Colocación del hormigón mediante bombeo

Figura 1. Bombeo de hormigón. https://www.balcellsintegralservice.com/bombeo-hormigon-barcelona-autobomba-sobre-camion.html

El bombeo del hormigón depende de la capacidad del equipo utilizado, del control y la homogeneidad de todos los ingredientes de la mezcla, de la dosificación y el mezclado, así como de los conocimientos y la experiencia del personal involucrado. La selección de equipos para el bombeo en condiciones óptimas depende de diversos factores específicos de cada obra. Para obtener información más detallada y concreta, se puede consultar la documentación técnica proporcionada por los fabricantes de bombas y las referencias bibliográficas disponibles. Se recomienda ponerse en contacto con el fabricante para determinar el tipo de bomba adecuado, pues los precios de alquiler aumentan en función de la capacidad del equipo. Es importante buscar una solución que sea razonable y eficiente.

Para que una operación de bombeo sea satisfactoria, es necesario un suministro constante de hormigón con las características adecuadas. Al igual que el hormigón convencional, requiere un buen control de calidad, una distribución homogénea de áridos, una granulometría adecuada y materiales dosificados y mezclados de manera uniforme. A continuación, se ofrecen algunas pautas generales sobre el proceso de bombeo de hormigón.

El proceso de colocación de hormigón por bombeo se basa en la bomba, la tubería y, en su caso, el sistema de distribución a la salida. La bomba debe estar diseñada para aspirar y empujar el volumen de hormigón requerido a través de la tubería hasta el punto de colocación. El tamaño máximo del árido viene determinado por los diámetros de los orificios de aspiración y de los cilindros de bombeo. Se recomienda que el diámetro del canal de aspiración sea al menos tres veces mayor que el tamaño máximo del árido.

Figura 2. Bomba de hormigón. https://ittcanarias.com/bombas-de-hormigon-putzmeister/

El tamaño máximo del árido grueso de forma angular se limita a un tercio del diámetro interior más pequeño de la tubería y, en el caso de áridos bien redondeados, debe ser inferior a dos quintos de este diámetro. El tamaño máximo del árido (TMA) influye significativamente en el volumen o cantidad de árido que puede utilizarse de manera eficiente. La cantidad de árido grueso debe reducirse considerablemente a medida que disminuye el TMA, pues la mayor superficie del árido de menor diámetro requiere más pasta para cubrir todas las superficies, lo que reduce la cantidad de pasta disponible para lubricar la línea de la tubería. Los áridos finos o arenas juegan un papel mucho más importante en la proporción de las mezclas bombeables que los áridos gruesos. Junto con el cemento y el agua, proporcionan el mortero que conduce en suspensión los sólidos o áridos gruesos, permitiendo así que una mezcla sea bombeable.

El uso de una autobomba suele estar limitado por una longitud máxima equivalente (L), calculada con la fórmula L = H + 3·V + 10·C₁ + 5·C₂, donde L debe ser menor o igual a 350 mm. En esta fórmula, H representa la distancia horizontal, V el desnivel vertical, C₁ el número de codos a 90º y C₂ el número de codos a 135º.

En el proceso de impulsión del hormigón, el parámetro principal es la máxima presión que puede generar la bomba. Generalmente, las autobombas utilizan una tubería corta que coincide con la longitud de la pluma de distribución, lo que implica que requieren una presión de bombeo menor en comparación con las bombas estacionarias. Estas últimas pueden bombear a distancias mayores con rendimientos similares. Por ejemplo, una presión de 7 MPa puede ser suficiente para las autobombas, incluso en casos de grandes caudales. Sin embargo, las bombas estacionarias necesitan alcanzar presiones de hasta 20 MPa para distancias horizontales de 1000 m o verticales de 500 m, lo que ilustra la diferencia en los requerimientos de presión entre ambos tipos de bombas.

La presión requerida para el bombeo varía en función de diversos factores, como la longitud, el diámetro y la cantidad de codos en la tubería, el caudal, la consistencia del hormigón y la altura. Los fabricantes de los equipos suelen proporcionar nomogramas que permiten estimar la presión necesaria para un caudal específico. En este enlace tenéis cómo realizar el cálculo de la presión y del caudal de bombeo.

Figura 3. Nomograma presión hormigón-rendimiento. Fuente: Bombas de hormigón estacionarias, Putzmeister

Durante el proceso de bombeo, el hormigón se transporta a través de tuberías metálicas de diversos espesores, diámetros, longitudes y sistemas de acoplamiento. Los diámetros de estas tuberías suelen oscilar entre 80 mm y 150 mm, con espesores habituales de entre 4 mm y 7 mm. La selección de estas variables está directamente relacionada con la presión de bombeo. Además, las longitudes típicas de los tramos individuales de tubería varían entre 1 m y 3 m.

