa equipado con cabrestantes móviles sostiene estos tubos, lo que permite subirlos y bajarlos. Todo el montaje se encuentra instalado en un andamio con plataforma de servicio. En la parte superior del tubo hay una tolva o un embudo para verter el hormigón. Se utiliza una tolva cuando se realizan aportaciones intermitentes de hormigón, como en el caso del transporte por cubas. Se emplea un embudo cuando se realiza una aportación continua de hormigón, como en el caso del hormigón bombeado. En la Figura 4 se observa el método del desplazamiento, que puede obtenerse utilizando un carrito o suspendiendo el tubo por medio de una grúa.
Figura 4. Colocación sumergida: método del desplazamiento
Esta técnica se emplea en diversas aplicaciones, entre las que se incluyen hormigones sumergidos, estructuras submarinas, reparaciones de hormigones sumergidos, construcción y unión de secciones de túneles submarinos, pilotes para cimentaciones de puentes y plataformas mar adentro. Se utiliza especialmente cuando se busca obtener una calidad estructural muy alta. Se han llevado a cabo operaciones de hormigonado con éxito a profundidades de hasta 50 m. Este procedimiento consiste en verter el hormigón in situ mediante un tubo, cuyo extremo inferior permanece siempre sumergido en el hormigón fresco, lo que ayuda a prevenir lavados y segregaciones significativas.
El proceso de hormigonado con tubo tremie consta de tres etapas: el cebado del tubo, la formación del bulbo y el vertido del hormigón.
Figura 5. Etapas del proceso de hormigonado con tubo tremie
Cebado del tubo: Es fundamental llenar por completo el tubo con hormigón, sin que entre en contacto con el agua circundante. Para lograrlo, existen varios métodos, desde el uso de aire comprimido hasta otros más simples. Uno de los métodos más directos implica dejar caer un tapón que actúe como sello hermético dentro del tubo, asegurando así que la columna de hormigón descienda gradualmente, evitando el contacto con el agua y reduciendo la posibilidad de segregación debido a la caída libre. Otra opción es utilizar una cámara inflable tipo pelota en lugar del tapón, que se recupera después de cada proceso de cebado.
Formación del bulbo: Bajo el peso de la columna de hormigón fresco, este se extiende gradualmente alrededor del tubo debido a la tensión superficial. Es importante que la parte inferior del tubo no se eleve más de 30 cm del fondo para evitar la segregación y el lavado del hormigón. Posteriormente, debido a la resistencia ejercida en el fondo y en la masa, la superficie del hormigón adquiere una forma de cúpula. Con el tubo hundido a la profundidad deseada, se forma el bulbo en la base de esta cúpula (Figura 1).
Vertido: Se lleva a cabo desplazando el tubo con el cabestrante y el puente grúa. Para impedir que entre agua, el tubo debe estar siempre lleno y la carga de hormigón debe realizarse de manera regular y continua para garantizar que no se vacíe. El peso del hormigón dentro del tubo debe ser siempre mayor que la presión del agua en su base.
Las técnicas de colocación por tremie suelen emplearse para el bombeo directo bajo el agua, aunque presentan algunas diferencias menores. En este método, el flujo se genera mediante la presión de la bomba, en lugar de depender de la gravedad. La dosificación del material debe permitir el bombeo y el flujo una vez que la tubería se retira. Se utilizan tuberías más pequeñas, con secciones flexibles para la porción que queda embebida en el hormigón. El funcionamiento de la bomba puede provocar movimientos laterales que crean una lechada en la superficie de contacto entre la tubería y el hormigón. En algunos casos, puede ser necesario instalar una válvula de escape cerca del punto más alto de la tubería para evitar un bloqueo debido al vacío.
Os dejo a continuación unos vídeos que, espero, os resulten de interés.
Referencias:
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
Figura 1. Hormigón al vacío. https://www.solitec.eu/2021/11/11/il-vacuum-concrete-una-tecnica-ancora-valida/
El hormigón al vacío (vacuum concrete, en inglés) es una técnica ideada por Billner en Estados Unidos en 1935, aunque no se empezó a utilizar en Europa hasta los años cincuenta del siglo pasado. Esta técnica busca mejorar la resistencia y durabilidad del material, y consiste en eliminar el exceso de agua de hidratación del cemento mediante presión de vacío antes de que comience el fraguado del hormigón. Esta acción conlleva una notable disminución en la relación agua/cemento (a/c) efectiva, lo que supone una mejora significativa en el rendimiento del hormigón. Aunque la reacción química entre el cemento y el agua requiere una relación a/c inferior a 0,38 para lograr una resistencia óptima, la relación empleada suele ser mayor para mejorar su manejabilidad, y esa agua adicional sirve para lubricar los componentes del hormigón fresco. Este exceso de agua crea poros capilares en el hormigón que aumentan su permeabilidad y reducen su resistencia.
