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Microtúneles: Tecnología sin zanja para la construcción subterránea

Figura 1. Microtúnel.https://purewater-int.com/services/microtunneling/

La ingeniería civil ha desarrollado tecnologías avanzadas que permiten la instalación y el mantenimiento de infraestructuras subterráneas sin afectar significativamente a la superficie. Una de estas tecnologías, particularmente útil en áreas urbanas y entornos sensibles, es la de los microtúneles.

En este artículo, exploraremos los aspectos principales de los microtúneles, sus ventajas y limitaciones, los distintos tipos de escudos y los métodos de revestimiento, como el uso de dovelas y la hinca de tubería, que aseguran la estabilidad de los túneles.

1. ¿Qué son los microtúneles?

Los microtúneles son un tipo específico de tecnología sin zanja diseñada para instalar tuberías y conductos subterráneos a través de un proceso de perforación y revestimiento controlado, sin requerir excavaciones abiertas en la superficie. Estos túneles de pequeño diámetro suelen utilizarse para instalar colectores, redes de agua y sistemas de alcantarillado. A diferencia de otras técnicas de perforación, los microtúneles ofrecen mayor precisión y estabilidad estructural, ya que se utilizan tuneladoras y sistemas de guiado avanzados.

Ventajas de los microtúneles

Impacto mínimo en la superficie: Como no es necesario abrir zanjas, los microtúneles reducen las interrupciones en el tráfico y minimizan los daños en la infraestructura existente.
Menor impacto ambiental: Este método evita la remoción de grandes cantidades de tierra y reduce los desechos de la construcción, por lo que es una opción más ecológica.
Ideal para áreas de difícil acceso: Al requerir solo pozos de entrada y salida, los microtúneles son ideales para trabajos en áreas urbanas densamente pobladas o bajo infraestructuras ya existentes.

Limitaciones de los microtúneles

Costos iniciales elevados: La maquinaria y planificación requerida pueden aumentar los costos, especialmente en terrenos sencillos donde una excavación tradicional sería suficiente.
Necesidad de estudios geotécnicos detallados: Para asegurar el éxito del proyecto, es necesario un análisis exhaustivo del tipo de suelo, así como un diseño específico para el trazado y la maquinaria a emplear.

2. Maquinaria y equipos utilizados en la perforación de microtúneles

La construcción de microtúneles requiere diferentes tipos de escudos, que son dispositivos que protegen el frente de excavación y facilitan la extracción de material. El tipo de escudo elegido depende de las características del terreno y de las especificaciones del proyecto.

Tuneladoras de escudo abierto

Los escudos abiertos son los más básicos y se utilizan en terrenos cohesivos y por encima del nivel freático. Su diseño permite que el personal trabaje dentro del escudo y retire el material excavado mediante cintas transportadoras o vagonetas. Sin embargo, su principal limitación es que no pueden prevenir derrumbes, lo que los hace adecuados solo para suelos estables. Existen versiones que utilizan aire presurizado para estabilizar el entorno en algunas condiciones.

Tuneladoras de escudo cerrado

Las tuneladoras de escudo cerrado son las máquinas principales utilizadas en los microtúneles. Estos equipos están diseñados para evitar derrumbes y permiten un control preciso sobre la extracción del material excavado. Existen dos tipos principales de tuneladoras de escudo cerrado:

Tuneladora EPB (Earth Pressure Balance): Equilibra la presión en el frente usando el propio material excavado, lo cual es especialmente útil en terrenos arcillosos. Además, utiliza espumas y polímeros para estabilizar el suelo.
Tuneladora hidroescudo: Este tipo de tuneladora utiliza lodos para estabilizar el frente de excavación, lo que resulta especialmente útil en suelos arenosos o bajo el nivel freático.

Ambos tipos de escudos permiten extraer el material en seco o húmedo, asegurando una operación segura y eficiente en diversas condiciones geológicas.

Figura 2. Tuneladora EPB. https://www.gypsum.in/microtunneling/

3. Métodos de revestimiento en microtúneles

Un aspecto importante en la construcción de microtúneles es el revestimiento, que garantiza la estabilidad y durabilidad del túnel, especialmente en terrenos inestables. Existen dos métodos principales de revestimiento: el método de dovelas y el método de hinca de tubería.

Revestimiento con dovelas

Este método consiste en el uso de dovelas, secciones de anillo prefabricadas, que se ensamblan en el interior del túnel a medida que avanza la tuneladora. El procedimiento implica montar las dovelas dentro de la máquina y posteriormente inyectar mortero en el trasdós para garantizar la estabilidad del revestimiento y evitar filtraciones. Este método permite construir túneles con radios de curvatura pequeños, adaptándose a trazados complejos y de gran diámetro.

Revestimiento con hinca de tubería

El revestimiento con hinca de tubería es ideal para túneles de menor diámetro y consiste en empujar tramos de tubería prefabricada desde el pozo de ataque hasta el pozo de salida. Este proceso puede incorporar estaciones intermedias para longitudes extensas, y utiliza bentonita como lubricante para reducir la fricción durante la hinca. La principal ventaja de este método es que no requiere que el personal opere dentro de la tuneladora y facilita la alineación precisa gracias al sistema de guiado continuo.

Ambos métodos de revestimiento cumplen la función de asegurar la estabilidad y el sellado del túnel, aunque su selección dependerá de las características específicas del proyecto.