La definición de los distintos aspectos geométricos de la tubería, junto con las características de su diseño en planta y alzado, es crítica para el proceso de bombeo. Además, el sentido del bombeo, ya sea ascendente o descendente, también es fundamental. Los sistemas de acoplamiento entre tramos individuales de tubería dependen de estas características geométricas del diseño.

Se recomienda ubicar la bomba lo más cerca posible de la zona de colocación del hormigón, utilizando una manguera flexible o un dispositivo articulado. En caso de emplear una tubería fija, se aconseja iniciar el hormigonado desde el punto más alejado de la bomba. Esto permite lubricar toda la tubería al principio y luego ir desmontando secciones de tubo y conectar la manguera de descarga en la parte final. Para este procedimiento, es necesario limpiar la tubería del hormigón utilizando agua o aire a presión.

Al poner en marcha los trabajos, se recomienda lubricar el interior de la tubería con una mezcla de mortero de cemento y arena. Una proporción de una parte de cemento por dos partes de arena es suficiente para lograr una consistencia fluida. Este mortero no solo lubrica la tubería, sino que también rellena posibles cavidades en las juntas del empalme. Aunque el método de lubricación con agua seguida por el paso de hormigón puede funcionar con dosificaciones especialmente diseñadas para el bombeo, existe el riesgo de obstrucciones en la tubería. En función de la naturaleza del material utilizado para la lubricación, este podrá emplearse o no en la colocación. Una vez que el flujo de hormigón comience a través de la tubería, la lubricación se mantendrá mientras el bombeo continúe con un diseño de mezcla adecuado y consistente.

Un problema habitual en el proceso de bombeo es la obstrucción del hormigón en la tubería. Por lo general, el operador de la bomba detecta la obstrucción al observar un aumento de la presión indicada. Los bloqueos pueden resolverse mediante ciclos que alteran la dirección de la presión, especialmente eficaces en conductos verticales. Sin embargo, este procedimiento no debe repetirse más de tres o cuatro veces. Si el bombeo no vuelve a la normalidad, es crucial identificar y eliminar la obstrucción en el punto donde se produjo.

Los atascos suelen ocurrir en el reductor a la salida de las válvulas y pueden detectarse cuando el manómetro registra una subida rápida de la presión. Cuando esto ocurre, es necesario desmontar y limpiar el reductor. No se debe forzar nunca la bomba y, si es preciso, se debe desmontar el tramo de conducción afectado. Si la presión no experimenta un aumento tan repentino, la obstrucción puede estar en el codo, el reductor o la manguera de descarga. Al observar la tubería e invertir la presión, se puede identificar la ubicación del atasco por las vibraciones que se producen. Normalmente, estos tapones no superan los 30 cm de longitud y se pueden desatascar desmontando un tramo de tubería.

Tabla 1. Localización de la obstrucción de una bomba

Subida de presión	Localización de la obstrucción
Brusca	Bomba o principio de la tubería
Lenta	Más alejado de la zona anterior (en la propia tubería)

Los conductos deben limpiarse al finalizar el trabajo o si hay una interrupción importante. El tiempo de espera no debe exceder media hora en climas cálidos y 1 hora en condiciones normales. La limpieza puede realizarse drenando el hormigón con agua o aire y, a continuación, bombeando una esponja húmeda en dirección opuesta para crear un vacío. Para limpiar las tuberías, existen dispositivos de limpieza de diversas rigideces que deben utilizarse con cuidado para evitar accidentes.

Al realizar un pedido de hormigón preparado a un proveedor y solicitar que sea bombeado, se debe proporcionar la siguiente información, además de la resistencia característica o la consistencia: especificar que el hormigón debe ser apto para el bombeo y las condiciones de especificación en la puesta en obra. También se debe informar sobre la cantidad y el caudal a bombear, la distancia en horizontal y vertical, el tiempo de funcionamiento de la bomba y los posibles tiempos de espera. Además, es importante indicar si se dispondrá de personal para ayudar en las operaciones de lubricación y limpieza de las tuberías.

Aquí tenéis algún vídeo ilustrativo del bombeo del hormigón.
https://www.youtube.com/watch?v=_VGtI5yHnx8https://www.youtube.com/watch?v=P3TLyBiuzcM

Os dejo un catálogo de bombas de hormigón estacionarias de la marca Liebherr, por si os resulta de interés.

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Y otro de la casa Putzmeister.

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Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 304. Placing Concrete by Pumping Methods (ACI 304.2R-17). American Concrete Institute.

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

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

RODRÍGUEZ-LÓPEZ, A.J. (2015). Determinación automática de la eficiencia volumétrica y otros parámetros de operación de bombas alternativas de hormigón mediante análisis de los pulsos de presión en su salida. Tesis doctoral. Universidad Politécnica de 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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Compactación del hormigón por vibrado

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

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

La vibración proporciona varios beneficios:

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

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

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

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

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

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

La eficacia de la vibración depende de varios factores:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Os dejo algunos vídeos que espero os sean de interés.

