Cálculo de la temperatura de fabricación del hormigón

Presa Ibiur, Baliarrain, España. http://www.ulmaconstruction.es

El hormigón colocado aumenta su temperatura como consecuencia del calor de hidratación del cemento. Como ese calor se disipa con el hormigón ya endurecido, se pueden producir tensiones que pueden provocar fisuras. Este fenómeno es de gran importancia cuando se vierten grandes cantidades de hormigón, como puede ser el caso de la construcción de presas. Para evitar el riesgo de fisuración, además de disponer juntas transversales y longitudinales, también se suelen tomar las siguientes medidas: disposiciones de proyecto para evitar la iniciación de grietas, precauciones para conseguir que la temperatura del hormigón colocado sea la menor posible y procedimientos para acelerar la evacuación del calor de hidratación. En este post nos centraremos en conseguir que la temperatura del hormigón colocado sea la adecuada.

El incremento de temperatura existente entre la fabricación y la puesta en obra se puede calcular aproximadamente con la siguiente expresión:

Por tanto, para conseguir la temperatura de fabricación adecuada, se debe modificar la temperatura de cada uno de los componentes necesarios para la fabricación del hormigón. Si bien el agua de amasado se puede enfriar, lo más efectivo es enfriar los áridos, puesto que cambiar la temperatura del cemento puede ser problemático. Además, los silos de almacenamiento deben estar aislados para controlar mejor la temperatura de fabricación.

Las leyes de equilibrio térmico permiten obtener la temperatura final de la mezcla, tanto cuando el agua de amasado se utiliza con hielo o sin hielo. Además, se recomienda ensayar diversas soluciones para ver qué combinación es la más sencilla de aplicar a cada caso concreto. La expresión es la siguiente:

En esta expresión observamos que el agua total de amasado incluye el agua libre de los áridos. Sin embargo, el agua total es la suma del agua de amasado más el hielo que se incorpore a la mezcla.

Referencias:

COMITÉ NACIONAL ESPAÑOL DE GRANDES PRESAS (1999). Construcción de presas y control de calidad. Guías Técnicas de Seguridad de Presas. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, 333 pp.

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

Corrección de humedad en los áridos en la fabricación del hormigón

La relación agua/cemento incide fuertemente en la resistencia a compresión simple del hormigón. Por tanto, cualquier error en la determinación de la cantidad de agua que interviene en el amasado va a modificar la calidad final del hormigón fabricado. Es importante tener en cuenta que la humedad aportada por los áridos se añade al peso del árido y se debe restar al peso del agua añadida a la mezcla.

Los áridos empleados en la fabricación del hormigón presentan microporos capaces de almacenar agua debido a la capilaridad. Sólo cuando los áridos se secan en horno están sin humedad; sin embargo, aun estando los áridos superficialmente secos, pueden tener sus poros saturados. Esa diferencia en peso entre el estado “saturado superficialmente seco” de los áridos y el estado de “seco al horno” se denomina absorción. La arena varía mucho en su contenido de humedad. Un metro cúbico de arena puede llegar a retener más de 200 kg de agua, lo que quiere decir que su grado higrométrico puede llegar hasta un 20%, de lo que se deduce que si se quiere obtener hormigones homogéneos es muy importante tener en cuenta en las dosificaciones la corrección de humedad. No se tienen en cuenta la humedad de los áridos, por ser ésta pequeña (máx. 3%).

Medición de la humedad de la arena

Para aplicar las dosificaciones de las granulometrías teóricas en el pupitre de control de la central, se necesita conocer allí el grado higrométrico de la arena. Con este objetivo se coloca unas sondas (ver Figura) en las tolvas de la arena y se recoge su lectura en un cuadrante colocado en el pupitre de control.

Figura. Sonda para medir la humedad

El fundamento es el siguiente: La resistencia de la arena al paso de la corriente eléctrica varía según la humedad de la misma. El aparato receptor es un miliamperímetro tarado en % de 1 a 12, que indica el valor de la corriente que pasa atravesando el material a examinar, desde un electrodo colocado en la sonda hasta un cable unido a la masa de la tolva.

El aparato tiene unos dispositivos para tararse, determinando la humedad de la arena por cualquier método de laboratorio.

Higrómetro acoplado directamente a la mezcladora

Existe otro procedimiento para controlar la totalidad de la humedad de los áridos, justo en el momento de la mezcla con el agua y el cemento dentro de la mezcladora. El dispositivo en cuestión no se puede aplicar a la hormigonera y solamente a mezcladoras, por otra parte en la mayoría de las centrales con mezcla, la máquina que se usa para este fin, es una turbo-mezcladora.

