La durabilidad de las estructuras de acero depende de factores como la calidad del material, el diseño estructural, las medidas de protección contra la corrosión y el mantenimiento planificado. Una estrategia efectiva en cada una de estas áreas permite alcanzar la vida útil deseada, minimizar el deterioro y reducir la necesidad de intervenciones costosas.
Factores que afectan a la durabilidad del acero
La exposición ambiental es una de las principales causas del deterioro del acero estructural. La agresividad del medio se clasifica en diferentes niveles, desde ambientes de corrosividad muy baja (C1) hasta ambientes de corrosividad muy alta (C5). En zonas con alta humedad, presencia de iones cloruro, exposición constante a la lluvia o a contaminantes industriales con alto contenido en SO₃, la velocidad de corrosión aumenta, por lo que es necesario adoptar medidas adicionales para proteger la estructura.
Las uniones estructurales pueden constituir puntos de alta vulnerabilidad si no se diseñan y ejecutan adecuadamente. Las soldaduras deben estar libres de fisuras, cráteres y proyecciones, ya que estas imperfecciones dificultan la adherencia de los sistemas de protección superficial. En uniones atornilladas, los pernos, las tuercas y las arandelas deben tener la misma durabilidad que el resto de la estructura para evitar deterioros diferenciales y la formación de pares galvánicos entre metales de diferente potencial electroquímico.
Diseño estructural y estrategias para mejorar la durabilidad
El diseño debe evitar configuraciones que favorezcan la acumulación de agua o suciedad, ya que estas condiciones pueden acelerar la corrosión. Para ello, se recomienda evitar superficies horizontales expuestas y secciones abiertas en la parte superior de los elementos estructurales, ya que pueden retener humedad. Además, las cavidades y huecos deben eliminarse o diseñarse de manera que permitan un drenaje eficiente. En el caso de elementos con interiores accesibles, deben incorporarse sistemas adecuados de ventilación y drenaje, mientras que los interiores inaccesibles deben sellarse completamente mediante soldaduras continuas para evitar la entrada de humedad.
Las uniones estructurales deben recibir especial atención en lo que a protección se refiere. En elementos soldados, se recomienda que la intersección entre refuerzos y elementos principales sea continua para permitir la correcta aplicación de recubrimientos. En el caso de entallas en almas o refuerzos, se deben disponer radios mínimos de 50 mm para facilitar la aplicación de los sistemas de protección.
Selección de materiales y protección contra la corrosión
En entornos agresivos, se pueden emplear aceros con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica, aceros inoxidables o aceros galvanizados en caliente. En el caso de los aceros resistentes a la corrosión atmosférica, su uso sin recubrimiento de pintura está limitado a ambientes que no presenten una exposición significativa a iones cloruro. En estos casos, el espesor nominal de los elementos expuestos al ambiente exterior debe incrementarse en 1 mm. Para superficies interiores de secciones cerradas e inaccesibles se requiere la aplicación de un sistema de protección adecuado o un sobreespesor adicional.
La protección superficial es uno de los métodos más utilizados para garantizar la durabilidad de los elementos de acero. Al seleccionar el sistema de protección, se debe tener en cuenta el grado de preparación de la superficie, el tipo de imprimación, el número y el espesor de las capas de recubrimiento y la frecuencia de reposición durante la vida útil de la estructura. En función de la agresividad ambiental, los espesores de recubrimiento y la durabilidad del sistema deben ajustarse para proporcionar la protección requerida.
En algunas condiciones, el sobreespesor puede utilizarse como alternativa a los recubrimientos superficiales. Para ambientes de corrosividad alta (C4) o muy alta (C5), se recomienda un sobreespesor de 1,5 mm por cada 30 años de vida útil prevista, mientras que en ambientes de corrosividad media (C3) este valor se reduce a 1 mm. En ambientes de baja corrosividad (C2), el sobreespesor mínimo es de 0,5 mm, y en ambientes de corrosividad muy baja (C1) no es necesario aumentar el espesor. En elementos inaccesibles de puentes metálicos, el espesor total de las secciones cerradas no debe ser inferior a 8 mm.
La protección catódica es otra opción para reducir la corrosión en estructuras de acero, especialmente en entornos con exposición prolongada a la humedad o ambientes marinos. Este sistema requiere un diseño detallado y un plan de mantenimiento que garantice su efectividad a largo plazo. El proyecto debe justificar técnicamente la aplicación de la protección catódica y definir los procedimientos de instalación y seguimiento conforme a la norma UNE-EN ISO 12499.
Mantenimiento y conservación
El mantenimiento de las estructuras de acero es una parte esencial de la estrategia de durabilidad. Los sistemas de protección superficial deben reemplazarse periódicamente, ya que su vida útil suele ser inferior a la de la estructura. Para facilitar estas intervenciones, es necesario que las estructuras cuenten con accesos adecuados a las zonas cerradas. En los cajones metálicos, por ejemplo, las aberturas deben ser lo suficientemente amplias para permitir el paso de personal y equipos de mantenimiento. Se recomienda que las dimensiones mínimas sean de 500 x 700 mm en accesos rectangulares u ovales y de 600 mm de diámetro en accesos circulares.
Conclusión
La durabilidad de los elementos de acero en estructuras civiles depende de una combinación de factores, como el diseño estructural, la selección de materiales, la aplicación de sistemas de protección adecuados y un mantenimiento planificado. La implementación de estrategias de prevención permite garantizar el buen funcionamiento de la estructura a lo largo de su vida útil, reducir la necesidad de intervenciones correctivas y asegurar su seguridad y funcionalidad en diferentes condiciones de exposición.
A continuación, podéis ver algunos vídeos al respecto.
Os dejo a continuación el capítulo 19 del Código Estructural para que lo consultéis.
El diseño estructural de infraestructuras, como edificios y puentes, se basa en códigos que establecen los criterios necesarios para garantizar su resistencia a diversas condiciones climáticas y ambientales. Estos códigos se actualizan periódicamente para reflejar los avances científicos y tecnológicos. Sin embargo, el cambio climático plantea un desafío disruptivo, ya que altera las condiciones climáticas de manera impredecible, lo que cuestiona la suposición de que las cargas climáticas son estacionarias.
En estas líneas se aborda cómo la transición del diseño estructural basado en estados límites ha influido en la forma en que se tienen en cuenta las variables climáticas. También aborda las dificultades que surgen al integrar el cambio climático en los modelos de riesgo estructural y analiza la necesidad de ajustar los métodos de estimación y diseño para tener en cuenta la creciente incertidumbre sobre el futuro climático.
Estas reflexiones se enmarcan dentro del proyecto RESILIFE, que actualmente desarrollo como investigador principal, y se han basado en algunas ideas desarrolladas en el trabajo reciente de Ellingwood et al. (2024).
Los códigos estructurales establecen los criterios necesarios para diseñar edificios, puentes y otras infraestructuras capaces de resistir las demandas de uso y los eventos ambientales o climáticos, como la nieve, el hielo, las lluvias, las tormentas de viento e inundaciones fluviales y costeras. Para garantizar que reflejen los últimos avances en ciencia e ingeniería, estos códigos se actualizan periódicamente, generalmente cada 5 o 10 años.
En las últimas cuatro décadas, los códigos estructurales de todo el mundo, como el “Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures (ASCE 7-22)”, las “LRFD Bridge Design Specifications (AASHTO)”, el “International Building Code“, el “National Building Code of Canada” y los Eurocódigos, han adoptado los principios del diseño basado en estados límite. Durante este tiempo, los ingenieros estructurales y la normativa han reconocido la importancia de las herramientas de análisis de fiabilidad estructural y gestión del riesgo para modelar las incertidumbres asociadas a las cargas estructurales y la respuesta de las estructuras, y así garantizar un rendimiento adecuado en servicio (García-Segura et al., 2017). Con la transición del diseño basado en tensiones admisibles al diseño por estados límite, los criterios para las cargas climáticas han evolucionado gradualmente. Hasta ahora, estos criterios, basados en registros climáticos históricos y en evaluaciones de fiabilidad estructural, han tratado las cargas operativas y climáticas como estacionarias, asumiendo que el pasado es representativo del futuro.