La tecnología del hormigón al vacío resuelve este dilema, ya que permite mantener la trabajabilidad y conseguir una alta resistencia. Utiliza una bomba de vacío para aspirar el exceso de agua después de colocar y compactar el hormigón, lo cual puede suponer extraer entre el 10 % y el 25 % del agua y aumentar la resistencia a compresión entre un 20 % y un 40 %. Las resistencias a los 7 días con vacío son aproximadamente las mismas que las obtenidas a los 21 días. Esta técnica es efectiva para diversas aplicaciones, como suelos industriales, aparcamientos y losas de puentes. Tras aplicar el vacío, es posible caminar sobre la losa sin dejar rastro alguno, lo que elimina la necesidad de esperar períodos de tiempo. Los componentes clave incluyen una bomba aspiradora, un separador de agua, una almohadilla de filtración y un vibrador de placa de solera, que trabajan en conjunto para controlar la cantidad de agua eliminada y garantizar la calidad del hormigón resultante.
El efecto del vacío no se limita únicamente a la eliminación del exceso de agua, sino que también contribuye a llenar posibles huecos mediante la presión atmosférica. El vacío se logra mediante una bomba capaz de generar una depresión de entre 0,7 y 0,8 atmósferas. La duración de la aplicación del vacío varía en función de la consistencia inicial y el espesor del hormigón empleado. En la práctica, para elementos delgados como losas, muros o tuberías, el tiempo de aplicación del vacío suele ser de 10 a 20 minutos, mientras que para elementos de mayor grosor puede extenderse hasta 40 minutos. La temperatura mínima requerida para este proceso con hormigón es de 10 °C. Sin embargo, no todos los tipos de hormigón son adecuados para el vacío. Existe el riesgo de bloqueo superficial, que se refiere a la congestión de finos en la superficie que puede impedir el desarrollo del proceso. Por esta razón, el contenido máximo de cemento se limita a 350 kg/m³.
En este procedimiento, el hormigón se vierte en encofrados con una cara perforada y el exceso de agua se extrae por succión a través de las perforaciones mediante una bomba de vacío. Los encofrados especiales empleados en este proceso consisten en una cámara delgada de baja altura cuya superficie en contacto con el hormigón es permeable, ya sea mediante una rejilla metálica o un tejido de caucho perforado. Las otras caras de la cámara son impermeables, con excepción de unas aberturas estratégicamente ubicadas a través de las cuales se genera el vacío en su interior. Estas aberturas, por lo general, se encuentran en la cara inferior del encofrado. Este método proporciona al hormigón una notable cohesión, lo que facilita un desencofrado rápido.
Figura 2. Deshidratación al vacío del hormigón. https://industrysurfer.com/blog-industrial/construccion/hormigon-al-vacio-tecnologia-equipamiento-ventajas/
En una masa de hormigón recién vertida en un encofrado, existe cierto nivel de presión, derivado de la carga del hormigón fresco por encima del nivel considerado y de la presión atmosférica. Esta presión se divide en dos componentes: una presión intergranular, que es sostenida por el armazón o esqueleto formado por los áridos, y una presión intersticial, que es sostenida por el líquido que ocupa los espacios vacíos, es decir, el agua en la que están suspendidas las partículas de cemento.
El principio del tratamiento consiste en eliminar o, al menos, reducir significativamente la presión intersticial al comunicar la matriz fluida del hormigón fresco, a través de un filtro, con una fuente de vacío. Sin embargo, es importante destacar que la presión total en el hormigón no se ve alterada, dado que la aplicación del vacío no afecta ni a la masa de hormigón sobre el nivel considerado ni a la presión atmosférica externa.
