Las trompas de elefante o tubos de caída son tuberías circulares que se alimentan a través de un embudo y están diseñadas para transferir el hormigón de manera vertical, evitando así la segregación que puede producirse al impactar el hormigón con las armaduras u otros obstáculos. Se utilizan cuando se descarga hormigón a diferentes niveles. Deben estar firmes y en línea, y colocarse de tal manera que el hormigón caiga verticalmente. Estas tuberías son especialmente útiles en proyectos de gran altura y en hormigonados bajo el agua. También son útiles en estructuras de pequeño canto y gran altura, como muros y otros elementos verticales, donde se busca evitar que la caída del hormigón supere los 2 m.
Las velocidades de colocación varían de 0,5 a 3 m de altura por hora, y el espaciado de las tuberías suele ser de una por cada 30 m² de superficie o con centros de radio de 4 o 5 m. No obstante, en situaciones de hormigonado sin congestión de armaduras, estas distancias pueden ser mayores.
Las tuberías pueden ser metálicas, de plástico o de goma, dispuestas en pequeños tramos de tubo ensamblados, lo que las hace flexibles y fáciles de acortar según sea necesario. Se recomienda que el diámetro de estas tuberías sea al menos 8 veces el tamaño máximo del árido en la parte superior, pero puede reducirse aproximadamente a 6 veces el tamaño máximo en la parte inferior. Es fundamental que las trompas de elefante se posicionen en vertical y se aseguren correctamente para garantizar que el hormigón se vierta con precisión.
Figura 2. Trompa de elefante. https://shop.kuhlman-corp.com/deslauriers-8-wide-concrete-mini-hopper-with-6-long-elephant-trunk-and-chains/p3517/
El embudo que suministra el hormigón a estos dispositivos debe ser de dimensiones suficientemente grandes y tener paredes inclinadas para permitir una descarga rápida y sin obstrucciones del hormigón.
Figura 3. Cuándo se utiliza una trompa de elefante
Os dejo algunos vídeos ilustrativos.
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.
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 que 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 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 dos largueros o vigas. El conjunto vibrante está equipado con un motor, ya sea eléctrico o de gasolina, que impulsa 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 que van desde 5 hasta 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 es inversamente proporcional a la velocidad de desplazamiento. La experiencia ha demostrado que es más favorable combinar una amplitud alta con una frecuencia baja que combinar una baja amplitud con una alta frecuencia.
La mayor popularidad de la regla vibratoria doble frente a la de una sola regla se debe principalmente a su capacidad de ajustar la amplitud de vibración. Esta característica permite seleccionar entre amplitudes baja, media y alta, 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, con lo cual 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 formaría charcos y provocaría desigualdades. Una consistencia demasiado rígida impide una compactación suficiente y deja una superficie porosa; debe ser plástica y tener 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, que producen 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 final de la trayectoria de la regla. El cabrestante puede accionarse manualmente o mediante un motor.
Se pueden utilizar varios tipos de reglas de manera 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 una función de 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 unos 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 por hora, dependiendo de las condiciones específicas de uso.
Para longitudes mayores, se requieren reglas vibrantes en celosía, las cuales 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 adecuado compactado 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 con un espesor de hasta 20 cm.
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.
Figura 1. Silos de cemento. https://www.machinio.es/anuncios/72938606-silo-de-cemento-en-esmirna-turquia
En grandes instalaciones, los silos de cemento se vacían con rapidez, por lo que es necesario monitorizar constantemente el volumen de su contenido para realizar los pedidos y consumir el cemento según una programación predefinida. Cuando se trata de almacenar productos de cemento, la tecnología también debe abordar desafíos relacionados con la humedad. Esta tiende a aglutinar los materiales, provocando problemas como una baja densidad y una constante dieléctrica reducida. Además, en invierno, se puede producir condensación, lo que potencialmente afecta a las mediciones. Para medir el nivel de llenado de los silos, se utilizan diversos tipos de indicadores de nivel, como los mecánicos, ultrasónicos y electrónicos, entre otros.
