compactación – El blog de Víctor Yepes

Colocación y curado de hormigones ligeros

Figura 1. https://www.laterlite.es/productos/hormigones-estructurales-ligeros/latermix-beton-1600/

Las reglas básicas para el manejo del hormigón, ya abordadas en artículos anteriores, también se aplican al hormigón de áridos ligeros, sin especificaciones particulares adicionales. Sin embargo, es crucial tener en cuenta su mayor tendencia a la segregación. Por lo tanto, se deben extremar las precauciones en cuanto a la máxima caída libre, el uso de trompas y el hormigonado de elementos estrechos con bandas de plástico, entre otros aspectos.

La compactación del hormigón con áridos ligeros requiere una mayor energía de vibración en comparación con la de un hormigón normal. Por lo tanto, se debe reducir la separación entre los puntos de inmersión de los vibradores al 70% de la distancia utilizada para el hormigón convencional, ya que estos hormigones se dispersan menos lateralmente debido a su menor peso. Además, el radio de acción del vibrado es menor, por lo que es necesario colocar el hormigón en más puntos y distribuirlo manualmente en elementos horizontales, lo cual resulta más fácil que con los hormigones normales. El desplazamiento lateral mediante vibración es muy difícil y, además, conlleva el riesgo de segregación. Por otra parte, dado que algunos áridos ligeros tienden a flotar, es necesario tomar precauciones adicionales, como utilizar vibradores de superficie o rodillos que ayuden a introducir los áridos en el interior de la masa.

La vibración del hormigón con áridos ligeros debe realizarse con extremo cuidado para evitar la segregación y la separación de los áridos en capas de densidad variable. La compactación del hormigón ligero se realiza casi exclusivamente mediante vibradores. El menor peso de este hormigón amortigua el efecto del vibrado, ya que las ondas mecánicas se propagan mejor en materiales de mayor densidad. Además, los áridos porosos ligeros atenúan las vibraciones, reduciendo significativamente el radio efectivo del vibrador.

Como regla general, debe duplicarse el número de puntos de vibración interna o, en caso de utilizar vibradores externos, debe colocarse el doble de estos. Los vibradores internos deben introducirse al menos tres veces por metro. Debido a la limitada penetración de la vibración en este tipo de hormigón, no es necesario utilizar equipos muy potentes. Se recomienda emplear agujas vibradoras con diámetros de entre 50 y 700 mm y frecuencias de entre 150 y 200 Hz.

En elementos horizontales, es crucial evitar la segregación del hormigón. Mientras que en el hormigón normal el exceso de vibrado provoca que el mortero y la lechada migren hacia la superficie, dejando el árido grueso en el fondo, en el hormigón de áridos ligeros ocurre lo contrario: los áridos flotan y el cemento se acumula en el fondo. Por ello, se debe controlar cuidadosamente el tiempo de vibrado y aplicar la regla de vibrar en muchos puntos durante poco tiempo. Se recomienda usar hormigones con un asentamiento de cono entre 60 y 100 mm, ya que asentamientos mayores pueden causar la flotación del árido grueso y dificultar el acabado. El asentamiento del hormigón con áridos ligeros debe ser aproximadamente la mitad del recomendado para el hormigón con áridos normales, en cualquier aplicación específica.

El uso de aire ocluido y la cantidad mínima óptima de agua son esenciales para asegurar que estos hormigones ligeros tengan la trabajabilidad necesaria para un vertido y acabado adecuados, especialmente aquellos hechos con áridos triturados, angulares e intensamente vesiculares. De este modo, se minimizan el sangrado, la segregación y la flotación no deseada de las partículas de árido más grandes y menos densas hacia la superficie.

El riesgo de flotación del árido ligero aumenta con vibraciones excesivas. Para lograr un buen acabado superficial en la cara expuesta del hormigón, es fundamental utilizar herramientas adecuadas que presionen el árido ligero e integren adecuadamente en la masa, asegurando que quede recubierto por la lechada. El uso de reglas vibrantes proporciona buenos acabados superficiales, ya que hunden los áridos gruesos y cubren la superficie con una capa de pasta, lo que mejora el acabado y facilita el pulido posterior. En cambio, si se utiliza una regla normal entre los bordes del encofrado, los áridos gruesos superficiales pueden desplazarse, lo que provoca oquedades y defectos en la superficie.

En cuanto al curado, la capacidad de absorción de agua de los áridos hace que, en general, el hormigón disponga de suficiente agua para completar el proceso de hidratación sin necesidad de aporte externo, especialmente cuando se utilizan áridos saturados. Sin embargo, si se emplean áridos secos, es necesario extremar las condiciones de curado añadiendo agua para asegurar un adecuado proceso de hidratación. Además, se debe evitar la desecación superficial, al igual que en los hormigones normales, especialmente en condiciones de baja humedad relativa y altas temperaturas. Los tiempos de curado deben ser similares a los requeridos para los hormigones normales.