El dispositivo mide la totalidad siguiente de agua: “agua añadida + agua de la arena + agua de las gravas” y no realiza corrección de peso de la arena, aunque si mantiene la cantidad de agua requerida.

Se introduce una sonda (electrodo) en la cuba de la mezcladora, que mide la conductividad eléctrica de la mezcla y el aparato hace funcionar una válvula electromagnética que corta el paso del agua en cuanto se alcanza la cantidad de agua requerida. El modo de medición del agua, tal como se ha indicado anteriormente, se puede realizar volumétricamente (contador) o ponderalmente (báscula).

Otra forma habitual de medir la humedad de los áridos es utilizar un medidor tipo Speedy. Se trata de un instrumento portátil y sencillo consistente en un tanque presurizado, una balanza y una maleta de transporte. La cantidad de gas, que está producido cuando el agua y calcio de carburo están mezclados y reaccionan y es directamente proporcional a la cantidad de agua presente en la muestra y los resultados del porcentaje de humedad están tomados de un manómetro de presión.

Medidor de humedad (Tipo Speedy). http://www.utest.com.tr/es/25725/Medidor-de-Humedad-Tipo-Speedy

Referencias:

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

Trituradoras giratorias

755170453_270Estas máquinas trituran el material que se recibe de la cantera. Aparecen en los EE.UU. (1879) y se comercializan a partir de 1881 bajo el nombre de trituradores giratorios Gates y en Europa aparecen a partir de 1920. Son equipos que trituran el material por compresión, al igual que las machacadoras de mandíbulas, pero utilizando una pieza troncocónica, denominada “nuez”, que se mueve excéntricamente en el interior de un espacio limitado por una pared troncocónica invertida, denominada “bastidor”, “carcasa” o “cóncavo”. El eje del cono móvil se suspende por su parte superior a un travesaño en arco que se apoya en el anillo cóncavo de la trituradora.

Las machacadoras giratorias primarias podrían considerarse, de hecho, como una machacadora de mandíbulas continua, pues su trabajo consiste en una sucesión ininterrumpida de acciones de presión y expansión. Por este motivo, se podría decir que las trituradoras giratorias trabajan en continuo en la mitad de su volumen, mientras que las de mandíbulas trabajan la mitad del tiempo con la totalidad del volumen. Sin embargo, el material triturado que sale de esta máquina es más cúbico que el producto de la machacadora de mandíbulas. Los rendimientos de la trituradora giratoria también suelen ser más altos respecto a la de mandíbulas, pero su coste es mayor. La razón de reducción conseguida está en torno a 6, y el tamaño de admisión suele ser inferior a 900 mm. El producto de salida, está en torno a los 150 mm de tamaño.Trituradora giratoria

Las trituradoras giratorias primarias son máquinas que pueden alimentarse directamente desde un camión, prescindiendo muchas veces de los costosos sistemas de alimentación. El travesaño donde se apoya la nuez divide en dos a la boca de admisión de la trituradora, lo cual divide le flujo del material cuando se descarga desde el camión (mayor homogeneneidad). La nuez de la trituradora no gira, sino que tiene un movimiento de cabeceo similar al del badajo de una campana. Esto evita la atricción del material, por lo que en el caso de material abrasivo, se preferirá siempre la trituradora primaria giratoria frente a la de mandíbulas. Las compresiones y aperturas alternativas que provoca este movimiento permite el descenso de los fragmentos y su salida. El consumo de energía varía en función del tamaño del equipo, desde 0,3 a 1,2 CV/h/t. En el mercado se pueden encontrar trituradores giratorios primarios que pueden alcanzar los 7 m de diámetro en la boca de alimentación y tener un peso total de 800 toneladas.

Trituradora giratoria 2

Por otra parte, existen machacadoras giratorias secundarias, situadas tras la machacadora de mandíbulas o giratoria primaria. Su uso es como primarios en el caso de graveras o secundarios en canteras. Se caracterizan por tener una boca de alimentación menor, una cámara de trituración más tendida, obtiene un producto más pequeño, su tamaño de admisión está entre 400 y 700 mm, su razón de reducción entre 5 y 10 y además, presentan una mayor velocidad de giro (250 r.p.m.).

Os paso un Polimedia donde se explica el funcionamiento básico de este tipo de trituradoras:

Dejo a continuación un vídeo donde se muestra la alimentación de esta trituradora y su funcionamiento:

Referencias:

FUEYO, L. (1999). Equipos de trituración, molienda y clasificación: tecnología, diseño y aplicación. Editorial Rocas y Minerales. 1ª edición. Fueyo Editores. Madrid, 371 pp. ISBN: 84-923128-2-3.