El cambio climático plantea un desafío disruptivo y significativo para la evolución gradual de los códigos basados en el riesgo, así como para las prácticas de diseño estructural (ASCE, 2015a, 2018). La suposición de estacionariedad en el análisis de riesgos naturales deja de ser válida al tener en cuenta los efectos del cambio climático. Además, las incertidumbres asociadas a las proyecciones climáticas para el resto del siglo XXI son considerables, especialmente en lo que respecta a las cargas de viento, hielo y nieve (Tye et al., 2021). Las condiciones climáticas más agresivas podrían acelerar el deterioro estructural en ciertos casos, así como aumentar la intensidad y duración de los peligros. El cambio climático también ha suscitado controversia desde el punto de vista económico y político. Lograr consenso en los comités encargados de los códigos sobre el impacto del cambio climático en las infraestructuras requerirá una gestión técnica eficaz y una separación clara entre los aspectos políticos, como las causas del cambio climático, y los aspectos técnicos, como su impacto en las estructuras. Asimismo, podría haber oposición pública ante los costes adicionales que conlleven las modificaciones en los códigos climáticos. No obstante, ignorar los efectos del cambio climático en el comportamiento a largo plazo de las estructuras e infraestructuras podría incrementar el riesgo de daños y fallos, aumentar los costes de diseño, construcción y mantenimiento, agravar problemas de salud y seguridad públicas, interrumpir servicios esenciales y generar impactos socioeconómicos y ambientales negativos a nivel nacional.
Es fundamental abordar varias preguntas clave para considerar las exigencias del cambio climático en el desarrollo de los códigos estructurales. Entre ellas se encuentran (Ellingwood et al., 2024) :
¿Cómo se debe modelar la no estacionariedad en la ocurrencia e intensidad de los eventos climáticos extremos provocados por el cambio climático?
¿Cómo se deben integrar estas incertidumbres en un análisis de fiabilidad estructural dependiente del tiempo, con el fin de estimar el comportamiento futuro y demostrar el cumplimiento de los objetivos de rendimiento expresados en términos de fiabilidad?
¿Cómo se puede convencer a los ingenieros estructurales y al público en general de la necesidad de aceptar estos cambios en interés nacional (Cooke, 2015), incluso si en algunos casos los costes de los sistemas de infraestructura aumentan?
Problemas y desafíos en el análisis de datos climáticos para el diseño estructural
Las variables climáticas empleadas en los códigos estructurales se basan principalmente en datos históricos. Los vientos extratropicales, la nieve, la temperatura y las precipitaciones se analizan exclusivamente a partir de estos datos. En el caso de los huracanes, se integran datos históricos en un marco que modela su génesis en la cuenca del Atlántico Norte, su desarrollo hasta convertirse en huracanes plenamente formados que impactan en infraestructuras costeras y su disipación tras tocar tierra. Estos análisis suponen que las variables climáticas pueden evaluarse como si fueran estacionarias, es decir, que el pasado es representativo del futuro y que sus intensidades pueden determinarse en función de sus periodos de retorno. Los datos se han recopilado para fines distintos al diseño de edificaciones, como la aviación comercial, la hidrología local, la gestión de recursos hídricos y la agricultura, y generalmente abarcan menos de 100 años.
La mayoría de las variables climáticas incluidas en los códigos se suelen determinar ajustando el parámetro extremo anual a una distribución de probabilidad. Entre las distribuciones más comunes utilizadas para este propósito se encuentran la distribución Tipo I de valores máximos y la distribución generalizada de valores extremos. El periodo de retorno o intervalo medio de recurrencia de una carga se calcula como el recíproco de la probabilidad anual de que dicha carga se supere. El error de muestreo en la estimación de los eventos base de diseño en una secuencia estacionaria para periodos de retorno superiores a 100 años puede ser considerable. Sin embargo, las estimaciones de las medias de las muestras suelen ser razonablemente estables cuando se actualizan en intervalos típicos de 10 años con datos climáticos adicionales.
La suposición de estacionariedad en los datos no puede justificarse en un contexto de cambio climático (Pandey y Lounis, 2023), y el concepto de un evento asociado a un periodo de retorno específico no es aplicable en sentido estricto. El aumento (o disminución) de las variables climáticas, junto con la creciente incertidumbre en los modelos de predicción climática, especialmente a partir del año 2060, afectará a la forma de analizar y especificar los datos para fines de diseño estructural. Quizás lo más relevante sea el impacto que tendrá sobre la forma en que se comunicarán los peligros de diseño a la comunidad profesional de la ingeniería y a sus clientes (Cooke, 2015). Ellingwood et al. (2024) recuerdan claramente la confusión generada por el concepto de periodo de retorno cuando se introdujo a finales de la década de 1960. El periodo de retorno se concibió como una herramienta para reconocer que el parámetro de carga es aleatorio y para definir indirectamente la probabilidad anual de que se supere su intensidad de diseño, sin necesidad de recurrir a probabilidades pequeñas que no eran habituales entre los ingenieros estructurales de esa época. Esto podría explicar por qué algunos investigadores climáticos han intentado presentar sus estimaciones de parámetros utilizando el concepto de periodo de retorno (Ribereau et al., 2008; Salas y Obeysekera, 2014). Este problema requiere una reflexión cuidadosa al tratar con un clima cambiante, donde las probabilidades anuales no son constantes a lo largo de la vida útil de una estructura.
El crecimiento proyectado de las variables climáticas y sus incertidumbres más allá del año 2060 indica que será necesario desarrollar métodos para gestionar la incertidumbre epistémica -se refiere a la incertidumbre del modelo- en la estimación de parámetros, un aspecto que no se había tenido en cuenta previamente al estimar las variables climáticas para desarrollar códigos estructurales. Aunque la precisión de las técnicas generales de pronóstico climático ha mejorado gracias a la recopilación continua de datos, los modelos climáticos actuales son más capaces de predecir el impacto del cambio climático sobre la temperatura y las precipitaciones que sobre fenómenos como inundaciones, nevadas y vientos. Esto resulta problemático a la hora de considerar los niveles de probabilidad apropiados para el análisis de seguridad estructural.
Las futuras investigaciones podrían centrarse en el desarrollo de modelos más precisos para cargas climáticas específicas, como ciclones tropicales o sequías prolongadas, que aún presentan elevadas incertidumbres en sus proyecciones. Además, sería valioso explorar la aplicación de estos principios a sistemas de infraestructura emergentes, como redes de energía renovable o tecnologías de transporte resilientes. Por último, se sugiere investigar métodos para integrar datos climáticos en tiempo real en el diseño y seguimiento de infraestructuras, fomentando un enfoque dinámico y adaptable al cambio climático.
En resumen, los códigos estructurales establecen los criterios necesarios para diseñar infraestructuras capaces de resistir eventos climáticos como tormentas, nieve e inundaciones, y se actualizan periódicamente para reflejar los avances científicos y tecnológicos. Sin embargo, el cambio climático plantea un reto significativo, ya que altera las condiciones climáticas de manera impredecible, lo que hace que la suposición de estacionariedad que hasta ahora ha guiado el diseño estructural sea obsoleta. Este artículo explora cómo los códigos estructurales han evolucionado hacia un diseño basado en estados límite y la necesidad urgente de ajustar los métodos de análisis de riesgos ante la creciente incertidumbre climática. Además, se analizan los problemas derivados del uso exclusivo de datos históricos para modelar cargas climáticas y las dificultades que plantea el cambio climático a la hora de predecir eventos extremos. Finalmente, se destaca la necesidad de desarrollar nuevos modelos y enfoques analíticos que garanticen la seguridad de las infraestructuras en un entorno climático en constante cambio.
Os dejo un mapa conceptual sobre las reflexiones anteriores.
Referencias:
ASCE (2015). Adapting infrastructure and civil engineering practice to a changing climate. Committee on Adaptation to a Changing Climate. American Society of Civil Engineers.
ASCE (2018). Climate-resilient infrastructure: Adaptive design and risk management. Reston, VA: Committee on Adaptation to a Changing Climate. American Society of Civil Engineers.
Cooke, R. M. (2015). Messaging climate change uncertainty. Nature Climate Change, 5(1), 8-10.
Ellingwood, B. R., Bocchini, P., Lounis, Z., Ghosn, M., Liu, M., Yang, D., Capacci, L., Diniz, S., Lin, N., Tsiatas, G., Biondini, F., de Lindt, J., Frangopol, D.M., Akiyama, M., Li, Y., Barbato, M., Hong, H., McAllister, T., Tsampras, G. & Vahedifard, F. (2024). Impact of Climate Change on Infrastructure Performance. In Effects of Climate Change on Life-Cycle Performance of Structures and Infrastructure Systems: Safety, Reliability, and Risk (pp. 115-206). Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
García-Segura, T., Yepes, V., Frangopol, D. M., & Yang, D. Y. (2017). Lifetime reliability-based optimization of post-tensioned box-girder bridges. Engineering Structures, 145, 381-391.
Pandey, M. D., & Lounis, Z. (2023). Stochastic modelling of non-stationary environmental loads for reliability analysis under the changing climate. Structural Safety, 103, 102348.
Ribereau, P., Guillou, A., & Naveau, P. (2008). Estimating return levels from maxima of non-stationary random sequences using the Generalized PWM method. Nonlinear Processes in Geophysics, 15(6), 1033-1039.
Salas, J. D., & Obeysekera, J. (2014). Revisiting the concepts of return period and risk for nonstationary hydrologic extreme events. Journal of hydrologic engineering, 19(3), 554-568.
