Categoría: procedimientos de construcción

Dosificación del agua en la fabricación del hormigón

Figura 1. Controlador de agua de turbina de velocidad
Mantener la uniformidad en la medición del agua para el mezclado total requiere, además de garantizar el peso exacto del agua añadida, controlar las fuentes adicionales de agua, como el agua utilizada para el lavado de la mezcladora, el hielo y el agua libre presente en los áridos. Una de las tolerancias especificadas para la precisión en la medición del agua de mezclado es de ±3 %.

El agua es el ingrediente más sencillo de dosificar, ya que su caudal es predecible y no presenta mayores dificultades en su manejo. La dosificación del agua necesaria para el amasado del hormigón puede llevarse a cabo por peso o por volumen. Ambos sistemas se pueden utilizar en las obras y en los talleres de fabricación; sin embargo, las técnicas ponderales son las que ofrecen mayor precisión. Por otro lado, la dosificación volumétrica puede presentar imprecisiones debido a las características inherentes de los dispositivos utilizados y a posibles desajustes en su calibración. Además, los caudales pueden verse afectados por el uso de aguas ricas en cal, que pueden provocar incrustaciones, o por la utilización de aguas muy calientes, que pueden generar vapor.

En la dosificación por peso, las básculas utilizadas para medir el agua consisten en un recipiente que se apoya sobre los brazos de una báscula similar a la empleada para el cemento. Estas básculas suelen estar equipadas con un cabezal de lectura y mecanismos de automatización que regulan tanto la alimentación, a través de una válvula, como la descarga, que se realiza mediante otra válvula o un grifo de esfera. Algunas básculas cuentan con cubas que incluyen un sistema de descarga por aire comprimido, lo que acelera la llegada del agua a la amasadora y reduce los ciclos de fabricación de hormigón. Otras, por su parte, integran dispositivos de llegada del agua con dos velocidades: una rápida, que permite obtener del 90 al 95 % de la cantidad deseada en el menor tiempo posible, y una lenta, que finaliza la dosificación con gran precisión. Cabe destacar que las básculas para agua se utilizan exclusivamente en centrales de hormigón que cuentan con sistemas de corrección de la humedad de la arena y automatismos que permiten gestionar diversas recetas.

Los contadores de agua, ya sean mecánicos o eléctricos, son los dispositivos de dosificación de agua más habituales en las obras, gracias a su bajo coste. Se usa una rejilla delante del medidor para evitar daños provocados por partículas sólidas. Algunos medidores se pueden instalar verticalmente; la instalación de la mayor parte debe ser horizontal. Los medidores deben estar protegidos contra las heladas y contra las ondas de presión (golpe de ariete) en las líneas de agua. Estos contadores deben ser capaces de funcionar con agua salada y permitir el uso de agua caliente. No obstante, los medidores de agua fría, por lo general, no se pueden usar con agua caliente, pero los de agua caliente se pueden usar con fría, a los caudales de esta última, con cierta pérdida de exactitud.

La técnica más sencilla consiste en instalar un contador de agua clásico junto con una válvula manual antes de la entrada del agua en la mezcladora. La lectura del contador debe realizarse desde el punto cero después de cada amasada. En el caso de utilizar contadores con preajuste, se puede suministrar automáticamente una cantidad de agua programada mediante una electroválvula, cuya apertura se activa mediante un botón pulsador o un impulso proveniente de un automatismo general. La lectura de los medidores es inferior a la real a flujos muy bajos, ligeramente mayor a flujos altos y un poco menor con caudales cercanos al máximo.

Los contadores de agua se clasifican en dos tipos:

  • Contadores de paletas: en este tipo, el chorro de agua hace girar una rueda de paletas (Figura 1), y el giro se transmite a través de engranajes desmultiplicadores a la aguja del contador.
  • Contadores de hélice: en este caso, el chorro de agua hace girar una hélice.

Estos contadores pueden operar con presiones que oscilan entre 20 y 60 kPa y la temperatura máxima a la que pueden funcionar alcanza los 85 °C. Además, presentan una precisión del 1 % respecto al peso requerido. Los contadores de agua se pueden clasificar en tres tipos:

  • Manuales: en estos contadores, al abrir una llave de 1/4 de vuelta, se permite el paso del agua hasta alcanzar la cantidad deseada, momento en el cual se cierra la llave. La aguja del contador regresa a cero mediante un botón o una pequeña palanca.
  • Semiautomáticos: en este tipo, se preselecciona la cantidad de agua a dosificar moviendo un botón moleteado. El agua fluye al abrir una electroválvula al presionar un botón o pulsador ubicado en el panel dentro de la cabina de amasado. La aguja móvil se desplaza hasta coincidir con el cero; en ese momento, se cierra un contacto y se desexcita la electroválvula, deteniendo el paso del agua. Para la siguiente dosificación, es necesario volver a seleccionar la cantidad de agua deseada.
  • Automáticos: este tipo de contador funciona de manera similar al semiautomático, con la diferencia de que la aguja parte de cero. Al alcanzar la cantidad previamente seleccionada mediante una aguja fija desplegable, se desexcita la electroválvula. La aguja móvil regresa automáticamente a cero, quedando preparada para un nuevo ciclo.