El curado del hormigón de áridos ligeros debe comenzar inmediatamente después de su colocación, con mayor rigor que en el caso del hormigón normal. La mayor difusión del vapor de agua provoca un secado más rápido, por lo que es fundamental extremar el curado para evitar la formación de grietas y los problemas derivados de la pérdida de agua durante la hidratación del cemento. Es necesario proteger las superficies expuestas, cubriéndolas con tejidos húmedos, láminas de plástico, añadiendo suficiente agua o utilizando membranas de curado.

Se recomienda mantener el curado durante 7 días si la temperatura supera los 10 °C.

En elementos prefabricados, también puede utilizarse el curado al vapor, aunque se deben tomar ciertas precauciones para evitar problemas derivados de una mayor absorción de agua por parte de los áridos, lo que podría calentar en exceso la masa de hormigón.

Diversos experimentos recomiendan que la temperatura en la cámara de vapor no supere los 60-65 °C. Esto implica un tiempo mínimo de espera de 3 horas antes de iniciar el tratamiento y una velocidad de calentamiento limitada a 20 °C por hora. Con estas restricciones y un tratamiento total de 12 a 18 horas, se logran las resistencias necesarias para proceder al destensado sin causar problemas posteriores.

Debido a la menor conductividad térmica de los áridos ligeros, estos hormigones tienden a liberar menos calor de hidratación. Sin embargo, dado que los áridos ligeros tienen un módulo de elasticidad menor, la microfisuración de la matriz resultante es, por lo general, menor que la de los hormigones normales.

Os dejo un vídeo ilustrativo al respecto de la puesta en obra de un hormigón ligero elaborado con arlita.

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. (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.

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

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

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Vertido y compactación de hormigón en soportes de sección reducida

Figura 1. Hormigonado de un pilar. https://docplayer.es/61072005-Protecciones-en-obras-de-construccion-fases-de-obra.html

El vertido y la colocación del hormigón en soportes de sección reducida, como puede ser un pilar, debe realizarse de manera que se evite la disgregación de la mezcla, además de desplazamientos en armaduras o encofrados. También debe evitarse la formación de juntas, coqueras o planos de debilidad. Antes de iniciar el hormigonado, se monta un caballete o andamio, según corresponda, para facilitar el acceso de los operarios hasta la parte superior del pilar. Para alturas superiores a 2 m y cuando no se utiliza una bomba de hormigón ni es posible ejecutar el pilar en dos fases, se emplea un embudo metálico con una manguera para evitar caídas libres mayores de 1,50 m. Durante el vertido, el hormigón debe dirigirse mediante trompas de hormigonado u otros dispositivos para evitar que golpee directamente contra el encofrado o las armaduras.

El hormigón se coloca de forma continua o en capas, cuidando de que no se formen juntas frías. Se espera que cada capa esté en estado plástico cuando se coloca la siguiente. La compactación del hormigón se realiza con vibradores de aguja, introduciendo la aguja verticalmente en la masa de manera rápida y profunda. Posteriormente, se retira lentamente y de forma constante hasta que la lechada fluya a la superficie. El vibrador debe estar siempre en el fondo del encofrado antes de verter la primera capa de hormigón. Esta primera capa es la más crítica, pues debe adherirse al hormigón endurecido. Una compactación inadecuada puede provocar la aparición de coqueras, una permeabilidad excesiva o la formación de una capa superficial débil por compactación excesiva.

El método óptimo para colocar y compactar hormigón en columnas pequeñas consiste en verterlo de forma continua a una velocidad que permita al vibrador realizar la compactación mientras se retira lentamente a una velocidad constante. La velocidad de vertido no debe superar los 300 mm en 30 segundos. Para una columna de 25 cm x 25 cm de sección y 3 m de altura, esto equivale a un tiempo total de aproximadamente 5 minutos. Si las circunstancias no permiten ejecutarlo de esta forma, es necesario limitar el espesor de cada capa a unos 300 mm. La aguja del vibrador se introduce entre 10 y 15 cm en la capa inferior.

El vertido desde tolvas móviles solo está permitido si el operador puede controlar el inicio y la parada de la descarga, asegurando que no se viertan más de tres cubetas por soporte. Si no se puede garantizar este control, es preferible verter el hormigón sobre una plataforma situada encima del soporte y distribuirlo cuidadosamente con una pala. También se puede utilizar un balde, aunque este método puede ser más lento.