Tye, M. R., & Giovannettone, J. P. (2021, October). Impacts of future weather and climate extremes on United States infrastructure: Assessing and prioritizing adaptation actions. Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
El documento, titulado «Guía para las especificaciones técnicas del hormigón», forma parte de la serie de guías Eurocódigos, elaborada por el Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana de España. Su propósito es proporcionar un marco de referencia que facilite la aplicación de los Eurocódigos en el diseño y ejecución de obras de construcción, prestando especial atención al hormigón. A lo largo del texto se abordan aspectos técnicos relacionados con la especificación del hormigón, con el objetivo de garantizar el cumplimiento de las normativas europeas y de las exigencias del Código Estructural español.
La guía se enmarca en un contexto normativo que ha experimentado una notable transformación desde la implementación de los Eurocódigos en la década de 1980. Se destaca la importancia de estas normativas para armonizar los criterios de diseño y ejecución en el ámbito de la construcción en Europa. La guía se presenta como un recurso esencial para los profesionales del sector, ya que proporciona directrices claras y concisas sobre cómo especificar el hormigón de acuerdo con la normativa vigente.
Desarrollo de los aspectos más relevantes
La guía se organiza en varios capítulos que abordan desde la introducción a los Eurocódigos hasta la definición de especificaciones técnicas del hormigón. En el primer capítulo se establece el contexto y la importancia de la normativa europea en el ámbito de la construcción, y se destaca la evolución de los Eurocódigos desde su creación hasta su aplicación en proyectos de infraestructura en España. Se menciona que la serie de guías Eurocódigos se inició en 2018 con el objetivo de profundizar en el conocimiento de estas normativas en la comunidad técnica española y facilitar su aplicación en proyectos de la Dirección General de Carreteras.
Uno de los aspectos más relevantes es la definición de los requisitos básicos para especificar el hormigón, que incluyen la clase de resistencia a compresión, la clase de exposición y el tamaño máximo del árido. Estos requisitos son esenciales para garantizar que el hormigón utilizado en las obras cumpla con las propiedades mecánicas y de durabilidad necesarias para su correcto funcionamiento en las condiciones ambientales previstas. La guía detalla cómo se deben designar los hormigones y cómo se debe elaborar el cuadro de especificaciones técnicas para garantizar el cumplimiento de las normativas.
La guía también aborda la equivalencia entre las especificaciones del hormigón según los Eurocódigos y el Código Estructural, y proporciona un marco claro para interpretar y aplicar ambas normativas. Este enfoque permite a los profesionales del sector entender cómo se relacionan los requisitos de cada norma y cómo se pueden aplicar en la práctica. Se hace hincapié en la necesidad de resolver la compatibilidad entre las normas europeas de producto, ejecución y control, y el Código Estructural, motivo por el cual se ha elaborado esta guía.
Además, se incluyen recomendaciones sobre el control de calidad y la ejecución del hormigón, haciendo hincapié en la importancia de establecer niveles de control adecuados durante la producción y colocación del material. La guía sugiere que el control de conformidad de la resistencia del hormigón se realice mediante métodos estadísticos, lo que permite evaluar con mayor precisión la calidad del material utilizado en las obras. Se menciona que el control de conformidad debe incluir la verificación de la resistencia, durabilidad y otras características exigidas en el pliego de prescripciones técnicas particulares.
Otro aspecto destacado es la clasificación del hormigón en función de su tipo y función estructural. La guía establece que es conveniente incluir una distinción en función del uso previsto del hormigón, diferenciando entre hormigón en masa, hormigón armado, hormigón pretensado y hormigón no estructural. Esta clasificación permite prever las características del material definidas en la especificación, lo que es esencial para garantizar la calidad y durabilidad del hormigón en las obras.
La guía también proporciona un análisis detallado de los requisitos adicionales que pueden incluirse en la especificación del hormigón, como el tipo de cemento, la temperatura del hormigón fresco y las características exigidas para resistir daños por ciclos de hielo-deshielo. Estos requisitos adicionales son importantes para garantizar que el hormigón se adapte a las condiciones específicas del entorno en el que se utilizará, lo que contribuirá a su durabilidad y rendimiento a largo plazo.
Recomendaciones prácticas
Para aplicar correctamente las especificaciones técnicas del hormigón, se recomienda que los estudiantes y los profesionales del sector se familiaricen con los Eurocódigos, el Código Estructural y la guía en cuestión. Se recomienda realizar capacitaciones periódicas sobre las normativas vigentes, ya que esto contribuirá a una mejor comprensión de los requisitos y a su correcta implementación en proyectos de construcción.
Asimismo, se sugiere establecer protocolos claros para el control de calidad del hormigón que incluyan la realización de ensayos de resistencia y durabilidad en diferentes etapas del proceso de producción y colocación. La documentación de estos ensayos debe ser rigurosa y accesible para facilitar la trazabilidad del material utilizado en las obras.
Es fundamental fomentar la colaboración entre todos los actores involucrados en el proceso constructivo, desde los diseñadores hasta los ejecutores, para garantizar que todos comprendan y apliquen adecuadamente las especificaciones técnicas del hormigón. La comunicación efectiva entre los equipos de trabajo puede ayudar a prevenir errores y garantizar el cumplimiento de los estándares de calidad establecidos.
Conclusión
La guía de especificaciones técnicas del hormigón proporciona un marco detallado y estructurado que facilita la aplicación de normativas europeas en el ámbito de la construcción en España. Su contenido técnico y práctico resulta muy útil para el alumnado y los profesionales del sector, ya que facilita la comprensión de los requisitos necesarios para garantizar la calidad y durabilidad del hormigón en las obras. La aplicación de las recomendaciones propuestas mejorará la práctica constructiva y garantizará el cumplimiento de las normativas vigentes.
A continuación, os paso la guía completa. Espero que os sea útil.
La construcción de estructuras de hormigón conlleva procesos técnicos complejos que requieren una planificación rigurosa y una ejecución meticulosa. Entre estos procesos, destacan la activación de la fuerza de pretensado y la inyección de armaduras, que son esenciales para mejorar el rendimiento estructural y la durabilidad. Este artículo aborda estos procedimientos, detallando principios teóricos, parámetros técnicos y normativas aplicables.
Tesado de armaduras activas
Armadura pasiva y vainas para el acero de postesado durante la construcción de un puente de sección cajón. De Störfix – Fotografía propia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=297005
El tesado de armaduras activas es el proceso mediante el cual se aplica una fuerza de pretensado al acero de refuerzo dentro del hormigón. Esto aumenta la capacidad de carga, reduce las deformaciones y mejora la durabilidad de la estructura.
El proceso de tesado se basa en el principio de crear fuerzas internas en el acero que compensen las tensiones externas esperadas durante la vida útil de la estructura. Al aplicar una fuerza controlada, el acero se somete a tracción y el hormigón queda en compresión, lo que mejora el comportamiento global del elemento estructural.
La operación de tesado deberá realizarse según un plan previamente establecido, teniendo en cuenta las recomendaciones del fabricante del sistema utilizado. Se deberá asegurar que el gato esté perpendicular y centrado sobre el anclaje y que la operación la lleve a cabo personal cualificado. El tesado debe realizarse de manera lenta y progresiva. Si se lleva a cabo en condiciones de bajas temperaturas, deberán tomarse precauciones especiales.
Si se rompe un elemento de la armadura, se podrá alcanzar la fuerza total de pretensado necesaria aumentando la tensión en los elementos restantes, sin exceder el 5 % del valor previsto inicialmente. En caso de que se pierda totalmente la fuerza de pretensado debido a la rotura de elementos irreemplazables de la armadura, la pérdida no podrá superar el 2 % de la fuerza de pretensado prevista en el proyecto.
La temperatura ambiente es un factor crítico. Debe evitarse el tesado a temperaturas inferiores a 5 °C, salvo que se implementen medidas específicas para compensar los efectos del frío, como el uso de equipos de calefacción en el área de trabajo. Además, el acero utilizado debe cumplir con normas internacionales como la EN 10080, que garantizan su calidad y resistencia.
La seguridad durante el tesado es un aspecto prioritario. Las medidas de seguridad incluyen protecciones detrás de los gatos y se prohibirá el paso entre dichas protecciones y el gato durante el izado. En las pretesas, es esencial colocar señales visibles que indiquen la carga máxima permitida para la que han sido proyectados los estribos de anclaje y delimitar las zonas de acceso restringido. Además, para evitar que las armaduras salten si se rompen durante el tesado, se deben utilizar placas horadadas, cubriéndolas o envolviéndolas. El tesado no se iniciará sin la autorización de la dirección de obra, que comprobará la idoneidad del programa de tesado y la resistencia del hormigón. Todo el proceso debe estar supervisado por personal técnico cualificado.