En estas circunstancias, la primera componente, es decir, la presión intergranular, experimenta un aumento repentino, lo que provoca que el armazón rígido se vea obligado a soportar lo que previamente sostenía el líquido. Como resultado, el esqueleto se compacta en busca de un nuevo equilibrio, reduciendo así sus espacios intersticiales y expulsando el exceso de agua, que se desplaza entre los granos hacia el filtro. Esta contracción persiste hasta que los áridos alcanzan la máxima compacidad compatible con su granulometría, momento en el cual cesa la compactación. En el caso de un recipiente, se observa cómo desciende algunos centímetros la superficie libre del hormigón durante este proceso de contracción.
El hormigón al vacío ofrece una serie de ventajas significativas, como un aumento de su resistencia final, la posibilidad de retirar los encofrados de los muros de forma más temprana, así como la combinación de trabajabilidad y resistencia gracias a la deshidratación mediante vacío. Además, presenta una alta durabilidad y densidad, junto con una reducción notable en la permeabilidad y en el tiempo requerido para el acabado final. También se observa un aumento del 20 % en la resistencia de adherencia, lo que facilita su aplicación en trabajos de repavimentación y reparación. Asimismo, al reducirse el agua, se reduce notablemente la retracción, lo que permite separar las juntas hasta 20 m en pavimentos. Sin embargo, estas ventajas vienen acompañadas de algunos inconvenientes, como el consumo de energía y la necesidad de equipos específicos, lo que conlleva un coste inicial elevado y la necesidad de contar con mano de obra especializada. Además, la porosidad del hormigón puede permitir la filtración de agua, aceite y grasa, lo que podría debilitar la estructura con el tiempo.
Como se puede observar en la Figura 3, el beneficio de la deshidratación del hormigón es más acusado en la capa superior que en la inferior. Por encima de 150 mm de profundidad, el efecto de este procedimiento es poco significativo. Por tanto, en lo que respecta a la mejora de la resistencia, la reducción de poros y el aumento de la durabilidad, esta mejora es particularmente evidente en las áreas donde más se necesita. De hecho, este procedimiento permite aumentar la capa superficial de las soleras de hormigón, que puede, en algunos casos, competir con capas de rodadura.
Figura 3. Efecto de la deshidratación por vacío del hormigón. https://theconstructor.org/concrete/vacuum-concrete-techniques-equipments-advantages/6867/
Os dejo a continuación un artículo interesante sobre los primeros años de esta técnica en Colombia.
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.
Tradicionalmente, se ha considerado el curado como un proceso que tiene lugar después de colocar y acabar el hormigón. Sin embargo, es esencial comprender que el curado debe comenzar en el momento en que la superficie del hormigón comienza a secarse. Esto sucede cuando el agua de exudación se evapora más rápido de lo que puede ascender a la superficie. Estas condiciones pueden ocurrir incluso antes de completar el acabado del hormigón, lo que permite distinguir diversas fases en el proceso de curado. La norma ACI 308 R señala que, debido a las distintas etapas por las que pasa el hormigón desde su elaboración hasta que la estructura adquiere las propiedades de diseño, es necesario distinguir tres fases de curado a lo largo del tiempo: curado inicial, curado intermedio y curado final.
Curado inicial
El curado inicial abarca el periodo desde la colocación hasta el acabado del hormigón y trata de evitar la pérdida de humedad de la superficie. Si el acabado se realiza justo después de que desaparezca el agua de exudación, no es necesario implementar medidas de curado inicial. Sin embargo, suele ser imprescindible cuando el secado de la superficie empieza antes del fraguado o incluso antes de que se complete el acabado. Hay que considerar que la velocidad de evaporación del agua es máxima justo antes del fraguado del cemento, pues posteriormente el agua se desplaza por difusión en el interior del hormigón, un proceso muy lento. Por lo tanto, resulta de suma importancia evitar el secado durante las primeras horas tras la colocación del hormigón.
El curado inicial previene la fisuración debida a la retracción plástica en hormigones con muy poca exudación o que no exuden. Un ejemplo son los hormigones que contienen cementos finos u otros materiales cementantes finos, como el humo de sílice, las cenizas volantes o la escoria. También se incluyen en esta categoría los hormigones con una baja relación agua-cemento, con alto contenido de aire o con aditivos reductores de agua. Además, se recomienda su aplicación en ambientes con alta evaporación del agua de la superficie del hormigón, como en condiciones de calor intenso.
Se pueden emplear diversos métodos que no dañen ni deformen la superficie del hormigón fresco, como la nebulización, el uso de reductores de evaporación o la modificación del entorno mediante sombras, barreras de viento o cerramientos. En caso de que el proceso de acabado involucre varias operaciones que se extiendan en el tiempo, es fundamental continuar con las medidas de curado iniciales o volver a aplicarlas hasta que el acabado esté completo.