Para asegurar una buena compactación en secciones pequeñas al trabajar con columnas, un vibrador de 40 mm de diámetro es suficiente, siempre que haya espacio para insertarlo en el centro. El vibrado se debe extender hasta los vértices, aristas y fondos. Es fundamental asegurarse de que el vibrador no entre en contacto con las armaduras. Se recomienda sumergir el vibrador en diferentes puntos cercanos durante períodos cortos (5 a 15 segundos) en lugar de prolongar el tiempo de vibrado en puntos más distantes. Al verter capas de 300 mm de espesor, es crucial garantizar que cada capa esté completamente compactada antes de pasar a la siguiente. Además, se recomienda verificar la superficie del hormigón para asegurar su visibilidad; en caso contrario, se aconseja utilizar una fuente de luz adecuada.

Si se utiliza una bomba para verter el hormigón, la manguera flexible debe llegar hasta el fondo y retirarse al mismo tiempo que el vibrador. Es fundamental reducir la velocidad de descarga de la bomba para permitir una correcta compactación con el vibrador. Para obtener un acabado superficial de calidad, se recomienda volver a vibrar los últimos 450 mm media hora después del vertido. Si la caída es libre desde la parte superior del encofrado, el mortero se adhiere parcialmente al encofrado y a las armaduras, lo que altera la dosificación del hormigón que llega a la base.

Después del hormigonado, se verifica el aplomado del pilar tras un período aproximado de 30 minutos para asegurarse de que no haya habido ningún desplazamiento. Conviene no olvidar que, durante el fraguado y el primer período de endurecimiento del hormigón, es crucial mantener adecuadamente su humedad mediante un correcto proceso de curado.

Dejo algunos vídeos al respecto.

Os dejo un documento que puede complementar la información que os he ofrecido.

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Referencias:

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

ACI COMMITTEE 309R-96. Guide for Consolidation of Concrete (ACI 309). American Concrete Institute.

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.

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

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

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

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Mesa vibrante de hormigón

Figura 1. Mesa vibrante para compactar hormigón. https://www.eralki.com/maquinas/mesas-compactacion/

Por lo general, una mesa vibrante está compuesta por una superficie de acero u hormigón armado, con vibradores externos montados en el marco de soporte (ver Figura 1). Tanto la mesa como el marco están aislados de la base mediante resortes de acero, juntas aislantes de neopreno u otros dispositivos similares. La propia mesa puede formar parte del molde. Sin embargo, normalmente se coloca un molde separado sobre la mesa. La vibración se transmite desde la mesa al molde y, luego, al hormigón. Existen diferentes opiniones sobre la conveniencia de sujetar el molde a la mesa.

Normalmente, se prefiere una vibración de baja frecuencia (por debajo de 100 Hz) y alta amplitud (más de 0,13 mm), al menos para mezclas más rígidas. La efectividad de la vibración de mesa depende en gran medida de la aceleración que se imparte al hormigón por parte de la mesa. Generalmente, se recomiendan aceleraciones en el rango de 3 g a 10 g (30 m/s² a 100 m/s²), siendo necesarios valores más altos para las mezclas más rígidas. Además, la amplitud no debe ser inferior a 0,025 mm para las mezclas plásticas, ni a 0,050 mm para las más rígidas.

Se trata de mesas formadas por un tablero rígido, que suele ser de acero, y que se sostiene de manera elástica sobre una base fija y adecuadamente aislada. La vibración se genera mediante generadores ubicados debajo del tablero. En mesas de dimensiones pequeñas (L = 1,50 m), un solo vibrador es suficiente, pero si las dimensiones son mayores, hay que aumentar proporcionalmente el número de vibradores.

Estas mesas vibrantes se utilizan tanto en laboratorios como en la compactación de elementos prefabricados de hormigón. Por lo tanto, la amplitud y la frecuencia del vibrador deben poder ajustarse para adaptarse a los diferentes tipos de hormigón. Es esencial que la mesa sea completamente rígida para garantizar una transmisión uniforme de las vibraciones a toda la pieza.

Figura 2. Movimiento de las masas excéntricas.

Los vibradores, similares a los vibradores externos de encofrado, cuentan con dos masas excéntricas que giran en direcciones opuestas, generando fuerzas vibratorias perpendiculares a la mesa. Deben tener una amplitud elevada y una frecuencia baja, ya que los hormigones utilizados en la prefabricación suelen ser secos.

Al igual que con los vibradores de encofrado, la fuerza centrífuga del vibrador puede calcularse aproximadamente en función de los pesos del hormigón y del molde o encofrado, mediante la siguiente fórmula:

donde:

PM: peso de la mesa (más el del molde, en caso de que este sea solidario a ella).
Pm: peso del molde (apoyado y fijado correctamente a la mesa).
Ph: peso del hormigón.
k: coeficiente variable, que va de 0,5 a 4 según la rigidez de la mesa.