Armaduras pretesas
Hormigón pretensado en forma de viguetas. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/
Las armaduras pretesas se tensan antes del vertido del hormigón para garantizar que la fuerza se transfiera a la matriz del hormigón durante el fraguado. Este método se utiliza principalmente en la fabricación de elementos prefabricados, como vigas, losas y pilares.
El proceso de pretensado consiste en fijar los extremos de las armaduras en dispositivos de anclaje y aplicarles una fuerza controlada antes de verter el hormigón. Una vez que el hormigón alcanza la resistencia requerida, se libera la tensión de manera gradual, lo que permite que el hormigón absorba el esfuerzo de pretensado.
El programa de tesado deberá especificar el orden de tesado de las armaduras y, en su caso, las sucesivas etapas parciales de pretensado. También se deberá indicar la presión o fuerza que no debe sobrepasarse en los gatos, el valor de la carga de tesado en los anclajes y los alargamientos que deben obtenerse, teniendo en cuenta los movimientos originados por la penetración de la cuña. Además, se debe detallar el modo y la secuencia que deberá seguirse para liberar los tendones, así como la resistencia requerida al hormigón en el momento de la transferencia.
La adherencia de las armaduras activas al hormigón depende de la longitud de transmisión, que es necesaria para transferir al hormigón por adherencia la fuerza de pretensado introducida en las armaduras, y de la longitud de anclaje, que garantiza la resistencia del anclaje por adherencia hasta la rotura del acero. Estos factores dependen principalmente de tres elementos: el diámetro de la armadura, sus características superficiales y la resistencia del hormigón.
El destesado es la operación mediante la cual se transmite el esfuerzo de pretensado de las armaduras pretesas al hormigón, para lo cual se deben soltar de manera lenta, gradual y uniforme, sin sacudidas bruscas y de forma ordenada, con el fin de evitar asimetrías. Antes de iniciar esta operación, se verifica que el hormigón haya alcanzado la resistencia especificada, eliminar obstáculos que impidan el movimiento de las piezas y cortar las puntas de las armaduras que sobresalgan de las testas, si van a quedar expuestas y no embebidas en el hormigón. El destesado prematuro representa un peligro debido a las pérdidas elevadas, mientras que el destesado brusco puede causar esfuerzos anormales, aumentar la longitud de transmisión y anclaje, y aumentar los riesgos de deslizamiento.
Armaduras postesas
Anclajes de hormigón postesado. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/
Las armaduras postesas se tensan una vez fraguado el hormigón, lo que permite mayor flexibilidad en el diseño de estructuras complejas. Se utilizan comúnmente en grandes puentes, viaductos y edificios importantes.
Durante el proceso, los tendones se colocan dentro de vainas que atraviesan el hormigón. Una vez fraguado, se aplican fuerzas de pretensado mediante gatos hidráulicos y se fijan los extremos con cuñas especiales que aseguran la transferencia de cargas a largo plazo.
El programa de tesado deberá especificar expresamente la secuencia detallada de tesado de las armaduras, la presión o fuerza que debe desarrollarse en el gato, los alargamientos esperados y la máxima penetración de cuña, así como el momento de retirada de las cimbras durante el tesado, si procede. También se deberá indicar la resistencia requerida al hormigón antes del tesado, el número, el tipo y la localización de los acopladores, así como la necesidad de protección temporal si el tesado se realiza en etapas sucesivas. El tesado no se iniciará sin la autorización de la dirección de obra, que comprobará la idoneidad del programa de tesado y la resistencia del hormigón. Cada etapa debe ejecutarse en condiciones de control estrictas, registrándose cada operación para su posterior verificación y trazabilidad.
La tensión máxima inicial admisible en las armaduras se limita con el fin de disminuir riesgos como la rotura o la corrosión. El valor máximo de la tensión en las armaduras antes de anclarlas no podrá ser superior al menor de los siguientes valores: el 75 % de la carga unitaria máxima característica o el 90 % del límite elástico característico. De forma temporal, esta tensión podrá aumentarse hasta alcanzar uno de los siguientes valores: el 85 % de la carga unitaria máxima característica o el 95 % del límite elástico característico.
Proceso postesado. Fuente: Catálogo Stronghold
El proceso de tesado consta de varias fases secuenciales cuidadosamente planificadas para garantizar la correcta transferencia de la fuerza de pretensado. En primer lugar, se colocan y alinean los gatos hidráulicos frente a los anclajes, asegurándose de que estén perpendiculares y centrados para evitar desviaciones.
Una vez posicionados, se inicia el proceso de aplicación de fuerza de manera gradual y continua. La presión se incrementa en etapas controladas para evitar tensiones repentinas que puedan causar daños estructurales. Durante esta fase, se realiza un seguimiento constante de la presión y del alargamiento alcanzado en las armaduras.
A medida que el acero se alarga, hay que verificar los anclajes y realizar ajustes si es necesario. El equipo técnico debe registrar cada paso, documentando las presiones aplicadas, los alargamientos medidos y los incidentes que puedan ocurrir durante el proceso.
Una vez alcanzada la fuerza especificada en el proyecto, se fijan definitivamente las armaduras mediante cuñas mecánicas o dispositivos de anclaje hidráulico. De este modo, se asegura que el acero mantenga la tensión aplicada incluso después de retirar los equipos de tesado.
Por último, se llevan a cabo inspecciones visuales y técnicas para confirmar que el proceso de tesado se ha realizado correctamente. Cualquier anomalía detectada debe ser corregida antes de pasar a la siguiente fase de construcción.
El control del tesado implica medir simultáneamente el esfuerzo ejercido por el gato y el alargamiento de la armadura, con una precisión de ±2 % del recorrido total. Se debe garantizar que la fuerza de pretensado se mantenga dentro de un ±5 % del valor de proyecto y que los alargamientos sean de ±15 % para un tendón particular y ±5 % para la suma de todos los valores en la misma sección. Para facilitar el control, se utilizará una tabla de tesado que incluirá los datos del programa, la identificación de los tendones, los resultados del tesado y los incidentes. Los datos recopilados deben documentarse con todo detalle, incluyendo las desviaciones y las correcciones realizadas.
El retesado de armaduras postesas se define como cualquier operación de tesado efectuada sobre un tendón después de su tesado inicial. Este procedimiento solo está justificado si es necesario para uniformar las tensiones de los diferentes tendones de un mismo elemento o si está previsto en el programa el tesado en etapas sucesivas. No se debe realizar un retesado con el único objetivo de disminuir las pérdidas diferidas de tensión, salvo en circunstancias especiales.
Antes de proceder con el retesado, se realiza una evaluación exhaustiva de la estructura para determinar si es necesario. El procedimiento debe ajustarse al programa de tesado original y a las condiciones actuales del proyecto. Las presiones aplicadas durante el retesado deben controlarse cuidadosamente para evitar daños en los elementos estructurales.
Además, es fundamental recalibrar los equipos de tesado antes de iniciar esta operación para garantizar que los valores aplicados sean precisos. Una vez finalizado, deben realizarse nuevas inspecciones y pruebas de carga para verificar la efectividad del proceso.
Inyección de armaduras
La inyección de lechada es fundamental para proteger las armaduras de pretensado contra la corrosión y garantizar su adherencia al hormigón. Este proceso consiste en llenar los conductos que contienen los tendones con una mezcla diseñada para resistir agresiones químicas y ambientales. Debe realizarse lo antes posible después del tesado.
La preparación de la mezcla de inyección es una etapa clave para garantizar el correcto funcionamiento del sistema de pretensado. La lechada es una mezcla cuidadosamente dosificada de cemento, agua y aditivos específicos. La proporción de estos componentes se calcula en función de factores como la temperatura ambiente, el tipo de estructura y las condiciones específicas del lugar de construcción.
El proceso de mezclado debe realizarse con equipos mecánicos especializados que aseguren una mezcla homogénea y libre de grumos. El tiempo de mezclado oscila entre 2 y 4 minutos, aunque puede prolongarse si se utilizan aditivos retardadores en casos en que se prevea un tiempo prolongado antes de la inyección, de mas de 30 minutos.
La relación agua-cemento debe mantenerse dentro de unos márgenes estrictos, generalmente entre 0,4 y 0,5, para garantizar una consistencia coloidal que facilite el flujo de la lechada a través de los conductos. Además, es indispensable realizar pruebas preliminares para verificar la fluidez, la resistencia inicial y la adherencia.
La temperatura de la mezcla no debe exceder los 30 °C para evitar fraguados prematuros. Si se anticipa una demora en el proceso de inyección, se pueden incorporar aditivos estabilizantes que prolonguen la trabajabilidad de la lechada sin afectar a sus propiedades mecánicas.
Finalmente, antes de proceder con la inyección, se debe inspeccionar visual y técnicamente el equipo de mezclado para garantizar su correcto funcionamiento y evitar contaminaciones o errores en la dosificación.