LÓPEZ JIMENO, C. (1998). Manual de áridos. 3ª edición. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 607 pp. ISBN: 84-605-1266-5.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2005). Temas de procedimientos de construcción. Extracción y tratamiento de áridos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2005.165. Valencia.

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.

Propiedades granulométricas de los áridos

Se denomina clasificación granulométrica o granulometría, a la medición y graduación que se lleva a cabo de los granos de material. Teniendo en cuenta el peso total y los pesos retenidos, se procede a realizar la curva granulométrica, con los valores de porcentaje retenido que cada diámetro ha obtenido. Esta curva permite visualizar la tendencia homogénea o heterogénea que tienen los tamaños de grano (diámetros) de las partículas. Se representa gráficamente en un papel denominado “log-normal” por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural.

Curva granulométrica de un suelo areno-limoso, representado en un papel “log-normal”. (Distribución acumulada). Wikipedia

 

 

Clasificación de los suelos usada en diferentes países. Wikipedia

 

Para entender mejor las propiedades granulométricas de los áridos, os paso un vídeo explicativo, que espero os sea de utilidad.

Requerimientos en la ejecución de los barrenos

Perforacion barrenosLa perforación realizada en una voladura, consiste en la operación de llevar a cabo varias penetraciones cilíndricas en la superficie del macizo a volar, llamadas barrenos que tendrán una distribución y un ángulo de inclinación diseñados con el fin de producir el arranque, fragmentación y desplazamiento de parte del macizo rocoso. Estos barrenos alojarán las cargas explosivas que se detonarán con una secuencia de disparo diseñada para obtener un tamaño de piedra medio o fragmentación óptimos con mínimas proyecciones y vibraciones.

La correcta ejecución de los barrenos, sea cual sea el sistema de perforación empleado, se caracteriza fundamentalmente por los siguientes factores:

  • El diámetro del barreno
  • La longitud o profundidad del barreno
  • La desviación de la perforación
  • La estabilidad del barreno

 

 

El diámetro del barreno

barrenoEl diámetro del taladro necesario en una voladura constituye un factor clave a la hora de obtener el coste económico más favorable en el conjunto de operaciones de arranque de la roca. Se determina este valor en función de los equipos de perforación disponibles y de los explosivos a utilizar. Este parámetro se debe combinar con un esquema geométrico de los barrenos que permita una fragmentación adecuada del material para su carga, transporte y posible trituración.

Por tanto el diámetro de perforación idóneo depende de los siguientes factores:

  • Características del macizo rocoso
  • Grado de fragmentación requerido
  • Altura de banco y configuración de las cargas
  • Economía del proceso de perforación y voladura
  • Dimensiones del equipo de carga y transporte

 

Profundidad del barreno

La longitud del barreno se encuentra directamente relacionada con el diseño previsto para la excavación, ya sea a cielo abierto o subterránea. A mayor profundidad de barreno, mayor tamaño del equipo de perforación (perforadora, carro, compresor y barras). Además, hay que tener en cuenta que cuando las longitudes del barreno son muy grandes, pueden presentarse problemas de desviación de los barrenos que afectarán a la fragmentación de la roca y que aumentarán el riesgo de generar fuertes vibraciones, proyecciones y sobreexcavaciones.

Desviación de la perforación

Que los barrenos se encuentren correctamente alineados y rectos es una condición necesaria para que la voladura se desarrolle según lo previsto. Para ello se debe minimizar la desviación de los taladros utilizando barras de perforación rígidas. Además, son necesarios otros factores básicos: la precisión del emboquillado, la fuerza de avance, la compatibilidad entre la barra y la boca y los diversos dispositivos de guía. Como se ha visto en el punto anterior, la desviación aumenta con la longitud de la perforación.

Los factores que causan las desviaciones de los barrenos se pueden clasificar en los siguientes:

  • Propiedades estructurales de la roca: planos de esquistosidad, diaclasas, cambios de litología, etc.
  • Diámetro de perforación: si es demasiado grande en relación con el varillaje, se producirán desviaciones por la falta de resistencia de la sarta al pandeo y se desgastará antes.
  • Errores de alineación y emboquille: es frecuente valores de más de 10 cm o de una distancia igual a la magnitud del diámetro de perforación.