Referencias:

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Impacto ambiental del ciclo de vida de las baterías de NiZn de la cuna a la tumba

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Energies, revista indexada en el JCR. El artículo analiza los impactos ambientales de las baterías de níquel-zinc utilizando modelos matemáticos basados en las normas ISO y el método ReCiPe 2016. Asimismo, compara los impactos ambientales de las baterías de NiZn con los de otras tecnologías y sugiere formas de reducir su impacto mediante la energía renovable y la tecnología de recuperación ecológica. El documento sigue las normas ISO 14040 e ISO 14044 para la metodología de evaluación del ciclo de vida (LCA) y compara la batería de NiZn con las baterías de plomo-ácido y de iones de litio. También recopila los datos principales del inventario del ciclo de vida (LCI) de una producción a escala piloto en China para la fase inicial, centrándose en el consumo de electricidad y excluyendo determinadas evaluaciones de impacto ambiental. Utiliza el método ReCiPe 2016 para la evaluación del impacto, teniendo en cuenta las categorías de impacto intermedio y final, como el potencial de calentamiento global y los daños a la salud humana y los ecosistemas. Por último, aplica el software OpenLCA para modelar los impactos e incorpora los métodos de demanda energética acumulada (CED) y ReCiE 2016 con varios indicadores de impacto para realizar un análisis ambiental exhaustivo.

Las contribuciones más relevantes de este trabajo son las siguientes:

Desarrolla modelos matemáticos para estimar los impactos ambientales de las baterías de níquel-zinc durante el ciclo de vida, comparándolos con otras tecnologías de baterías.
Analiza los impactos ambientales de las baterías recargables de níquel-zinc desde el principio hasta la tumba, en consonancia con las normas ISO para el análisis del ciclo de vida.
Excluye las evaluaciones de impacto ambiental relacionadas con la infraestructura y los bienes de capital, y se centra en los impactos de los productos, el transporte y las contribuciones al final de su vida útil.
Proporciona funciones objetivas para optimizar el coste y el impacto medioambiental de las baterías de NiZn, lo que contribuye al objetivo del proyecto LOLABAT de lograr un alto rendimiento, una rentabilidad competitiva y una sostenibilidad.
Recibe financiación del programa de investigación Horizonte 2020 de la Unión Europea dentro del proyecto LOLABAT, lo que refleja las opiniones de los autores sobre la posible industrialización de las baterías de NiZn en el contexto europeo.

Las conclusiones más importantes del trabajo se pueden resumir de la siguiente forma:

Las baterías de NiZn tienen un impacto ambiental de aproximadamente 14 MJ para la demanda energética acumulada (CED) y de 0,82 kg de CO₂ equivalentes para el potencial de calentamiento global (GWP) por kWh de energía liberada, lo que las sitúa entre las baterías de iones de litio y las de plomo-ácido.
La fase de uso contribuye significativamente al impacto de la energía electromagnética, ya que las baterías de NiZn tienen un menor impacto ambiental en comparación con las baterías de plomo-ácido, pero son similares a las tecnologías de iones de litio.
Las baterías de NiZn tienen un impacto ambiental menor que las baterías de plomo-ácido, con un impacto ligeramente mayor en comparación con las baterías de iones de litio, lo que las convierte en una opción favorable tanto desde el punto de vista económico como medioambiental.
Se espera que las futuras mejoras en los procesos de fabricación y los componentes de las celdas reduzcan la carga medioambiental de las baterías de NiZn y respalden su potencial como solución de almacenamiento de energía más sostenible.

Abstract:

This paper presents a comprehensive and systematic analysis of the environmental impacts (EI) of novel nickel-zinc battery (RNZB) technology, a promising alternative for energy storage applications. The paper develops mathematical models for estimating the life cycle environmental impacts of RNZB from the cradle to the grave based on an extensive literature review and the ISO standards for life cycle costing and life cycle analysis. The paper uses the ReCiPe 2016 life cycle analysis (LCA) method to calculate the EI of RNZB in terms of eighteen Midpoint impact categories and three Endpoint impact categories: damage to human health, ecosystem diversity, and resource availability. The paper also compares the EI of RNZB with those of other battery technologies, such as lead-acid and lithium-ion LFP and NMC. The paper applies the models and compares results with those provided by the software openLCA (version 1.11.0), showing its reliability and concluding that NiZn batteries contribute approximately 14 MJ for CED and 0.82 kg CO₂ eq. for global warming per kWh of released energy. This places them between lithium-ion and lead-acid batteries. This study suggests that NiZn battery technology could benefit from using more renewable energy in end-use applications and adopting green recovery technology to reduce environmental impact. Further developments can use these models as objective functions for heuristic optimization of the EI in the life cycle of RNZB.