Existe una amplia gama de estos dispositivos, algunos de ellos muy sofisticados. Se pueden clasificar en dos categorías principales: los que ofrecen una indicación continua del nivel de llenado y los que operan en un modo de «todo o nada». Estos últimos, además de no proporcionar una medida continua, requieren al menos dos dispositivos para ofrecer dos informaciones clave: si el silo está vacío o lleno. Se pueden colocar en diversas ubicaciones dentro del silo, ya sea en la parte superior, inferior, en el cono o en ambas. Los dispositivos de «todo o nada» pueden ser útiles en instalaciones con múltiples silos que contienen el mismo producto (se activa el segundo cuando el primero está vacío), donde el nivel exacto de llenado no es esencial.
Hasta hace algunos años, los procedimientos más comunes eran los dispositivos mecánicos o electromecánicos. Sin embargo, actualmente, estos han ido siendo reemplazados cada vez más por procedimientos electrónicos. Ya sea que se trate de dispositivos mecánicos o electrónicos, todos operan según dos métodos: por contacto o sin contacto con el material.
Los dispositivos mecánicos pueden ser los siguientes:
De paletas, aletas y semiesferas giratorias: Estos dispositivos constan de pequeños motores ubicados cerca de las paredes de los silos, los cuales accionan un eje equipado con paletas. Cuando el material desciende y libera las paletas previamente bloqueadas por el cemento, el motor se activa y se enciende un piloto luminoso como aviso.
De contrapeso o palpador: Consisten en un torno que permite descender un peso hasta el nivel del cemento, emitiendo una señal al alcanzar dicho nivel y deteniendo el motor del torno. La longitud del cable proporciona información sobre el nivel de cemento. Una vez conocido, se enrolla nuevamente el cable y se repite el proceso según intervalos programados periódicamente.
De diafragmas presiométricos: En este tipo de dispositivo, el circuito eléctrico permanece abierto cuando el cemento ejerce presión sobre el diafragma. Cuando el nivel de cemento desciende y la presión disminuye, el circuito se cierra, activando un piloto luminoso como indicador.
De péndulo: Estos dispositivos constan de un péndulo de corta longitud que, al entrar en contacto con el cemento durante el llenado del silo, se inclina, abriendo un circuito eléctrico. De manera similar, al vaciarse el silo, el circuito se cierra y se activa un indicador luminoso de nivel, ubicado ya sea en el propio silo o en el panel de control del puesto de mando.
Los dispositivos electrónicos principales comprenden:
Detectores de láminas vibrantes: Estos dispositivos generan vibraciones en unas horquillas de acero inoxidable mediante corriente eléctrica. La frecuencia de vibración varía dependiendo de si las horquillas están libres o cubiertas por el cemento, lo que indica si el nivel de este ha superado la altura de las láminas.
Medidores de conductividad: Consisten en una columna vertical en el centro del silo con emisores de impulsos eléctricos distribuidos uniformemente en altura. En la pared del silo, los receptores miden la conductancia o capacitancia del medio (aire o cemento), lo que permite conocer en todo momento la altura del cemento en el silo.
Medidores de ondas: Estos dispositivos se basan en la propagación y medición de ondas sónicas, infrasónicas o de isótopos radioactivos. Aunque son precisos, son más costosos y delicados en comparación con los electromecánicos, que son menos precisos pero más robustos.
Medidores de ultrasonidos: Utilizan parejas de emisores-receptores ubicados a diferentes alturas en la misma horizontal. Comparando las velocidades ultrasónicas en aire o cemento, es posible determinar la altura del material.
Medidores de ondas sónicas: Funcionan según el mismo principio que los anteriores y pueden tener una disposición similar. También pueden situarse en la parte superior del silo, midiendo el tiempo que tarda la onda sónica emitida por el aparato en reflejarse en el cemento y ser captada nuevamente, lo que proporciona una indicación precisa del nivel de cemento.
Detectores de nivel de ondas radioactivas: Estos dispositivos se basan en la emisión de rayos gamma desde una fuente en la parte superior del silo y en unos captadores (contadores Geiger) que se activan cuando no están bajo presión del cemento, indicando así su nivel.
Os dejo varios vídeos explicativos que, espero, sean de vuestro interés:
Referencias:
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.