Cuando se vayan a vibrar secciones de hormigón de diferentes tamaños, la mesa debe tener una amplitud variable. Una frecuencia variable es un beneficio adicional. Si la mesa vibratoria tiene un elemento vibrante que contiene solo un excéntrico, puede generarse un movimiento vibratorio circular que imparte un movimiento rotacional no deseado al hormigón. Esto puede evitarse montando dos vibradores uno al lado del otro, de tal manera que sus ejes giren en direcciones opuestas. De este modo, se neutraliza la componente horizontal de la vibración, de modo que la mesa solo está sujeta a un movimiento armónico simple en la dirección vertical. De esta manera, se pueden obtener amplitudes muy altas. Para lograr una buena consolidación de mezclas muy rígidas, con frecuencia es necesario aplicar presión sobre la superficie superior durante la vibración.

Os dejo algunos vídeos sobre mesas vibradoras.

Referencias:

ACI COMMITTEE 309R-96. Guide for Consolidation of Concrete (ACI 309). American Concrete Institute.

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.

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

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Compactación del hormigón con regla vibrante

Figura 1. Regla vibrante. https://esfactory.mennofolk.org/content?c=regla+vibradora+para+hormigon&id=27

Las reglas o maestras vibrantes son máquinas diseñadas para alisar o dar acabado a superficies de hormigón, lo que resulta especialmente útil en la construcción de soleras y pavimentos. Principalmente, constan de un elemento vibrador acoplado a una regla metálica de 3 a 5 m de longitud. Esta regla tiene, en cada uno de sus extremos, dos elementos de arrastre desmontables, entre los cuales suele ubicarse el interruptor de arranque y parada del vibrador. El vibrador suele ser rotatorio y de contrapesos, accionado con motor eléctrico o de combustión en los equipos más ligeros y neumáticamente en los más pesados. Las vibraciones se transmiten a través del entramado o la placa mientras se desliza sobre el hormigón, lo que permite la compactación y el alisado simultáneos de la superficie..

Estas máquinas se utilizan para nivelar hormigón en superficies extensas, como locales industriales, aceras, garajes, calles y carreteras. A excepción de algunos equipos autoportantes más pesados, el entramado suele ser ligero para facilitar su manejo y reducir la presión sobre el hormigón. Además, la vibración vertical se amortigua rápidamente. Por lo tanto, cuando el espesor de la solera supera los 20 cm, es necesario realizar una compactación previa con vibradores de inmersión.

Su uso elimina el laborioso trabajo manual de las maestras y aumenta la eficiencia sin esfuerzo adicional. La acción vibratoria corrige las irregularidades superficiales, dejando el suelo perfectamente liso.

Existen dos tipos principales de reglas vibrantes: las de un solo larguero y las de dos largueros. Las reglas vibrantes de doble larguero constan de un conjunto vibrante y dos largueros o vigas. El conjunto vibrante está equipado con un motor, ya sea eléctrico o de gasolina, que impulsa un vibrador con amplitud de vibración variable. Este vibrador está montado en un bastidor provisto de grapas que permiten fijar los largueros o vigas de tubo rectangular, ajustándose a las longitudes requeridas según el ancho de la solera, con un máximo de 4 m. Para anchos mayores, se pueden montar dos elementos vibrantes sobre las vigas. La frecuencia de vibración oscila entre 50 y 100 Hz, con aceleraciones que van desde 5 hasta 10 g.

Figura 2. Regla vibradora. https://emaresarental.cl/wp-content/uploads/2020/06/ficha-alisadora-regla-vibradora.pdf

El esfuerzo de compactación transmitido por la regla vibrante al hormigón es directamente proporcional a la carga estática, a la amplitud y a la frecuencia de vibración, pero es inversamente proporcional a la velocidad de desplazamiento. La experiencia ha demostrado que es más favorable combinar una amplitud alta con una frecuencia baja que combinar una baja amplitud con una alta frecuencia.

La mayor popularidad de la regla vibratoria doble frente a la de una sola regla se debe principalmente a su capacidad de ajustar la amplitud de vibración. Esta característica permite seleccionar entre amplitudes baja, media y alta, adaptándose así de manera óptima a la profundidad de hormigón que se desee vibrar: 5, 10 y 15 cm, respectivamente. Otra de las características importantes de esta regla es que la primera de las barras recibe dos tercios de la vibración, con lo cual vibra en profundidad y nivela el hormigón, y la segunda, que recibe un tercio de la vibración, permite acabar la superficie sacando el aire y el agua.

