concreto – El blog de Víctor Yepes

Puesta en obra del hormigón en tiempo frío

Figura 1. Hormigonado en tiempo frío. https://www.cotecno.cl/precauciones-para-el-hormigonado-en-climas-frios/

El hormigón no adquiere la resistencia necesaria cuando su fraguado y primer endurecimiento ocurren a temperaturas muy bajas. Esto se debe principalmente a la acción expansiva del agua intersticial. En el mejor de los casos, se observa una disminución en la velocidad de hidratación de los componentes activos del cemento, como se explicó en un artículo anterior sobre los efectos del frío en el fraguado del hormigón.

En condiciones de frío, el hormigón debe colocarse en los encofrados y compactarse de manera rápida y sin interrupciones. Antes de verter el hormigón, se debe retirar toda la nieve, hielo, escarcha y agua derretida del equipo, encofrado y terreno donde se coloque. Para ello se pueden utilizar chorros de aire caliente. A menos que el área de trabajo esté cubierta, se debe limpiar inmediatamente antes de verter el hormigón.

La temperatura de las superficies en contacto con el hormigón fresco (equipos de colocación, encofrados, terreno) no debe ser inferior a 3 °C ni superar la temperatura del hormigón en más de 5 °C. La superficie del terreno de cimentación puede descongelarse cubriéndola con material aislante durante unos días, pero en la mayoría de los casos es necesario aplicar calor externo con aire seco porque el vapor puede hacer que el agua se condense y posteriormente se congele. Son muy recomendables los encofrados de madera. Los equipos de colocación y los encofrados metálicos pueden estar dotados de aislamiento térmico (más espesor en las esquinas) o pueden precalentarse.

La temperatura de las armaduras también debe ser ligeramente superior a 0 °C cuando se vierte el hormigón. Colocar el hormigón en zonas con alta congestión de armaduras a temperaturas muy bajas puede causar la congelación local del hormigón alrededor de las barras, lo que puede disminuir la adherencia si esta persiste después de la vibración. Si se calientan las armaduras, este proceso no debería afectar a las propiedades del acero.

Se recomienda evitar el uso de canaletas y cintas transportadoras, a menos que estén debidamente aisladas. Estos elementos tienden a perder una gran cantidad de calor y pueden formar hielo durante los intervalos de colocación.

En general, se suspenderá el hormigonado o se adoptarán medidas especiales si se prevé que la temperatura pueda descender por debajo de 0 °C dentro de las próximas 48 horas. Dado que la temperatura del hormigón durante el fraguado depende del tipo de cemento y del espesor de las partes o piezas a hormigonar, estas medidas se implementarán si, a las nueve de la mañana (hora solar), se registran temperaturas inferiores a las siguientes, de acuerdo con los tipos de obras:

Para estructuras de hormigón con cemento Portland:

4 °C para estructuras ordinarias sin más condiciones.
1 °C para estructuras de gran masa o con protección aislante.

Para estructuras de hormigón con cemento siderúrgico o puzolánico:

9 °C para estructuras ordinarias sin más condiciones.
6 °C para estructuras de gran masa o con protección aislante.

No obstante, si se produce una helada justo después del vertido del hormigón y antes de su fraguado, el problema es reversible. En este caso, el fraguado no ha comenzado porque el agua se ha congelado, y una vez que el hielo se derrita, el hormigón podrá fraguar normalmente, previa nueva vibración. Por ejemplo, tomando valores aproximados, a una temperatura de 5 °C, el tiempo de fraguado es de unas 14 horas, mientras que a 20 °C se reduce a 6 horas y a 40 °C a apenas 1,5 horas.

Es necesario asegurarse de que el hormigón no se coloque en los encofrados a un ritmo superior al que permite su correcta compactación y acabado final. En la puesta en obra del hormigón en forjados y elementos superficiales, es fundamental realizar la colocación en frentes reducidos.

Una alternativa para superar los problemas del hormigonado en tiempo frío es calentar el hormigón antes de su colocación, o calentar las armaduras o moldes que lo recibirán, además de usar protecciones aislantes suficientes para evitar una pérdida excesiva de calor. También se pueden calentar los áridos, el agua o la mezcla en la hormigonera. Si se calienta el agua, lo cual es especialmente útil, no debe superar los 70 °C para evitar un fraguado rápido. Este calentamiento suele requerir un mayor tiempo de amasado para evitar la formación de grumos. Además, es recomendable utilizar bajas relaciones agua/cemento y cementos de alto calor de hidratación. Si el encofrado actúa como aislante, como en el caso de la madera, se puede retrasar el proceso de desencofrado para retener el calor durante el mayor tiempo posible.

El problema descrito se agrava si, además de las bajas temperaturas, se presentan fuertes vientos, lluvias, humedad, u otras condiciones climáticas adversas.

El Código Estructural establece las condiciones para hormigonar en tiempo frío en su artículo 52.3.1:

“La temperatura de la masa de hormigón, en el momento de verterla en el molde o encofrado, no será inferior a 5 °C.

Se prohíbe verter el hormigón sobre elementos (armaduras, moldes, etc.) cuya temperatura sea inferior a cero grados centígrados.

En general, se suspenderá el hormigonado siempre que se prevea que, dentro de las cuarenta y ocho horas siguientes, pueda descender la temperatura ambiente por debajo de los cero grados centígrados.

En los casos en que, por absoluta necesidad, se hormigone en tiempo de heladas, se adoptarán las medidas necesarias para garantizar que, durante el fraguado y primer endurecimiento de hormigón, no se producirán deterioros locales en los elementos correspondientes, ni mermas permanentes apreciables de las características resistentes del material. En el caso de que se produzca algún tipo de daño, deberán realizarse los ensayos de información necesarios para estimar la resistencia realmente alcanzada, adoptándose, en su caso, las medidas oportunas.

El empleo de aditivos aceleradores de fraguado o aceleradores de endurecimiento o, en general, de cualquier producto anticongelante específico para el hormigón, requerirá una autorización expresa, en cada caso, de la dirección facultativa. Nunca podrán utilizarse productos susceptibles de atacar a las armaduras, en especial los que contienen ión cloro”.

Los comentarios a este artículo dicen lo siguiente:

“Se entiende por tiempo frío el periodo durante el cual existe, durante más de tres días, las siguientes condiciones:

- - la temperatura media diaria del aire es inferior a 5 °C,
  - la temperatura del aire no supera los 10 °C durante más de la mitad del día.