El mecanismo de funcionamiento de los dispositivos de medición de agua debe garantizar que no haya fugas, goteos ni rastros de agua cuando la válvula esté cerrada. Los tanques de agua de los camiones hormigonera u otras mezcladoras portátiles deben estar diseñados de manera que el dispositivo indicador registre con precisión la cantidad de agua descargada, independientemente de la inclinación de la mezcladora.

Os dejo un vídeo donde se explica la importancia de la dosificación del agua en la fabricación del hormigón.

Referencias:

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

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

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

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

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

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

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

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

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

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

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Fabricación y puesta en obra de hormigones pesados

Figura 1. Colocación de hormigón de alta densidad. https://www.lkabminerals.com/product-application/high-density-concrete/

El hormigón pesado se elabora con áridos que tienen una densidad superior a 3,0 kg/dm³, lo que permite que su peso específico supere los 2,8 kg/dm³. Esta elevada densidad proporciona un peso considerable en un volumen reducido, convirtiéndolo en un material altamente eficaz para la protección contra radiaciones. Su principal característica es ofrecer un mayor peso en el mismo volumen, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones, como contrapesos en estructuras y en áreas que requieren protección frente a radiaciones.

El uso principal del hormigón pesado ha sido como escudo protector contra las radiaciones generadas por la energía nuclear. La capacidad de este material para bloquear radiaciones depende del tipo de emisión. En el caso de las ondas de corta longitud, como los rayos X y los rayos gamma, es necesario interponer un elemento de la mayor densidad posible. En este contexto, los hormigones pesados, independientemente de su tipo, ofrecen una solución económica, ya que permiten reducir el espesor de la pantalla de protección.

Por otro lado, para protegerse de partículas atómicas, como los neutrones, es fundamental que la pantalla contenga una gran cantidad de átomos de hidrógeno. Esta condición se cumple adecuadamente en los hormigones pesados elaborados con áridos de minerales de hierro hidratado, que poseen un elevado nivel de agua de cristalización, así como en aquellos preparados con la mayor cantidad posible de agua. Además, estos hormigones se utilizan en los cimientos de estructuras con gran esbeltez para evitar el pandeo y como base de almacenamiento para materiales de gran peso.

Figura 2. Uso de hormigones de alta densidad en planta nuclear. https://theconstructor.org/concrete/high-density-concrete-radiation-shielding-applications/16720/#google_vignette

Composición del hormigón de alta densidad

El hormigón de alta densidad se elabora utilizando áridos pesados que incluyen minerales de hierro, como la magnetita y la limonita, así como rocas de cantera, como la barita, virutas de acero y materiales sintéticos como los ferrofosforosos. También se pueden obtener a partir de fragmentos de barras de acero redondo, recortes de planchas de acero o granalla. Su peso específico es similar al del hierro, oscilando entre 7,5 y 7,8 kg/dm³. Estos materiales deben cumplir, en términos generales, con las mismas condiciones establecidas para los áridos convencionales. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los áridos provenientes de minerales de hierro son altamente fracturables debido a su estructura interna, lo que los hace susceptibles a cambios en sus características durante su uso en obra, especialmente en cuanto a granulometría y contenido de finos. Por otro lado, los áridos obtenidos a partir de desechos metálicos presentan características de heterogeneidad, principalmente relacionadas con el estado de su superficie, la cual debe mostrar cierto grado de oxidación incipiente para mejorar la adherencia.

Dosificación y proceso de fabricación

Estos áridos suelen ser más costosos y requieren tratamientos específicos tanto en su dosificación como en su aplicación en obra. Además, tienden a segregarse en la pasta de cemento, lo que hace necesario emplear un tamaño de grano más fino que el habitual. No obstante, las granulometrías de los áridos pueden mantenerse dentro de los estándares convencionales. La arena no necesita ser especial, siempre que cumpla con los requisitos de peso unitario; debe ser limpia, angular, bien graduada y estar libre de limo, arcilla o materiales orgánicos. Para mezclas especiales, como los hormigones de agregado grueso reducido, es posible especificar la gravedad específica o el módulo de finura.

A diferencia de los hormigones convencionales, los hormigones de alta densidad se distinguen principalmente por la densidad de los áridos utilizados y por la precisión requerida en su dosificación, fabricación, transporte y colocación en obra. Su bombeo en zonas de difícil acceso y su proceso de aplicación son similares a los del hormigón convencional y requieren vibrado, tratamiento y curado de manera equivalente.

Consideraciones en la colocación y vertido

Una mejor composición del hormigón se traduce en una mayor homogeneidad, compacidad y densidad, así como en una menor probabilidad de formación de poros. Esto permite alcanzar espesores y pesos reducidos. Generalmente, se emplean dosificaciones de cemento de aproximadamente 350 kg/m³. Para evitar segregaciones, se recomienda utilizar relaciones agua/cemento de entre 0,35 y 0,40, así como incorporar superplastificantes que faciliten la obtención de hormigones más dóciles.

Es importante tener en cuenta que los áridos pesados no siempre presentan una granulometría adecuada. En tales casos, se pueden añadir correctores con diferentes densidades. Al mezclar áridos de distintas características, es conveniente expresar la granulometría y el módulo de finura en porcentajes del volumen absoluto.