 

Estabilidad del barreno

Las paredes de la perforación deben permanecer sin derrumbes ni desprendimientos locales hasta que se produzca la operación de carga del explosivo. La estabilidad dependerá de la geología de la roca y de la existencia de agua en el macizo. Si se seleccionan correctamente los útiles de perforación, se podrá garantizar una mejora de la estabilización de los barrenos.

A continuación os paso un Polimedia donde se explican estos conceptos.

Referencias:

  • DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
  • INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
  • MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
  • UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.

 

Fabricación del cemento

El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada hormigón.

Las fases para su fabricación son las siguientes:

  1. Fragmentado y molido. En esta primera fase, la piedra calcárea y la arcilla se fragmentan y se muelen hasta quedar reducidas a polvo.
  2. Dosificación y mezcla. En una gran cuba o cisterna se mezclan las cantidades exactas de cada material y se amasan hasta obtener la textura adecuada.
  3. Cocción. Se efectúa en un horno giratorio en forma de cilindro de hasta 100 m de largo. El material recorre lentamente el tubo y se cuece a una temperatura de 1.300 a 1.500 °C. De él sale en forma de pequeñas bolas; es lo que se llama clínker.
  4. Molido del clínker. El clínker que hemos obtenido se muele hasta que se convierte en un polvo finísimo, que recibe el nombre de cemento.
  5. Almacenamiento y empaquetamiento. El cemento se almacena en silos. Después se empaqueta en sacos de 50 kg, listo para su comercialización y para ser utilizado.
Esquema del proceso de fabricación del cemento Portland, mostrando los posibles puntos de control de calidad, en los cuales el productor extrae muestras.

Sin embargo, para entender mejor este proceso, dejo unos cuantos vídeos explicativos que espero resulten de vuestro interés.

 

Trituradora de cono

Los trituradores de cono pueden considerarse una modificación de una trituradora giratoria, presentan un esquema similar de funcionamiento, si bien se utilizan sólo para la trituración secundaria o terciaria.

Los conos secundarios dan unas granulometrías entre 150 y 40 mm, utilizándose como primarios en graveras y secundarios en canteras. Los conos terciarios dan granulometrías entre 40 y 10-12 mm, siendo los gravilladores por excelencia y dando productos con coeficientes de forma excelentes. Los trituradores de cono ultrafinos se usan cuando se necesitan grandes cantidades de arena o finos y sus granulometrías suelen estar entre los 20 y 5 mm. Estas máquinas permiten unas buenas relaciones de reducción, de 6 a 8 en la trituración secundaria clásica y de 2 a 3 en las moliendas gruesas, con una forma de grano adecuada muchas veces en cuanto a su forma no lajosa. Continue reading “Trituradora de cono”

¿Qué son los áridos?

http://www.traysho.es/servicios/distribucion-de-aridos-para-construccion/

Se denomina árido al material granulado que se utiliza como materia prima en la construcción, principalmente. El árido se diferencia de otros materiales por su estabilidad química y su resistencia mecánica, y se caracteriza por su tamaño. Según su origen el árido puede ser naturalartificial o reciclado.

Si queréis ampliar información al respecto, os dejo el siguiente post sobre producción de áridos. También os aconsejo visitar la página web de la Asociación Nacional de Empresarios Fabricantes de Áridos (ANEFA) para obtener información adicional.

Veamos un vídeo de Canal Sur 2 donde nos cuentan qué son los áridos, para qué sirven y su importancia en la economía andaluza.

También podemos ver el siguiente vídeo, producido por ANEFA y Holcim, grabado en la Gravera El Puente. Explica de manera humorística el proceso de extracción de los áridos, sus usos y la restauración del Medio Ambiente. Espero que os guste.

Para nostálgicos. Examen parcial de 1986 de instalación de áridos

IMG_20121106_094440Cuando como profesor te planteas poner un examen a tus alumnos siempre te preguntas si el nivel de la asignatura va mejorando con el tiempo. Por eso resulta agradable recordar con nostalgia aquellos exámenes que hacíamos en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Valencia. En este caso, no me resisto a poner el examen que tuve que hacer yo como alumno en el año 1986 en la asignatura de Procedimientos de Construcción. El profesor que teníamos era D. Hermelando Corbí Abad, de entrañable recuerdo. He tenido que volver a mecanografiarlo puesto que el original es una vieja fotocopia a la que me temo le quedan pocos años de vida. El nivel creo que, en este caso, se mantiene. Nuestros alumnos siguen haciendo este tipo de problemas en sus exámenes. ¿Sería capaz de hacerlo cualquiera de los profesionales actuales? Espero que os guste.

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