La hidratación de la pasta de cemento se retrasa con las bajas temperaturas. Además, la helada puede dañar de manera permanente al hormigón poco endurecido si el agua contenida en los poros se hiela y rompe el material. En consecuencia, deben adoptarse las medidas necesarias para asegurar que la velocidad de endurecimiento es la adecuada y que no se producen daños por helada.

Cuando existe riesgo de acción del hielo o de helada prolongada, el hormigón fresco debe protegerse mediante dispositivos de cobertura o aislamiento, o mediante cerramientos para el calentamiento del aire que rodee al elemento estructural recién hormigonado, en cuyo caso deberán adoptarse medidas para mantener la humedad adecuada”.

Os dejo un vídeo al respecto del hormigonado al tiempo frío.

También comparto un artículo que, espero, sea de vuestro interés.

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Referencias:

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

ACI COMMITTEE 304. 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.

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

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

Hormigoneras con inversión de marcha y eje horizontal

Figura 1. Hormigonera de eje horizontal e inversión de marcha. https://www.linosella.com/es/producto/modelo-hopper-s-1500-22

Las hormigoneras de eje horizontal presentan ventajas significativas en comparación con las hormigoneras de tambor basculante. Su capacidad puede ser considerablemente mayor y el hormigón producido suele ser de mejor calidad. Estas máquinas pueden ser fijas o móviles; las móviles se montan sobre un chasis de dos ejes con ruedas neumáticas.

Estas hormigoneras cuentan con una cuba de gran diámetro, de forma cilindro-cónica y con eje horizontal, que posee dos bocas opuestas. Una de las bocas es para la carga, que recibe el material cuando la cuba gira en un sentido, facilitando el amasado de la mezcla. La otra, para la descarga, a diferencia de las hormigoneras de tambor basculante, que solo tienen una boca.

En su interior, la cuba incluye una cámara central de trabajo equipada con de paletas helicoidales inclinadas, fijas a la cuba, que aseguran un buen mezclado. La salida del hormigón generalmente se realiza mediante la inversión rápida del giro de la máquina. Estas máquinas tienen una capacidad de hasta 5 m³, con una producción de 250 m³/h. El tiempo mínimo de amasado, en segundos, para una hormigonera de diámetro D, en metros, se calcula con la fórmula t = 90 √D. La velocidad de giro de la cuba, en r.p.m., se determina aproximadamente mediante la fórmula N = 20 / √D.

Las hormigoneras de eje horizontal suelen tener una velocidad de descarga lenta, lo que puede provocar, en ocasiones, la segregación del hormigón. Este problema es especialmente frecuente cuando se utilizan áridos grandes, pues el mortero mezclado con los áridos de tamaño intermedio tiende a salir primero, dejando los áridos gruesos para el final. Este inconveniente también puede presentarse en las hormigoneras de eje basculante.

La carga de los componentes de la mezcla se realiza generalmente de forma mecánica, utilizando un skip. Este dispositivo recibe los materiales y asciende por unas guías inclinadas hasta encajar en la tolva de descarga. Luego, se abre una compuerta ubicada en el fondo de la cuba y los materiales se introducen en la hormigonera.

El tambor está montado sobre dos aros de rodadura que se apoyan en cuatro rodillos colocados en el bastidor que lo sustenta. La rotación en un sentido u otro se logra mediante la acción de un piñón de ataque montado en un grupo motorreductor, que actúa sobre una corona dentada alrededor de la cuba. Los sistemas de arrastre incluyen:

Un conjunto de corona atornillada al tambor y un piñón de ataque acoplado al motor.
Un sistema de fricción en el que unos rodillos con bandaje de goma arrastran el tambor, siendo estos rodillos impulsados por el motor. Estas ruedas están montadas sobre dos ejes y reciben el movimiento de un motorreductor a través de ruedas dentadas y cadenas.

El equipo de la hormigonera se completa con un armazón metálico montado sobre un eje, una tolva de fondo abatible para el llenado, enganchada al cable de un torno eléctrico, que se desplaza a lo largo de unos carriles inclinados (skip). Todos los movimientos se controlan remotamente mediante pulsadores.

El amasado se produce mediante el giro del tambor, complementado por la acción de las paletas que impulsan el material hacia el centro de la cuba. Un inconveniente frecuente de estas hormigoneras, incluidas las de eje inclinado, es que durante la primera amasada, parte del mortero del hormigón queda adherido a las paredes. Esto hace que la primera mezcla sea de menor calidad que las siguientes y deba ser desechada. Para evitar este problema, se debe realizar una pequeña amasada de mortero antes de iniciar la producción del hormigón. Parte de este mortero recubrirá las paredes de la hormigonera, eliminando el exceso y mejorando la calidad de las mezclas subsiguientes.

La descarga puede realizarse de varias formas, dependiendo del modelo:

Cambiando el sentido de giro del tambor. La inversión del sentido de la marcha dirige la mezcla hacia los álabes del cono para ser evacuada al exterior. Antes de invertir el sentido de marcha del motor eléctrico, es necesario detenerlo. La inversión se logra mediante el cambio de polaridad. Cuando se utiliza un motor diésel, se requiere un inversor-reductor para cambiar el sentido de la marcha del tambor.
A través de una canaleta que se introduce por la boca de descarga dentro de la cuba o cambiando el ángulo de las paletas, aunque estos dos métodos están en desuso.

Os dejo un vídeo explicativo que espero os sea de interés.

Referencias:

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

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

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.

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

Hormigoneras de tambor basculante y eje inclinado

Figura 1. Hormigonera de tambor basculante. https://www.archiproducts.com/es/productos/lino-sella-world/hormigonera-hidraulica-con-tambor-basculante-skipper-s-360_652525

Las hormigoneras de tambor basculante y eje inclinado son las más comunes en pequeñas obras, para mezclas de hasta 0,5 m³ y para una producción de hormigón plástico de calidad media. No obstante, también existen máquinas grandes capaces de producir hasta medio metro cúbico de hormigón. Estas hormigoneras están formadas por una cuba o tambor, que gira alrededor de su eje, con una parte superior troncocónica y una inferior cilíndrica.

La cuba está fabricada con chapa de acero soldada, reforzada en la boca de carga. En su interior, lleva atornilladas unas paletas deflectoras cuya función es arrastrar hacia el centro de la cuba los componentes más pesados de la mezcla, que tienden a situarse en la periferia debido al movimiento centrífugo. El conjunto generalmente está montado sobre un chasis principal provisto de un eje con dos ruedas neumáticas y una lanza de tiro para facilitar su remolque por carretera.