Keywords:

Sustainable energy; nickel-zinc battery; life cycle analysis modeling; environmental impacts of battery technologies

Reference:

MALVIYA, A.K.; ZAREHPARAST MALEKZADEH, M.; LI, J.; LI, B.; SANTARREMIGIA, F.E.; MOLERO, G.D.; VILLALBA-SANCHIS, I.; YEPES, V. (2024). A formulation model for computation to estimate the Life Cycle Environmental Impact of NiZn Batteries. Energies, 17:2751. DOI:10.3390/en17112751

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Control de calidad del hormigón bombeable

Figura 1. Hormigón bombeable. https://web1.icpa.org.ar/wp-content/uploads/2021/05/webinar_2021-02_ICPA-HORMIGONES_BOMBEABLES_2021-06-08.pdf

El control de calidad del hormigón bombeable no difiere del de otros tipos de hormigón; sin embargo, en este caso, resulta básico mantener un alto nivel de control para garantizar su uniformidad.

Lograr las propiedades requeridas por el hormigón bombeado como material estructural es el resultado de un proceso que comienza con la fabricación del material en planta y finaliza con la salida del material de la tubería en el punto de colocación y su posterior compactación y curado. Los factores más importantes para que el hormigón sea bombeable son su composición granulométrica, el contenido de finos, el agua y la consistencia.

El proceso se puede centrar en dos etapas principales, correspondientes al transporte del hormigón desde la fábrica hasta la bomba y desde la bomba hasta el punto de vertido. Estas dos fases deben considerarse de forma conjunta, ya que el incumplimiento de los requisitos mínimos de la primera fase puede hacer que la segunda fase sea inviable. Por tanto, cuando proceda, deberían tomarse muestras tanto en el punto de descarga del camión como en el punto de colocación final del hormigón, para comprobar si ha habido cambios en el asentamiento, el contenido de aire, la humedad o la densidad del hormigón.

Por otro lado, la segunda fase, relacionada con el bombeo propiamente dicho del material, significa que, en cada caso, el material depende de las características del equipo utilizado (presión de la bomba, disposición de las tuberías, diámetro, cantidad y posicionamiento de los codos). Todo esto significa que el control de calidad debe tener en cuenta los materiales y equipos utilizados, haciendo hincapié en el control de procesos.

Cuando se tomen muestras al final de la línea de colocación, se debe tener mucho cuidado para asegurar que la muestra es representativa del hormigón que se va a colocar. El cambio de la velocidad de colocación y/o de la configuración de la pluma puede dar lugar a resultados erróneos. No debe permitirse que el hormigón caiga libremente en el recipiente del medidor. La manipulación de la muestra no debe provocar cambios en las propiedades del hormigón. La modificación de la velocidad de vertido, de la configuración de la pluma o de ambas puede dar lugar a resultados de ensayo variables o engañosos. No debe permitirse que el hormigón caiga libremente en el recipiente de la máquina de ensayo. Los cilindros deben almacenarse lejos de fuentes de vibración. La manipulación de la muestra no debe provocar cambios en las propiedades del hormigón. El equipo de hormigonado y el inspector de calidad deben estar siempre atentos a cualquier segregación del hormigón que sale de la tubería para eliminar o minimizar una posible segregación.

Con este enfoque se puede garantizar la adecuada colocación del hormigón mediante un bombeo con rendimiento óptimo, independientemente de los aspectos considerados en el Código Estructural, relacionados con el control de la resistencia del hormigón y su durabilidad, que es el principio de control del proceso.

Por ello, se recomienda establecer un rango de consistencias adecuadas en la planta, tanto a la entrada como a la salida de la bomba. En este sentido, cabe señalar que, en última instancia, la consistencia a la salida de la bomba está relacionada con la energía y el sistema de compactación adoptado para el hormigón en cada caso.

Al mismo tiempo, el alcance del control debe ampliarse al equipo de bombeo, incluidas sus condiciones óptimas de funcionamiento y el suministro de repuestos necesarios en caso de avería.

Para los interesados, en este enlace se explica cómo se calcula la presión y el caudal de bombeo: https://victoryepes.blogs.upv.es/2017/02/09/bombeo-hormigon-nomogramas/

También os dejo un webinar sobre hormigones bombeables, que espero os sea de interés.

Os dejo también este documento de ACI, que creo de interés.

Descargar (PDF, 9.46MB)

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 304. Placing Concrete by Pumping Methods (ACI 304.2R-17). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Special Issue: “Multi-objective Optimization and Applications”

Mathematics is a peer-reviewed, open-access journal that provides an advanced forum for studies related to mathematics. It is published semimonthly online by MDPI. The European Society for Fuzzy Logic and Technology (EUSFLAT) and International Society for the Study of Information (IS4SI) are affiliated with Mathematics, and their members receive a discount on article processing charges.