Figura 1. Homogeneidad del hormigón. https://ingeniero-de-caminos.com/hormigon-homogeneidad/
Se considera que un hormigón es homogéneo cuando su composición es uniforme en todos sus puntos. Esto implica que el principio, la parte media y el final de la amasada mantienen la misma calidad. De esta manera, las amasadas sucesivas pueden considerarse idénticas. La homogeneidad se consigue mediante un buen amasado, un transporte cuidadoso y una colocación adecuada.
Un hormigón homogéneo implica que debe ser uniformemente heterogéneo, es decir, que sus componentes deben estar perfectamente mezclados y en la proporción prevista en la dosificación de la mezcla en cualquier parte de su masa. Las mezclas bien diseñadas y adecuadamente amasadas proporcionan una manejabilidad uniforme y óptima, independientemente de la ubicación de la muestra tomada en la mezcla, lo que permite obtener hormigones con resultados consistentes y poco dispersos.
Para garantizar la homogeneidad, es crucial mantener una proporción adecuada entre agua y cemento, así como asegurar una mezcla completa de los componentes para lograr la consistencia deseada. Tal y como indica el Código Estructural en su Artículo 51.3.3, los componentes se amasarán de forma que se consiga su mezcla íntima y homogénea, de modo que el árido debe quedar bien recubierto de pasta de cemento. La mejor forma de conseguirlo es introducir los componentes en una hormigonera o máquina amasadora, que se encarga de mezclarlos y están listos para su aplicación en la obra.
Figura 2. https://ich.cl/unidad/05-uso-del-hormigon-en-obra/
La calidad uniforme de los componentes y la precisión de los dosificadores son aspectos críticos para lograr esta homogeneidad en el hormigón. Si los componentes iniciales son uniformes y los dosificadores proporcionan las cantidades precisas, la variabilidad del hormigón la determina la calidad del proceso de mezclado. Por ello, es fundamental elegir adecuadamente el equipo de mezclado, ya que este garantiza la homogeneidad de los productos finales. El Código Estructural, en su artículo 51.3.2.1, indica que la dosificación de cemento, de los áridos y, en su caso, de las adiciones se realizará en peso. Además, se deberá vigilar el mantenimiento de la dosificación para garantizar una adecuada homogeneidad entre las amasadas.
La gravedad y las fuerzas de rozamiento obstaculizan el movimiento de los materiales durante la fase inicial del amasado. Se producen rozamientos superficiales entre la masa y las paredes, rozamientos internos debidos a la rugosidad de los áridos y rozamientos complejos causados por la variabilidad de la viscosidad en diferentes partes de la mezcla. Por tanto, para obtener un hormigón homogéneo, es esencial no solo reducir la influencia de estas fuerzas, sino también romper las fuerzas de unión que mantienen los granos unidos por el agua de la mezcla. Esto requiere un aporte significativo de energía, que debe distribuirse de manera óptima por los componentes de mezclado. En este sentido, los fabricantes investigan qué tipo de perfiles son los más adecuados para las paletas, su número y disposición en el equipo de amasado. Para lograr mezclas de calidad, es fundamental que los medios mecánicos empleados sean lo suficientemente potentes para permitir el desplazamiento de los componentes entre sí, sin favorecer a ciertos elementos según su tamaño o densidad.
El Código Estructural, en su Artículo 51.4.1 relativo al transporte del hormigón, indica que no deberán presentar desperfectos o desgastes en las paletas o en su superficie interior que puedan afectar a la homogeneidad del hormigón. Asimismo, el transporte podrá realizarse en amasadoras móviles, a la velocidad de agitación, o en equipos con o sin agitadores, siempre que tales equipos tengan superficies lisas y redondeadas y sean capaces de mantener la homogeneidad del hormigón durante el transporte y la descarga.
En la prefabricación de piezas de hormigón, se deben desmoldar lo antes posible, por lo que es importante contar con equipos de mezclado que garanticen una perfecta cohesión y una plasticidad constante en los hormigones producidos.
En ciertos tipos de equipos, como las hormigoneras, la densidad desempeña un papel fundamental, pues los componentes del hormigón son elevados y luego caen de nuevo en la mezcla. En el caso de las amasadoras, un exceso de energía contribuye a mejorar las propiedades de la mezcla.