El curado inicial debe llevarse a cabo justo después de que desaparezca el brillo del agua de exudación, lo cual puede ocurrir tras el nivelado y, en algunos casos, incluso antes del alisado. Es importante eliminar el exceso de agua procedente del rociado de neblina o de los reductores de evaporación, o bien permitir que se evapore antes de finalizar el acabado de la superficie.
Curado intermedio
El curado intermedio es necesario cuando la superficie del hormigón se ha acabado antes de que se complete su proceso de fraguado. Esto puede ocurrir cuando se logra rápidamente la textura superficial, cuando hay retraso en el fraguado o en ambos casos.
Si se ha realizado un curado inicial, el curado intermedio puede mantener la nebulización continua o la aplicación de retardadores de evaporación. En caso contrario, los métodos empleados no deben dañar la superficie del hormigón, ya que aún no ha alcanzado su fraguado final y no es capaz de resistir el daño mecánico. Por lo tanto, el agua debe aplicarse con suavidad.
Después de la última pasada de acabado, se pueden aplicar compuestos de curado mediante aspersores. Estos compuestos tienen la ventaja de que pueden aplicarse antes de que el hormigón haya completado su fraguado y, a menudo, se aceptan como método final de curado. Si, justo después del acabado, se cubre la superficie del hormigón con arpillera, por ejemplo, para reducir su resistencia a las sales fundentes, esto puede afectar a su calidad. Por ello, es preferible cubrir suavemente la superficie con láminas de plástico tras el acabado y reemplazar el plástico por arpillera una vez que el hormigón haya alcanzado su fraguado final.
Curado final
El curado final comprende los procedimientos aplicados después del acabado y una vez que el hormigón ha fraguado y ha comenzado a desarrollar resistencia. Es crucial no demorar las medidas de curado una vez completado el acabado, ya que puede ocasionar una pérdida relevante de agua por evaporación, especialmente cuando la textura del acabado resulta en una amplia superficie expuesta, como ocurre con el cepillado o el ranurado. El curado final puede efectuarse mediante la extensión de los métodos utilizados en el curado inicial o intermedio, o mediante la aplicación de otros métodos, como la aspersión, el uso de arpilleras u otros materiales absorbentes humedecidos o el riego con manguera, entre otros.
Una vez examinadas las tres acciones que conforman el proceso de curado, se comprende la importancia de planificar meticulosamente el curado de una estructura significativa, así como la relatividad de la afirmación «el mejor curador es el agua». La elección del método de curado adecuado, entre las numerosas opciones disponibles, dependerá, como se ha señalado, de la rapidez con la que se esté secando la superficie del hormigón, así como de si ya se ha producido el fraguado inicial y final, y si las operaciones de acabado han concluido o no. Esto implica la necesidad de conocer de forma aproximada el tiempo de curado necesario para el hormigón en cuestión, considerando las condiciones climáticas específicas presentes en la obra.
Os dejo un documento de Sika sobre el curado del hormigón.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MENZEL, C.A. (1954). Causes and Prevention of Crack Development in Plastic Concrete. Proceedings of the Portland Cement Association, Vol. 130:136.
LERCH, W. (1957). Plastic shrinkage. ACI Journal, 53(8):797-802.
Figura 1. Camión hormigonera. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cami%C3%B3n-hormigonera_Mercedes-Benz_2224.jpg
El hormigón producido en una planta de hormigón se transporta a las obras de construcción donde se utilizará en camiones hormigonera (Figura 1). Estos vehículos, aunque están diseñados para agitar, se utilizan con mucha frecuencia como mezcladores. Consisten principalmente en una cuba cilindro-cónica construida con chapa de alta resistencia al desgaste y de gran capacidad (de 6 a 10 m³), cuyo eje está inclinado aproximadamente 15º respecto a la horizontal. Estos camiones tienen dos modos de rotación: uno para cargar y mezclar, y otro opuesto para descargar. La mayoría de las autohormigoneras se utilizan en centrales de venta de hormigón.
El principio de amasado es similar al de las mezcladoras de tambor horizontal con inversión de marcha. En el interior de la cuba hay dos hileras de espirales helicoidales de acero con piezas de desgaste fijadas a la pared. El material entra en la cuba a través de una tolva situada en la parte superior de la boca y sale por la parte inferior, cayendo primero en una tolva y luego en una canaleta de distribución plegable y orientable para el transporte.