4. Planificación y ejecución de un proyecto de microtúnel

Para llevar a cabo un proyecto de microtúnel, es fundamental una planificación detallada que incluya:

Estudios geotécnicos: Analizar el tipo de suelo es esencial para definir el equipo y las técnicas de excavación adecuadas, especialmente en terrenos variables o inestables.
Selección de tuneladora y herramientas de corte: La tuneladora debe ser seleccionada en función de las condiciones del suelo, y equipada con herramientas de corte específicas.
Diseño del pozo de ataque: Los pozos de entrada y salida deben ser diseñados para facilitar el montaje y operación de la tuneladora.
Sistema de guiado: Un sistema de guiado, como un teodolito láser motorizado, asegura que la perforación siga el trazado previsto, evitando desviaciones que podrían afectar la estructura del túnel.

5. Caso de estudio: El colector de Valdemarín

Un ejemplo destacado de aplicación de los microtúneles es el proyecto del colector de Valdemarín, en el que se utilizó una tuneladora EPB con dovelas para construir un colector de aguas en un terreno arenoso y de alta abrasividad. El colector, con un diámetro nominal de 2760 mm, fue diseñado para superar el reto de excavar bajo un nivel freático considerable y con una geometría compleja, incluyendo curvas de pequeño radio. Gracias a la tecnología de microtúnel, fue posible instalar el colector, minimizando el impacto en el entorno urbano y controlando el proceso de excavación en un suelo particularmente desafiante.

Conclusión

Los microtúneles son una solución avanzada para la construcción subterránea, especialmente útil en entornos urbanos densos y ambientalmente sensibles. Con diversas opciones de escudos (abiertos y cerrados) y métodos de revestimiento, como las dovelas y la hinca de tuberías, esta tecnología proporciona flexibilidad y precisión en una amplia gama de condiciones geológicas. La implementación de microtúneles sigue siendo una herramienta clave para el desarrollo de infraestructuras subterráneas sostenibles, ya que minimiza el impacto en la superficie y optimiza el proceso constructivo.

Os dejo algunos vídeos para ilustrar esta técnica constructiva.

Referencias:

FRENCH SOCIETY FOR TRENCHLESS TECHNOLOGY (FSTT). Microtunneling and Horizontal Drilling: Recommendations. John Wiley & Sons, 2010.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

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

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

Recomendaciones sobre productos y sistemas para la protección superficial del hormigón

Figura 1. https://www.molins.es/construction-solutions/reparacion-y-proteccion-del-hormigon/

La protección superficial del hormigón no solo responde a una necesidad estética, sino que cumple un papel crucial en la durabilidad y la conservación de las estructuras de hormigón expuestas a condiciones ambientales adversas o a demandas estructurales específicas. Factores como la exposición ambiental y las propiedades deseadas del hormigón influyen en la selección de los productos y sistemas más adecuados para su protección. Estos sistemas se aplican con el objetivo de prevenir la degradación o mejorar ciertas características de la superficie del hormigón. Este artículo describe las principales recomendaciones basadas en la norma UNE 83703:2023 y se centra en productos y sistemas destinados a proteger la superficie del hormigón, incluyendo impregnaciones, revestimientos y otros métodos, según diferentes tipos de agresión ambiental o necesidades de mejora física.

Figura 2. Sistemas de protección superficial del hormigón

1. Productos para la protección superficial del hormigón

Antes de seleccionar un producto o sistema de protección, es fundamental comprender los principios que sustentan los métodos de protección superficial. Los siguientes principios resumen las estrategias empleadas para proteger el hormigón frente a diversos tipos de agresiones: protección contra la penetración, control de la humedad y resistencia a agentes químicos.

Los productos para la protección superficial del hormigón varían según los métodos y tratamientos empleados. Estos productos, que pueden presentarse en forma líquida o plástica, se endurecen o se secan a temperatura ambiente. A continuación, se detallan las principales categorías:

Impregnación hidrófoba: consiste en la aplicación de productos líquidos de baja viscosidad que penetran en los poros del hormigón sin formar una película superficial. El objetivo es crear una superficie repelente al agua sin afectar la permeabilidad al vapor. Los productos más utilizados son los oligómeros de siloxanos y las microemulsiones de silanos.
Impregnación: su objetivo es rellenar los poros del hormigón y reducir su porosidad superficial. Los productos empleados suelen basarse en aglutinantes similares a los usados en revestimientos y proporcionan una mayor adherencia para aplicaciones posteriores.
Revestimientos: forman una película continua sobre la superficie del hormigón para prevenir el deterioro. Pueden tener un espesor de entre 0,1 mm y 5 mm, o incluso más en aplicaciones específicas. Los revestimientos pueden basarse en polímeros en dispersión acuosa, en disolución o en polímeros reactivos que no requieren disolventes. Estos pueden ser de varios tipos, como revestimientos flexibles o rígidos. Según las necesidades, algunos revestimientos pueden incorporar mallas o tejidos que mejoran la resistencia mecánica.

Debe tenerse en cuenta que los revestimientos deben resistir una exposición prolongada a la luz solar, especialmente en exteriores. Los productos acrílicos suelen ser más resistentes a los rayos UV. Además, los revestimientos deben poder repararse. En este sentido, los revestimientos a base de polímeros termoplásticos, como los acrílicos, son fáciles de repintar si presentan algún deterioro.