La forma de los granos de ciertos áridos puede comprometer la trabajabilidad del hormigón, especialmente cuando se utilizan discos y perdigones de acero. En estas situaciones, incrementar la dosificación de cemento, añadir minerales o incorporar aire ocluido puede mejorar la trabajabilidad del hormigón, aunque esto podría conllevar una reducción de su densidad. No obstante, esta disminución en la densidad tiene la ventaja de que los hormigones más dóciles tienden a ser más compactos, lo que les proporciona una mayor capacidad de protección.

El equipo utilizado para mezclar hormigones convencionales también se empleará para fabricar hormigón pesado, por lo que se debe tener especial cuidado para evitar sobrecargar los equipos. Al verter el hormigón y realizar su colocación, se debe prestar atención a la disposición adecuada de los travesaños y apuntalamientos necesarios para garantizar que los encofrados resistan los empujes del hormigón fresco. En el caso del hormigón de alta densidad, estos empujes serán mayores.

La combinación de áridos de acero y magnetita puede dar lugar a fenómenos magnéticos que afectan negativamente a la adherencia de los áridos a la pasta de cemento. Para mitigar este inconveniente, se recomienda amasar primero el árido grueso de acero con una porción de cemento y agua. Una vez realizada esta mezcla, se debe añadir la magnetita junto con el resto del cemento y el agua.

El amasado de hormigones con áridos pesados no siempre es la mejor opción; el método más eficaz consiste en colocar los áridos directamente en los moldes y luego inyectar la pasta o el mortero de cemento. Este enfoque previene la segregación, un fenómeno que es especialmente problemático cuando se utilizan áridos de acero.

Para la fabricación de hormigones pesados, se recomienda utilizar hormigoneras de eje vertical, ya que garantizan una mezcla más eficiente. Por el contrario, las hormigoneras basculantes generan grandes esfuerzos sobre el eje. El tiempo de amasado es similar al de los hormigones convencionales, y es fundamental llevar a cabo la descarga del hormigón con sumo cuidado para evitar la segregación.

El hormigón de alta densidad es muy propenso a segregarse durante su colocación, lo que no solo disminuye su resistencia, sino que también provoca variaciones en su densidad que pueden afectar gravemente su manipulación. El procedimiento habitual para los hormigones convencionales es aplicable a los hormigones de alta densidad, siempre que no incluyan piezas de acero como árido grueso. Este método, conocido coloquialmente como «vertido con cubilote», consiste en mezclar áridos, cemento y agua antes de verter la mezcla en los moldes.

Figura 3. Tuberías submarinas recubiertas de hormigón de alta densidad. https://theconstructor.org/concrete/high-density-concrete-radiation-shielding-applications/16720/

Es importante considerar que el hormigón de alta densidad presenta un peso específico superior, lo que implica que, para un mismo volumen, su peso es mayor. Por esta razón, es fundamental tomar precauciones para evitar sobrecargar grúas, camiones grúa u otros equipos utilizados en el vertido del cubilote. Asimismo, es necesario prevenir sobrecargas en las hormigoneras para evitar la segregación de los áridos durante el amasado. Además, el hormigón fresco genera cargas y empujes significativos sobre los encofrados, por lo que estos deben ser diseñados adecuadamente para soportar dichas fuerzas.

El espesor de las capas no debe exceder los 25 cm. Otro aspecto importante a tener en cuenta es el vibrado, que debe ser enérgico y de corta duración, utilizando frecuencias cercanas a los 20 000 ciclos por minuto, ya que el tamaño máximo del árido generalmente no supera los 25 mm. En este método, la vibración durante la colocación resulta beneficiosa, pero debe aplicarse con moderación para no comprometer la integridad del hormigón.

El método de hormigonado con áridos precolocados es especialmente adecuado cuando los áridos son de acero o hierro. Este procedimiento consiste en colocar primero el árido grueso en el encofrado y luego rellenar los espacios intersticiales con una mezcla de mortero de cemento, arena y agua. Este método presenta varias ventajas en comparación con los métodos convencionales. En primer lugar, minimiza la segregación del árido grueso, especialmente cuando se utilizan trozos de acero. En segundo lugar, facilita la colocación de hormigón con densidad y composición uniformes en formas confinadas y alrededor de elementos embebidos. En tercer lugar, permite lograr una mayor densidad y homogeneidad con materiales similares. Además, posibilita el uso de combinaciones de diferentes materiales como árido grueso. Finalmente, asegura una distribución uniforme del árido pesado en el escudo protector, evitando la formación de grandes huecos de aire. Sin embargo, también existen desventajas: hay pocas empresas especializadas en este procedimiento, terminar la superficie superior de grandes áreas de hormigón es más complicado y costoso y, en general, el hormigón obtenido mediante este método tiende a ser más caro que el producido con técnicas convencionales.

El hormigón pesado se puede bombear, aunque las distancias alcanzadas suelen ser menores que las de los hormigones tradicionales, siempre que se utilice el mismo equipo. Sin embargo, a pesar de que los áridos gruesos suelen provenir de mineral triturado, que presenta formas irregulares y angulosas que dificultan el bombeo, cada vez son más los profesionales que afirman que es posible bombear hormigón de alta densidad en casi cualquier circunstancia. Durante el proceso de hormigonado, se recomienda supervisar la homogeneidad del hormigón aplicado para identificar posibles huecos. Esta verificación puede llevarse a cabo utilizando una fuente de radiación gamma de potencia adecuada.