El hormigón no debe tener una cantidad elevada de agua, porque formaría charcos y provocaría desigualdades. Una consistencia demasiado rígida impide una compactación suficiente y deja una superficie porosa; debe ser plástica y tener un asiento de cono de Abrams de 5 a 7,5 cm. Cuando se trabaja con mezclas secas, también es posible utilizar reglas vibratorias; sin embargo, en estos casos, se requieren estructuras más pesadas para generar la energía necesaria y compactar el espesor adecuado de la masa de hormigón.

Existen algunos modelos con vibradores múltiples. En este caso, los vibradores están separados por intervalos muy próximos, de unos 50 cm, que producen una superficie más plana. La velocidad de desplazamiento debe estar comprendida entre 0,5 y 1 m/min. La regla puede desplazarse mediante tracción desde ambos lados o mediante un cabrestante, cuyo cable está anclado al final de la trayectoria de la regla. El cabrestante puede accionarse manualmente o mediante un motor.

Se pueden utilizar varios tipos de reglas de manera secuencial para cumplir funciones complementarias. Por ejemplo, la primera regla puede ser una regla con o sin hélice extendedora, la segunda puede ser una regla para aplicar productos de curado o endurecedores metálicos y la tercera puede ser otra regla para el acabado final. En algunos casos, se prescinde de la segunda regla y se utiliza la tercera para realizar una función de revibrado. Esta función de revibrado se puede llevar a cabo con la primera regla, realizando una segunda pasada y vibrando en la misma dirección que en la primera ocasión.

Cuando la regla vibrante se automatiza por completo, se desplaza sobre raíles mediante ruedas, que también pueden funcionar como guías laterales del encofrado o sobre durmientes. Es crucial mantener un cuidado especial en el estado de las ruedas, ya que esto afecta la uniformidad de la superficie del hormigón una vez compactado. Aunque pueden alcanzar longitudes de hasta unos 20 m, lo habitual es no exceder los 10 m. La frecuencia de vibración típica ronda los 60 Hz, con aceleraciones de hasta 6 g. La velocidad de avance suele oscilar entre 0,3 y 2,4 m/min, y el rendimiento de estas máquinas puede superar los 75 m³ por hora, dependiendo de las condiciones específicas de uso.

Para longitudes mayores, se requieren reglas vibrantes en celosía, las cuales cuentan con elementos metálicos desmontables que permiten alcanzar extensiones de hasta 25 m. Estas reglas están equipadas con sistemas de vibración externa para garantizar un adecuado compactado del hormigón en toda la superficie.

Figura 3. Regla vibrante en celosía. https://interconex.us/es/reglas-vibratorias/

En situaciones donde el uso de reglas vibrantes totalmente automatizadas resulte costoso, también se puede considerar el manejo de reglas vibrantes manuales. Estas reglas suelen consistir en una viga de madera encastrada en un perfil metálico, con vibradores dispuestos cada 2 m aproximadamente. Cuando se utilizan para compactar losas, se colocan transversalmente junto a los costeros laterales que facilitan la nivelación de la losa. Normalmente, son operadas por dos personas, una en cada extremo de la viga, y su longitud típica no excede los 5,5 m. Cuando no están en contacto con el hormigón, estas reglas pueden alcanzar frecuencias de alrededor de 70 Hz, con aceleraciones de 5 g o 6 g y amplitudes de aproximadamente 0,35 mm. Sin embargo, al entrar en contacto con el hormigón, tanto la aceleración como la amplitud se reducen. Por lo general, se utilizan en losas con un espesor de hasta 20 cm.

Os dejo algunos vídeos explicativos. 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.

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Razones para compactar el hormigón

Figura 1. Vertido y vibración del hormigón. https://www.paviconj-es.es/hormigon-precios/hormigon-compactado/

Después de la mezcla, el transporte y el vertido del hormigón, este suele contener aire atrapado en forma de espacios vacíos. Cuando el hormigón no se compacta adecuadamente, pueden surgir coqueras y una macroporosidad elevada (tamaños por encima de 50 nm), que llegan a representar entre el 5 y el 20 % de su volumen total. Al compactar el hormigón, se pretenden mejorar sus propiedades, modificando su estructura y reduciendo su porosidad, hasta menos de un 1 %. El objetivo es comunicar al hormigón, a través de su compactación, la energía necesaria para facilitar el desplazamiento de las burbujas o huecos hacia su superficie. Al mismo tiempo, se busca bloquear, en la medida de lo posible, la interconexión de poros. De esta forma, se elimina la macroestructura porosa, las coqueras, se aumenta la densidad y, al mejorar la resistencia y la impermeabilidad, se corrigen las irregularidades de distribución del hormigón. La excepción es la inclusión deliberada de aire en el hormigón, donde el aire está estabilizado y distribuido de forma uniforme.