La ejecución de la inyección requiere una planificación detallada que tenga en cuenta las condiciones del proyecto y las especificaciones técnicas establecidas. El programa de inyección debe contener, al menos, las características de la lechada (tiempos), las características del equipo de inyección, la limpieza de los conductos, la secuencia de operaciones y ensayos a realizar, las probetas para los ensayos, el volumen de lechada a preparar y la previsión de incidentes, entre otros aspectos. Se deben utilizar equipos de inyección calibrados para garantizar la aplicación continua y uniforme de la lechada.
La ejecución de la inyección de armaduras postesas requiere comprobar previamente las siguientes condiciones: el equipo de inyección, la bomba de inyección auxiliar, el suministro permanente de agua a presión y aire comprimido, el exceso de materiales para el amasado del producto de inyección, las vainas libres de materiales perjudiciales, los conductos a inyectar preparados e identificados y los ensayos de control de la lechada preparados.
El proceso comienza con la conexión segura del equipo de inyección a los conductos. La inyección debe realizarse bajo las siguientes condiciones: la longitud máxima de inyección no debe superar los 120 m y, en tiempo frío, se debe asegurar de que no haya hielo en los conductos, inyectando agua caliente si es necesario. Queda prohibido efectuar la inyección mediante aire comprimido. La inyección debe ser continua e ininterrumpida, con una velocidad de avance constante entre 5 y 15 m/min, y debe realizarse desde puntos bajos para garantizar un llenado completo y evitar bolsas de aire. El proceso finaliza cuando la lechada comienza a rebosar por los puntos de purga con la misma consistencia que la mezcla inicial. Una vez finalizada la operación, se obstruyen herméticamente los orificios de purga para evitar la entrada de aire o humedad que pueda afectar a la durabilidad de la estructura. La presión de inyección se ajusta cuidadosamente para garantizar una distribución uniforme del material y minimizar el riesgo de rotura de los conductos.
La inspección de la inyección debe incluir la elaboración de un informe para cada inyección, en el que se anoten las características del producto, la temperatura ambiente en el momento de la inyección, el tipo de cemento utilizado, el aditivo incorporado a la mezcla (si corresponde) y su dosificación, la relación agua/cemento elegida, el tipo de mezclador, la duración del mezclado y las probetas fabricadas para controlar las condiciones relativas a los productos de inyección. Estos informes deben archivarse como parte de los registros permanentes de la obra.
La seguridad durante la inyección debe extremarse. El personal involucrado debe recibir capacitación específica en técnicas de inyección y procedimientos de seguridad. Es obligatorio el uso de equipos de protección individual, como guantes, gafas y cascos, especialmente en áreas donde exista riesgo de contacto con productos químicos. Está prohibido que los operarios miren a través de los tubos o rebosaderos.
Durante la inyección, debe establecerse un perímetro de seguridad alrededor de la zona de trabajo para prevenir accidentes. Además, es imprescindible realizar inspecciones visuales y técnicas en tiempo real para detectar posibles fugas, obstrucciones o anomalías en la aplicación.
Por último, una auditoría posterior a la inyección debe verificar que todos los conductos se han llenado correctamente y que las purgas se han realizado según los estándares. Este control garantiza que el sistema de pretensado funcione de manera óptima y se mantenga con el paso del tiempo.
Consideraciones normativas
Las operaciones relacionadas con el pretensado y la inyección deben cumplir estándares técnicos específicos que garanticen la seguridad, durabilidad y funcionalidad de las estructuras construidas. La normativa europea EN 13391 regula los dispositivos de anclaje utilizados en pretensado y especifica los requisitos de diseño, resistencia y métodos de prueba.
El Código Estructural establece pautas detalladas para el diseño y la ejecución de elementos pretensados, incluidos los procedimientos de tesado, inyección y control de calidad. También exige que cada etapa del proceso esté documentada y supervisada por profesionales acreditados.
En proyectos internacionales, normas como la ACI 318 (American Concrete Institute) definen criterios adicionales de cálculo estructural y verificación de materiales. El cumplimiento de estas normativas garantiza la integridad estructural, la capacidad portante y la resistencia a condiciones adversas durante la vida útil de la estructura.
Además, los reglamentos de seguridad laboral exigen que los operarios estén certificados y que se implementen medidas de protección para evitar accidentes. El seguimiento estricto de estas disposiciones permite minimizar riesgos y garantizar el éxito del proyecto desde la fase inicial hasta la finalización.
Conclusión
La activación de la fuerza de pretensado y la inyección en construcciones de hormigón son procesos técnicos esenciales. Si se siguen procedimientos detallados, normas específicas y controles de calidad rigurosos, su correcta aplicación garantiza estructuras seguras y duraderas.
Dejo a continuación unos vídeos que, espero, os resulten interesantes.
Os dejo a continuación una presentación de Luis Cosano, del departamento técnico de Freyssinet, S.A. Espero que os sea de interés.
Figura 1. Central de hormigón preparado. https://www.gerardomartin.com/
En ocasiones, se prefiere adquirir hormigón en una central en lugar de fabricarlo en la obra por varias ventajas económicas y técnicas. En términos económicos, la central de hormigón preparado puede obtener materiales a precios más competitivos gracias a la compra en grandes cantidades, lo que resulta en un coste menor en comparación con el precio que los contratistas tendrían que pagar. Además, es más económico transportar el hormigón ya elaborado que los componentes por separado.
Otra ventaja significativa es la eliminación de la instalación de hormigonado en el lugar de la obra, lo que reduce la necesidad de amortización del equipo, el coste de mantenimiento y el espacio requerido, especialmente en obras con limitaciones de espacio. De este modo, se evita la necesidad de contar con cobertizos para el cemento en sacos o silos para el cemento a granel, así como la instalación de sistemas de agua. Además, se minimizan las pérdidas de materiales, como el cemento, que puede dañarse en sacos o por exceso de dosificación. Se elimina la mano de obra necesaria para la fabricación del hormigón en el lugar y se parte de un precio conocido y preestablecido para el hormigón.
En términos de ventajas técnicas o cualitativas de adquirir hormigón preparado, se destacan la garantía de calidad del producto y la responsabilidad de la central en mantener esos estándares. Asimismo, esto ofrece una mayor comodidad al jefe de obra, quien no necesita supervisar la fabricación del hormigón, lo que simplifica la gestión del proyecto.
Las centrales de venta de hormigón se dividen en dos tipos: centrales con mezcladoras (mixing plant) y centrales de mezcla seca (batching plant). El hormigón se amasa en central y se descarga sobre camión, que se limita a transportarlo. En muchos países, las normas de hormigón requieren que el hormigón vendido se amase previamente en la central.
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. Aquí, el amasado se lleva a cabo en los camiones hormigonera durante el transporte. Estas centrales suelen funcionar sin automatización y tienen una capacidad de producción muy elevada.
Según Tiktin (1998), para establecer una central de venta de hormigón deben cumplirse ciertas condiciones. El volumen de trabajo debe ser lo suficientemente grande como para que la central sea rentable y pueda ofrecer precios más competitivos que los del contratista, especialmente en ciudades con al menos 100 000 habitantes. La ubicación de la central es crucial para reducir los costes de transporte de materiales y no deben existir problemas de tráfico. Además, la calidad del hormigón debe ser superior, garantizando regularidad y precisión en la dosificación. La capacidad de producción debe ser adecuada para cumplir con los plazos de entrega establecidos.
Según el artículo 51.2.1 del Código Estructural, «se denominará hormigón preparado a aquel que se fabrica en una central que está inscrita en el Registro Industrial según el Título 4º de la Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria y el Real Decreto 697/1995, de 28 de abril, por el que se aprueba el Reglamento del Registro de Establecimientos Industriales de ámbito estatal, estando dicha inscripción a disposición del peticionario y de las Administraciones competentes, que cumple con las disposiciones físicas y documentales que contempla la legislación industrial vigente y que, con carácter general, no pertenece a las instalaciones propias de la obra”.
Os dejo un vídeo del funcionamiento de una central de mezcla seca (batching plant).
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.
FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
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.
Figura 1. Hormigón bombeable. https://web1.icpa.org.ar/wp-content/uploads/2021/05/webinar_2021-02_ICPA-HORMIGONES_BOMBEABLES_2021-06-08.pdf
El control de calidad del hormigón bombeable no difiere del de otros tipos de hormigón; sin embargo, en este caso, resulta básico mantener un alto nivel de control para garantizar su uniformidad.
Lograr las propiedades requeridas por el hormigón bombeado como material estructural es el resultado de un proceso que comienza con la fabricación del material en planta y finaliza con la salida del material de la tubería en el punto de colocación y su posterior compactación y curado. Los factores más importantes para que el hormigón sea bombeable son su composición granulométrica, el contenido de finos, el agua y la consistencia.