Las resistencias mecánicas de estos hormigones no son un motivo de preocupación, dado el considerable espesor de sus paredes, que se impone por razones de protección. Sin embargo, un aspecto preocupante es la fisuración, que debe evitarse incluso a temperaturas de 300 °C, ya que muchas de las protecciones están expuestas a altas temperaturas. Es importante destacar que, cuando un hormigón se somete a temperaturas de 300 a 400 °C durante períodos prolongados, su resistencia a la compresión puede reducirse entre un 20 % y un 50 %. Además, a 400 °C, el hormigón se deshidrata, lo que reduce su capacidad de protección.

En ocasiones, se puede colocar una capa de varios centímetros de mortero entre los encofrados y, posteriormente, cubrirla con una capa de árido pesado, el cual se introduce mediante vibrado o apisonado. Este método exige una ejecución cuidadosa y controlada, pero resulta ideal para hormigones de muy alta densidad, especialmente aquellos elaborados con áridos de acero, ya que evita la necesidad de pasar todo el árido por la amasadora.

Os dejo algunos vídeos al respecto de este tipo de hormigón.

Os dejo también este texto relacionado, que espero, os sea de interés.

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Referencias:

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

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

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

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

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

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

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

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

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

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

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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

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Hormigones sin finos

Figura 1. Hormigón sin finos. https://allanblock.com/

Una forma de obtener hormigón ligero, independientemente del tipo de árido utilizado, ya sea grueso o mediano, es reemplazar los áridos finos por aire, lo que da lugar al llamado hormigón sin finos. Para lograrlo, es fundamental que los áridos tengan un tamaño uniforme y estén recubiertos por una capa delgada de pasta de cemento. Esta pasta tiene la función exclusiva de envolver los granos de árido y unirlos entre sí, generando una conexión puntual.

El hormigón fino se utiliza principalmente para el drenaje y como material de relleno estructural, ya que favorece el flujo de agua y proporciona la resistencia necesaria. Esta tecnología, que se remonta a tiempos antiguos en la construcción, es especialmente eficaz para construir muros de contención, por el hecho de que evita la acumulación de presión de agua detrás de ellos. Además, su ligereza y estabilidad lo convierten en una opción atractiva para diversas aplicaciones. En comparación con otros métodos de drenaje, como las tuberías perforadas, el hormigón fino demuestra ser significativamente más eficaz.

Se recomienda que los áridos utilizados en este tipo de hormigón tengan un tamaño entre 10 y 20 mm, priorizando que la diferencia entre el tamaño máximo y mínimo sea mínima. Además, se ha demostrado que combinaciones de tamaños, como 10 y 7 mm o 20 y 14 mm, ofrecen un buen rendimiento. La cantidad de cemento debe ser suficiente para cubrir y adherir las partículas, formando capas de aproximadamente 1,4 mm. Aunque esta proporción puede variar, suele mantenerse alrededor de 1 parte de cemento por cada 6 a 8 partes de árido, medidas en volumen. Un exceso de cemento genera finos y reduce la porosidad, lo que perjudica el resultado final.

Figura 2. Pavimento drenante. https://ehormigonimpreso.com/hormigon-drenante/

La resistencia a compresión de estos hormigones depende tanto del tipo de cemento como de la relación agua/cemento. Los estudios de laboratorio indican que las mejores resistencias se obtienen con una relación agua/cemento entre 0,40 y 0,45. Con relaciones más bajas, la pasta se vuelve demasiado rígida, lo que puede impedir que envuelva correctamente las partículas y provoque su deslizamiento. Si los áridos son porosos, que es bastante común, es recomendable saturarlos antes de la mezcla. En cuanto a datos específicos, una relación árido/cemento de 1:8, una relación agua/cemento de 0,4 y una densidad de 1,85 g/cm³ generan un hormigón con una resistencia a compresión aproximada de 7,5 MPa.

Su fabricación es similar a la del hormigón tradicional, pero contiene entre un 20 y un 25 % de huecos en su estructura. Esto se debe a que sus áridos tienen un tamaño de entre 4 y 12 mm, lo que le confiere una alta permeabilidad. Gracias a la presencia de poros abiertos, el agua puede fluir a través de él, lo que le otorga excelentes propiedades drenantes. Dependiendo de su aplicación, será necesario ajustar su porosidad o espesor.

Para la elaboración, protección y curado del hormigón sin finos, se recomienda utilizar una mezcladora en lugar de mezclar a mano. Lo más adecuado es mezclar primero el agua con el cemento para formar una pasta homogénea y, luego, agregar el árido. Una vez colocado, el hormigón debe compactarse de inmediato, ya que se seca rápidamente debido a su estructura porosa. Además, es crucial protegerlo del secado excesivo y asegurar un curado adecuado durante al menos siete días.

Su estructura de hormigón sin finos lo convierte en un material ideal para capas y pisos que necesitan drenaje. En particular, es adecuado para pavimentar estacionamientos de vehículos, donde permite un drenaje libre en zonas de tráfico ligero, carreteras con baja circulación, pistas de tenis y capas de drenaje en proyectos de ingeniería civil.