La cantidad de aire atrapado guarda una estrecha relación con la trabajabilidad del hormigón, que se define como la propiedad que determina la facilidad y uniformidad con las que puede fabricarse y colocarse en la obra. Por ejemplo, el hormigón con una consistencia en cono de Abrams de 75 mm contiene aproximadamente un 5 % de aire, mientras que aquel con un asentamiento de 25 mm puede contener alrededor del 20 %. En consecuencia, el hormigón de baja consistencia requiere un mayor esfuerzo de compactación, ya sea prolongando el tiempo de compactación o utilizando más vibradores, en comparación con el hormigón de mayor asentamiento.

Es importante eliminar el aire atrapado, entre otras, por las siguientes razones:

El aire ocluido reduce la resistencia del hormigón (Figura 2). Por cada 1% de aire retenido, la resistencia disminuye entre un 4 y un 7%. Como resultado, un hormigón con, por ejemplo, un 3% de vacíos, será entre un 15% y un 20% menos resistente de lo esperado.
El aire atrapado aumenta la permeabilidad, lo que a su vez afecta a la durabilidad del hormigón. Si el hormigón no es compacto ni impermeable, no resistirá la penetración del agua ni de líquidos menos agresivos. Además, cualquier superficie expuesta será más susceptible a los efectos de la intemperie, lo que aumenta el riesgo de que la humedad y el aire alcancen las armaduras y las corroan.
El aire ocluido aminora el contacto entre el hormigón y las armaduras, lo que afecta la adherencia necesaria y, por ende, la resistencia del elemento estructural.
El aire ocluido produce defectos visibles, como coqueras y alveolado, en las superficies expuestas del hormigón.

Figura 2. Resistencia a compresión del hormigón en función del porcentaje de poros.

El hormigón compactado adecuadamente se caracterizará por su densidad, resistencia, durabilidad e impermeabilidad. Por el contrario, un hormigón mal compactado presentará debilidad, escasa durabilidad, textura alveolar y porosidad; en resumen, será un producto de calidad inferior.

La compactación del hormigón puede llevarse a cabo mediante diversos métodos. Inicialmente, en los albores del siglo XX, se empleaban el picado y el apisonado como los primeros sistemas utilizados. Sin embargo, hacia la década de 1920, gracias a la investigación de la relación entre la resistencia del hormigón y la proporción de agua y cemento, surgieron métodos alternativos, entre los que se incluyó el uso de aire comprimido.

Más tarde, en 1927, el ingeniero francés Charles Rabut descubrió los efectos beneficiosos de la vibración sobre el hormigón. Desde entonces, tras la aparición de la primera patente de este sistema, se ha producido una mejora continua en su tecnología, hasta convertirlo en el método de compactación más ampliamente utilizado y eficaz.

Además de estos métodos principales, existen otras técnicas de compactación utilizadas en campos más específicos. Por ejemplo, la compactación por vacío y la centrifugación son sistemas prácticos y se emplean a menudo en elementos con forma cilíndrica. Por otro lado, la compactación por percusión, como la mesa de sacudidas, se utiliza en algunas industrias y laboratorios, aunque su aplicación es más limitada.

El método de compactación a emplear dependerá de la consistencia del hormigón y, en la medida de lo posible, se adaptará a las condiciones particulares de cada caso, teniendo en cuenta factores como el tipo de elemento estructural.

Tal y como indica el artículo 52.2 del Código Estructural, la compactación del hormigón en obra se llevará a cabo utilizando métodos apropiados en función de la consistencia de las mezclas, con el objetivo de eliminar los huecos y lograr un cierre perfecto de la masa, evitando la segregación. Este proceso de compactación deberá continuar hasta que la pasta fluya hacia la superficie y ya no se libere aire. En la Tabla 1 se recomienda el tipo de compactación adecuado para cada consistencia del hormigón.

Tabla 1. Tipo de compactación en función de la consistencia del hormigón.

Consistencia	Tipo de compactación
Seca	Vibrado energético
Plástica	Vibrado normal
Blanda	Vibrado normal o picado con barra
Fluida	Picado con barra o vibrado ligero

Os dejo algunos vídeos de los métodos de compactación del hormigón.

Referencias:

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Cálculo de la producción de un compactador

Figura 1. Compactador monocilíndrico vibratorio autopropulsado Cat CS10 GC. https://www.interempresas.net/ObrasPublicas/Articulos/346172-Caterpillar-presenta-sus-nuevos-compactadores-vibratorios-de-suelos-de-un-solo-tambor.html

La producción de un compactador es directamente proporcional a su velocidad de trabajo, al ancho eficaz del compactador y al espesor de la tongada una vez compactada, e inversamente proporcional al número de pasadas necesarias. El ancho eficaz sería la diferencia entre la anchura del órgano de trabajo del compactador y el solape necesario para garantizar la compactación entre los distintos carriles.