Figura 3. https://anfapa.com/articulos-tecnicos-morteros-de-reparacion-de-hormigon/1252/principios-y-metodos-para-reparar-y-proteger-estructuras-de-hormigon-deterioradas-une-en-1504

2. Sistemas de protección superficial

Los productos para la protección superficial del hormigón se agrupan en distintos sistemas, cada uno con características particulares. Cada sistema de protección superficial está diseñado para hacer frente a diferentes amenazas o mejorar ciertas características del hormigón. Por ello, es importante elegir el sistema adecuado en función de las condiciones específicas de la estructura y de su entorno. A continuación, se describen los sistemas más comunes:

2.1 Sistemas para impregnación hidrófoba

Estos sistemas protegen el hormigón y lo hacen repelente al agua, al mismo tiempo que permiten que «respire» al dejar pasar el vapor de agua. Son especialmente útiles en ambientes donde se desea mantener el hormigón seco. Los productos empleados deben ser transparentes, no alterar el aspecto del hormigón y garantizar la transpirabilidad. La profundidad de la impregnación y la calidad de los productos utilizados son factores clave para su eficacia a largo plazo.

También debe considerarse la eficiencia de la impregnación, es decir, que alcance una profundidad adecuada para asegurar una protección prolongada. Además, la impregnación debe ser compatible con el hormigón existente, por lo que será necesario evaluar sus propiedades químicas antes de aplicarla.

2.2 Sistemas protectores frente a la carbonatación

La carbonatación del hormigón es un proceso natural que puede afectar a la durabilidad de las estructuras. Los sistemas protectores frente a la carbonatación, basados en polímeros acrílicos o epoxi, crean una barrera que impide la entrada de CO₂ y reduce la absorción de agua. Estos revestimientos deben proporcionar una resistencia a la difusión de CO₂ equivalente a un espesor de aire de al menos 50 m (SD ≥ 50 m).

2.3 Sistemas con capacidad de puenteo de fisuras

Estos sistemas están diseñados para absorber movimientos en fisuras o prevenir la aparición de otras nuevas en el hormigón. Son útiles en estructuras que experimentan movimiento o en zonas sometidas a esfuerzos térmicos o mecánicos. Se pueden clasificar en sistemas con capacidad de puenteo estática (fisuras sin movimiento) o dinámica (fisuras con movimiento cíclico).

2.4 Sistemas resistentes a la agresión química

En ambientes donde el hormigón está expuesto a sustancias químicas agresivas, como ácidos o sulfatos, los sistemas resistentes a la agresión química proporcionan una barrera protectora. Estos revestimientos, que pueden basarse en resinas epoxi o poliuretanos, son fundamentales en estructuras sometidas a ataques químicos intensos, como las de plantas industriales o de instalaciones de tratamiento de aguas.

2.5 Sistemas con capacidad de mejora física

Los sistemas que mejoran las propiedades físicas del hormigón incluyen la aplicación de tratamientos superficiales que aumentan la resistencia a la abrasión, la dureza superficial y la resistencia al impacto. Estos productos, como las capas de rodadura o las impregnaciones endurecedoras, son habituales en pavimentos industriales y en zonas expuestas a un tránsito o un impacto mecánico elevado.

Entre sus aspectos importantes, destaca que las imprimaciones mejoran la adherencia entre el hormigón y el revestimiento, lo que garantiza una protección más duradera. Además, los productos utilizados deben ser compatibles entre sí y con el tipo de hormigón de la estructura.

3. Control catódico y zonas anódicas

La corrosión del acero de refuerzo es uno de los problemas más comunes y graves que afectan a las estructuras de hormigón armado. La aplicación de sistemas de protección puede incluir el control catódico y el control de zonas anódicas, métodos especializados para prevenir la corrosión.

El control catódico se basa en restringir la penetración de oxígeno en las zonas catódicas del hormigón armado. Al limitar la cantidad de oxígeno disponible, se neutralizan los puntos de corrosión y se minimiza el riesgo de deterioro. Los sistemas basados en este principio suelen emplear revestimientos superficiales que impiden la difusión del oxígeno.
El control de zonas anódicas busca evitar la corrosión en los puntos donde el acero de refuerzo del hormigón está expuesto al ambiente. Esto se consigue aplicando inhibidores de corrosión directamente sobre el hormigón o mezclándolos con los productos de revestimiento.

Figura 4. Control catódico y zonas anódicas

4. Preparación del soporte para revestir

La durabilidad y la eficacia de los sistemas de protección dependen en gran medida de las condiciones del soporte de hormigón. Antes de aplicar cualquier producto o sistema, es fundamental garantizar que el soporte cumpla las siguientes condiciones:

Limpieza: el soporte debe estar libre de polvo, aceites, sales u otros contaminantes que puedan afectar la adherencia.
Porosidad: una porosidad adecuada garantiza la penetración del producto en el hormigón.
Secado: el soporte debe estar completamente curado, con al menos 28 días transcurridos desde su fabricación.
Resistencia mecánica: el soporte debe tener una resistencia mínima al arrancamiento de 1,5 N/mm² para garantizar la adherencia del sistema protector.

5. Métodos de puesta en obra

La correcta aplicación de los sistemas de protección es crucial para garantizar su eficacia. Los métodos más comunes son los siguientes:

Aplicación con brocha o rodillo: método utilizado en pequeñas áreas o en productos de baja viscosidad.
Pulverización: método recomendado para grandes superficies o cuando se requiere una aplicación uniforme y rápida.
Técnicas específicas: en el caso de membranas gruesas, como los sistemas cementosos, pueden aplicarse con llana o mediante proyección.

