Dosificación del agua en la fabricación del hormigón

Figura 1. Controlador de agua de turbina de velocidad

Para mantener la uniformidad en la medición del agua para la mezcla total, es necesario garantizar el peso exacto del agua añadida y controlar las fuentes adicionales de agua, como el agua utilizada para lavar la mezcladora, el hielo y el agua libre presente en los áridos. Una de las tolerancias especificadas para la precisión en la medición del agua de mezclado es de ±3 %.

El agua es el ingrediente más sencillo de dosificar, ya que su caudal es predecible y no plantea dificultades de manejo. La dosificación del agua necesaria para amasar hormigón puede realizarse por peso o por volumen. Ambos sistemas pueden utilizarse en obras y talleres de fabricación, pero las técnicas ponderales son más precisas. Por otro lado, la dosificación volumétrica puede no ser del todo precisa debido a las características inherentes de los dispositivos utilizados y a posibles desajustes en su calibración. Además, los caudales pueden verse afectados por el uso de aguas ricas en cal, que pueden provocar incrustaciones, o por el uso de aguas muy calientes, que pueden generar vapor.

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

Los contadores de agua, ya sean mecánicos o eléctricos, son los dispositivos de dosificación de agua más habituales en las obras debido a su bajo coste. Se coloca una rejilla delante del medidor para evitar daños causados por partículas sólidas. Algunos contadores pueden instalarse en posición vertical, pero la mayoría debe instalarse en posición horizontal. Deben protegerse contra las heladas y las ondas de presión (golpe de ariete) en las líneas de agua. Estos contadores deben poder funcionar con agua salada y permitir el paso de agua caliente. No obstante, los contadores de agua fría, por lo general, no se pueden usar con agua caliente, pero los de agua caliente sí pueden usarse con agua fría, con cierta pérdida de exactitud.

El método más sencillo consiste en instalar un contador de agua convencional junto con una válvula manual antes de la entrada de agua a la mezcladora. La lectura del contador debe realizarse desde el punto cero tras cada amasado. Si se utilizan contadores con preajuste, es posible suministrar automáticamente una cantidad de agua programada mediante una electroválvula, cuya apertura puede activarse con un botón pulsador o con un impulso proveniente de un automatismo general. La lectura de los medidores es inferior a la real con flujos muy bajos, ligeramente superior con flujos altos y ligeramente inferior con caudales cercanos al máximo.

Los contadores de agua se clasifican en dos tipos:

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

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

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

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

Os dejo un vídeo que explica la importancia de dosificar correctamente el agua en la fabricación del hormigón.

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Precauciones que deben tomarse en las centrales de hormigonado

Figura 1. Central de fabricación de hormigón. https://www.anefhop.com/las-centrales-de-fabricacion-de-hormigon-ya-disponen-de-una-primera-acreditacion-para-la-inspeccion-del-control-de-produccion/

Los acopios de materiales deben realizarse sobre superficies que eviten la contaminación del suelo. Especialmente si este contiene tierra vegetal o arcillas, es fundamental acondicionar la superficie mediante una solera compactada, una solera de hormigón o un revestimiento de aglomerado asfáltico. Este tratamiento no solo preserva la calidad de los áridos, sino que también genera un ahorro económico significativo, lo que justifica el coste de acondicionamiento y permite una gestión más eficiente de los materiales.

Es esencial almacenar cada tamaño de árido por separado y cerca de los demás. Esta disposición asegura que no se produzcan mezclas entre ellos, lo cual es crucial para evitar la contaminación cruzada que podría alterar la curva granulométrica de los materiales. Mantener la integridad de la curva granulométrica es fundamental para garantizar la calidad de la mezcla final del hormigón. Para evitar la mezcla de apilamientos de distintas fracciones granulométricas, se deben emplear tabiques separadores o dejar amplios espacios entre los apilamientos. Asimismo, es esencial establecer acopios separados e identificados para los áridos reciclados y los áridos naturales. Además, se deben tomar las precauciones necesarias para prevenir la segregación tanto durante el almacenamiento como durante el transporte, desde el lugar de acopio hasta las tolvas de dosificación.

Los acopios de materias primas, ya sean silos, tolvas, depósitos o áreas abiertas, deberán estar claramente señalizados con el tipo de material que contienen. Además, deberán cumplir con las condiciones necesarias para prevenir cualquier tipo de contaminación ambiental.

Durante las operaciones de descarga de camiones y de carga con palas, es importante extremar las precauciones para preservar la integridad de los áridos. Esto permite mantener las características iniciales de los materiales en las condiciones en que fueron recibidos, asegurando así el cumplimiento de los estándares de calidad en la producción de hormigón.