El proceso se puede centrar en dos etapas principales, correspondientes al transporte del hormigón desde la fábrica hasta la bomba y desde la bomba hasta el punto de vertido. Estas dos fases deben considerarse de forma conjunta, ya que el incumplimiento de los requisitos mínimos de la primera fase puede hacer que la segunda fase sea inviable. Por tanto, cuando proceda, deberían tomarse muestras tanto en el punto de descarga del camión como en el punto de colocación final del hormigón, para comprobar si ha habido cambios en el asentamiento, el contenido de aire, la humedad o la densidad del hormigón.
Por otro lado, la segunda fase, relacionada con el bombeo propiamente dicho del material, significa que, en cada caso, el material depende de las características del equipo utilizado (presión de la bomba, disposición de las tuberías, diámetro, cantidad y posicionamiento de los codos). Todo esto significa que el control de calidad debe tener en cuenta los materiales y equipos utilizados, haciendo hincapié en el control de procesos.
Cuando se tomen muestras al final de la línea de colocación, se debe tener mucho cuidado para asegurar que la muestra es representativa del hormigón que se va a colocar. El cambio de la velocidad de colocación y/o de la configuración de la pluma puede dar lugar a resultados erróneos. No debe permitirse que el hormigón caiga libremente en el recipiente del medidor. La manipulación de la muestra no debe provocar cambios en las propiedades del hormigón. La modificación de la velocidad de vertido, de la configuración de la pluma o de ambas puede dar lugar a resultados de ensayo variables o engañosos. No debe permitirse que el hormigón caiga libremente en el recipiente de la máquina de ensayo. Los cilindros deben almacenarse lejos de fuentes de vibración. La manipulación de la muestra no debe provocar cambios en las propiedades del hormigón. El equipo de hormigonado y el inspector de calidad deben estar siempre atentos a cualquier segregación del hormigón que sale de la tubería para eliminar o minimizar una posible segregación.
Con este enfoque se puede garantizar la adecuada colocación del hormigón mediante un bombeo con rendimiento óptimo, independientemente de los aspectos considerados en el Código Estructural, relacionados con el control de la resistencia del hormigón y su durabilidad, que es el principio de control del proceso.
Por ello, se recomienda establecer un rango de consistencias adecuadas en la planta, tanto a la entrada como a la salida de la bomba. En este sentido, cabe señalar que, en última instancia, la consistencia a la salida de la bomba está relacionada con la energía y el sistema de compactación adoptado para el hormigón en cada caso.
Al mismo tiempo, el alcance del control debe ampliarse al equipo de bombeo, incluidas sus condiciones óptimas de funcionamiento y el suministro de repuestos necesarios en caso de avería.
AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.
ACI COMMITTEE 304. Placing Concrete by Pumping Methods (ACI 304.2R-17). American Concrete Institute.
AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
Figura 1. Homogeneidad del hormigón. https://ingeniero-de-caminos.com/hormigon-homogeneidad/
Se considera que un hormigón es homogéneo cuando su composición es uniforme en todos sus puntos. Esto implica que el principio, la parte media y el final de la amasada mantienen la misma calidad. De esta manera, las amasadas sucesivas pueden considerarse idénticas. La homogeneidad se consigue mediante un buen amasado, un transporte cuidadoso y una colocación adecuada.
Un hormigón homogéneo implica que debe ser uniformemente heterogéneo, es decir, que sus componentes deben estar perfectamente mezclados y en la proporción prevista en la dosificación de la mezcla en cualquier parte de su masa. Las mezclas bien diseñadas y adecuadamente amasadas proporcionan una manejabilidad uniforme y óptima, independientemente de la ubicación de la muestra tomada en la mezcla, lo que permite obtener hormigones con resultados consistentes y poco dispersos.
Para garantizar la homogeneidad, es crucial mantener una proporción adecuada entre agua y cemento, así como asegurar una mezcla completa de los componentes para lograr la consistencia deseada. Tal y como indica el Código Estructural en su Artículo 51.3.3, los componentes se amasarán de forma que se consiga su mezcla íntima y homogénea, de modo que el árido debe quedar bien recubierto de pasta de cemento. La mejor forma de conseguirlo es introducir los componentes en una hormigonera o máquina amasadora, que se encarga de mezclarlos y están listos para su aplicación en la obra.
Figura 2. https://ich.cl/unidad/05-uso-del-hormigon-en-obra/
La calidad uniforme de los componentes y la precisión de los dosificadores son aspectos críticos para lograr esta homogeneidad en el hormigón. Si los componentes iniciales son uniformes y los dosificadores proporcionan las cantidades precisas, la variabilidad del hormigón la determina la calidad del proceso de mezclado. Por ello, es fundamental elegir adecuadamente el equipo de mezclado, ya que este garantiza la homogeneidad de los productos finales. El Código Estructural, en su artículo 51.3.2.1, indica que la dosificación de cemento, de los áridos y, en su caso, de las adiciones se realizará en peso. Además, se deberá vigilar el mantenimiento de la dosificación para garantizar una adecuada homogeneidad entre las amasadas.
La gravedad y las fuerzas de rozamiento obstaculizan el movimiento de los materiales durante la fase inicial del amasado. Se producen rozamientos superficiales entre la masa y las paredes, rozamientos internos debidos a la rugosidad de los áridos y rozamientos complejos causados por la variabilidad de la viscosidad en diferentes partes de la mezcla. Por tanto, para obtener un hormigón homogéneo, es esencial no solo reducir la influencia de estas fuerzas, sino también romper las fuerzas de unión que mantienen los granos unidos por el agua de la mezcla. Esto requiere un aporte significativo de energía, que debe distribuirse de manera óptima por los componentes de mezclado. En este sentido, los fabricantes investigan qué tipo de perfiles son los más adecuados para las paletas, su número y disposición en el equipo de amasado. Para lograr mezclas de calidad, es fundamental que los medios mecánicos empleados sean lo suficientemente potentes para permitir el desplazamiento de los componentes entre sí, sin favorecer a ciertos elementos según su tamaño o densidad.
El Código Estructural, en su Artículo 51.4.1 relativo al transporte del hormigón, indica que no deberán presentar desperfectos o desgastes en las paletas o en su superficie interior que puedan afectar a la homogeneidad del hormigón. Asimismo, el transporte podrá realizarse en amasadoras móviles, a la velocidad de agitación, o en equipos con o sin agitadores, siempre que tales equipos tengan superficies lisas y redondeadas y sean capaces de mantener la homogeneidad del hormigón durante el transporte y la descarga.
En la prefabricación de piezas de hormigón, se deben desmoldar lo antes posible, por lo que es importante contar con equipos de mezclado que garanticen una perfecta cohesión y una plasticidad constante en los hormigones producidos.
En ciertos tipos de equipos, como las hormigoneras, la densidad desempeña un papel fundamental, pues los componentes del hormigón son elevados y luego caen de nuevo en la mezcla. En el caso de las amasadoras, un exceso de energía contribuye a mejorar las propiedades de la mezcla.
La dislocación de la mezcla de hormigón, que es un error que afecta a la homogeneidad, puede ocurrir incluso cuando la mezcla inicial es adecuada. Durante el transporte, el vertido o el fraguado, los elementos del hormigón tienden a separarse y decantarse según su densidad y tamaño.
La segregación del hormigón consiste en que sus componentes se separan, lo que provoca una superficie de mala calidad con grietas o fisuras o un exceso de mortero que afecta a su resistencia y durabilidad. Por otro lado, si la mezcla es demasiado líquida, los áridos gruesos tienden a caer al fondo del molde o encofrado, mientras que el mortero queda en la superficie, lo que implica una pérdida de homogeneidad por decantación. La probabilidad de que ocurran estos fenómenos aumenta con el contenido de agua, el tamaño máximo del árido, las vibraciones o sacudidas durante el transporte y la colocación en obra en caída libre. Es importante señalar que un hormigón poco manejable tiende a segregarse, lo que provoca resistencias mecánicas inferiores a las previstas y superficies poco estéticas cuando se retira el encofrado.
La exudación del hormigón es otro tipo de segregación en la que el agua tiende a ascender hacia la superficie de la mezcla debido a la incapacidad de los áridos para retenerla durante la compactación. Esta agua forma una capa delgada, débil y porosa en la superficie del hormigón, que carece de resistencia y durabilidad.
La homogeneidad del hormigón se ve comprometida cuando se ve afectada la cohesión entre sus componentes. Esto puede ocurrir debido a una relación inadecuada entre los ingredientes, como en el caso de un hormigón demasiado seco o con demasiada agua. El hormigón seco con poca agua y componentes finos tiende a separar los áridos más gruesos, mientras que un exceso de agua aumenta el riesgo de segregación, de modo que el mortero se separa de los áridos. Por tanto, hay que cuidar la proporción de materiales y la humedad durante el mezclado para evitar la segregación y garantizar la homogeneidad.