6. Control de calidad y mantenimiento

Es fundamental realizar controles de calidad tanto durante como después de la aplicación de los sistemas de protección. Esto incluye verificar las condiciones ambientales, el espesor de las capas aplicadas y la adherencia de los productos. Una vez completada la aplicación, deben realizarse inspecciones periódicas para garantizar que la protección permanezca efectiva. Además de los controles mencionados, se recomienda incluir:

Pruebas de adherencia y resistencia: son necesarios ensayos de tracción directa (UNE-EN 1542) y de resistencia a la difusión de gases para asegurar que el sistema cumple con las especificaciones.
Mantenimiento periódico: según el tipo de sistema aplicado, es fundamental establecer un programa de inspecciones periódicas para detectar signos de desgaste o deterioro.

Conclusión

La correcta elección y aplicación de los productos y sistemas de protección superficial del hormigón son esenciales para prolongar la vida útil de las estructuras y evitar daños costosos. El uso adecuado de impregnaciones, revestimientos y sistemas especializados puede mitigar los efectos de la carbonatación, la humedad, los ataques químicos y las fisuras, garantizando la durabilidad y la funcionalidad del hormigón en diversas condiciones ambientales. La elección adecuada del sistema, la preparación adecuada del soporte y la aplicación conforme a los estándares son esenciales para asegurar la durabilidad y el rendimiento del hormigón en diversas condiciones ambientales y de uso.

Os dejo algunos vídeos al respecto. Espero que les sean de interés.

También os dejo un folleto de MAPEI por si os interesa.

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Referencias:

Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

Pelufo, M.J. (2003). Caracterización del comportamiento mecánico y frente a la corrosión de morteros de reparación del hormigón estructural. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Curso en línea de «Fabricación y puesta en obra del hormigón»

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso en línea sobre “Fabricación y puesta en obra del hormigón”.

El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-fabricacion-y-puesta-en-obra-del-hormigon/

Acerca de este curso

Este curso ofrece una visión completa sobre la fabricación y la puesta en obra del hormigón. No se requieren conocimientos previos específicos, ya que está diseñado para beneficiar a un amplio espectro de profesionales, tanto con experiencia como sin ella, así como a estudiantes de disciplinas relacionadas con la construcción, tanto en el ámbito universitario como en la formación profesional. El proceso de aprendizaje está estructurado de manera gradual, lo que permite a los participantes profundizar en los aspectos que más les interesen, apoyándose en material complementario y enlaces a recursos en línea, como vídeos y catálogos.

En este curso, adquirirás conocimientos fundamentales sobre la fabricación de hormigones y el uso de maquinaria relacionada, incluyendo centrales de hormigonado, transporte y bombeo de hormigón, cintas transportadoras, gunitado, colocación de hormigón bajo el agua y en condiciones de frío o calor, así como grandes vertidos, compactación por vibrado, hormigón al vacío, curado, juntas de construcción, hormigón precolocado y tipos de hormigón como el de fibra de vidrio, autocompactantes, compactados con rodillo y ligeros.

El enfoque principal del programa es comprender los principios que rigen la fabricación y la puesta en obra del hormigón, tanto prefabricado como ejecutado en obra, prestando atención a sus características más importantes y a los aspectos constructivos relevantes en ingeniería civil y edificación. El curso abarca un amplio espectro y profundiza en los fundamentos de la ingeniería de la construcción, además de destacar la importancia de fomentar el pensamiento crítico de los estudiantes, especialmente en relación con la selección de métodos, técnicas y maquinaria que se deben aplicar en situaciones concretas. Además, este curso trata de llenar el vacío que a menudo deja la bibliografía habitual y está diseñado para que los estudiantes puedan profundizar en los conocimientos adquiridos y adaptarlos a su experiencia previa o a sus objetivos personales y empresariales.

El contenido del curso se organiza en 50 lecciones, cada una de las cuales constituye una secuencia de aprendizaje completa. Además, se ofrece un amplio conjunto de problemas resueltos que complementan la teoría presentada en cada lección. Se estima que se necesitan entre dos y tres horas para completar cada lección, en función del interés del estudiante por profundizar en los temas mediante el material adicional proporcionado.

Al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante se enfrenta a una serie de preguntas diseñadas para consolidar los conceptos fundamentales y fomentar la curiosidad sobre aspectos relacionados con el tema tratado. También se han diseñado tres unidades adicionales para reforzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, en los que se fomenta el pensamiento crítico y la capacidad para resolver problemas reales. Finalmente, al concluir el curso, se llevará a cabo un conjunto de preguntas tipo test con el objetivo de evaluar el aprovechamiento del estudiante, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está diseñado para una dedicación total de 75 horas por parte del estudiante. Se busca mantener un ritmo moderado, con una dedicación semanal de aproximadamente 10 a 15 horas, en función del nivel de profundidad que cada estudiante desee alcanzar. La duración total del curso es de seis semanas de aprendizaje.