La dislocación de la mezcla de hormigón, que es un error que afecta a la homogeneidad, puede ocurrir incluso cuando la mezcla inicial es adecuada. Durante el transporte, el vertido o el fraguado, los elementos del hormigón tienden a separarse y decantarse según su densidad y tamaño.
La segregación del hormigón consiste en que sus componentes se separan, lo que provoca una superficie de mala calidad con grietas o fisuras o un exceso de mortero que afecta a su resistencia y durabilidad. Por otro lado, si la mezcla es demasiado líquida, los áridos gruesos tienden a caer al fondo del molde o encofrado, mientras que el mortero queda en la superficie, lo que implica una pérdida de homogeneidad por decantación. La probabilidad de que ocurran estos fenómenos aumenta con el contenido de agua, el tamaño máximo del árido, las vibraciones o sacudidas durante el transporte y la colocación en obra en caída libre. Es importante señalar que un hormigón poco manejable tiende a segregarse, lo que provoca resistencias mecánicas inferiores a las previstas y superficies poco estéticas cuando se retira el encofrado.
La exudación del hormigón es otro tipo de segregación en la que el agua tiende a ascender hacia la superficie de la mezcla debido a la incapacidad de los áridos para retenerla durante la compactación. Esta agua forma una capa delgada, débil y porosa en la superficie del hormigón, que carece de resistencia y durabilidad.
La homogeneidad del hormigón se ve comprometida cuando se ve afectada la cohesión entre sus componentes. Esto puede ocurrir debido a una relación inadecuada entre los ingredientes, como en el caso de un hormigón demasiado seco o con demasiada agua. El hormigón seco con poca agua y componentes finos tiende a separar los áridos más gruesos, mientras que un exceso de agua aumenta el riesgo de segregación, de modo que el mortero se separa de los áridos. Por tanto, hay que cuidar la proporción de materiales y la humedad durante el mezclado para evitar la segregación y garantizar la homogeneidad.
La pérdida de homogeneidad en el hormigón está estrechamente ligada a su cohesividad: cuanto menor sea esta última, mayor será la pérdida de homogeneidad. Esto se debe a una relación inadecuada entre arena y grava, un tamaño máximo del árido excesivo, un contenido de agua excesivo, entre otros factores. Un hormigón debe ser manejable sin mostrar signos de segregación, lo que implica una adecuada cohesión.
Las mezclas más propensas a la segregación son las que son poco manejables o ásperas, extremadamente fluidas o secas, o aquellas que contienen una gran cantidad de arena. Además, incluso un hormigón muy manejable puede experimentar segregación si ha sido sometido a un tratamiento inadecuado o a operaciones mal ejecutadas.
Os dejo algún vídeo explicativo al respecto.
Referencias:
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Exigencias básicas. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Madrid, 750 pp.
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. 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.
La revibración del hormigón se emplea en ciertos casos para mejorar la adherencia entre el hormigón y el acero de refuerzo, para liberar el agua atrapada debajo de las barras horizontales y para eliminar posibles bolsas de aire adicionales. Esta práctica no causa ningún daño si el hormigón aún está en estado plástico. Sin embargo, es esencial evitar el contacto entre la aguja del vibrador y el acero de refuerzo. La vibración transmitida a través de las armaduras al hormigón semiplástico puede provocar la pérdida de adherencia de la barra con el hormigón y fisuras en las armaduras.
La revibración ofrece una serie de beneficios significativos, como mejorar la resistencia a la compresión en un 15 %-40 %, sobre todo a edades tempranas. También permite aumentar la impermeabilidad, potenciar la adherencia, reducir las bolsas de grava, eliminar el agua atrapada y expulsar el aire y las bolsas de agua. Sin embargo, es importante tener en cuenta que no se debe aplicar el revibrado en mezclas con consistencia seca y granulometría abierta. Por tanto, es más adecuado para consistencias blandas.