La relación agua/cemento es un factor determinante de la resistencia del hormigón. Para garantizar que esta relación se mantenga constante, es necesario que los áridos conserven un nivel de humedad uniforme. Proteger los áridos, en especial los de tamaño fino, de los agentes atmosféricos es fundamental para evitar variaciones en la mezcla.

Figura 2. Planta de hormigón. https://aimixgrupo.com/planta-de-hormigon-en-venta/

Queda prohibido almacenar y mezclar cementos de diferentes tipos, clases de resistencia o fabricantes en un mismo silo durante la elaboración del hormigón, ya que ello afectaría negativamente a la trazabilidad y las garantías del producto. Si es necesario cambiar el tipo de cemento en alguno de los silos, se deberá proceder a su limpieza exhaustiva para evitar cualquier riesgo de mezcla.

Al recibir un contenedor de cemento a granel en la planta, es crucial asegurarse de que los terminales de conexión rápida a los silos estén libres de materiales extraños y de humedad. Esto previene la incorporación de contaminantes al cemento almacenado, lo que podría comprometer su calidad y afectar directamente a la resistencia final del hormigón.

El proceso de trasvase de cemento suele emplear un sistema neumático que expulsa el aire al exterior cuando el cemento llega al silo. Si no se instala un filtro adecuado, el aire liberará partículas de cemento al ambiente, lo que generará contaminación y pérdidas de material en suspensión, lo que subraya la importancia del mantenimiento regular del sistema de filtrado.

Es necesario realizar el mantenimiento del filtro para que funcione correctamente. Deben seguirse las instrucciones del fabricante, ya que, de lo contrario, el filtro puede volverse ineficaz e incluso perjudicial para el proceso. Este aspecto es fundamental para garantizar que el cemento llegue a los silos en condiciones óptimas.

Si no se puede garantizar que la temperatura del cemento recibido sea inferior a 35 °C, es necesario contar con dos silos con capacidad equivalente a la mitad del volumen requerido. De esta manera, se permite que el cemento se enfríe adecuadamente antes de su uso, lo que garantiza el cumplimiento de los requisitos de calidad del hormigón.

Cuando los silos metálicos tienen una gran capacidad de almacenamiento y el cemento permanece en ellos durante varios días, resulta esencial instalar equipos de fluidificación. Estos equipos airean el material, lo que permite que el cemento fluya libremente y se comporte prácticamente como un líquido en los equipos de extracción, con lo que se facilita su manejo posterior.

A pesar de contar con sistemas de transporte de cemento bien dimensionados, es habitual no alcanzar los rendimientos programados si no se toman las precauciones adecuadas. Por lo tanto, es crucial implementar medidas preventivas que garanticen la eficacia del sistema en su conjunto.

Además, es fundamental instalar protecciones en las compuertas de guillotina ubicadas cerca de la descarga hacia los tornillos sinfín. Estas protecciones evitan la entrada de agua de lluvia, que puede causar fraguados parciales del cemento y obstrucciones en el paso hacia el sinfín, lo que a su vez puede afectar a la eficiencia del sistema de transporte.

El cemento suele recibirse a granel y ser bombeado directamente a los silos de la planta por los equipos del proveedor. Sin embargo, en ocasiones, debido a dificultades o inseguridades en el suministro, es necesario contar con almacenamiento adicional, lo que conlleva la implementación de un sistema eficiente para gestionar estos volúmenes.

En situaciones que requieran un transporte intermedio, este debe realizarse mediante impulsión neumática. Las distancias y la disposición en planta pueden ser considerables y requerir cambios de alineación, por lo que un sistema eficiente resulta indispensable para evitar problemas operativos en el proceso de almacenamiento.

El uso de tornillos sin fin en este transporte podría complicar el sistema, ya que el fallo de un único elemento de la cadena podría dar lugar a la paralización total del equipo. Por ello, es fundamental diseñar un sistema que minimice el riesgo de fallos y asegure un flujo continuo del cemento a lo largo del proceso.

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Fabricación y puesta en obra de hormigones pesados

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

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

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

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

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

Composición del hormigón de alta densidad

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

Dosificación y proceso de fabricación

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

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

Consideraciones en la colocación y vertido

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Os dejo algunos vídeos sobre este tipo de hormigón.

Os dejo también este texto relacionado, que espero que os interese.

Pincha aquí para descargar

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Hormigones sin finos

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Redes neuronales y metamodelos Kriging para la optimización de la energía en puentes losa pretensados

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Sustainability, indexada en el JCR. El artículo evalúa la eficacia de las redes neuronales artificiales y de los modelos sustitutos de Kriging para optimizar la energía incorporada de los puentes de losas pretensadas, y proporciona recomendaciones prácticas para mejorar el diseño y la sostenibilidad.