El hormigón sin finos presenta varias ventajas y desventajas que deben considerarse. Entre sus ventajas, destaca su eficacia como método de drenaje, especialmente en estructuras hidráulicas y drenaje subterráneo, sin afectar a las funciones superficiales. Su baja densidad y bajo coste, debido a su reducido contenido de cemento y a la ausencia de áridos preparados, lo hacen atractivo para la construcción. Además, su estructura porosa proporciona una baja conductividad térmica y un efecto aislante, cualidades útiles en la construcción de muros exteriores. Su menor peso en comparación con el hormigón tradicional contribuye a reducir los costes de construcción, mientras que la segregación es mínima y la contracción por secado es menor. También se puede compactar sin necesidad de vibración mecánica, utilizando simplemente el método de varillaje. Sin embargo, entre sus desventajas se encuentra su menor resistencia debido a la gran cantidad de huecos, lo que limita su uso como hormigón armado, especialmente por la corrosión de las armaduras expuestas al ambiente. Además, la consistencia del hormigón es difícil de medir y producir pequeñas cantidades puede ser complicado. Finalmente, verter hormigón sin finos junto a un muro de hormigón tradicional es más difícil, ya que la tierra puede penetrar en los huecos del hormigón.

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

Referencias:

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

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

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

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

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

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

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

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

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

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

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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

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

Bombas de hormigón

Figura 1. Bomba de hormigón de tubo oscilante. Putzmeister

Las primeras bombas de hormigón eran de accionamiento mecánico y consistían en un cilindro con un émbolo interno, una válvula de cierre y una tolva de descarga. El transporte del hormigón se realizaba mediante el movimiento alternativo del émbolo, sincronizado con la apertura y el cierre de la válvula. No obstante, presentaban dos problemas principales: funcionamiento discontinuo y baja potencia. También existen sistemas neumáticos con características específicas cuyo uso hoy en día se limita a situaciones muy particulares.

Actualmente, las bombas son de accionamiento hidráulico, lo que les proporciona mayor potencia y soluciona el problema del funcionamiento discontinuo. Estas bombas modernas se dividen en dos tipos: de pistón y de rotor.

Bombas hidráulicas de pistón

Las bombas hidráulicas de pistón funcionan como bombas alternativas con dos cilindros dispuestos en tándem, cada uno conectado de forma distinta a la tubería de impulsión según el tipo de bomba, lo que define su modo de operación. Al retroceder el pistón, el cilindro se llena con hormigón succionado. Al avanzar, el émbolo lo impulsa con una presión prácticamente constante en toda la cámara. Para evitar el funcionamiento discontinuo de un solo pistón, se utilizan dos pistones que se alternan en la impulsión, manteniendo un flujo continuo de hormigón. Los sistemas más avanzados son los siguientes:

  • De válvula corredera: en este sistema, los dos cilindros se conectan a la tubería de impulsión formando una estructura en «Y». El hormigón se impulsa alternativamente a través de cada cilindro, manteniendo un flujo continuo de alimentación. Esto se logra gracias a dos válvulas correderas ubicadas bajo la tolva y al inicio de la tubería de impulsión. Mientras un cilindro aspira el hormigón, el otro lo impulsa. El principal inconveniente de este sistema es el desgaste de las válvulas correderas. Estas bombas de pistones con sistema de correderas permiten desde presiones bajas a muy altas, dando muy buenos resultados en aplicaciones pesadas con alta o muy alta presión.
Figura 2. Válvula de corredera plana. https://www.fabricadoprojeto.com.br/es/tag/bomba-de-concreto/
  • De tubo o trompa oscilante (también conocida como trompa de elefante): En este sistema, ambos cilindros están sumergidos en el hormigón. La conexión entre los cilindros se realiza a través de un tubo o trompa que oscila alternativamente, conectándose sucesivamente a cada cilindro por un extremo, mientras que el otro extremo permanece acoplado a la conducción. Este diseño es más eficiente para bombear hormigones difíciles de manejar. Existen varios tipos de este sistema:
    • Trompa rápida (CS y C): comúnmente utilizada en autobombas. Altas presiones de hormigón (hasta 57 bar) y elevados caudales (hasta 56 m3/h). Permite utilizar sin problemas mangueras largas.
    • Tubo oscilante (S): más frecuente en equipos estacionarios y para bombas de hormigón sobre remolque. Este sistema incorpora cilindros unidos a cilindros hidráulicos que van girando alternadamente. Con hormigón en la tolva, y la bomba funcionando, el hormigón del cilindro se retrae, amoldándose dentro del cilindro. Altos caudales (67 – 80 m3/h) y elevadas presiones (75 – 50 bar). Presenta un rendimiento alto con pocas carreras.
Figura 3. Tubo de transferencia en S y en C. Putzmeister

El principal inconveniente de las bombas de pistón es el desgaste, especialmente debido a los grandes esfuerzos que se aplican sobre el hormigón. Este desgaste se puede reducir disminuyendo el número de emboladas por minuto, lo que no afecta a la producción si se aumenta el tamaño de los cilindros. Por esta razón, existe una tendencia a aumentar el diámetro y la carrera de los cilindros de impulsión.