La pérdida de homogeneidad en el hormigón está estrechamente ligada a su cohesividad: cuanto menor sea esta última, mayor será la pérdida de homogeneidad. Esto se debe a una relación inadecuada entre arena y grava, un tamaño máximo del árido excesivo, un contenido de agua excesivo, entre otros factores. Un hormigón debe ser manejable sin mostrar signos de segregación, lo que implica una adecuada cohesión.
Las mezclas más propensas a la segregación son las que son poco manejables o ásperas, extremadamente fluidas o secas, o aquellas que contienen una gran cantidad de arena. Además, incluso un hormigón muy manejable puede experimentar segregación si ha sido sometido a un tratamiento inadecuado o a operaciones mal ejecutadas.
Os dejo algún vídeo explicativo al respecto.
Referencias:
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Exigencias básicas. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Madrid, 750 pp.
Figura 1. Hormigón de limpieza. https://www.paviconj-es.es/noticias/hormigon-de-limpieza/
El hormigón de limpieza (HL) tiene como objetivo evitar la desecación del hormigón estructural durante su vertido, así como una posible contaminación de este durante las primeras horas de su hormigonado. El Anejo 10 del Código Estructural detalla el alcance, los materiales y las especificaciones para este tipo de hormigón. Para esta aplicación, se debe usar el hormigón HL-150/C/TM, es decir, tal y como se indica en la identificación, donde la cantidad mínima de cemento por metro cúbico es de 150 kg, como se especifica en su identificación. Se sugiere que el tamaño máximo del árido sea inferior a 30 mm para mejorar la manejabilidad durante su aplicación. Estos hormigones tienen una baja proporción de cemento, por lo que se aconseja la inclusión de aditivos reductores de agua para minimizar la porosidad en su estado endurecido.
Lo habitual en obra es extender una capa de hormigón de regularización sobre la superficie del fondo de excavación. Según el Código Estructural, los hormigones de nivelación o limpieza de excavaciones no se consideran de naturaleza estructural y, por tanto, no están sujetos a los requisitos de resistencia mínima establecidos para otros tipos de hormigón, ya sea en masa, armado o pretensado. Sin embargo, cuando las piezas estructurales están en contacto directo con el terreno y no se ha aplicado una capa de limpieza, el recubrimiento mínimo requerido es de 70 mm, según lo establecido en el Artículo 44.2.1.1.
La finalidad de esta solera es proporcionar una base plana y horizontal para la zapata y, en suelos permeables, evitar que la lechada de hormigón estructural penetre en el terreno, dejando los áridos de la parte inferior sin recubrimiento, lo que daría como resultado un hormigón poroso que facilita la entrada de agua. Se recomienda un espesor mínimo de 10 cm para la solera de hormigón pobre y su superficie debe nivelarse de manera que el canto del cimiento se ajuste adecuadamente en cada punto, con una discrepancia de menos de 20 mm respecto al valor teórico indicado en los planos.
Figura 2. Hormigón de limpieza. https://www.lesterrassesresidencial.es/proceso/hormigon-de-limpieza/
Dado su reducido espesor y su función como hormigón de sacrificio, es necesario aplicar un proceso de curado para minimizar la desecación que pueda sufrir al entrar en contacto directo con el terreno. La altura máxima del hormigón de limpieza será la misma que la prevista en el proyecto para la base de las zapatas o vigas riostras.
En resumen, el hormigón de limpieza ofrece varias ventajas:
Previene que el hormigón estructural que se vierte posteriormente para el arriostrado entre en contacto con el suelo.
Aunque no tiene una función estructural en la obra, mejora la calidad y la durabilidad del hormigón estructural.
Contribuye a conformar el volumen geométrico requerido para un propósito específico.
Se puede elaborar in situ, lo que elimina la necesidad de fabricarlo en planta.
Proporciona un nivelado excelente, lo que facilita las tareas posteriores de levantamiento de muros de carga u otros elementos de construcción.
Evita la contaminación de las armaduras y las protege.
Previene la deshidratación del hormigón estructural durante el vertido.
Os dejo a continuación el Anejo 10 del Código Estructural donde se define el alcance y las especificaciones que deben tener los hormigones de limpieza.
Aquí tenéis varios vídeos al respecto. Espero que os sean de interés.
Referencias:
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Exigencias básicas. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Madrid, 750 pp.
Figura 1. Ataque por sulfatos del hormigón. https://anfapa.com/articulos-tecnicos-morteros-de-reparacion-de-hormigon/1164/causas-quimicas-del-deterioro-del-hormigon
Los sulfatos son compuestos químicos que se encuentran en una gran variedad de concentraciones en el suelo, las aguas subterráneas, las aguas superficiales y las aguas marinas. Entre los sulfatos de origen natural se encuentran algunos suelos orgánicos, suelos con turbas y algunos suelos arcillosos. Otra fuente natural de sulfatos son los sulfatos de origen biológico, industrial o minero presentes en el agua de mar.
La mayoría de los suelos contienen sulfatos, que pueden presentarse en formas tales como calcio, magnesio, sodio, amonio y potasio, ya sea en el suelo mismo o en las aguas subterráneas. Es habitual que las cimentaciones de las estructuras se sitúen en este tipo de suelos, por lo que existe la posibilidad de que los sulfatos presentes ataquen el hormigón. El deterioro del hormigón debido al ataque de sulfatos se distingue por una reacción química en la que el ion sulfato, actuando como agente corrosivo, interactúa con componentes como aluminato, iones de sulfato, calcio y grupos oxhidrilo del cemento Portland endurecido, así como de otros cementos que contienen clínker de Portland, generando principalmente etringita y, en menor medida, yeso, así como una descalcificación. Este fenómeno se denomina «formación diferida de etringita» o «etrignita secundaria». Estas reacciones expansivas también pueden ocasionar fisuras, desprendimientos y pérdida de resistencia en el hormigón, dado que ocurren después de que el hormigón ha alcanzado su estado endurecido y se ha vuelto un cuerpo rígido.
El ataque de los sulfatos derivados de las sales es un fenómeno reconocido desde hace décadas. Ya en 1887, Candlot observó cómo los morteros utilizados en la construcción de las fortificaciones de París se deterioraban, particularmente en las zonas en las que estuvieron en contacto con agua que contenía sulfatos (selenitosas). Esta reacción química genera expansión en la pasta y crea una presión capaz de romperla y, finalmente, desintegrar el hormigón. Es sabido que el sulfato cálcico se combina con la alúmina del cemento para formar la sal de Candlot (etringita), un sulfo-aluminato cálcico que provoca un notable aumento de volumen.
La naturaleza y el alcance de los daños en el hormigón variarán en función de la concentración de sulfatos, el tipo de cationes presentes en la solución de sulfato (ya sea sodio o magnesio), el pH de la solución y, por supuesto, la microestructura de la pasta de cemento endurecida. Algunos tipos de cemento son más susceptibles al sulfato de magnesio que al sulfato de sodio. El mecanismo principal consiste en la sustitución del calcio en el silicato de calcio hidratado, que forma parte de la matriz de cemento, lo que provoca la pérdida de las propiedades de unión de la matriz.
Por lo general, los sulfatos en estado sólido no generan un daño significativo al hormigón; sin embargo, cuando se encuentran en estado líquido, pueden penetrar los vacíos de la estructura y reaccionar con los productos de cemento hidratado. Entre los sulfatos, el de calcio tiende a causar menores daños debido a su baja solubilidad, mientras que el sulfato de magnesio representa un riesgo mayor.
La mayoría de estos sulfatos interactúan con el hidróxido de calcio y los aluminatos de calcio hidratados presentes en el hormigón, lo que provoca cambios en el volumen de la pasta de cemento y, en consecuencia, el deterioro de la estructura de hormigón. Además, el sulfato de magnesio, junto con el hidróxido de calcio, puede reaccionar con el silicato de calcio hidratado, lo que provoca la pulverización del hormigón en masa. En un hormigón poroso, estos ataques encuentran una vía fácil para su acción destructora.
Figura 2. Corrosión en ambiente marino. https://e-struc.com/2017/05/09/patologias-asociadas-la-prescripcion-del-hormigon/
Por otra parte, el hormigón también se ve afectado por los cloruros, que provocan principalmente la corrosión de las armaduras. Los iones cloruro, ya procedan del agua marina o de las sales utilizadas en el deshielo, tienen la capacidad de penetrar a través de los poros del hormigón, tanto cuando estos están completamente saturados como parcialmente. Esta penetración puede desencadenar diversos fenómenos. En la superficie del hormigón, los efectos del ataque por cloruros se manifiestan mediante una fisuración irregular, que resulta de la exposición de las armaduras y su consiguiente corrosión generalizada. Esto conduce a la desintegración gradual del hormigón. Es muy importante recordar que el ambiente marino se considera agresivo hasta una distancia de 5 km de la costa.