El proceso implica la introducción de un vibrador en la masa de hormigón precompactada pasados unos 30 minutos desde la primera compactación, pero dentro de las primeras 2 a 4 horas (antes del inicio del fraguado). Una regla práctica indica que se puede llevar a cabo el revibrado siempre que la aguja pueda penetrar en el hormigón por su propio peso y logre fluidificarlo. Además, es posible emplear un aditivo retardador del fraguado para facilitar este proceso.
En diferentes circunstancias, el revibrado puede ser igualmente conveniente:
Al colocar hormigón en capas y vibrar la inferior, lo cual evita la formación de juntas entre ellas.
Para perfeccionar el acabado superficial de los pilares y muros superiores, eliminando el aire que suele acumularse en esas áreas.
Para cerrar las fisuras producidas por la retracción plástica.
Esta técnica es especialmente útil para hormigones con altos valores de relación agua-cemento, aquellos con baja retención de agua o en situaciones donde la colocación inicial ha sido compleja. Al rellenar los huecos generados durante el asentamiento inicial del hormigón fresco alrededor de la armadura horizontal, se garantiza una mejor calidad estructural.
Es crucial realizar el revibrado en el momento adecuado, cuando el hormigón aún está maleable. El proceso de fraguado generalmente comienza entre una hora y media y cuatro horas después de la vibración previa. Esta operación conlleva ciertos riesgos y es fundamental calcular con precisión la duración de la nueva vibración, ya que un error en este sentido puede causar daños irreparables al hormigón.
Dada su complejidad y el riesgo asociado, el revibrado es una tarea que debe ser ejecutada por personal altamente especializado, con un control meticuloso del proceso. Por esta razón, y debido al riesgo inherente, no es una práctica comúnmente empleada. En cualquier caso, es necesario obtener la aprobación previa de la dirección facultativa antes de llevar a cabo el revibrado.
Os dejo a continuación un artículo que estudia la acción del revibrado en morteros, hormigones y prefabricados, que espero os sea de interés.
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.
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. 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.
Figura 1. Energía específica requerida para diferentes sistemas de excavación.
La energía específica, también conocida como Specific Energy (SE) en inglés, se define como la cantidad de energía consumida para excavar un volumen unitario de roca. Esta medida se expresa en diversas unidades, tales como MJ/m, KW-h/m3, hp-h/yd3 o hp-h/t, que relacionan la energía consumida con el volumen excavado.
Es importante destacar que la energía específica tiende a aumentar cuando se busca producir partículas de un tamaño menor en una misma roca. Este incremento está directamente relacionado con el aumento de la resistencia a compresión de la roca en cuestión.
La energía específica requerida para la excavación de una determinada roca dependerá de dos factores clave: la separación de los cortadores (S) y su profundidad de ataque (P). El ratio entre estos dos parámetros, denominado S/P, se convierte en un elemento crucial al seleccionar equipos. Para rozadoras tipo “drag”, este ratio varía entre 2 y 4, mientras que para cortadores de discos oscila entre 10 y 20.
En términos prácticos, la energía específica desempeña un papel esencial al determinar los ratios de avance (m/h o m/día) de una máquina. Esta información se revela como un indicador clave para optimizar la eficiencia y el rendimiento de los equipos utilizados en la excavación de rocas.
La Figura 1 presenta el espectro de la energía específica necesaria para la fragmentación de una roca mediante diversos sistemas de excavación comúnmente utilizados.
El ratio de producción instantáneo (IPR, en inglés) de un equipo se puede calcular de la siguiente forma:
El ratio lineal de avance (ROP, en inglés) de un equipo se calcula de la siguiente forma:
El ratio de avance diario (AR, en inglés) de un equipo es:
La tabla que se presenta a continuación resulta útil para anticipar el ratio de producción (IPR) y el ratio de avance (AR) de un equipo mecánico, todo ello fundamentado en la energía específica.
Referencias:
MARTÍNEZ-PAGÁN, P. (2023). Laboreo de minas. 3.º Curso – GIRME – Ingeniería de Minas. Universidad Politécnica de Cartagena.
ROSTAMI, J. (2011). Mechanical Rock Breaking. In SME Mining Engineering Handbook, 3rd Edition, Darling, P. (Ed.), Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, 417-434.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209.