El tambor puede ajustar su inclinación según la operación en curso, ya sea llenado, amasado o descarga. Tanto el llenado como la descarga del aparato se realizan a través de una única abertura centrada en el eje de rotación del tambor. No obstante, existen ciertos modelos con dos aberturas: una para el llenado y otra para la descarga. En posición de amasado, su eje es horizontal y la descarga por gravedad se realiza inclinando la cuba. Para la descarga, la cuba se inclina alrededor de un eje horizontal con la ayuda de un volante o de un motor. Este volante hace pivotar la cuba y su abrazadera mediante un mecanismo de piñones dentados. El principio del tambor basculante permite una alimentación rápida y un vaciado completo. Este sistema también facilita una limpieza conveniente al final de la jornada laboral.

El movimiento de la cuba se produce mediante el engranaje de un piñón motor, cuyo eje coincide con el de la cuba, sobre una corona dentada. El conjunto motor, que puede ser eléctrico o térmico, y los elementos de reducción de velocidad están montados en una carcasa lateral. Los motores de gasolina se usan con capacidades de 80 a 150 litros, mientras que los diésel para capacidades mayores. La mezcla de los elementos se optimiza al reducir la inclinación del eje de la cuba respecto a la horizontal. No obstante, esta inclinación no debe exceder los 15º a 20º aproximadamente. Superar estos valores puede reducir el volumen del tambor, ya que aumenta su capacidad útil; sin embargo, aunque esto disminuye el precio de compra, empeora la calidad del amasado. Por lo tanto, el ángulo de inclinación es uno de los factores principales que el comprador debe considerar.

Este problema también ocurrirá si la pared interior del tambor no tiene ninguna paleta. Inicialmente, los materiales se acumulan en el fondo de la cuba y se arrastran al principio del amasado por la fricción generada por el giro. Sin embargo, después de algunas vueltas, especialmente si se ha añadido mucha agua, la mezcla se vuelve muy plástica y se desliza a lo largo de la pared de la cuba en lugar de subir y caer nuevamente. En este caso, no se puede considerar un verdadero amasado. La presencia y disposición de las paletas facilitan la elevación de los materiales, permitiendo una buena agitación de los componentes. Además, la fijación de las paletas al tambor debe diseñarse cuidadosamente para asegurar un impulso constante durante el amasado.

Un inconveniente frecuente de estas hormigoneras y las de eje horizontal es que, durante la primera amasada, parte del mortero del hormigón queda adherido a las paredes, lo que hace que esta primera mezcla sea de menor calidad que las siguientes y deba ser desechada. Para evitar este problema, se debe realizar una pequeña amasada de mortero antes de arrancar la producción del hormigón. Parte de este mortero recubrirá las paredes de la hormigonera, eliminando el exceso. Para facilitar el amasado, se debe introducir el árido grueso en último lugar. Si se introduce primero, la mezcla será deficiente y el hormigón corre el riesgo de ser heterogéneo. El tiempo mínimo de amasado, en segundos, para una hormigonera de este tipo y diámetro D, se calcula mediante la fórmula t = 120 √D.

Estas hormigoneras pueden estar equipadas con un cargador elevable para la alimentación de los materiales y con dispositivos de suministro de agua, como depósitos, dosificadores o contadores de agua. Se embraga para subir el cargador y al desembragar baja por gravedad. El cargador puede ser de los siguientes tipos:

Basculante mediante cilindro hidráulico. Sin cargador para capacidades de 120 a 200 litros, con o sin cargador para 250 a 500 litros.
Skip, accionado por cable, que se enrolla en un cabrestante, accionado por el mismo motor que impulsa la hormigonera, con su correspondiente embrague. Al activar el embrague, el cargador se eleva, y al desactivarlo, desciende por gravedad.
Radio rascante, con un conjunto de cangilones de alimentación continua.

Os dejo algunos vídeos al respecto de esta hormigonera.

Referencias:

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

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

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

Control de calidad del hormigón bombeable

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

El control de calidad del hormigón bombeable no difiere respecto a 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 posterior compactación y curado. Los factores más importantes para que el hormigón sea bombeable son la 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 juntas, 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, humedad o densidad del hormigón.

Por otro lado, la segunda fase relacionada con el bombeo propiamente dicho del material significa que, en cada caso, el material está relacionado con 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 entra en la colocación. El cambio de la velocidad de colocación y/o 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, a la entrada y a la salida de la bomba. En este sentido, cabe señalar que, en última instancia, la consistencia a la salida de la bomba está relacionada con la energía y el sistema de compactación adoptado para el hormigón en cada caso.

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

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

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

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

Descargar (PDF, 9.46MB)

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

Homogeneidad en la fabricación del hormigón

Figura 1. Homogeneidad del hormigón. https://ingeniero-de-caminos.com/hormigon-homogeneidad/

Un hormigón se considera 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 a través de un buen amasado, de un transporte cuidadoso y de 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, debiendo resultar el árido bien recubierto de pasta de cemento. La mejor forma de conseguirlo es introduciendo los componentes en una hormigonera o máquina amasadora, que se encarga de mezclarlos, lista 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, entonces la variabilidad en los hormigones la determina la calidad del proceso de mezclado. Es esencial elegir adecuadamente el equipo de mezclado, pues 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 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 debido 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, distribuida 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 debe 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 del hormigón, que es un error que afecta la homogeneidad, puede ocurrir incluso cuando la mezcla inicial es adecuada. Durante el transporte, vertido o fraguado, los elementos del hormigón tienden a separarse y decantarse según su densidad y tamaño.

La segregación del hormigón supone que sus componentes se separan, lo que provoca una superficie mal acabada con grietas o fisuras, o un exceso de mortero que afecta 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 segregar, 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 el cual 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, careciendo de resistencia y durabilidad.

La homogeneidad del hormigón se ve comprometida cuando queda 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. Un 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, con el mortero separándose 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 refleja en la relación inadecuada entre arena y grava, el tamaño máximo del árido, el contenido de agua, 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 aquellas 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.

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

Vibradores externos para encofrados de hormigón

Figura 1. Vibrador eléctrico externo. https://beka.cl/ar26-vibrador-externo-wacker-neuson

La compactación del hormigón mediante vibración externa se lleva a cabo transmitiendo la vibración al hormigón a través del encofrado o molde que lo contiene. El propósito de expulsar burbujas para obtener la mayor compacidad posible en el hormigón. Se puede adaptar a propósito al dispositivo vibratorio incorporado. El vibrador externo contribuye a compactar de manera uniforme toda la masa de hormigón, garantizando un proceso completo en lugar de focalizarse únicamente en algunas áreas. Es especialmente eficaz en zonas de difícil acceso, como zonas densamente armadas, ya que la vibración se transmite a través de todo el encofrado de hormigón y, consecuentemente, al hormigón fresco en su totalidad.