El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación RESILIFE , que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

A continuación, se presenta un resumen sintético del trabajo.

 

 

Introducción

  • La industria de la construcción contribuye significativamente al consumo mundial de energía y a las emisiones de gases de efecto invernadero, lo que suscita un interés creciente por mejorar las prácticas de sostenibilidad.
  • El hormigón pretensado destaca por sus ventajas, que incluyen la durabilidad, la reducción del mantenimiento y la rapidez de construcción, a pesar de los costes iniciales más altos que los de los métodos tradicionales.
  • Las investigaciones indican que existe una brecha en la optimización de la energía incorporada en los puentes de losas de hormigón, lo que exige una mayor exploración y el uso de metodologías innovadoras, como el Kriging y las redes neuronales artificiales, para optimizar su diseño de manera efectiva.

Descripción de la cubierta del puente de losa aligerada

  • Los diseñadores suelen utilizar una relación canto/luz de 1/25 para las losas de carreteras con el fin de garantizar su integridad estructural. Los diseños de losas aligeradas ofrecen ventajas en rigidez frente a la flexión y en adaptabilidad.
  • El estudio se centra en una configuración de losas aligeradas pretensadas adecuada para los pasos superiores, con el objetivo de mejorar la eficiencia del diseño y el rendimiento estructural.
  • La teoría del estado límite se emplea para verificar la resistencia estructural mediante software avanzado para el modelado tridimensional y el análisis de cargas.
Figura 2. Imagen aérea de la estructura, situada en Cocentaina (Alicante). Imagen: Google Maps.

Metodología

  • El estudio analiza varios materiales, incluidos tipos específicos de acero y calidades de hormigón, para optimizar el diseño del puente de losa aligerada.
  • Se utilizan dos metamodelos predictivos, Kriging y redes neuronales, con el fin de optimizar el diseño propuesto del puente de losas.
  • La metodología incluye una fase de diversificación para la optimización inicial y otra de intensificación para refinar los resultados, midiendo los errores de predicción mediante el error cuadrático medio (RMSE).

Metamodelo Kriging

  • Kriging se emplea para estimar las necesidades de energía del puente de losas, utilizando un enfoque determinista que proporciona respuestas consistentes basadas en los datos de entrada.
  • La «caja de herramientas de Kriging de MATLAB» se utiliza para crear un modelo sustituto, y el LHS (LHS) mejora el proceso de muestreo para representar mejor el espacio de diseño.
  • Este método permite realizar pruebas computacionales eficientes y, al mismo tiempo, minimizar los errores sistemáticos, lo que lo hace adecuado para tareas complejas de optimización estructural.

Red neuronal artificial

  • Las ANN están estructuradas en capas de neuronas, donde las capas ocultas utilizan funciones sigmoide para procesar las entradas y la capa de salida emplea funciones lineales para realizar las predicciones.
  • El modelo de perceptrón multicapa (MLP) destaca por su capacidad para aproximar funciones de manera eficaz, basándose en el algoritmo de retropropagación para el entrenamiento.
  • El estudio hace hincapié en la importancia de la validación cruzada para evitar el sobreaprendizaje y garantizar un rendimiento sólido de la red neuronal en distintos conjuntos de datos.

Visualización de los datos observados

  • La gráfica de contorno de los datos observados revela múltiples valores óptimos locales, lo que evidencia la complejidad del problema de optimización y las limitaciones de los modelos de regresión tradicionales.
  • Esta complejidad requiere el uso de modelos predictivos avanzados para identificar con precisión las soluciones óptimas en el espacio de diseño.

Comparación de modelos predictivos

  • Los modelos de Kriging son deterministas, mientras que las redes neuronales incorporan variabilidad al basarse en la selección aleatoria de datos para su entrenamiento y validación.
  • El rendimiento de la red neuronal se estabiliza mediante múltiples ejecuciones, lo que permite una comparación más fiable entre los valores medios y las predicciones de Kriging.

Análisis de errores

  • El promedio de las predicciones de la red neuronal coincide estrechamente con los resultados del modelo de Kriging, aunque la red neuronal presenta un error cuadrático medio (MSE) y un error cuadrático medio (RMSE) más bajos.
  • El análisis destaca la necesidad de una evaluación exhaustiva de la capacidad de la red neuronal para identificar los valores óptimos, comparando las predicciones en todos los puntos de datos.