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Sections: published in 13 topical sections.
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Impact Factor: 2.4 (2022); 5-Year Impact Factor: 2.3 (2022) (First decile JCR journal) JCR – Q1 (Mathematics) / CiteScore – Q1 (General Mathematics)

Special Issue “Multi-objective Optimization and Applications”

A special issue of Mathematics (ISSN 2227-7390). This special issue belongs to the section “Computational and Applied Mathematics.”

Deadline for manuscript submissions: 31 March 2025

Special Issue Editors

Prof. Dr. Víctor Yepes E-Mail Website Guest Editor

Institute of Concrete Science and Technology (ICITECH), Construction Engineering Department, Universitat Politècnica de València, 46022 València, Spain
Interests: multiobjective optimization; structures optimization; lifecycle assessment; social sustainability of infrastructures; reliability-based maintenance optimization; optimization and decision-making under uncertainty
Special Issues, Collections and Topics in MDPI journals

Prof. Dr. Moacir Kripka E-Mail Website Guest Editor

Civil and Environmental Engineering Graduate Program (PPGEng), University of Passo Fundo, Passo Fundo CEP 99052-900, Brazil
Interests: structural analysis; optimization; engineering optimization; linear programming; mathematical programming; heuristics; structural optimization; concrete; combinatorial optimization; structural engineering; multiobjective optimization; reinforced concrete; optimization methods; discrete optimization; optimization theory; optimization software
Special Issues, Collections and Topics in MDPI journals

Dr. José Antonio García E-Mail Website Guest Editor

Escuela de Ingeniería en Construcción, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Avenida Brasil 2147, Valparaíso 2362804, Chile
Interests: optimization; deep learning; operations research; artificial intelligence applications to industrial problems
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Optimization techniques have become frequent in recent decades due to the growing competitiveness brought about by globalization. With the development of new methods and the greater availability of computer resources, applications in the most diverse fields of knowledge have spread from academic banks to the day-to-day running of companies. However, a more realistic approach can be achieved if several objectives are integrated into the process. Thus, an exciting strategy cannot only meet cost requirements, for example, but it also concerns itself with durability, efficiency, reliability, and sustainability. Given that numerous objectives are involved, which are usually in conflict, new strategies are needed, while new and more complete applications are envisioned. In this sense, the Special Issue, “Multi-objective Optimization and Applications,” aims to provide a platform for disseminating knowledge related to multi-objective optimization. Research articles involving efficient and innovative optimization methods and new applications related to diverse areas of expertise are sought, promoting an exchange of new ideas and trends concerning the subject.

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Grandes vertidos de hormigón

Figura 1. Vertido de 16 200 m³ de hormigón en la losa de cimentación del rascacielos Wilshire Grand Center. https://ycivilengineering.blogspot.com/2014/02/record-mundial-en-vertido-continuo-de.html

Se considera un gran vertido la colocación de más de 200 m³ de hormigón en un mismo elemento. Es el caso del hormigonado en presas o en grandes losas de cimentación, entre otros. Por ejemplo, en la losa de cimentación del rascacielos Wilshire Grand Center (Los Ángeles, Estados Unidos), se vertieron 16 200 m³ de hormigón en un lapso de 18 horas y media, empleando 208 camiones que realizaron más de 2100 viajes. Se llenó un enorme hueco de 5,5 m de profundidad que está revestido con 3180 toneladas de armaduras de acero.

Los principales problemas asociados a los grandes vertidos son la liberación de una gran cantidad de calor de hidratación y la consiguiente contracción del hormigón al enfriarse, lo que puede causar fisuras. En estructuras de gran envergadura, como las presas, los espesores son tan significativos que la pérdida de calor de la masa a través de su superficie es extremadamente lenta, a menudo tardando varios meses. Este prolongado período de elevación de la temperatura provocan fisuras considerables debido a la retracción térmica. A continuación, se presentan algunas recomendaciones para mitigar los efectos de la colocación de grandes masas de hormigón.

Las medidas a adoptar para este tipo de hormigonado empiezan en el proceso de dosificación, en el que se deben utilizar cementos de bajo calor de hidratación (inferiores a 65 cal/g a los cinco días de edad), sustituir parte del cemento por cenizas volantes o escorias de alto horno y enfriar los componentes. En cuanto al procedimiento de construcción, se recomienda evitar diferencias de temperatura superiores a 20 °C entre dos puntos cualesquiera, evitar restricciones externas y hormigonar de forma continua.

El cemento de bajo calor de hidratación, a veces llamado «cemento frío», resulta especialmente útil en la producción de grandes volúmenes de hormigón concentrado, dado que reduce significativamente el calor liberado durante la reacción de hidratación, evitando así la formación de fisuras térmicas debido al rápido secado que puede provocar el intenso desprendimiento de calor. Por otro lado, debido a esta misma razón, son altamente susceptibles a las bajas temperaturas, las cuales retrasan significativamente su proceso de endurecimiento. Por lo tanto, no se recomienda su uso cuando la temperatura desciende por debajo de +5 °C. En general, se debe minimizar la cantidad de cemento utilizada. Un exceso de cemento conlleva la necesidad de incrementar la cantidad de agua, lo que puede provocar problemas de fisuración y pérdida de resistencia. Es esencial recordar que los mejores hormigones son aquellos que proporcionan las características de resistencia y durabilidad deseadas con el menor consumo posible de cemento. Un exceso de cemento, especialmente si es rico en silicato tricálcico, genera una considerable liberación de calor. Esto puede provocar tensiones térmicas diferenciales que superen la resistencia a la tracción del hormigón, sobre todo en las etapas tempranas de fraguado.