Los vibradores adosados al encofrado son menos eficaces que los vibradores internos, ya que parte de la energía aplicada es absorbida por los moldes; sin embargo, resultan muy útiles para la compactación en ciertos elementos estructurales, como muros poco inclinados y columnas muy reforzadas, donde es difícil o imposible utilizar vibradores de inmersión. En tales situaciones, se utilizan pequeñas unidades portátiles que se aseguran de forma rígida al encofrado.

Su ámbito de aplicación más común es en la prefabricación, donde generalmente se utilizan hormigones de resistencias secas. Ante la vibración del encofrado, que debe ser principalmente metálico, la masa de hormigón responde en función de su granulometría y de la cantidad de agua presente. El mortero permite pequeños movimientos de acomodo de los agregados gruesos, pero limita los desplazamientos excesivos. Si la viscosidad del mortero no es la adecuada, existe el riesgo de segregación del agregado grueso. Al finalizar la acción del vibrado externo, aparece una capa brillante y húmeda sobre la superficie del hormigón.

Para llevar a cabo esta técnica de compactación, se emplean vibradores de encofrado que se fijan firmemente a soportes sólidos en el exterior del encofrado. Esto implica el uso de encofrados robustos, preferiblemente metálicos, y asegurados con abrazaderas o rigidizadores para evitar movimientos durante el proceso de vibración. En términos generales, una placa de acero con un espesor de 5 a 10 mm suele ser adecuada cuando se cuenta con una adecuada rigidización mediante nervios transversales. Estos vibradores se utilizan principalmente en prefabricados de gran tamaño con encofrados adecuadamente reforzados, y ocasionalmente en obras “in situ” en áreas donde los vibradores de inmersión no son viables o cuando el hormigón está demasiado seco. Para encofrados verticales, es aconsejable utilizar apoyos de neopreno u otros elastómeros para evitar la transmisión de vibraciones a la base o al terreno. Esto ayuda a prevenir la formación de aberturas en las juntas que podrían ocasionar pérdidas de lechada.

Generalmente, se utilizan para secciones de hormigón con un espesor que no excede los 30 cm. Cuando el espesor es mayor, se recomienda complementar la vibración en el encofrado con la utilización de vibradores internos, a menos que se trate de elementos prefabricados, donde a veces se han obtenido resultados satisfactorios para secciones de hasta 60 cm de espesor.

Figura 2. Disposición de vibradores externos de encofrado. https://web.icpa.org.ar/wp-content/uploads/2019/04/Compactacion-del-hormigon-jul2016.pdf

Tipos de vibradores externos de encofrado

Los vibradores externos de encofrado más comunes se dividen en dos tipos principales: rotatorios y de reciprocidad.

Vibradores rotatorios: son equipos que generan principalmente un movimiento armónico simple con componentes tanto en el plano del encofrado como ortogonal al mismo. Normalmente, operan con frecuencias entre 6.000 y 12.000 r.p.m. Al igual que los vibradores internos, pueden ser neumáticos, hidráulicos o eléctricos. En los dos primeros, la fuerza centrífuga se logra mediante el giro de una masa excéntrica, mientras que en los eléctricos, las masas excéntricas están ubicadas en cada uno de los árboles del motor.
Vibradores de reciprocidad: son equipos que operan mediante un pistón que se acelera en una dirección hasta detenerse al impactar contra una placa de acero, para luego ser acelerado en dirección opuesta. Por lo general, son de tipo neumático y su frecuencia oscila entre 1.000 y 5.000 r.p.m. Estos sistemas generan impulsos que actúan perpendicularmente al encofrado.

Los vibradores eléctricos externos ofrecen una alternativa fiable a los dispositivos de vibración neumática, abordando eficazmente dos desafíos principales en aplicaciones de encofrado de hormigón: el ruido y el consumo de energía.

Los vibradores neumáticos pueden generar un nivel de ruido considerable, alcanzando hasta 105 dB(A) incluso en condiciones de vacío. Esto implica que los usuarios deben tomar precauciones cuando el nivel de ruido en el lugar de trabajo excede los 90 dB(A). Por contra, los vibradores eléctricos mantienen su nivel de ruido constantemente por debajo de los 80 dB(A), eliminando la necesidad de tomar medidas adicionales.

Es importante considerar que cuando no hay operarios presentes cerca de los vibradores, la presión sonora se reduce en 3 dB(A) al duplicar la distancia a la fuente. Por lo tanto, una medición estándar de presión acústica de 105 dB(A) tomada a una distancia de 1 m sigue siendo lo suficientemente alta como para superar los 90 dB(A) en un radio de acción de 32 m.

El uso del encofrado conlleva un notable aumento en el nivel de ruido, especialmente al inicio del vertido del hormigón, donde se pueden alcanzar fácilmente los 120 dB(A). Este efecto también se observa en los vibradores eléctricos, aunque la diferencia inicial mínima es de al menos 15 dB(A). Sin embargo, es esencial recordar que los estándares establecidos por el R.D. 286/2006, de 10 de marzo, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente a los riesgos asociados con la exposición al ruido, se refieren al nivel diario equivalente. En consecuencia, es necesario evaluar el tiempo total de exposición del operario al ruido en lugar de simplemente considerar los niveles instantáneos medidos, limitando esta exposición a un máximo semanal. Por ejemplo, una exposición de 15 minutos diarios a un nivel de 120 dB(A) resultaría en un nivel de presión sonora equivalente de 105 dB(A). Esto implica que el nivel de 90 dB(A) se superaría en un radio de acción de 32 m.

En cuanto al consumo de energía de los equipos, aunque cada situación requiere un análisis individualizado, la realidad es que la relación entre la solución eléctrica y la neumática es de 1 a 20. Por lo tanto, el diferencial de costos entre ambas soluciones se amortiza en menos de un año en condiciones normales de trabajo. De hecho, el uso de un sistema de vibradores eléctricos se vuelve rentable en un plazo máximo de 5 años, gracias al ahorro de energía al cambiar de la solución neumática a la eléctrica. Los defensores de los vibradores neumáticos han argumentado a su favor, afirmando que estos pueden permanecer instalados en los moldes durante el curado con vapor, mientras que los eléctricos no. No obstante, los vibradores eléctricos actuales se diseñan para que puedan operar en atmósferas de vapor, eliminando la necesidad de desmontarlos durante el proceso de curado.