La cuba está montada sobre un chasis general que se sitúa en la plataforma del camión. Los componentes giratorios incluyen una banda zunchada en la parte superior que se apoya en dos rodillos y un eje en la parte inferior de la cuba que gira en un cojinete montado en un contrafuerte del chasis.
Figura 2. Detalle de las espiras de un camión hormigonera
La cuba presenta dos capacidades operativas distintas (eje 8/6,6):
En su función de agitador, se utiliza para recibir el hormigón previamente mezclado en la central y agitarlo durante el transporte, con una capacidad mayor de 8 m³.
En su papel de mezcladora, recibe la mezcla seca de la central de dosificación y la amasa durante el transporte, con una capacidad menor de 6,6 m³.
El volumen del tambor o cuba debe ser mayor, con una relación aproximada de 10 m³/8 m³/6,6 m³.
Para las operaciones de amasado o simplemente de agitación, la cuba gira en dirección que desplaza los productos hacia el fondo de la misma. La rotación en sentido contrario garantiza un vaciado total. Es habitual contar con dos velocidades para el proceso de amasado y una para el de descarga:
La primera velocidad, más lenta, se emplea para agitar el material durante el transporte, cuando ya está amasado, ya sea porque se ha cargado hormigón mezclado en la central o porque se ha amasado durante parte del trayecto un material previamente cargado sin amasar.
La segunda velocidad, más rápida, se utiliza durante la carga de la hormigonera, que debe realizarse lo más rápido posible. También se emplea para el amasado en el caso de que se haya cargado dosificación sin amasar.
Tabla. Velocidades de rotación de la cuba para distintas operaciones
Los sistemas utilizados para mover la cuba son los siguientes:
Motor auxiliar, generalmente diésel, independiente del camión, lo que conlleva las siguientes ventajas:
Mayor durabilidad del motor del camión.
En caso de que el camión se averíe, la hormigonera puede seguir funcionando sin que el hormigón fragüe.
Utiliza el mismo motor que el camión. La caja de cambios cuenta con una salida lateral a la que se acopla una transmisión hidráulica que acciona el tambor. El inconveniente es que requiere camiones con una potencia considerablemente mayor, pero las ventajas son las siguientes:
Se utiliza un solo motor diésel, lo que implica un menor consumo de combustible.
Se reducen los costes y es necesario realizar menos reparaciones y compras de repuestos.
Figura 3. Partes de un camión hormigonera
El sistema de agua está compuesto por los siguientes elementos:
Depósito de agua con una capacidad de 500 a 700 litros, en función de la capacidad requerida. Cuando no se realiza el mezclado en la central, el agua de amasado se añade al final del trayecto, unos minutos antes del vaciado. Esta práctica optimiza las ventajas del conjunto formado por las centrales y las hormigoneras.
Bomba de agua de tipo centrífugo.
Contador de agua y tuberías de distribución.
En cuanto al fraguado del cemento, este depende de la temperatura ambiente y de su calidad. Sin embargo, suele comenzar aproximadamente a los 20 minutos en climas cálidos y a los 40 minutos en invierno.
La norma C94-71 de la American Society for Testing and Materials (ASTM) establece un tiempo máximo de transporte de hormigón de 90 minutos cuando se utiliza un camión con agitador, y de 45 minutos cuando se transporta en camiones basculantes sin agitador. Por otro lado, el Código Estructural recomienda que, en condiciones normales, el intervalo de tiempo entre la adición del agua de amasado al cemento y a los áridos, y la colocación del hormigón, no debe exceder de una hora y media.
En la práctica, cuando las distancias a recorrer superan los 90 minutos, se opta por transportar mezclas secas y añadir agua al final del trayecto. Sin embargo, esta solución compromete la correcta dosificación del agua en la central.
Os dejo algunos vídeos sobre esta máquina.
Os dejo también la NTP 93: Camión hormigonera, que es una guía de buenas prácticas para el manejo seguro de la máquina.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.