Además de reducir la cantidad de cemento y, por tanto, el calor de fraguado (y, en consecuencia, el riesgo de fisuración), la inclusión de puzolanas y cenizas conlleva otros beneficios significativos. Estos materiales no solo mejoran la trabajabilidad de la mezcla fresca, lo que se traduce en una reducción del contenido de agua necesario para el amasado (entre un 5 % y un 8 %), sino que también aumentan la resistencia y promueven una mayor durabilidad del hormigón.

El control de la temperatura se realiza mediante termopares colocados a 25 mm de la superficie exterior del hormigón y en el centro del elemento. Si la diferencia de temperaturas supera los 20 °C, se debe elevar la temperatura de la zona más fría utilizando una capa de arena, láminas de polietileno, cartón aislante, mantas aislantes, lonas, etc., aplicadas durante varios días. Para reducir la temperatura máxima alcanzada, se recomienda utilizar cementos de bajo calor de hidratación y reemplazar parte del cemento por aditivos. Estas medidas son efectivas para elementos de hasta 2,5 m de espesor.

En elementos más gruesos, el hormigón permanece en condiciones adiabáticas durante muchos días, lo que acelera la hidratación del cemento debido al aumento de la temperatura. Aproximadamente, la temperatura máxima aumenta en 12 °C por cada 100 kg de cemento Portland por m³ de hormigón. En estos casos, el uso de retardadores puede retrasar el aumento de temperatura, pero no reducirlo.

Las restricciones al enfriamiento pueden surgir cuando el hormigón se coloca sobre una base ya endurecida o cuando la secuencia de vertido deja una masa significativa atrapada entre dos áreas de hormigón endurecido con armadura intermedia. En situaciones donde no se puede evitar esta restricción a la contracción o dilatación térmica, es fundamental colocar suficiente armadura de distribución para controlar la formación de fisuras.

Además, se recomienda verter el hormigón de manera continua. Esto requiere un suministro adecuado de hormigón en las proximidades y una planificación cuidadosa. La realización de vertidos en pequeñas cantidades puede ser poco recomendable debido a la creación de numerosas juntas de hormigonado.

Os dejo algunos vídeos ilustrativos. Espero que os interesen.

Referencias:

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

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

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

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

TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Compactación manual del hormigón: picado y apisonado

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

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

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

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

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

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

Os dejo algún vídeo al respecto.

Referencias:

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Transporte del hormigón en tiempo frío

El transporte del hormigón en tiempo frío debe realizarse con mayor cuidado para evitar interrupciones y retrasos en su puesta en obra. El calor generado en el interior de la cuba, si se trata de una amasadora, por el rozamiento del hormigón con las paredes y las palas, evita que el agua de amasado se congele, siempre y cuando el tiempo de permanencia no sea muy prolongado y las temperaturas ambientales no sean extremadamente frías. De lo contrario, sería necesario adoptar medidas especiales de aislamiento de las cubas. El suministro debe estar sincronizado con la puesta en obra para evitar esperas, tanto del hormigón ya colocado y desprotegido como de los camiones pendientes de descarga. Se recomienda que el tiempo de transporte desde la planta hasta la obra sea lo más breve posible.

Se pueden evaluar las pérdidas de temperatura del hormigón durante el transporte, expresadas en °C por cada hora, considerando el tiempo transcurrido entre el amasado y la colocación. Estas pérdidas se expresan como un porcentaje de la diferencia entre la temperatura prevista del hormigón en el momento de su colocación y la temperatura ambiente. El porcentaje de pérdida depende del tipo de transporte: 25 % en camiones hormigoneras, 20 % en camiones o recipientes abiertos, y 10 % en camiones o recipientes cubiertos.

Las bajas temperaturas ambientales en las que se va a transportar el hormigón afectan especialmente a los camiones hormigoneras. Estos vehículos, con su tambor metálico y su sistema de paletas, así como la canaleta, pueden estar extremadamente fríos, especialmente los primeros camiones de la mañana después de una noche de temperaturas gélidas y formación de hielo. En algunas regiones, se implementan medidas para contrarrestar estos efectos, como el uso de resistencias externas que generan calor en el tambor, el lavado con agua caliente o el estacionamiento de los camiones en espacios interiores.

En el caso del transporte por cinta, especialmente si es muy larga, se debe proteger el hormigón de la acción del viento para evitar su enfriamiento y desecación. Además, si se emplea una relación agua/cemento muy baja, también se debe proteger del secado.