Consideraciones sobre los moldes

El diseño del molde no solo influye en la carga dinámica soportada por la acción de los vibradores, sino que también impacta en su durabilidad y eficiencia. Desde el punto de vista de la resistencia de los moldes, es crucial evitar que la frecuencia de excitación de los vibradores coincida con la frecuencia propia del molde, lo que ayuda a minimizar la carga dinámica inducida por la vibración en la estructura metálica.

La relación entre la frecuencia de los vibradores y la frecuencia propia del molde determina la amplificación dinámica experimentada por la estructura. La frecuencia de funcionamiento debe superar la frecuencia propia del molde, con una relación que exceda el valor de 3 para alcanzar factores de amplificación por debajo de 0,125. El límite inferior de esta frecuencia propia está determinado por la resistencia del molde.

Ubicación de los vibradores

Es esencial considerar que los puntos de anclaje de los vibradores en la estructura del molde deben coincidir con los rigidizadores, o sobre dispositivos especiales, evitando situarlos sobre la chapa del molde. De lo contrario, las tensiones localizadas que se pueden generar cerca del vibrador podrían provocar el colapso del encofrado. Por lo tanto, la disposición de los vibradores está determinada principalmente por la ubicación y distribución de los rigidizadores. Los vibradores se instalan con su eje perpendicular al eje de mayor inercia de los refuerzos del molde. En encofrados verticales, la distancia entre vibradores se encuentra comprendida entre 1,5 y 2,5 m. Además, al emplear vibradores eléctricos en encofrados de membrana, es importante tomar las precauciones necesarias para prevenir el sobrecalentamiento y el riesgo de incendio.

Selección de los vibradores

La selección de los vibradores implica considerar varios parámetros:

Amplitud: Influye en la compactación y no debe ser inferior a 0,04 mm.
Aceleración: La compactación efectiva del hormigón ocurre dentro del rango de 0,5 a 3 g; niveles superiores no mejoran el proceso. Está relacionada con la fuerza centrífuga generada por el vibrador.
Frecuencia: El alcance de la vibración es proporcional a la frecuencia.

Teóricamente, se deberían combinar estos tres parámetros para obtener una amplitud alta, una fuerza centrífuga elevada y una frecuencia entre 6.000 y 9.000 r.p.m. Sin embargo, en la práctica, es necesario encontrar un compromiso. Por ejemplo, dado que la amplitud es inversamente proporcional a la frecuencia, no conviene seleccionar vibradores con una frecuencia excesivamente alta, pues esto limitaría la amplitud.

Para abordar esta dificultad, existen equipos con una función de doble frecuencia. Este vibrador de masa móvil se conecta a través de un variador de velocidad electrónico, permitiendo alcanzar una frecuencia de 3.000 r.p.m., lo que implica una amplitud elevada que facilita el llenado de los moldes y su rápida compactación. Al activar el vibrador en sentido opuesto, el variador ajusta la frecuencia a 6.000 r.p.m., reduciendo así la amplitud. Este proceso de “revibrado” permite redistribuir los áridos más finos en el hormigón y mejorar la calidad superficial del producto final.

En el caso de vibradores externos para encofrados verticales, para hormigones de consistencia seca se prefuere una frecuencia inferior a 6.000 r.p.m., una amplitud mayor a 0,13 mm y una aceleración transmitida a los encofrados verticales de 1 a 2 g. En el caso de consistencia plástica, la frecuencia será mayor a 6.000 r.p.m., la amplitud menor a 0,13 mm y la aceleración de 3 a 5 g.

Consideraciones en el uso de vibradores externos de encofrado

Se destacan los siguientes puntos:

Se debe verificar que todas las juntas, tanto dentro como entre los tableros, estén bien ajustadas y selladas. El encofrado tiende a moverse más que cuando se utilizan atizadores, lo que podría permitir que la lechada se filtre por la más mínima de las aberturas.
Es importante asegurarse de que los vibradores estén firmemente sujetos o atornillados a los soportes y se supervisen constantemente durante su uso. De lo contrario, las vibraciones no se transmitirán completamente al encofrado y al hormigón.
El hormigón se deberá verter en pequeñas cantidades dentro de las secciones para lograr capas uniformes de aproximadamente 150 mm de espesor. Esto ayuda a evitar la incorporación de aire a medida que aumenta la carga.
Todos los accesorios deben estar bajo observación constante, preferiblemente atornillados en lugar de clavados, especialmente las tuercas de los pernos, que pueden aflojarse fácilmente debido a la vibración intensa. También se debe monitorear cualquier pérdida de lechada de hormigón y sellar las fugas siempre que sea posible.
Cuando sea posible, los 600 mm superiores del hormigón en un muro o una columna se compactarán utilizando un atizador; si esto no es factible, se compactará manualmente o mediante paleo hacia abajo sobre la cara del encofrado. Los vibradores externos pueden crear espacios entre el encofrado y el hormigón; mientras que en las capas inferiores estos espacios se cierran gracias al peso de las capas superiores de hormigón, en la última capa pueden permanecer abiertos, lo que podría deformar la superficie.

Os dejo a continuación un artículo sobre la prevención de daños por el uso de vibradores externos en piezas prefabricadas.

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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.

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València. Ref. 477 (en prensa)

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

Hormigón al vacío

El hormigón al vacío (vacuum concrete, en inglés) es una técnica concebida por primera vez por Billner en Estados Unidos en 1935, aunque no entró en Europa la técnica hasta los años 50 del siglo pasado. Persigue mejorar la resistencia y durabilidad del material y que implica la eliminación del exceso de agua de hidratación del cemento mediante presión de vacío antes de que comience el fraguado del hormigón. Esta acción conlleva una notable disminución en la relación agua/cemento (a/c) efectiva, lo que conlleva una mejora significativa en el rendimiento del hormigón. Aunque la reacción química entre el cemento y el agua requiere una relación a/c inferior a 0,38 para una óptima resistencia, la relación empleada suele ser mayor para mejorar su manejabilidad, sirviendo esta agua adicional para lubricar los componentes del hormigón fresco. Este exceso de agua crea poros capilares en el hormigón que aumentan su permeabilidad y reducen su resistencia.