Debido a la multitud de factores que influyen en la compactación, para grandes volúmenes de obra, se aconseja la realización de tramos de prueba, donde se pueden establecer los criterios que, bajo la perspectiva económica, sean óptimos para llegar a la compactación especificada. Los tramos de prueba no suelen estar justificados en el caso de que los materiales sean suficientemente homogéneos y siempre resulta interesante cuando nos encontramos ante yacimientos importantes. En otro caso, no resulta económica su ejecución. Estos tramos de prueba están formados por una cuña, cuyo espesor llega hasta el máximo que se considere para el equipo empleado.

Este tipo de cuestiones se tratan ampliamente en el curso sobre “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”. Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-compactacion-superficial-y-profunda-de-suelos-en-obras-de-ingenieria-civil-y-edificacion/. Además, este os recomiendo también el curso sobre “Gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción”, cuya información podéis ver aquí: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-gestion-de-costes-y-produccion-de-la-maquinaria-empleada-en-la-construccion/

A continuación os dejo un par de nomogramas que permiten el cálculo directo de esta producción. En uno de ellos se han utilizado tanto las unidades del sistema internacional como las anglosajonas. Estos nomogramas se han elaborado en colaboración con el profesor Pedro Martínez Pagán, de la Universidad Politécnica de Cartagena.

Referencias:

MORILLA, I. (2012). Interpretación de los ensayos geotécnicos en suelos. 627 pp., Madrid.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente n.º 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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

Maquinaria y procedimientos de construcción: Problemas resueltos

Os presento el libro que he publicado sobre maquinaria y procedimientos de construcción. Se trata de una completa colección de 300 problemas resueltos, abarcando aspectos relacionados con la maquinaria, medios auxiliares y procedimientos de construcción. Su contenido se enfoca en la mecanización de las obras, costos, disponibilidad, fiabilidad y mantenimiento de equipos, estudio del trabajo, producción de maquinaria, sondeos y perforaciones, técnicas de mejora del terreno, control y abatimiento del nivel freático, movimiento de tierras, equipos de dragado, explosivos y voladuras, excavación de túneles, instalaciones de tratamiento de áridos, compactación de suelos, ejecución de firmes, maquinaria auxiliar como bombas, compresores o ventiladores, cables y equipos de elevación, cimentaciones y vaciados, encofrados y cimbras, fabricación y puesta en obra del hormigón, organización y planificación de obras.

Es un libro, por tanto, muy enfocado a los ámbitos de la ingeniería de la construcción, tanto en el ámbito de la edificación, de la minería o de la ingeniería civil. Además, se incluyen 27 nomogramas originales y 19 apéndices para apoyar tanto a estudiantes de ingeniería o arquitectura, como a profesionales que enfrentan desafíos similares en su práctica diaria en obra o proyecto. La colección se complementa con un listado de referencias bibliográficas que respaldan los aspectos teóricos y prácticos abordados en los problemas. Estos problemas son similares a los tratados durante las clases de resolución de casos prácticos en la asignatura de Procedimientos de Construcción del Grado en Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València (España). Por tanto, el libro resulta adecuado tanto para estudiantes de grado como para cursos de máster relacionados con la ingeniería civil y la edificación.

El libro tiene 562 páginas. Este libro lo podéis conseguir en la propia Universitat Politècnica de València o bien directamente por internet en esta dirección: https://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_376-7-1

Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Ha sido director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.

Referencia:

A continuación os paso las primeras páginas del libro, con el índice, para hacerse una idea del contenido desarrollado.

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Deflexión de una capa compactada

A continuación os dejo una sencilla demostración del asiento que tiene una capa que se ha compactado en función de su espesor inicial y de los pesos específicos anterior y posterior a la compactación. Se trata de una forma indirecta de controlar si se ha alcanzado el grado de compactación deseado. También permite tener una idea de cuánto va a descender la capa una vez compactada.

Si quieres conocer más sobre los aspectos de la compactación, te recomiendo que revises las referencias que dejo al final del post y también este curso en línea sobre “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”. Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-compactacion-superficial-y-profunda-de-suelos-en-obras-de-ingenieria-civil-y-edificacion/

Para aquellos nostálgicos de los nomogramas, os dejo uno preparado específicamente para este caso. Espero que os guste.

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Referencias:

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

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

Índice de huecos de un suelo ideal formado por esferas de igual tamaño

En un artículo previo, se describieron las propiedades volumétricas y gravimétricas de un suelo, específicamente, los conceptos de índice de huecos y porosidad. El índice de huecos, también llamado relación de vacíos, es el cociente entre el volumen de vacíos y el volumen sólido de un suelo. La porosidad es la fracción entre el volumen de huecos respecto al total.