Lo que aprenderás

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

Comprender la utilidad y las limitaciones de la maquinaria empleada en la fabricación del hormigón, tanto prefabricado como elaborado en obra
Evaluar y seleccionar los procedimientos constructivos para la colocación del hormigón, atendiendo a criterios económicos y técnicos
Conocer las buenas prácticas y los aspectos de seguridad implicados en el transporte, vertido, compactación y curado del hormigón
Analizar las características específicas en la fabricación y colocación de hormigones especiales como los autocompactantes, ligeros, con fibras, precolocados, compactados con rodillo y otros.

Programa del curso

Lección 1. Fabricación de hormigones
Lección 2. Homogeneidad en la fabricación del hormigón
Lección 3. Amasado del hormigón
Lección 4. Amasadoras de hormigón
Lección 5. Centrales de fabricación de hormigón
Lección 6. Hormigoneras
Lección 7. Cálculo de la temperatura de fabricación del hormigón
Lección 8. Almacenamiento de áridos
Lección 9. Corrección de humedad de los áridos
Lección 10. Transporte del cemento
Lección 11. Silos fijos de cemento
Lección 12. Cemento para hormigones resistentes a sulfatos en cimentaciones
Lección 13. Carretillas manuales o a motor para el transporte del hormigón
Lección 14. Hormigonado con cubilote
Lección 15. Transporte del hormigón mediante cintas transportadoras
Lección 16. Colocación del hormigón mediante bombeo
Lección 17. Torres distribuidoras de hormigón
Lección 18. Problemas de bombeo de hormigón
Lección 19. Hormigón proyectado: gunitado
Lección 20. Recomendaciones para el vertido de hormigón
Lección 21. Trompas de elefante para la colocación del hormigón
Lección 22. Hormigonado con tubería Tremie
Lección 23. Técnicas de colocación del hormigón bajo el agua
Lección 24. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo caluroso
Lección 25. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo frío
Lección 26. Hormigonado en condiciones de viento
Lección 27. Vertido y compactación de hormigón en soportes de sección reducida
Lección 28. Grandes vertidos de hormigón
Lección 29. Razones para compactar el hormigón
Lección 30. Compactación manual del hormigón: picado y apisonado
Lección 31. Compactación del hormigón por vibrado
Lección 32. Vibradores de aguja para compactar el hormigón
Lección 33. Vibradores externos para encofrados de hormigón
Lección 34. Mesa vibrante de hormigón
Lección 35. Compactación del hormigón con regla vibrante
Lección 36. Compactación del hormigón por centrifugación
Lección 37. Hormigón al vacío
Lección 38. Alisadoras rotativas o fratasadoras
Lección 39. Revibrado del hormigón
Lección 40. Agrietamiento plástico durante el fraguado del hormigón: Nomograma de Menzel
Lección 41. Necesidad y fases del curado del hormigón
Lección 42. Curado de pavimentos y otras losas de hormigón sobre tierra
Lección 43. Curado al vapor del hormigón e índice de madurez
Lección 44. Hormigón de limpieza en fondos de excavación
Lección 45. Las juntas de construcción en el hormigón
Lección 46. Hormigón precolocado: Prepakt y Colcrete
Lección 47. Hormigón reforzado con fibra de vidrio
Lección 48. Hormigón autocompactante
Lección 49. Hormigones compactados con rodillo
Lección 50. Hormigones ligeros
Supuesto práctico 1.
Supuesto práctico 2.
Supuesto práctico 3.
Batería de preguntas final

Conozca a los profesores

Víctor Yepes Piqueras

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social. Su experiencia profesional se ha desarrollado como jefe de obra en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 6 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 175 artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 350 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 17 tesis doctorales, con 10 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. 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.

Lorena Yepes Bellver

Lorena Yepes Bellver es Profesora Asociada en el Departamento de Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de las Estructuras de la Universitat Politècnica de València. Es ingeniera civil, máster en ingeniería de caminos, canales y puertos y máster en ingeniería del hormigón. Ha trabajado en los últimos años en empresas constructoras y consultoras de ámbito internacional. Aparte de su dedicación docente e investigadora, actualmente se dedica a la consultoría en materia de ingeniería y formación.

Métodos modernos de construcción mejoran la sostenibilidad de estructuras en entornos costeros agresivos

Un estudio reciente, titulado «Sustainable preventive maintenance of MMC-based concrete building structures in a harsh environment», ha sido publicado en el Journal of Building Engineering, una de las revistas de mayor prestigio en el ámbito de la ingeniería civil. Desarrollado en el marco del proyecto RESILIFE, investiga la sostenibilidad del mantenimiento preventivo de estructuras de hormigón armado en entornos agresivos, como las zonas costeras, donde la corrosión por cloruros representa una amenaza constante.

El trabajo se centra en aplicar métodos modernos de construcción (MMC) para optimizar el impacto ambiental, económico y social de las estructuras a lo largo de su ciclo de vida.

Contexto del estudio

La industria de la construcción es una de las mayores consumidoras de recursos no renovables y genera un impacto significativo en el medio ambiente. En la Unión Europea, el sector es responsable de más del 40 % del consumo energético y del 36 % de las emisiones de CO₂. Ante este escenario, iniciativas como el Green Deal europeo buscan mitigar estos impactos y alcanzar la neutralidad de carbono para 2050. En este contexto, los métodos de construcción sostenibles y eficientes han cobrado gran relevancia. En este contexto, los MMC emergen como una alternativa innovadora que combina materiales convencionales con técnicas constructivas no convencionales, orientadas a mejorar la eficiencia y a reducir el impacto ambiental.