La tecnología del hormigón al vacío resuelve este dilema, permitiendo tanto la trabajabilidad como la alta resistencia. Utiliza una bomba de vacío para aspirar el exceso de agua después de colocar y compactar el hormigón, lo cual puede suponer extraer entre el 10 % y 25 % del agua y aumentar la resistencia a compresión entre un 20 % y un 40 %. Las resistencias a los 7 días con vacío son aproximadamente las mismas que las obtenidas a los 21 días. Esta técnica es efectiva para una variedad de aplicaciones como suelos industriales, aparcamientos y losas de puentes. Tras aplicar el vacío, es posible caminar sobre la losa sin dejar rastro alguno, lo que elimina la necesidad de esperar períodos de tiempo. Los componentes clave incluyen una bomba aspiradora, un separador de agua, una almohadilla de filtración y un vibrador de placa de solera, que trabajan en conjunto para controlar la cantidad de agua eliminada y garantizar la calidad del hormigón resultante.

El efecto del vacío no se limita únicamente a la eliminación del exceso de agua, sino que también contribuye a llenar posibles huecos mediante la presión atmosférica. El vacío se logra mediante una bomba capaz de generar una depresión de 0,7 a 0,8 atmósferas. La duración de la aplicación del vacío varía según la consistencia inicial y el espesor del hormigón empleado. En la práctica, para elementos delgados como losas, muros o tuberías, el tiempo de aplicación del vacío suele ser de 10 a 20 minutos, mientras que para elementos de mayor grosor puede extenderse hasta 40 minutos. La temperatura mínima requerida para este proceso con hormigón es de 10 °C. Sin embargo, no todos los tipos de hormigón son adecuados para aplicar el vacío. Existe el riesgo de bloqueo superficial, que se refiere a la congestión de finos en la superficie que puede impedir el desarrollo del proceso. Por esta razón, el contenido máximo de cemento se limita a 350 kg/m³.

En este procedimiento, el hormigón se vierte en encofrados con una cara perforada, y el exceso de agua se extrae por succión a través de las perforaciones mediante una bomba de vacío. Los encofrados especiales empleados en este proceso consisten en una delgada cámara de baja altura cuya superficie en contacto con el hormigón es permeable, ya sea mediante una rejilla metálica o un tejido de caucho perforado. Las otras caras de la cámara son impermeables, con excepción de unas aberturas estratégicamente ubicadas a través de las cuales se genera el vacío en su interior. Estas aberturas, por lo general, se encuentran en la cara inferior del encofrado. Este método confiere al hormigón una notable cohesión, lo que facilita un desencofrado rápido.

Figura 2. Deshidratación al vacío del hormigón. https://industrysurfer.com/blog-industrial/construccion/hormigon-al-vacio-tecnologia-equipamiento-ventajas/

En una masa de hormigón recién vertida en un encofrado, existe cierto nivel de presión, derivado de la carga del hormigón fresco por encima del nivel considerado y de la presión atmosférica. Esta presión se divide en dos componentes: una presión intergranular, sostenida por el armazón o esqueleto formado por los áridos, y una presión intersticial, sostenida por el líquido que ocupa los espacios vacíos, es decir, el agua en la que están suspendidas las partículas de cemento.

El principio del tratamiento radica en eliminar o, al menos, reducir significativamente la presión intersticial al comunicar la matriz fluida del hormigón fresco, a través de un filtro, con una fuente de vacío. Sin embargo, es importante destacar que la presión total en el hormigón no se ve alterada, dado que la aplicación del vacío no afecta ni a la masa de hormigón sobre el nivel considerado ni a la presión atmosférica externa.

En estas circunstancias, la primera componente, es decir, la presión intergranular, experimenta un aumento repentino, lo que provoca que el armazón rígido se vea obligado a soportar lo que previamente sostenía el líquido. Como resultado, el esqueleto se compacta en busca de un nuevo equilibrio, reduciendo así sus espacios intersticiales y expulsando el exceso de agua, que se desplaza entre los granos hacia el filtro. Esta contracción persiste hasta que los áridos alcanzan la máxima compacidad compatible con su granulometría, momento en el cual cesa la compactación. En el caso de un recipiente, se observa cómo la superficie libre del hormigón desciende algunos centímetros durante este proceso de contracción.

El hormigón al vacío ofrece una serie de ventajas significativas, como un aumento de su resistencia final, la posibilidad de retirar los encofrados de los muros de forma más temprana, así como la combinación de trabajabilidad y resistencia gracias a la deshidratación mediante vacío. Además, presenta una alta durabilidad y densidad, junto con una reducción notable en la permeabilidad y en el tiempo requerido para el acabado final. También se observa un aumento del 20% en la resistencia de adherencia, facilitando su aplicación en trabajos de repavimentación y reparación. Asimismo, la reducción del agua reduce notablemente la retracción, con lo que se pueden separar las juntas hasta 20 m en pavimentos. Sin embargo, estas ventajas vienen acompañadas de algunos inconvenientes, como el consumo de energía y la necesidad de equipos específicos, lo que conlleva un costo inicial elevado y la necesidad de contar con mano de obra especializada. Además, la porosidad del hormigón puede permitir la filtración de agua, aceite y grasa, lo que podría debilitar la estructura con el tiempo.

En la Figura 3 se puede observar que el beneficio de la deshidratación del hormigón es más acusado en la capa superior que en la inferior. Por encima de 150 mm de profundidad, el efecto de este procedimiento es poco significativo. Por tanto, a efectos de mejora de resistencia, de reducción de poros y aumento de la durabilidad, esta mejora es particularmente evidente en las áreas donde más se necesita. Incluso, este procedimiento permite un aumento en la capa superficial de las soleras de hormigón que puede, en algún caso, competir con capas de rodadura.

Figura 3. Efecto de la deshidratación por vacío del hormigón. https://theconstructor.org/concrete/vacuum-concrete-techniques-equipments-advantages/6867/

Os dejo a continuación un artículo interesante sobre los primeros años de esta técnica en Colombia.

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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.

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

Secuencia del curado del hormigón y duración de las diferentes etapas

https://www.yura.com.pe/blog/curado-concreto-primera-parte/

Tradicionalmente, se ha considerado el curado como un proceso que se lleva a cabo después de la colocación y el acabado del hormigón. Sin embargo, es esencial comprender que el curado debe comenzar en el momento en que la superficie del hormigón comienza a secarse. Esto sucede cuando el agua de exudación se evapora más rápido de lo que puede ascender a la superficie. Estas condiciones pueden ocurrir, incluso antes de completar el acabado del hormigón, lo que permite distinguir diversas fases en el proceso de curado. La norma ACI 308 R señala que, debido a las distintas etapas por las que pasa el hormigón desde su elaboración hasta que la estructura adquiere las propiedades de diseño, es necesario distinguir tres fases de curado a lo largo del tiempo: curado inicial, curado intermedio y curado final.