El uso de vapor es uno de los métodos más eficaces para el curado del hormigón, ya que acelera considerablemente su endurecimiento. Este tipo de curado se emplea casi de forma exclusiva en prefabricación. En el proceso de curado al vapor, y en general en cualquier método que involucre calor húmedo, se aplica el concepto de maduración del hormigón. La maduración es el resultado de la temperatura en grados centígrados a la que se expone la pieza, multiplicada por el tiempo de exposición si este es constante. En el caso de una temperatura variable, se calcula la integral de la curva temperatura-tiempo (Figura 2). Se acepta que, para un mismo tipo de hormigón y dentro de ciertos límites, el curado es igualmente eficaz si la maduración también lo es. Es decir, diferentes combinaciones de temperaturas y tiempos producirán resultados similares siempre que el producto de estos, o la suma de los productos, se mantenga constante.
Figura 2. Evolución de la temperatura con el tiempo (Carino y Lew, 2001)
En función del tipo de elemento, el curado al vapor puede realizarse a baja o alta presión. El método a baja presión se lleva a cabo típicamente a presión atmosférica y se emplea en estructuras encerradas construidas en el lugar o en grandes unidades prefabricadas de hormigón. Por otro lado, el curado con vapor a alta presión se realiza en autoclaves y se aplica a pequeñas unidades prefabricadas.
El proceso de curado al vapor comienza una vez que ha transcurrido la etapa de prefraguado, elevando gradualmente la temperatura hasta alcanzar un límite establecido. Esta temperatura se mantiene durante un período de tiempo determinado, tras el cual se reduce de manera continua hasta igualar la temperatura ambiente. Es importante evitar que el hormigón experimente cambios térmicos bruscos durante este proceso.
Cada tipo de cemento presenta una curva de curado ideal, que puede determinarse experimentalmente para conocer las velocidades óptimas de variación de temperatura, el valor de la temperatura límite y el tiempo de permanencia en esta última. En términos generales, la duración del prefraguado oscila entre 2 y 5 horas; la velocidad de calentamiento y enfriamiento no debe exceder los 20 °C por hora, y la temperatura límite óptima se sitúa entre 55 °C y 75 °C, sin superar los 80 °C. Se recomienda que el primer periodo del proceso de curado al vapor no sea inferior a 4 horas cuando la temperatura ambiente es de 20 °C, pudiendo reducirse conforme aumenta dicha temperatura (Figura 1).
Es importante mantener una presión de vapor uniforme a lo largo de la pieza, asegurándose de que el recinto de curado permanezca constantemente saturado de humedad. Además, el curado con vapor requiere un control meticuloso, ya que si se aplica de forma descuidada pueden producirse cambios de volumen excesivos que afecten a la resistencia inicial del hormigón.
El curado al vapor ofrece diversas ventajas significativas en comparación con otros métodos convencionales. Entre las principales ventajas cabe destacar las siguientes:
Endurecimiento rápido en climas fríos: Es especialmente útil en climas fríos, ya que promueve un rápido endurecimiento del hormigón, lo que facilita la construcción en estas condiciones.
Alta resistencia inicial: Permite obtener una alta resistencia inicial en el hormigón, aspecto fundamental para la fabricación de unidades prefabricadas y pretensadas.
Aumento de la velocidad de construcción: Al acelerar el proceso de endurecimiento del hormigón, el curado al vapor puede incrementar significativamente la velocidad de construcción, lo que se traduce en una mayor eficiencia y productividad.
Rapidez en comparación con otros métodos de curado: Es más rápido que los métodos de curado convencionales, lo que acorta los tiempos de construcción y permite una mayor rotación de proyectos.
A pesar de sus ventajas, el curado al vapor también presenta algunas desventajas que deben tenerse en cuenta:
Limitaciones en superficies grandes: Puede no ser eficiente en superficies extensas, lo que podría requerir la implementación de métodos alternativos de curado.
Se necesitan trabajadores cualificados: El proceso de curado al vapor exige la presencia de personal capacitado y experimentado para garantizar resultados óptimos y evitar problemas como cambios volumétricos excesivos.
Costo inicial más elevado: El equipo y los materiales necesarios para el curado al vapor suelen tener un coste inicial más alto en comparación con los métodos de curado convencionales, lo que puede ser una consideración importante en proyectos con limitaciones presupuestarias.
Os dejo algunos vídeos al respecto del curado al vapor y al método de madurez del hormigón.