Sin embargo, cuando el diámetro del cilindro supera el de la tubería, es necesario incorporar estrechamientos, lo que provoca pérdidas de carga y aumenta el riesgo de atascos en esos tramos. Para contrarrestar estos problemas, se busca facilitar el acceso para el mantenimiento.

Bomba peristáltica o de rotor para hormigón

Las bombas peristálticas o de rotor para hormigón están compuestas por dos rodillos de presión giratorios, instalados en una carcasa, cuyo interior se encuentra a una presión inferior a la del exterior. Al girar, los rodillos comprimen el vacío en una manguera flexible fabricada con malla de acero de larga duración, a través de la cual se impulsa el hormigón. La operación se realiza en un vacío de 0,8-0,9 bar y, de esta forma, el tubo recupera su forma produciendo el efecto de succión.

Figura 4. Bomba peristáltica. https://www.putzmeister.com/es/web/european-union/pumps-for-concrete

Así, debido a la diferencia de presiones entre la carcasa y el agitador, el hormigón sufre un efecto de succión que hace que fluya de forma constante hacia la manguera. El caudal depende del diámetro de la tubería y de la velocidad de rotación del rotor. A diferencia de las bombas de pistón, la unión entre la manguera y la conducción es directa, sin desvíos ni cambios de sección.

La presión de bombeo es media o baja, con una muy buena estanqueidad, un mantenimiento sencillo y donde la pieza que más se desgasta es el propio rotor y la manguera flexible. Sin embargo, solo se pueden bombear hormigones muy trabajables.

El equipo puede montarse en un camión y la bomba hidráulica que mueve el rotor puede estar acoplada al motor diésel del camión. En caso de ir la bomba remolcada, dispone de un motor propio de accionamiento.

Figura 5. Llenado del rotor de la bomba

Principales ventajas:

  • Economía
  • Simplicidad de funcionamiento.
  • Sencillez en el acoplamiento y la regulación.
  • Las piezas que más se desgastan son la válvula y, en menor medida, la manguera, que debe reemplazarse relativamente a menudo debido al desgaste que sufre, al cabo de unos 2000-2500 m3. Además, estos primeros fallos pueden apreciarse por las manchas que las salpicaduras de hormigón producen en las ventanas de la carcasa.

Aplicaciones:

  • Para obras pequeñas o medianas con alcances no excesivos (20-25 m).
  • Posibilidad de instalación en equipos móviles o estacionarios.
  • Posibilidad de uso para gunitado por vía húmeda.

A modo de resumen tenemos el siguiente cuadro comparativo entre los distintos sistemas de bombeo:

Tabla 1. Comparación entre las principales bombas de hormigón (Tiktin, 1998)

Características Sistema de bombeo
Pistón de válvula corredera Pistón de trompa/ oscilante Rotor
Presión bombeo Baja – Muy alta Baja – Alta Baja – Media
Estanqueidad Buena Buena Muy buena
Pérdidas salida En estrechamientos y tubo pantalón En estrechamientos Solo con manguera desgastada
Piezas de mayor desgaste Pistones

Válvulas

 Pistones

Tubo oscilante

 Manguera flexible

Rotor
Condiciones de mantenimiento Recambio dificultoso al ser piezas poco accesibles Recambio sencillo

Piezas pesadas

 Mantenimiento sencillo

Vigilar la manguera
Aplicaciones Bombeos de alta y muy alta presión Bombeos de media presión

Hormigones difíciles

 Bombeo medio-ligero

Gunitado

Bombeo de agua

Os dejo a continuación unos vídeos donde podemos ver el funcionamiento de este tipo de bombas. El primero de ellos muestra el funcionamiento de un modelo de tubo oscilante S.

Referencias:

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

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

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

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

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

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

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

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

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

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

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Maquinaria de bombeo de hormigón

Figura 1. Bomba sobre camión hormigonera Putzmeister.

En artículos anteriores ya comentamos aspectos sobre la colocación del hormigón mediante bombeo, así como del cálculo de la presión y potencia de bombeo. Ahora se trata de describir, muy brevemente, las máquinas de bombeo, impulsión y protección, que permiten colocar el hormigón en cualquier punto de la estructura, incluso en áreas difíciles o casi inaccesibles. Según su movilidad, se clasifican en estacionarias y móviles, y dentro de estas categorías, existen variantes según su uso.