El objetivo de la investigación fue aplicar estos métodos a la construcción de estructuras de hormigón en áreas costeras, específicamente en un edificio residencial público situado frente al mar en Sancti Petri (Cádiz). En el estudio se analizaron diez opciones de diseño para las losas de hormigón armado, considerando factores como la economía, el impacto ambiental y social y los ciclos de mantenimiento preventivo que cada opción requeriría durante la vida útil del edificio, estimada en 50 años.

Metodología y opciones de diseño

El estudio se centró en evaluar la durabilidad y la sostenibilidad de diferentes alternativas de diseño en condiciones adversas, como la exposición constante a cloruros, que aceleran la corrosión del refuerzo de acero del hormigón. Para ello, se evaluaron varias técnicas, entre ellas la adición de humo de sílice al 5 %, el uso de cenizas volantes, el empleo de cemento sulforresistente o el incremento de la capa de recubrimiento del hormigón. También se consideraron medidas como la protección catódica y el uso de inhibidores de corrosión hidrofóbicos, con el fin de minimizar los ciclos de mantenimiento necesarios para preservar la estructura.

Resultados más relevantes

Los resultados indicaron que el empleo de hormigón con un 5 % de humo de sílice fue la opción más sostenible en términos económicos y ambientales, ya que redujo significativamente los ciclos de mantenimiento. Este material mostró una excelente resistencia a la corrosión, por lo que se redujeron las reparaciones necesarias durante los 50 años de vida útil del edificio. Además, la impregnación hidrofóbica resultó eficaz para reducir los impactos sociales, ya que requiere menos intervenciones durante la fase de mantenimiento, lo que disminuye los riesgos laborales y los costes sociales asociados.

El estudio también subraya la importancia de adoptar un enfoque holístico en la evaluación de la sostenibilidad. En lugar de centrarse solo en los aspectos económicos o ambientales, los autores emplearon un método de toma de decisiones multicriterio que integra estos factores con el impacto social. De hecho, la investigación reveló que una opción basada en el uso de cemento sulforresistente logró un aumento del 86 % en su calificación de sostenibilidad en comparación con el diseño de referencia.

Implicaciones y conclusiones

Este trabajo tiene importantes implicaciones para el diseño y el mantenimiento de infraestructuras en entornos expuestos a condiciones agresivas. Los autores sugieren que el enfoque tradicional, que a menudo se centra en minimizar los costes iniciales de construcción, debe reorientarse hacia una estrategia a largo plazo que considere todo el ciclo de vida de la estructura. De este modo, no solo se puede garantizar la viabilidad económica, sino también la reducción del impacto ambiental y social de las construcciones.

Además, el estudio pone de relieve la necesidad de promover políticas y normativas que incentiven el uso de materiales duraderos y de métodos de mantenimiento preventivo, especialmente en zonas costeras, donde los edificios son particularmente vulnerables a la corrosión. El uso de métodos modernos de construcción (MMC) y la evaluación integral del ciclo de vida podrían ser claves para cumplir con los objetivos de sostenibilidad globales y garantizar la durabilidad de las infraestructuras frente a los desafíos ambientales futuros.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2024). Sustainable preventive maintenance of MMC-based concrete building structures in a harsh environment. Journal of Building Engineering, 95:110155. DOI:10.1016/j.jobe.2024.110155

Este artículo está publicado en abierto, por lo que puedes descargar aquí mismo:

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Os dejo un podcast en inglés sobre este artículo. Espero que os guste.

Dosificación de los áridos en la fabricación del hormigón

La dosificación de los áridos es un proceso más complejo que la dosificación del cemento, pues debe considerarse el agua contenida en estos componentes. Esta agua puede estar presente en la superficie de los áridos, entre sus partículas e incluso en su interior, como ocurre con los áridos ligeros. Para lograr dosificaciones precisas, es fundamental mantener un conocimiento constante de las cantidades variables de agua. La dosificación de áridos puede realizarse de manera ponderal o volumétrica.

Dosificación por volumen

Un dosificador de áridos por volumen consta de una cinta transportadora, ubicada debajo de la tolva de almacenamiento, que se mueve a velocidad constante, y de un registro vertical que regula la altura del material extraído sobre la banda (Figuras 1 y 2). El volumen distribuido es proporcional al tiempo de descarga, el cual se controla mediante temporizadores.

Figura 1. Dosificador volumétrico de áridos

Este procedimiento no se ve afectado por la humedad de los materiales, lo que lo hace especialmente adecuado para áridos ligeros, cuya densidad puede variar significativamente según su contenido de agua. Sin embargo, el peso del material extraído puede verse influido por el grado de compactación del material sobre el dosificador, es decir, por la altura de carga en las tolvas de almacenamiento.

Figura 2. Detalle del dosificador volumétrico de áridos

La dosificación en volumen es más complicada que la en peso. En las instalaciones muy pequeñas, donde se realiza la dosificación directamente en el skip o en un dispositivo similar, los áridos deben verterse hasta alcanzar los niveles de referencia preestablecidos. Este procedimiento repetitivo no solo consume mucho tiempo, sino que también aumenta la probabilidad de errores.

Cuando la alimentación se realiza mediante una cinta transportadora, el control de los volúmenes transportados resulta más sencillo. Conociendo el ancho de la cinta, solo es necesario instalar un gálibo sobre ella, que debe operar a una velocidad constante. Conociendo esta velocidad, se puede determinar el tiempo de funcionamiento necesario para alimentar una amasada. Los dosificadores volumétricos se instalan generalmente justo debajo del silo o de la tolva. El material a dosificar se carga directamente en una pequeña cinta llamada extractora.