Curado inicial

El curado inicial abarca desde la colocación hasta el acabado del hormigón y trata de evitar la pérdida de humedad de la superficie. Si el acabado se realiza justo después de que desaparezca el agua de exudación, no es necesario implementar medidas de curado inicial. Sin embargo, suele ser imprescindible cuando el secado de la superficie empieza antes del inicio del fraguado o incluso antes de que se complete el acabado. Hay que considerar que la velocidad de evaporación del agua es máxima antes del fraguado del cemento, pues posteriormente el agua se desplaza en el interior del hormigón por difusión, un proceso muy lento. Por lo tanto, resulta de suma importancia evitar el secado durante las primeras horas tras la colocación del hormigón.

El curado inicial previene la fisuración debida a la retracción plástica en hormigones con muy poca exudación o que no exuden. Un ejemplo son aquellos hormigones que contienen cementos finos u otros materiales cementantes finos como el humo de sílice, las cenizas volantes o la escoria. También entrarían en esta categoría aquellos hormigones con una baja relación agua-cemento, con alto contenido de aire o con aditivos reductores de agua. Además, se recomienda su aplicación en ambientes con alta evaporación del agua de la superficie del hormigón, como en condiciones de calor intenso.

Se pueden emplear diversos métodos que no dañen ni deformen la superficie del hormigón fresco, como la nebulización, el uso de reductores de evaporación o la modificación del entorno mediante sombras, barreras de viento o cerramientos. En caso de que el proceso de acabado involucre varias operaciones que se extiendan en el tiempo, es fundamental continuar con las medidas de curado inicial o volver a aplicarlas hasta que el acabado esté completo.

El curado inicial debe llevarse a cabo justo después de que desaparezca el brillo del agua de exudación, lo cual puede ocurrir tras el nivelado y, en algunos casos, incluso antes del alisado. Es importante eliminar el exceso de agua proveniente del rociado de neblina o de los reductores de evaporación, o bien permitir que se evapore antes de finalizar el acabado de la superficie.

Curado intermedio

El curado intermedio se hace necesario cuando la superficie del hormigón se ha acabado antes de que haya completado su proceso de fraguado. Esto puede ocurrir cuando se logra rápidamente la textura superficial, cuando hay retraso en el fraguado, o en ambos casos.

Si se ha realizado un curado inicial, el curado intermedio puede mantener la nebulización continua o la aplicación de retardadores de evaporación. En caso contrario, los métodos empleados no deben dañar la superficie del hormigón, ya que aún no ha alcanzado su fraguado final y no es capaz de resistir el daño mecánico. Por lo tanto, el agua debe aplicarse con suavidad.

Después de la última pasada de acabado, se pueden aplicar compuestos de curado mediante aspersores. Estos compuestos tienen la ventaja de poder aplicarse antes de que el hormigón haya completado su fraguado, y a menudo se aceptan como método final de curado. La aplicación de arpilleras húmedas en la superficie del hormigón justo después del acabado puede afectar a su calidad, por ejemplo, reduciendo su resistencia a las sales fundentes. Por ello, es preferible cubrir suavemente la superficie con láminas de plástico tras el acabado, y reemplazar el plástico por arpillera una vez que el hormigón haya alcanzado su fraguado final.

Curado final

El curado final comprende los procedimientos aplicados después del acabado y una vez que el hormigón ha fraguado, y ha comenzado a desarrollar resistencia. Es crucial no demorar las medidas de curado una vez completado el acabado, ya que puede ocasionar una pérdida relevante de agua por evaporación, especialmente cuando la textura del acabado resulta en una amplia superficie expuesta, como ocurre con el cepillado o el ranurado. El curado final puede efectuarse mediante la extensión de los métodos utilizados en el curado inicial o intermedio, o mediante la aplicación de otros métodos como la aspersión, el uso de arpilleras u otros materiales absorbentes humedecidos, el riego con manguera, entre otros.

Una vez examinadas las tres acciones que conforman el proceso de curado, se comprende la importancia de planificar meticulosamente el curado de una estructura significativa, así como la relatividad de la afirmación: “el mejor curador es el agua”. La elección del método de curado adecuado, entre las numerosas opciones disponibles, dependerá, como se ha señalado, de la rapidez con la que se esté secando la superficie del hormigón, así como de si ya se ha producido el fraguado inicial y final, y si las operaciones de acabado han concluido o no. Esto implica la necesidad de tener un conocimiento aproximado de los tiempos de curado requeridos para el hormigón en cuestión, considerando las condiciones climáticas específicas presentes en la obra.

Os dejo un documento de Sika sobre el curado del hormigón.

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Referencias:

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, 189 pp.

MENZEL, C.A. (1954). Causes and Prevention of Crack Development in Plastic Concrete. Proceedings of the Portland Cement Association, Vol. 130:136.

LERCH, W. (1957). Plastic shrinkage. ACI Journal, 53(8):797-802.

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

Revibrado del hormigón

Figura 1. Vibrado del hormigón con aguja. Fuente: Revista Construir

La revibración del hormigón se emplea en ciertos casos para mejorar la adherencia entre el hormigón y el acero de refuerzo, para liberar el agua atrapada debajo de las barras horizontales y para eliminar posibles bolsas de aire adicionales. Esta práctica no causa ningún daño si el hormigón aún se encuentra maleable. Sin embargo, es crucial evitar el contacto entre la aguja del vibrador y el acero de refuerzo. La vibración transmitida a través de las armaduras al hormigón semiplástico puede resultar en pérdida de adherencia de la barra con el hormigón y fisuras en las armaduras.

La revibración ofrece una serie de beneficios significativos, como mejorar la resistencia a la compresión, de un 15 % hasta un 40 %, sobre todo a cortas edades. También permite aumentar la impermeabilidad, potenciar la adherencia, reducir las bolsas de grava, eliminar el agua atrapada y expulsar el aire y las bolsas de agua. Sin embargo, es importante tener en cuenta que no se debe aplicar el revibrado en mezclas con consistencia seca y granulometría abierta. Es, por tanto, más indicado para consistencias blandas.

El proceso implica la introducción de un vibrador en la masa de hormigón precompactada pasados unos 30 minutos de la primera compactación, pero dentro de las primeras 2 a 4 horas (antes del inicio del fraguado). Una regla práctica indica que se puede llevar a cabo el revibrado siempre que la aguja pueda penetrar en el hormigón por su propio peso y logre fluidificarlo. Además, es posible emplear un aditivo retardador del fraguado para facilitar este proceso.

En diferentes circunstancias, el revibrado puede ser igualmente ventajoso:

Al colocar hormigón en capas y vibrar la inferior, lo cual evita la formación de juntas entre ellas.
Para perfeccionar el acabado superficial de los pilares y muros superiores, eliminando el aire que suele acumularse en esas áreas.
Para cerrar las fisuras producidas por la retracción plástica.