En este artículo, abordaremos el cálculo del índice de huecos y la porosidad de un suelo ideal compuesto por esferas del mismo tamaño. También calcularemos la reducción en el espesor de una capa de esferas desde su estado más suelto hasta su estado más compacto. Este ejercicio es meramente teórico, pero tiene como objetivo clarificar conceptos importantes.

Este problema es un ejemplo de lo que se imparte en el curso en línea sobre “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”, que podéis encontrar aquí: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-compactacion-superficial-y-profunda-de-suelos-en-obras-de-ingenieria-civil-y-edificacion/

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Referencias:

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

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¿Se debe controlar el espesor de tongada y el número de pasadas en la compactación?

Compactador Bomag de rodillo con patas apisonadoras. https://www.interempresas.net/ObrasPublicas/Articulos/145132-Bomag-presenta-la-quinta-generacion-de-rodillos-autopropulsados.html

Suele ser habitual en este blog hacer preguntas como título al contenido de lo que se explica a continuación. La pregunta aquí expuesta tiene que ver con el control del proceso de la compactación de los suelos. En un artículo anterior ya hablamos del control de la calidad de la compactación, distinguiendo el control de recepción del control del proceso. En España el control de recepción parece que es el que prevalece para el cliente, mientras que la empresa constructora suele ocuparse del control del proceso para no incurrir en costes innecesarios. Pero esta forma de actuar no es común en todos los países, y menos con las nuevas tecnologías.

En efecto, atendiendo al control del proceso, hoy día la tecnología incorpora un control de la compactación automático que guía al conductor de la máquina a saber si ha cumplido con las especificaciones exigidas. Se trata de una compactación inteligente que evita un número de pasadas excesivo y, por tanto, aumenta el rendimiento y reduce el coste de esta unidad de obra. Por tanto, el control del proceso claramente se puede automatizar. Pero no siempre ha sido esto así.

En España, el “control de procedimiento” queda descrito en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3), que establece en su artículo 330 que “cuando lo indique el Proyecto o lo aconsejen las características del material o de la obra, y previa autorización del Director de las Obras, las determinaciones “in situ” de densidad, humedad, y módulo de deformación se complementarán por otras, como los ensayos de huella ejecutados según NLT 256 o el método de “Control de procedimiento” a partir de bandas de ensayo previas. En estas últimas deberán quedar definidas, para permitir su control posterior, las operaciones de ejecución, equipos de extendido y compactación, espesores de tongada, humedad del material y número de pasadas, debiendo comprobarse en esas bandas de ensayo que se cumplen las condiciones de densidad, saturación, módulo de deformación y relación de módulos que se acaban de establecer. En estas bandas o terraplenes de ensayo el número de tongadas a realizar será, al menos, de tres (3)”. Es decir, se trata de realizar un tramo de prueba donde poder determinar, para un material con unas condiciones determinadas, el espesor de tongada, la humedad del material y el número de pasadas.

Sin embargo, la determinación del espesor de capa y número de pasadas puede ser un quebradero de cabeza. En efecto, es posible que el espesor real sea muy diferente al previsto. Suele estar asociado a la elección del equipo de transporte y extensión de tierras. Esta variabilidad obliga a recalcular cada vez el número de pasadas necesario para cada capa. Evidentemente, esto complica la ejecución de la obra, y por ello, raramente se hace este cálculo. Además, la maquinaria puede realizar a la vez la extensión y la compactación, con lo que este control se vuelve poco realista.

Las recomendaciones francesas ofrecen una alternativa inteligente a este tipo de problema. Se trata de fijar un espesor máximo de tongada para cada tipo de suelo y de maquinaria empleada. Pero en vez de exigir un número de pasadas, se recurre al parámetro Q/S, donde Q es el volumen de suelo que se compacta durante un tiempo determinado y S es la superficie cubierta por el compactador para ese tiempo. El cuentakilómetros del compactador nos indica la distancia recorrida en el tiempo de referencia. Basta saber la anchura eficaz de compactación para conocer la superficie S cubierta, pues basta multiplicar dicha anchura eficaz por la distancia indicada.

El parámetro Q/S es más sencillo de medir y controlar que la determinación del número de pasadas. De hecho, Q/S tiene la ventaja de que no hay que realizar ajustes (al menos en primera aproximación), pues el esfuerzo de compactación al que corresponde una superficie S está relacionado con el volumen total Q, en vez de estar definido por tongada elemental, tal y como sucede en el caso en el que se indica el número de pasadas (Morilla, 2012).

Os dejo a continuación varios vídeos donde se explica la solución para el control automático de la compactación. Espero que os gusten.

Referencias:

MORILLA, I. (2012). Interpretación de los ensayos geotécnicos en suelos. 627 pp., Madrid.

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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