Este procedimiento presenta varias ventajas, como un bajo coste, una gran simplicidad, un bajo mantenimiento y un reducido espacio de ocupación. Sin embargo, también presenta inconvenientes, como la imprecisión causada por los esponjamientos variables de las arenas, la irregularidad en los caudales sobre la cinta y las posibles inconsistencias en la caída del material a través de las trampillas. Según los fabricantes, los errores de medida entre las cantidades programadas y las obtenidas son inferiores a ±2 %.

Dosificación por peso

La dosificación ponderal se ha convertido en el método preferido tanto para cementos como para áridos, gracias a su mayor precisión y facilidad de implementación frente a la dosificación volumétrica. Existen varias opciones para realizar este proceso cuando las tolvas están en línea. Se pueden utilizar básculas individuales que alimentan el material mediante una cinta transportadora (Figura 3) o básculas móviles que se trasladan entre diferentes tolvas (Figura 4). Otra alternativa es una báscula con cinta extractora que utiliza una única tolva pesadora, larga y estrecha, que se vacía al activar una cinta transportadora ubicada en el fondo (Figura 5). Para los compartimentos correspondientes, las compuertas de sector son las más comúnmente utilizadas y pueden accionarse de forma manual, eléctrica, neumática o hidráulica. En algunos casos, las compuertas se reemplazan por alimentadores electromagnéticos o por alimentadores de cinta transportadora.

Básculas independientes: Se trata de un pesaje simultáneo, en el que cada componente o árido dispone de su propia báscula y todas ellas descargan el material en una cinta transportadora que lo lleva al skip de la mezcladora. Este método proporciona alta precisión y alta productividad.

Figura 3. Básculas independientes bajo tolvas en línea

Báscula móvil: Se trata de un procedimiento más lento que el de las básculas independientes. La báscula se desplaza de una tolva a la siguiente. Se realiza un pesaje acumulativo o por adición, en el que los componentes se pesan secuencialmente en la misma báscula. Cuando la aguja del dial alcanza la cantidad requerida del primer árido, se cierra su compuerta y se abre la del siguiente, lo que permite ahorrar espacio y reducir los costes de instalación e inversión. Estos sistemas suelen ser menos precisos que las básculas independientes, especialmente cuando se pesa el cemento al final del proceso.

Figura 4. Báscula móvil bajo tolvas en línea

Báscula con cinta pesadora: También existen sistemas de pesaje continuo para áridos, como las cintas pesadoras, que actúan como medidores de caudal. Una cinta pesadora consta de una báscula que mide el peso de un elemento de la cinta (por ejemplo, la reacción de un rodillo), un indicador de esfera y un totalizador, generalmente digital. Este totalizador se acciona mediante un motor cuya tensión de alimentación depende de la velocidad de la cinta y de la carga indicada por el dispositivo de pesaje. Estos sistemas, también conocidos como básculas o rodillos integradores, permiten reducir la altura de las plantas de producción, aunque su precisión varía entre el 0,5 % y el 1 %. Este tipo de báscula permite una dosificación más rápida y es especialmente útil en instalaciones de prefabricados, donde se manejan diversos tipos de áridos, así como en centrales de dosificación para hormigoneras sobre camión.

Cuando las tolvas verticales descargan sobre una misma báscula, puede haber un sistema de pesaje aditivo, tal como se ha descrito con la báscula móvil y con sistemas de pesaje sustractivo. En este último caso, se llena la báscula y se determina el peso total; luego, se abre y se cierra la compuerta hasta que la aguja marque la diferencia deseada. Este método simplifica la instalación, ya que no requiere una tolva superior ni la dosificación mediante compuertas.

La báscula más aceptada es la de suspensión en cuatro puntos, que evita errores de peso causados por el desequilibrio de la carga en el recipiente. Aunque la báscula romana de cursor es económica y precisa, la balanza de resorte con índice se ha vuelto más común para áridos y cemento, ya que permite realizar múltiples pesadas aditivas y llevar a cabo un control adecuado en vacío, lo cual es especialmente importante en el caso del cemento. Además, algunos fabricantes utilizan básculas medidoras de presión, que miden el peso eléctricamente en lugar de recurrir a básculas mecánicas.

En las instalaciones con skip pesador, los áridos no se descargan en una tolva pesadora fija, sino que se descargan directamente en la cubeta del skip de la mezcladora. Este sistema se emplea principalmente para reducir la altura del equipo de pesaje y eliminar o minimizar la necesidad de una fosa en el muro de almacenamiento. El principal inconveniente es que no se puede comenzar a dosificar los áridos hasta que el skip esté apoyado en la báscula, lo que generalmente afecta al ciclo de la hormigonera y reduce el número de amasadas por hora, disminuyendo así la producción.

Os dejo un vídeo ilustrativo sobre este tema.

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.