En el caso del transporte por bombeo, si la tubería es muy larga, se recomienda aislarla para evitar el enfriamiento del hormigón.

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 306. Cold wheather concreting (ACI 306R-16). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Efectos del frío en el fraguado del hormigón fresco

Figura 1. Hormigonado con tiempo frío. https://madridsurarquiobras.es/blog/?p=199

La baja temperatura del hormigón fresco retrasa la reacción química de fraguado, disminuye la velocidad de hidratación y reduce la demanda de agua, lo que aumenta su fluidez. Además, esta fluidez disminuye más lentamente con el tiempo, lo que mejora las condiciones de puesta en obra. Esto permite reducir la cantidad de agua en la mezcla y aumentar la resistencia y durabilidad del hormigón, al tiempo que se puede reducir la cantidad de plastificante o superfluidificante, manteniendo las condiciones de trabajabilidad necesarias para una correcta colocación. Sin embargo, esto también implica períodos más largos de curado y desencofrado, así como retrasos en los posibles tesados, lo que repercute en el coste de la obra.

Es importante destacar que los hormigones fabricados, colocados y curados a temperaturas bajas, cercanas a los 10 °C y sin congelación, desarrollan su resistencia de forma más lenta, pero suelen alcanzar resistencias superiores a los 28 días y tienen una mayor durabilidad. Calavera et al. (2004) indican que, a una temperatura ambiente de 7 °C, el hormigón tarda el doble en alcanzar el final del fraguado en comparación con una temperatura de 15 °C. La razón es un mejor curado, pues las bajas temperaturas suelen ir acompañadas de una mayor humedad relativa, lo que reduce la evaporación del agua del hormigón fresco y asegura una correcta hidratación del cemento. Además, la pérdida de agua en la superficie del hormigón es más lenta que la difusión del agua desde el interior, lo que reduce la formación de fisuras superficiales por retracción plástica. La exposición al sol tampoco suele ser perjudicial, debido a su corta duración e intensidad.

A temperaturas inferiores a 5 °C, el endurecimiento del hormigón se retrasa significativamente y, por debajo de 0 °C, se reduce drásticamente, deteniéndose casi por completo a temperaturas cercanas a -10 °C. El cemento necesita una cantidad específica de agua para lograr una hidratación completa y endurecer adecuadamente. Si parte del agua está congelada, esto no interviene en el proceso de hidratación del cemento, lo que produce una hidratación incompleta y, en consecuencia, no se alcanza la resistencia prevista.

Las bajas temperaturas tienen efectos perjudiciales sobre el hormigón fresco, ya que el agua se congela. Esto provoca un aumento de volumen de aproximadamente un 9 %. Si esto ocurre y el hormigón aún no ha alcanzado una resistencia a tracción suficiente para soportar la tensión generada por la congelación del agua interna, se producirán daños irreversibles que afectarán a la capacidad mecánica y la durabilidad del hormigón. Se considera que el hormigón es resistente a los efectos del frío (debido a la expansión del agua congelada) cuando ha alcanzado una resistencia de aproximadamente 3,5 MPa. Como referencia, a 10 °C, la resistencia de 3,5 MPa se alcanza en menos de 48 horas en hormigones correctamente dosificados.

Es importante recordar que el agua del hormigón contiene una gran cantidad de sales disueltas procedentes del cemento, los aditivos, etc., por lo que en la práctica no se congela a 0 °C, sino a temperaturas inferiores. Sin embargo, no se debe confiar en este margen, ya que no se puede prever de manera fiable si se sobrepasará debido a la evolución de las temperaturas externas.

En términos generales, para que el hormigón desarrolle su resistencia a una velocidad adecuada, la temperatura debe mantenerse entre 10 °C y 15 °C para secciones delgadas, y entre 5 °C y 10 °C para grandes masas de hormigón.

Las medidas para evitar los efectos perjudiciales del tiempo frío en el hormigón fresco se dividen en dos tipos: calentar uno o varios de los componentes del hormigón, y diseñar una mezcla de hormigón apropiada en cuanto a componentes y dosificación. Pero estas medidas las veremos en un próximo artículo.

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 306. Cold wheather concreting (ACI 306R-16). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Efectos del calor en el fraguado del hormigón fresco

Figura 1. Hormigonado en tiempo caluroso. https://hormigonaldia.ich.cl/recomendaciones-tecnicas/hormigonado-en-tiempo-caluroso/

Una temperatura elevada del hormigón fresco acelera la reacción química de fraguado y aumenta la velocidad de hidratación, lo que incrementa la demanda de agua para lograr una consistencia determinada. Aproximadamente, un aumento de 10 °C en la temperatura del hormigón requiere unos 7 litros de agua adicionales por metro cúbico para mantener la misma consistencia. Además, si se desea aumentar el asentamiento del cono de Abrams en 25 mm, se debería incrementar en un 2 % la cantidad de agua necesaria; sin embargo, a 40 °C, sería necesario un 3,5 % adicional de agua (ver Calavera et al., 2004). Esto reduce la fluidez del hormigón, que disminuye rápidamente con el tiempo, lo que dificulta las condiciones para su puesta en obra.