Los cementos resistentes a los sulfatos (SR) o al agua de mar (MR) son muy útiles para obras en contacto con terrenos yesíferos o aguas selenitosas y deben tener un bajo contenido en aluminatos. Este tipo de cementos tienen limitado en su composición un contenido de aluminato tricálcico y de alumino-ferrito tetracálcico, según la norma UNE-EN 197-1. Esta limitación en el aluminato tricálcico implica un bajo calor de hidratación, una menor retracción y un desarrollo más lento de las resistencias. A cambio, disminuye la trabajabilidad de las mezclas.
Según la vigente Instrucción de Recepción de Cementos (a fecha de hoy, la RC-16), se consideran cementos resistentes a los sulfatos, además de los definidos en el Anejo I relativo a la norma UNE-EN 197-1 (SR), aquellos con la característica adicional de resistencia a los sulfatos definidos en la norma UNE 80303-1 (SRC). Asimismo, se consideran cementos resistentes al agua de mar aquellos con la característica adicional de resistencia al agua de mar, definidos en la norma UNE 80303-2.
Se usarán cementos resistentes a los sulfatos en obras de hormigón en masa o armado, siempre que su contenido, expresado en iones sulfato, cuyos contenidos sean igual o mayor que 600 mg/l en el caso de aguas, o 3.000 mg/kg en el caso de suelos. Según el Capítulo 7 del Código Estructural, estos límites se ven superados en el caso de las clases de exposición XA2 y XA3, correspondientes al ataque medio y fuerte en un medio agresivo (no sería, por tanto, necesario un cemento sulforresistente en la clase XA1). En el caso de que un elemento estructural de hormigón en masa, armado o pretensado se encuentre sometido al ataque de agua de mar, el cemento a emplear deberá tener la característica adicional de resistencia al agua de mar o, en su defecto, la característica adicional de resistencia a los sulfatos. Lo anterior no será de aplicación si se trata de agua de mar o el contenido en cloruros es superior a 5000 mg/l (art. 43.3.4.1 del Código Estructural).
En el caso de elementos de hormigón en masa en contacto con agua de mar y, por tanto, sometidos a una clase de exposición XA2, y en el caso de elementos de hormigón armado o pretensado que vayan a estar sometidos a una clase de exposición XS2 o XS3, se utilizará un cemento con la característica adicional MR, SR o SRC, según la Instrucción para la recepción de cementos vigente (Art. 43.3.4.2 del Código Estructural).
El Código Estructural recoge en su Anejo 6 las recomendaciones para la selección del tipo de cemento que se debe emplear en hormigones estructurales. Este anejo no hace más que aconsejar, con carácter general, las condiciones que debe cumplir el cemento para su empleo según la instrucción vigente para la recepción de cementos. Además, el tipo de cemento deberá elegirse considerando la aplicación del hormigón, las circunstancias del hormigonado y las condiciones de agresividad ambiental a las que va a estar sometido el elemento de hormigón.
La aplicación estructural, en el caso de las cimentaciones, diferencia entre las ejecutadas con hormigón en masa y las realizadas con hormigón armado. En ambos casos, es necesario cumplir las prescripciones de la vigente Instrucción de Recepción de Cementos relativas al empleo de la característica adicional de resistencia a los sulfatos (SR o SRC) o al agua de mar (MR), cuando corresponda.
En el caso de cimentaciones de hormigón en masa, son muy adecuados los cementos comunes tipo CEM IV/B, siendo adecuados el resto de cementos comunes, excepto los CEM II/A-Q, CEM II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T, CEM II/B-T y CEM III/C. En todos los casos, se recomienda la característica adicional de bajo calor de hidratación (LH).
Si se trata de cimentaciones de hormigón armado, son muy adecuados los cementos comunes tipo CEM I y CEM II/A, siendo adecuados el resto de cementos comunes a excepción de los CEM III/B, CEM III/C, CEM IV/B, CEM II/A-Q, CEM II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T y CEM II/B-T.
Figura 3. Cemento sulforresistente CEM I 42,5 R-SR5
Atendiendo a la clase de exposición, los tipos de cementos recomendados para la clase XA (ataque químico al hormigón por sulfatos) son los mismos que los aconsejados para la clase XS (corrosión de las armaduras por cloruros de origen marino). En ambos casos, son muy adecuados los cementos CEM II/S, CEM II/V (preferentemente los CEM II/B-V), CEM II/P (preferentemente los CEM II/B-P), CEM II/A-D, CEM III, CEM IV (preferentemente los CEM IV/A) y CEM V/A. Se recuerda que en la clase de exposición XS, es necesario emplear cementos que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia al agua de mar (MR).
Para el caso de las clases XA2 o XA3 (moderada o alta agresividad química), es necesario emplear cementos que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia a los sulfatos (SR o SRC), tal y como establece el articulado del Código. En los casos en que el elemento esté en contacto con agua de mar, será únicamente necesario que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia al agua de mar (MR).
Una relación agua/cemento baja en la dosificación de un hormigón se ve menos afectada por los sulfatos que si es alta, pues provoca que el hormigón sea menos permeable. Además, un contenido de cemento elevado garantiza una mayor durabilidad del hormigón. Es por ello que la Tabla 43.2.1.a del Código indica una relación agua/cemento máxima de 0,50 para las clases XS1 (expuesto a aerosoles marinos, pero no en contacto con el agua del mar) y XS2 (permanentemente sumergido en agua de mar), que se reduce a 0,45 en XS3 (zonas de carrera de mareas o sapicaduras). El contenido mínimo de cemento (kg/m3) será de 300, 325 y 350 para XS1, XS2 y XS3, respectivamente. En el caso de ambiente XA1 (débil agresividad química) y XA2 (moderada agresividad química), la máxima relación agua/cemento es de 0,50, mientras que en XA3 (alta agresividad química), es de 0,45. El contenido mínimo de cemento (kg/m3) será de 325, 350 y 350 para XA1, XA2 y XA3, respectivamente.
La Tabla 43.2.1.b del Código indica la resistencia característica mínima alcanzable para un hormigón fabricado con un cemento de categoría resistente 32,5 R con los contenidos mínimos de cemento y la máxima relación agua/cemento indicados en la Tabla 43.2.1.a del Código. Para hormigón en masa, la exposición XS no tiene mínimos, mientras que, para hormigón armado, es de 30 N/mm² para XS1 y XS2, y de 35 N/mm² para XS3. En las exposiciones XA1 y XA2, la resistencia mínima es de 30 N/mm² tanto en hormigón armado como en hormigón en masa, mientras que para XA3 es de 35 N/mm², en cualquier caso.
Además, una adecuada colocación del hormigón, con un control del vibrado y del curado, puede mejorar su resistencia a los sulfatos, siempre y cuando se cumplan las condiciones anteriormente mencionadas. Tampoco debe olvidarse que, en el caso del hormigón armado, deben guardarse unos recubrimientos mínimos que dependerán del tipo de cemento utilizado, de la vida útil de proyecto y de la clase de exposición, según se desprende del Capítulo 9 del Código Estructural, relativo a la durabilidad de las estructuras de hormigón.
Tabla. Requisitos de dosificación y de resistencia mínima esperada del hormigón para clases de exposición XS y XA, según el Código Estructural.
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
Figura 1. Encofrado de aluminio. Fuente: https://tectonica.archi/materials/encofrado-de-aluminio-para-viviendas-monoliticas-de-hormigon/
Los encofrados de aluminio comparten muchas similitudes con los de acero. Su principal ventaja respecto a estos últimos radica en su menor peso específico, lo que los hace más ligeros. Su uso ofrece una mayor velocidad en comparación con otros sistemas, gracias a su ligereza, facilidad de montaje y desmontaje, así como la posibilidad de transporte manual sin requerir el uso de grúas. Sin embargo, debido a que sus resistencias a la tracción, compresión y transporte son inferiores a las de los encofrados de acero, se requieren secciones mayores en los encofrados de aluminio. Es importante considerar que el aluminio posee un coste superior respecto al acero y tiene una propensión a deformarse con facilidad. Esta característica podría generar complicaciones en el caso de realizar modificaciones en el proyecto.
No obstante, el Código Estructural, en su artículo 48.3, no permite el uso de encofrados de aluminio, a menos que se proporcione a la dirección facultativa un certificado emitido por una entidad de control y firmado por una persona física. Este certificado deberá confirmar que los paneles utilizados han sido previamente sometidos a un tratamiento de protección superficial para prevenir la reacción con los álcalis presentes en el cemento.
Os dejo a continuación algunos vídeos sobre estos encofrados de aluminio. Espero que sean de vuestro interés.
Referencias:
AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