A continuación os dejo un documento de Hilti donde se explica el método de madurez del hormigón.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
CARINO, N.J.; LEW, H.S. (2001) El método de la madurez: From Theory to Application. Proceedings of the 2001 Structures Congress & Exposition, Washington, D.C., American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, Peter C. Chang, Editor, 2001, 19 p.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
Figura 1. Curado del hormigón. https://ingeniero-de-caminos.com/curado-del-hormigon/
El término “curado”, según la DRAE, significa endurecido, seco, fortalecido o curtido. En el ámbito del hormigón, se refiere a las acciones tomadas para facilitar la hidratación del cemento. Esto implica prevenir la pérdida de humedad del hormigón por evaporación y, si es necesario, proporcionar humedad adicional. Además, se busca mantener una temperatura favorable durante el fraguado y los primeros días de endurecimiento.
Si el hormigón se dejara secar al aire, su resistencia podría disminuir hasta en un 40 %, al tiempo que aumentaría la porosidad y la probabilidad de fisuras debido a la retracción. Los métodos empleados en el proceso de curado deben ser suficientes para evitar la desecación del hormigón, promover un adecuado endurecimiento, prevenir la fisuración debido a la contracción térmica y hacer que el hormigón sea resistente a las heladas prematuras.
Durante la hidratación del cemento, los granos se cubren con un gel de cemento, un producto de la reacción que forma una red que une los granos de cemento anhidro. El agua necesaria para la hidratación del cemento Portland es igual a 0,45 veces la masa de cemento hidratado. Esta cantidad se divide entre el agua químicamente combinada (equivalente a 0,25 veces la masa de cemento) y el agua adsorbida en las superficies y espacios de la estructura del gel (0,20 veces la masa de cemento).
Es importante señalar que la hidratación solo ocurre en un entorno casi saturado de agua. Por lo tanto, es necesario agregar agua adicional (durante el proceso de curado) para mantener saturados los poros capilares de la pasta. De esta manera, el cemento continuará hidratándose hasta que todo el espacio disponible se llene con los productos de la reacción o hasta que se complete la hidratación de todo el cemento.
El desarrollo de la resistencia y durabilidad del hormigón radica en el relleno de los poros entre las partículas de cemento con los productos de la hidratación. Esto se consigue partiendo de un volumen inicial de poros muy reducido, lo que se logra con una baja relación agua/cemento (a/c) y con un curado húmedo que permita hidratar una cantidad significativa de cemento.
Si el agua de amasado supera considerablemente la cantidad necesaria para la hidratación, es crucial garantizar que no se evapore durante el proceso de curado. En casos donde la proporción inicial de agua es menor, será necesario un curado adicional con agua para mantener la hidratación. Por ello, en hormigones con una relación a/c igual o superior a 0,50, el uso de una membrana impermeable, sin necesidad de agregar agua externa, puede ser un método efectivo de curado.
En el hormigón con baja relación a/c, ocurre el fenómeno de la autodesecación, que implica el secado interno del hormigón debido al consumo de agua durante la hidratación. Este problema suele estar asociado con mezclas de a/c iguales o inferiores a 0,45, para las cuales se requiere un curado húmedo. No obstante, con valores de a/c tan bajos, la permeabilidad de la pasta suele ser tan reducida que el agua aplicada externamente no penetra más allá de la capa superficial, la única que se beneficia del proceso de curado.
Figura 2. Curado mediante láminas para evitar la desecación. https://deepex.net/curado-del-hormigon/
El curado es una etapa fundamental en la producción de elementos de hormigón, ya que tiene una gran influencia en la resistencia y en el resto de las características del producto final. Carecer de un adecuado proceso de curado puede resultar especialmente perjudicial para la durabilidad de la estructura, puesto que esta depende en gran medida de la impermeabilidad de las capas exteriores del hormigón, que son las más sensibles a un curado defectuoso.
Es esencial tener en cuenta que el interior de las piezas (a menos que sean extremadamente delgadas) retiene la humedad durante periodos prolongados y es menos vulnerable a los efectos de un curado deficiente que las capas superficiales. En consecuencia, si el hormigón no recibe un adecuado proceso de curado, la capa de recubrimiento de las armaduras se verá afectada, volviéndose porosa y permeable, lo que significativamente acortará la vida útil de la estructura.
Por lo general, los métodos que suministran agua son más eficaces que aquellos que buscan evitar su evaporación. La duración y la intensidad del proceso de curado dependen principalmente de la temperatura y la humedad ambientales, así como de la acción del viento y la exposición directa al sol. Otros factores importantes son el tipo y la cantidad de cemento, la relación a/c y, especialmente, las condiciones de exposición de la estructura en servicio. A medida que estas condiciones sean más adversas, se requerirá un período de curado más prolongado.