Esta técnica es especialmente útil para hormigones con altos valores de relación agua-cemento, aquellos con baja retención de agua o en situaciones donde la colocación inicial ha sido compleja. Al colmar los vacíos generados durante el asentamiento inicial del hormigón fresco alrededor de la armadura horizontal, se garantiza una mejor calidad estructural.

Es crucial realizar el revibrado en el momento adecuado, cuando el hormigón aún está maleable. El proceso de fraguado generalmente comienza entre una hora y media y cuatro horas después de la vibración previa. Esta operación conlleva ciertos riesgos y es fundamental calcular con precisión la duración de la nueva vibración, ya que un error en cualquiera de estos aspectos puede causar daños irreparables al hormigón.

Dada la complejidad y el riesgo asociado, el revibrado es una tarea que debe ser ejecutada por personal altamente especializado, con un control meticuloso del proceso. Por esta razón, y debido al riesgo inherente, no es una práctica comúnmente empleada. En cualquier caso, es necesario obtener la aprobación previa de la dirección facultativa antes de llevar a cabo el revibrado.

Os dejo a continuación un artículo que estudia la acción del revibrado en morteros, hormigones y prefabricados, que espero os sea de interés.

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Referencias:

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

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

Hormigoneras transportadoras o camiones hormigonera

Figura 1. Camión hormigonera. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cami%C3%B3n-hormigonera_Mercedes-Benz_2224.jpg

El hormigón producido en una planta de producción de hormigón se transporta a las obras donde se utilizará mediante camiones hormigonera (Figura 1). Estos vehículos, aunque diseñados para agitar, se utilizan con mucha frecuencia como mezcladores. Consisten principalmente en una cuba cilindro-cónica construida con chapa de alta resistencia al desgaste y de gran capacidad (de 6 a 10 m³), cuyo eje está inclinado aproximadamente 15º respecto a la horizontal. Estos camiones tienen dos modos de rotación: uno para cargar y mezclar, y otro opuesto para descargar. La mayoría de las autohormigoneras se emplean en centrales de venta de hormigón.

El principio de amasado es similar al de las mezcladoras de tambor horizontal con inversión de marcha. En el interior de la cuba, se encuentran dos hileras de espirales helicoidales de acero con piezas de desgaste fijadas a la pared. El material ingresa a la cuba a través de una tolva en la parte superior de la boca y sale por la parte inferior, cayendo primero en una tolva y luego en una canaleta de distribución plegable y orientable para el transporte.

La cuba está montada sobre un chasis general que se sitúa en la plataforma del camión. Los componentes giratorios incluyen una banda zunchada en la parte superior, que se apoya sobre dos rodillos, y un eje en el fondo de la cuba, que gira en un cojinete montado en un contrafuerte del chasis.

Figura 2. Detalle de las espiras de un camión hormigonera

La cuba presenta dos capacidades operativas distintas (eje 8/6,6):

En su función de agitador, se utiliza para recibir el hormigón previamente mezclado en la central y agitarlo durante el transporte, con una capacidad mayor de 8 m³.
En su rol de mezcladora, recibe la mezcla seca de la central de dosificación y la amasa durante el transporte, con una capacidad menor de 6,6 m³.

El volumen del tambor o cuba debe ser mayor, con una relación aproximada de 10 m³/8 m³/6,6 m³.

Para las operaciones de amasado o simplemente de agitación, la cuba gira en dirección que desplaza los productos hacia el fondo de la misma. La rotación en sentido contrario garantiza un vaciado total. Es común contar con dos velocidades para el proceso de amasado y una para el de descarga:

La primera velocidad, más lenta, se emplea para la agitación durante el transporte, cuando el material ya está amasado, ya sea porque se cargó hormigón mezclado en la central o porque se ha amasado durante parte del trayecto un material previamente cargado sin amasar.
La segunda velocidad, más rápida, se utiliza durante la carga de la hormigonera, la cual debe ser lo más rápida posible. También se emplea para el amasado en el caso de que se haya cargado dosificación sin amasar.

Tabla. Velocidades de rotación de la cuba para distintas operaciones

Los sistemas utilizados para el movimiento de la cuba son los siguientes:

Motor auxiliar, generalmente diésel, independiente del camión, lo que conlleva las siguientes ventajas:
- Mayor durabilidad del motor del camión.
- En caso de avería del camión, la hormigonera puede seguir funcionando sin que el hormigón fragüe.
Uso del mismo motor del camión. La caja de cambios cuenta con una salida lateral a la que se acopla una transmisión hidráulica que acciona el tambor. El inconveniente es que requiere camiones con una potencia considerablemente mayor, pero las ventajas son las siguientes:
- Se utiliza un solo motor diésel, lo que resulta en un menor consumo de combustible.
- Reducción de costes y menor necesidad de reparaciones y repuestos.

Figura 3. Partes de un camión hormigonera

El sistema de agua está compuesto por los siguientes elementos:

Depósito de agua con una capacidad de 500 a 700 litros, dependiendo de la capacidad requerida. Cuando no se realiza el mezclado en la central, el agua de amasado se añade al final del trayecto, unos minutos antes del vaciado. Esta práctica maximiza las ventajas del conjunto formado por las centrales y las hormigoneras.
Bomba de agua de tipo centrífugo.
Contador de agua y tuberías de distribución.

En cuanto al fraguado del cemento, este está influenciado por la temperatura ambiente y la calidad del mismo. Sin embargo, suele comenzar aproximadamente a los 20 minutos en climas cálidos y a los 40 minutos en invierno.

La norma C94-71 de la American Society for Testing and Materials (ASTM) establece un tiempo máximo de transporte de hormigón de 90 minutos cuando se utiliza un camión con agitador, y de 45 minutos cuando se transporta en camiones basculantes sin agitador. Por otro lado, el Código Estructural recomienda que, en condiciones normales, el intervalo de tiempo entre la adición del agua de amasado al cemento y a los áridos, y la colocación del hormigón, no debe exceder de una hora y media.

En la práctica, cuando las distancias a recorrer superan los 90 minutos, se opta por transportar mezclas secas y añadir agua al final del trayecto. Sin embargo, esta solución compromete la correcta dosificación del agua en la central.

Os dejo algunos vídeos sobre esta máquina.

Os dejo también la NTP 93: Camión hormigonera, que es una guía de buenas prácticas para el manejo seguro de la máquina.

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Referencias:

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

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