Recomendaciones prácticas

  • El estudio proporciona recomendaciones prácticas para reducir las emisiones en los puentes de losas pretensadas, incluidas directrices específicas sobre el contenido de hormigón y de refuerzo.
  • Los hallazgos sugieren que tanto las redes neuronales como las de Kriging pueden identificar eficazmente los valores óptimos locales, lo que ayuda a los ingenieros estructurales a optimizar los diseños para obtener beneficios económicos y ambientales.
  • Haciendo hincapié en la importancia de los modelos sustitutivos, la investigación aboga por su uso para perfeccionar los procesos de diseño y mejorar los resultados en materia de sostenibilidad.

Conclusiones

  • Se subraya la complejidad de la superficie de respuesta al consumo de energía, ya que tanto el Kriging como las redes neuronales predicen valores superiores a los observados.
  • El modelo de Kriging muestra un error relativo menor en las predicciones óptimas locales en comparación con la red neuronal, que, sin embargo, muestra un rendimiento de RMSE superior.
  • El estudio concluye que, si bien Kriging proporciona resultados deterministas, las redes neuronales requieren múltiples iteraciones para estabilizar los resultados, lo que aporta información valiosa para optimizar los diseños estructurales.

ABSTRACT:

The main objective of this study is to assess and contrast the efficacy of distinct spatial prediction methods in a simulation aimed at optimizing the embodied energy during the construction of prestressed slab bridge decks. A literature review and cross-sectional analysis have identified crucial design parameters that directly affect the design and construction of bridge decks. This analysis determines the critical design variables to improve the deck’s energy efficiency, providing practical guidance for engineers and professionals in the field. The methods analyzed in this study are ordinary Kriging and a multilayer Perceptron neural network. The methodology involves analyzing the predictive performance of both models through error analysis and assessing their ability to identify local optima on the response surface. Results show that both models generally overestimate observed values. The Kriging model with second-order polynomials yields a 4% relative error at the local optimum, while the neural network achieves lower root-mean-square errors (RMSE). Neither the Kriging model nor the neural network provides precise predictions, but points to promising solution regions. Optimizing the response surface to find a local minimum is crucial. High slenderness ratios (around 1/28) and a concrete grade of 40 MPa are recommended to improve energy efficiency.

KEYWORDS:

bridges; embodied energy; optimization; prestressed concrete; artificial neural network; surrogate model; Kriging; sustainability

REFERENCE:

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Artificial neural network and Kriging surrogate model for embodied energy optimization of prestressed slab bridges. Sustainability, 16(19), 8450; DOI:10.3390/su16198450

Pincha aquí para descargar

Bombas de hormigón

Figura 1. Bomba de hormigón de tubo oscilante. Putzmeister

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

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

Bombas hidráulicas de pistón

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

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

El principal inconveniente de las bombas de pistón es el desgaste, especialmente debido a los grandes esfuerzos que se aplican sobre el hormigón. Este desgaste se puede reducir disminuyendo el número de emboladas por minuto, sin afectar la producción si se aumenta el tamaño de los cilindros. Por esta razón, existe una tendencia a incrementar el diámetro y la carrera de los cilindros de impulsión.

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

Bomba peristáltica o de rotor para hormigón

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

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

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

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

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

Figura 5. Llenado del rotor de la bomba

Principales ventajas:

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

Aplicaciones:

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

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

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

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

Válvulas

 Pistones

Tubo oscilante

 Manguera flexible

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

Piezas pesadas

 Mantenimiento sencillo

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

Hormigones difíciles

 Bombeo medio-ligero

Gunitado

Bombeo de agua

A continuación, os dejo unos vídeos en los que podemos ver el funcionamiento de este tipo de bombas. El primero de ellos muestra el funcionamiento de un modelo de tubo oscilante S.

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Maquinaria de bombeo de hormigón

Figura 1. Bomba sobre camión hormigonera Putzmeister.

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

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

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

Tabla 1. Cuadro comparativo de distintos equipos de bombeo

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

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

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

Figura 4. Características de una autobomba.

A continuación, os dejo una explicación al respecto de la UPV que espero que os sea de interés.

[politube2]56664:450:273[/politube2]

Os dejo algunos otros vídeos al respecto.

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

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

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

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

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

SOBRE EL AUTOR:

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

Referencia:

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

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

Pincha aquí para descargar

Planta dosificadora de hormigón: planta de vía seca

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

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

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

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

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

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

Os dejo algunos vídeos explicativos:

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Mezcladora cónica para fabricación de hormigón

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

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

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

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

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

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

Os paso un vídeo explicativo del funcionamiento:

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

Pincha aquí para descargar

También os dejo un folleto explicativo de la empresa Kniele.

Pincha aquí para descargar

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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