En un artículo anterior, expusimos el uso del nomograma de Menzel para evitar el agrietamiento plástico durante el fraguado del hormigón. Otro artículo de interés es el relativo a la terminación, texturado y curado del pavimento de hormigón.
Figura 3. Nomograma de Menzel.
Os dejo algunos vídeos que os pueden ser de interés.
Referencias:
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MENZEL, C.A. (1954). Causes and Prevention of Crack Development in Plastic Concrete. Proceedings of the Portland Cement Association, Vol. 130:136.
LERCH, W. (1957). Plastic shrinkage. ACI Journal, 53(8):797-802.
Acaban de publicarnos un artículo en Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. El trabajo trata sobre la toma de decisiones en infraestructuras viales sostenibles. Para ello se utiliza una variante personalizada de la técnica NSGA-II con operadores de reparación para una optimización multiobjetivo. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
El documento propone un enfoque novedoso que combina la optimización multiobjetivo (MOO) con técnicas de toma de decisiones basadas en criterios múltiples (MCDM) para el diseño y la selección de estructuras modulares prefabricadas de hormigón armado (RCPMF) en infraestructuras viales, con un enfoque en la sostenibilidad. El estudio evalúa la eficacia de tres operadores de reparación a la hora de optimizar los objetivos económicos, ambientales y sociales, y utiliza algoritmos personalizados y un análisis del ciclo de vida (LCA) para una evaluación precisa. Los resultados muestran que el operador de reparaciones basado en estadísticas ofrece soluciones con un menor impacto en todas las dimensiones y demuestra una variabilidad mínima, lo que lo convierte en el más adecuado para cumplir con los requisitos de diseño del RCPMF.
Las contribuciones más importantes de este trabajo son las siguientes:
El documento presenta un enfoque novedoso que combina la optimización multiobjetivo (MOO) con técnicas de toma de decisiones basadas en criterios múltiples (MCDM) para el diseño y la selección de estructuras modulares prefabricadas de hormigón armado (RCPMF) en infraestructuras viales, con un enfoque en la sostenibilidad.
El estudio evalúa la eficacia de tres operadores de reparación (basados en estadísticas, aleatorios y de proximidad) a la hora de optimizar los objetivos económicos, ambientales y sociales.
El artículo presenta una versión personalizada del algoritmo NSGA-II (NSGA-II) de clasificación no dominada, complementada con un análisis detallado del ciclo de vida (LCA), para facilitar la evaluación precisa de las funciones objetivas.
El artículo demuestra el uso de dos técnicas de MCDM, a saber, la ponderación aditiva simple (SAW) y (FUCA), para puntuar y clasificar las soluciones MOO.
La investigación proporciona una estrategia clara y metódica para integrar el MOO y el MCDM, formando un marco coherente para la implementación práctica en contextos de ingeniería complejos.
El estudio destaca la importancia de tener en cuenta los principios de sostenibilidad desde la fase de diseño y de emplear las técnicas de MOO para encontrar soluciones equilibradas y óptimas en la ingeniería civil.
Abstract:
Integrating sustainability principles into the structural design and decision-making processes for transportation infrastructure, particularly concerning reinforced concrete precast modular frames (RCPMF), is recognized as crucial for ensuring environmentally responsible, economically feasible, and socially beneficial outcomes. In this study, this challenge is addressed, with the significance of sustainable development in modern engineering practices being underscored. A novel approach, which combines multi-objective optimization (MOO) with multi-criteria decision-making (MCDM) techniques, is proposed, tailored specifically for the design and selection of RCPMF. The effectiveness of three repair operators—statistical-based, random, and proximity based—in optimizing economic, environmental, and social objectives is evaluated. Precise evaluation of objective functions is facilitated by a customized Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) algorithm, complemented by a detailed life cycle analysis (LCA). The utilization of simple additive weighting (SAW) and fair un choix adéquat (FUCA) methods for the scoring and ranking of the MOO solutions has revealed that notable excellence in meeting the RCPMF design requirements is exhibited by the statistical-based repair operator, which offers solutions with lower impacts across all dimensions and demonstrates minimal variability. MCDM techniques produced similar rankings, with slight score variations and a significant correlation of 0.9816, showcasing their consistent evaluation capacity despite distinct operational methodologies.
Keywords:
Multi-objective optimization; multi-criteria decision-making; modular structure; life cycle sustainability; NSGA-II; simple additive weighting; fair un choix adéquat.