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. (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

YEPES, V. (2026). Fabricación y puesta en obra del hormigón. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 452 pp. Ref. 441. ISBN: 978-84-1396-418-8

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Dosificación de los aditivos en la fabricación del hormigón

Figura 1. Dosificador de aditivos. https://sotecma.es/dosificadores-aditivos-hormigon/

Los aditivos son sustancias o productos que, incorporados al hormigón antes del amasado (o durante el mismo o en un amasado suplementario), en una proporción no superior al 5 % del peso del cemento, generan la modificación deseada de alguna de sus características, propiedades habituales o comportamiento, ya sea en estado fresco o endurecido. De este modo, los aditivos actúan como componentes auxiliares del hormigón, aunque en determinadas condiciones y para ciertas obras pueden resultar indispensables para resolver problemas específicos.

Los dosificadores de aditivos para hormigón son fundamentales en el proceso, ya que permiten obtener una mezcla homogénea y con propiedades específicas. En muchas plantas de producción de hormigón, la dosificación de aditivos se realiza de forma volumétrica. En ocasiones, incluso se utiliza un pequeño bidón de recuperación como dosificador, independientemente del volumen de la amasadora.

Sin embargo, desde hace años, el uso de aditivos de calidad ha avanzado significativamente. En plantas de mediana capacidad se han implementado pequeñas bombas dosificadoras temporizadas, que permiten resolver la mayoría de los problemas asociados a la dosificación de estos productos. Por otro lado, en plantas de gran capacidad, es necesario y, en muchos casos, imprescindible utilizar básculas para la dosificación de aditivos.

Los dosificadores de aditivos son equipos esenciales en la industria de la construcción, diseñados para añadir con precisión aditivos líquidos o sólidos al hormigón. Su función principal es asegurar la dosificación exacta y una distribución homogénea del aditivo en el hormigón, lo que mejora propiedades como la resistencia, la durabilidad y el tiempo de fraguado. Estos dispositivos permiten un control preciso de la cantidad de aditivo incorporado, lo cual es fundamental para cumplir con las especificaciones técnicas de cada proyecto y garantizar la calidad final del hormigón.

El uso de dosificadores de aditivos optimiza los procesos de construcción, reduce el desperdicio de material y contribuye a la sostenibilidad ambiental al minimizar el uso excesivo de aditivos.

Los dosificadores de aditivos se clasifican principalmente en dos tipos, cada uno con características y aplicaciones específicas que los hacen adecuados para distintas necesidades en la industria del hormigón:

Dosificadores volumétricos: estos dispositivos miden el aditivo en función del volumen. Son especialmente útiles para líquidos y destacan por su simplicidad y eficiencia. Los dosificadores volumétricos son ideales para aplicaciones en las que la precisión en la cantidad de aditivo no es crítica, pero se requiere una dosificación constante y controlada. La dosificación volumétrica se realiza, por lo general, mediante la medición del tiempo de funcionamiento de una bomba rotativa de pequeño caudal. También se utilizan dispositivos con bomba aspirante e impelente.
Dosificadores por peso: también conocidos como gravimétricos, miden el aditivo según su peso. Ofrecen una precisión superior a la de los volumétricos, lo que los hace indispensables en aplicaciones en las que las proporciones exactas de aditivo resultan cruciales para la calidad del hormigón. Aunque pueden ser más complejos y costosos, su precisión y fiabilidad justifican la inversión en muchos proyectos.

Antes de incorporarlos al hormigón en proceso de fabricación, los aditivos deben disolverse, mezclarse y homogeneizarse en una parte del agua de amasado mediante un sistema de premezcla eficaz. Esta mezcla debe cumplir los siguientes requisitos:

Corresponder a una cantidad suficiente para cubrir al menos un día de producción de hormigón.
Realizarse con una cantidad adecuada de agua, como mínimo la décima parte y, preferiblemente, la quinta parte del agua total necesaria para la elaboración del hormigón.
Inyectarse en el resto del agua de amasado durante su introducción en la amasadora, asegurando que la inyección comience al menos un segundo después del inicio del flujo de agua y termine un segundo antes de su cierre, manteniendo un caudal constante durante todo el proceso.

En el caso de los aditivos líquidos, si su cantidad total supera los 3 l/m³ de hormigón, su contenido de agua debe considerarse al calcular la relación agua/cemento. Por otra parte, el agua utilizada para disolver el aditivo se considerará parte del agua total necesaria para la composición del hormigón.

Algunos aditivos, especialmente aquellos que se suministran en forma sólida (por ejemplo, en polvo o escamas), aunque pueden ser homogéneos en el saco que los contiene, no lo son en la dosis individual. Por ello, para estos productos, es recomendable prepararlos diluyendo en agua y homogeneizando todo el contenido del saco, siguiendo el método descrito anteriormente. Si no es económicamente viable preparar una cantidad tan grande para un solo uso, es preferible optar por aditivos presentados en pequeños saquitos dosificados.

Algunos aditivos no son compatibles entre sí y, si se añaden juntos en la dosificadora o en la tubería de agua, pueden reaccionar entre sí, lo que anula su efecto. En algunos casos, puede ser necesario añadir un aditivo en la dosificadora del agua, otro en la arena y uno o más en la mezcladora.

En el caso de los hormigones ligeros, los aditivos, previamente diluidos adecuadamente, deben mezclarse con la segunda parte del agua de amasado durante el prehumedecimiento en la mezcladora. No se deben introducir los aditivos junto con los áridos en la mezcladora, ya que parte de ellos podría ser absorbida de forma incontrolada por los áridos, lo que comprometería la eficacia de los aditivos.

Os dejo algunos vídeos sobre los aditivos, por si os resultan de interés.