Otro efecto de las altas temperaturas es la rápida pérdida de consistencia del hormigón. A temperatura normal, el hormigón puede perder alrededor de 25 mm de asentamiento en media hora. Sin embargo, a temperaturas elevadas, esta pérdida aumenta significativamente debido a la evaporación y al mayor consumo de agua durante la rápida reacción química inicial del cemento.

Dado que no es posible aumentar la cantidad de agua en la mezcla sin comprometer la resistencia y durabilidad del hormigón, es necesario añadir plastificantes o cambiar a superfluidificantes para mantener las condiciones de trabajabilidad previstas, o reducir los tiempos de puesta en obra. En el caso del hormigón premezclado, puede ser necesario añadir estos aditivos en obra con un nuevo mezclado, una operación cuyo control es complejo. Por otro lado, la eficacia del superfluidificante disminuye rápidamente con el aumento de la temperatura, aunque los productos derivados de copolímeros vinílicos pueden mitigar este problema.

Los hormigones fabricados, colocados y curados a temperaturas más altas desarrollan su resistencia más rápidamente. Se ha observado que el hormigón se endurece el doble de rápido a 35 °C que a 20 °C. Sin embargo, debido a un curado deficiente, estos hormigones suelen presentar menores resistencias a los 7 y 28 días. De hecho, tras 28 días, su resistencia puede reducirse entre un 15 % y un 20 % (ver Calavera et al., 2004). Esta pérdida de resistencia se explica por la formación de productos de hidratación más porosos, resultado de un proceso de hidratación acelerado e imperfecto.

Las altas temperaturas ambientales suelen ir acompañadas de bajas humedades relativas, lo que aumenta la evaporación del agua del hormigón fresco y reduce la cantidad disponible para la correcta hidratación del cemento. Asimismo, la rápida pérdida de agua del hormigón en la superficie, superior al aporte por difusión desde el resto del hormigón, provoca la formación de fisuras superficiales por retracción plástica. Estos efectos se agravan con la presencia de viento y la exposición al sol (ver nomograma de Menzel). El secado superficial comienza cuando la velocidad de evaporación supera la velocidad a la que el agua asciende a la superficie recién colocada por exudación. Además, si las condiciones de sequedad son suficientes, puede formarse una costra superficial seca que bloquea el agua de exudación, impidiendo que llegue a la superficie. Esta agua queda almacenada debajo de la capa seca, lo que puede ocasionar una descamación posterior.

El rápido endurecimiento del hormigón incrementa la velocidad de generación de calor durante la hidratación del cemento, lo que provoca altas temperaturas y mayores diferencias térmicas debido a la lenta disipación del calor. Las altas temperaturas alteran el proceso de hidratación y generan compuestos como la etringita, que perjudican la durabilidad del hormigón.

Las diferencias térmicas entre el núcleo y la periferia de las piezas generan tensiones de tracción que el hormigón en proceso de endurecimiento no puede soportar, provocando fisuras que reducen su durabilidad. En secciones delgadas, de menos de 150 mm, es crucial evitar la formación de fisuras de retracción plástica, ya que pueden afectar a una parte significativa de la sección. En elementos masivos, el problema radica en el riesgo de fisuración térmica debido a las altas temperaturas que el hormigón puede alcanzar. Las fisuras pueden aparecer tanto durante la fase de aumento de temperatura (fisuras internas) como durante el enfriamiento (fisuras en la superficie). Para prevenirlo, la temperatura de colocación del hormigón no debe superar los 15 °C, siendo preferible que esté alrededor de los 5 °C. Además, la diferencia de temperatura entre dos puntos de la sección no debe exceder los 20 °C, lo que requiere el uso de protección térmica durante el curado.

En elementos protegidos de grandes cambios de humedad, como las cimentaciones de estructuras interiores, la temperatura máxima durante el proceso de fraguado no debería superar los 80 °C. Si se trata de estructuras exteriores que no están protegidas de los cambios de humedad, la temperatura no debería exceder los 70 °C. Para elementos especialmente expuestos a ciclos de hielo-deshielo, la temperatura no debería superar los 65 °C, e incluso menos en algunos casos. Esta temperatura máxima generalmente se alcanza entre las 12 y las 24 horas desde el amasado.

Para evitar los efectos perjudiciales del calor en el hormigón fresco, se pueden adoptar dos tipos de medidas: utilizar hormigón más frío y diseñar una mezcla adecuada en cuanto a componentes y dosificación. Pero este tipo de precauciones las estudiaremos en detalle en otro artículo.

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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