  • Equipos estacionarios: Estas bombas se colocan al pie de obra y distribuyen el hormigón a través de tuberías presurizadas con aire comprimido y equipadas con cuatro gatos hidráulicos de estabilización que se fijan en el terreno. Su pluma de distribución es análoga a los móviles. Están montadas sobre un chasis de dos ruedas para facilitar su instalación y funcionamiento, y se fijan en su eje o sobre una bancada durante la operación. Además de bombear hormigón estructural, pueden utilizarse para proyectar enfoscados y hormigón de segunda capa, entre otros. Para usos temporales y cortos, suelen ser remolcadas. En este caso, se montan sobre un chasis de uno o dos ejes e incluyen pies estabilizadores.
Figura 2. Bomba estacionaria, con estabilizadores. https://www.maquinariacarran.cl/bomba-de-hormigon-cifa-pc307d/
Figura 3. Bomba estacionaria remolcada. https://www.sanyglobal.com/es_ar/bomba-estacionaria/HBT6006A-5.html
  • Equipos móviles o autobombas: Son bombas instaladas sobre el chasis de un camión, ya sea directamente mediante un bastidor que soporta todos los componentes necesarios para el bombeo, o a través de un semirremolque donde se monta dicho bastidor. Este bastidor incluye los elementos principales, como el grupo de bombeo, la pluma de distribución y los componentes auxiliares para su manejo: válvulas de seguridad, cuadro de control, palancas de accionamiento, telemando para controlar la pluma y zapatas estabilizadoras hidráulicas (4 o 6 unidades, en 2 o 3 ejes). También cuenta con un castillete giratorio que permite soportar y mover la pluma. Además, incorpora una tolva de recepción para recibir el hormigón que se va a bombear. Existen dos opciones para montar la autobomba: sobre un camión convencional o sobre un camión hormigonera. En este último caso, los componentes de la autobomba se adaptan al chasis del camión hormigonera y la tolva de recepción desaparece, ya que el grupo de bombeo toma el hormigón directamente de la cuba. Además, pueden bombear volúmenes de hasta 200 m³/h, aunque la capacidad promedio suele estar entre 40 y 60 m³/h. En el extremo del brazo se conecta una manguera flexible o con secciones troncocónicas conocidas como «trompa de elefante» que ayudan a mezclar nuevamente el hormigón fresco al pasar y evitan su segregación. Estas mangueras, fabricadas en PVC, permiten un vertido preciso, ya que son manejadas manualmente por el operario.

Los equipos de bombeo estacionarios, donde la mayoría son remolcados, poseen mayor potencia y presión máxima que las autobombas. A continuación, se puede ver un cuadro comparativo orientativo.

Tabla 1. Cuadro comparativo de distintos equipos de bombeo

Equipo de bombeo Capacidad máxima (m3/h) Presión de funcionamiento (kPa)
Móvil sobre hormigonera 60 6900
Móvil sobre camión 200 19500
Estacionario 200 24500

Tanto en los equipos móviles como en los estacionarios, la estructura presenta características similares, diferenciándose únicamente en su sistema de soporte. En los equipos móviles, esta estructura está montada sobre un camión, mientras que en los equipos estacionarios se utiliza principalmente una grúa torre o una columna tubular.

La estructura de los equipos, tanto móviles como estacionarios, se compone de tres o más brazos plegables hidráulicamente en el plano vertical, apoyados sobre un castillete cuya base incluye una corona de rodamientos de gran diámetro que permite el giro de la pluma en cualquier dirección mediante un motor hidráulico compensado. La altura de la pluma puede alcanzar hasta 60 m, siendo comúnmente de entre 20 y 35 m. En los equipos móviles, el castillete se ancla al bastidor auxiliar del chasis del camión, mientras que en los equipos estacionarios se emplean principalmente una torre o una columna tubular, esta última equipada con un sistema hidráulico que facilita el ascenso y el movimiento vertical de la pluma. En un artículo anterior se describió con mayor detalle las torres distribuidoras de hormigón (placing boom).

Figura 4. Características de una autobomba.

Os dejo a continuación una explicación al respecto de la UPV que espero que os sea de interés.

Os dejo algunos otros vídeos al respecto.

Referencias:

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

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

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

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

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

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

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

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

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

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

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

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Estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras

Os presento un Manual de Referencia sobre estructuras auxiliares (andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras). Este libro aborda de manera amplia las estructuras auxiliares utilizadas en la construcción, abarcando tanto el ámbito de la edificación como el de las obras de ingeniería civil. El libro trata de los aspectos relacionados con los apeos y apuntalamientos, las entibaciones, los andamios, los encofrados y las cimbras. La novedad de esta obra radica en el tratamiento constructivo de estas técnicas, donde las fotografías e ilustraciones añaden valor a las explicaciones realizadas en el texto. Además de incluir una amplia bibliografía, se aportan cuestiones de autoevaluación con respuestas para el aprendizaje de los conceptos más importantes, así como problemas resueltos. Es un libro de texto dirigido a estudiantes de ingeniería y arquitectura, con una fuerte orientación hacia la construcción. No obstante, también se estructura como un manual de consulta para los profesionales relacionados con el proyecto y la construcción de obras. Además, este libro complementa los aspectos constructivos de otro tipo de textos estructurales o geotécnicos, más orientados a la teoría y los problemas.

El libro está editado a todo color, con 406 páginas, 279 fotografías y dibujos, así como 241 preguntas tipo test (con sus respuestas), y un total de 20 ejercicios totalmente resueltos.

El libro lo podéis conseguir en la siguiente dirección: https://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_477-5-1

SOBRE EL AUTOR:

Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Consejero del Sector Docencia e Investigación del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social, así como el Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación y el Premio al Impacto Excelente en Investigación, ambos otorgados por la Universitat Politècnica de València. Es investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Ha sido director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE). Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.

Referencia:

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

A continuación, os podéis descargar las primeras páginas del libro y su índice:

Descargar (PDF, 16.1MB)

Planta dosificadora de hormigón: planta de vía seca

Figura 1. Planta dosificadora de hormigón. https://frumecar.com/2021/07/06/plantas-hormigon-via-seca/?lang=es

Las plantas dosificadoras, o plantas de vía seca, no incluyen una mezcladora, por lo que suelen ser menos complejas. La elección de una planta dosificadora puede estar restringida por normativas locales o nacionales, o por los requisitos específicos de obras o proyectos complejos, como grandes infraestructuras, puentes o rascacielos, que requieren un preamasado antes del vertido en la hormigonera. Estos modelos de plantas de hormigón son ideales cuando la distancia entre la planta y el área de aplicación es considerable. En estos casos, los ingredientes del hormigón se pesan y se transfieren directamente al camión hormigonera, sin pasar por un proceso de mezclado en la planta. La capacidad de producción de estas plantas de hormigón tipo seco varía normalmente entre 60 m³/h y 120 m³/h. Además, estas plantas no son adecuadas para la producción de hormigón destinado a la fabricación de piezas prefabricadas.

Figura 2. Planta dosificadora de hormigón. https://www.sami.info/es/productos/plantas-dosificadoras-hormigon/

En algunos países se permiten las llamadas mezclas secas, en las que la central solo realiza la dosificación de los ingredientes sin contar con una mezcladora. En este caso, el amasado se lleva a cabo en los camiones hormigonera durante el transporte. Estas centrales suelen funcionar sin automatización y tienen una capacidad de producción muy elevada.

Las plantas dosificadoras pueden ser fijas o móviles y adaptarse a diferentes niveles de infraestructura. Existen dos tipos principales:

  • Plantas de hormigón verticales: en estas, el acopio de áridos y cemento se realiza en la parte superior y el dosificado se hace por gravedad.
  • Plantas de hormigón horizontales: el acopio de los componentes se realiza a nivel del suelo y el traslado a la hormigonera se hace mediante cintas transportadoras o tornillos sinfín.

Os dejo algunos vídeos explicativos:

Referencias:

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

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

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

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

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

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

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

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

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

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Mezcladora cónica para fabricación de hormigón

Figura 1. Amasadora cónica. https://www.directindustry.es/prod/kniele/product-212655-2177811.html

Aunque las mezcladoras cónicas tiene alrededor de 100 años de antigüedad, no ha ganado popularidad en el mercado del hormigón a pesar de su ventaja en cuanto a una descarga sencilla. Sin embargo, en las industrias química, farmacéutica y alimentaria, las mezcladoras cónicas son muy comunes. Este tipo de mezcladora cuenta con una cuba de mezclado cónica en la que se colocan uno o dos dispositivos agitadores.

En el caso de las mezcladoras con dos dispositivos (Figura 2), estos pueden operar en direcciones opuestas. Dos agitadores en a contracorriente producen una mezcla homogénea en la cámara de mezcla cónica en el menor tiempo posible. En función de la aplicación, el agitador está compuesto por un tornillo Arquímedes cónico y palas montadas sobre él en forma de tornillo. El segundo agitador rotativo cuenta con brazos mezcladores y palas que raspan la superficie del tanque de mezcla.

Para la producción de Hormigón Ultra-Alto Rendimiento (UHPC) u Hormigón Autocompactante (SCC), la mezcladora puede estar equipada con un agitador especial y un sistema de accionamiento específico. Se pueden alcanzar velocidades de rotación de hasta 350 rpm, lo que permite reducir al mínimo el tiempo de mezcla.

Figura 2. Interior de la amasadora cónica. https://www.kniele.de/en/mixing-systems/kniele-cone-mixer-kkm

El mezclador ofrece múltiples ventajas, entre ellas, la preservación de la calidad de la mezcla al trabajar con pequeñas cantidades y la posibilidad de vaciarlo por completo en el menor tiempo posible. Su diseño cónico permite ahorrar espacio y facilita la limpieza, tanto manual como automática. Destaca por su alta fiabilidad y eficiencia operativa, y permite la producción de una amplia gama de productos mezclados, desde mezclas altamente viscosas hasta secas, y desde extremadamente ligeras hasta extremadamente pesadas. Además, es posible iniciar la operación con el mezclador lleno y cambiar de color o mezclar fibras de manera rápida y eficiente. Es posible arrancar la operación con el mezclador lleno en cualquier momento, cambiar de color en el menor tiempo posible y mezclar fibras sin dificultad. También cuenta con diferentes sistemas de cierre según el producto mezclado.

Os paso un vídeo explicativo del funcionamiento:

Os dejo un artículo donde se utiliza este tipo de mezcladora en una planta de prefabricados.

Descargar (PDF, 2.82MB)

También os dejo un folleto explicativo de la empresa Kniele.

Descargar (PDF, 1.56MB)

Referencias:

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

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

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

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

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

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

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

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

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

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Mezcladoras de hormigón de marcha continua

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Os dejo varios vídeos ilustrativos.

Referencias:

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

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

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

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

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

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

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

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

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

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Hormigonado con tubería Tremie

Figura 1. Hormigonado con tubería Tremie

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

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

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

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

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

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

Tremie
Figura 2. Embudo en la parte superior del tubo Tremie y elementos de sujeción y suspensión

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

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

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

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

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

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

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

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

Figura 3. Fases de hormigonado Tremie

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Colocación de una tubería Tremie:

Hormigonado de un muro pantalla con tubería Tremie:

Lubricación de una tubería Tremie con lechada de cemento:

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Referencias:

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

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

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

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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.

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YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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