Figura 1. Fratás automático http://www.imcyc.com/revistacyt/jul10/pavimentos.htm
El acabado final del hormigón es una tarea crítica en la construcción de un pavimento, ya que tiene la importante misión de corregir las irregularidades producidas durante la colocación y compactación del material. Para conseguir una superficie adecuada en el hormigón fresco, se pueden realizar diferentes trabajos, desde un ligero fratasado manual hasta intervenciones más significativas, como la reparación de bordes.
El fratasado es una técnica que se utiliza para nivelar la superficie del hormigón, eliminar la capa superficial de lechada, sumergir las partículas de árido más gruesas, remover y corregir pequeñas imperfecciones y presentar el mortero en la superficie para texturizarla. Esta técnica puede realizarse de forma manual o mecánica y puede ser longitudinal o transversal.
En las carreteras de alta velocidad de España se logra una textura superficial longitudinal mediante el estriado del hormigón con cepillos metálicos o de plástico, y con una arpillera húmeda y lastrada, para conseguir una microtextura áspera en toda la superficie. La arpillera también se utiliza para eliminar las marcas de la bailarina. En los bordes de las carreteras suele formarse una textura transversal. En otros países, la macrotextura se consigue mediante técnicas como la denudación química o la incrustación de gravilla en el hormigón fresco.
Una vez que la pavimentadora ha terminado su trabajo, el carro de texturizado y curado (Figura 2) se acerca para aplicar la textura deseada con un cepillo de cerdas o flejes, mientras se rocía el líquido de curado como última operación. Si se desea una textura de árido visto, el carro extiende el retardador de fraguado y, en algunos casos, el compuesto de curado. Algunos productos pueden realizar ambas funciones simultáneamente. En regiones lluviosas, el retardador de superficie se protege con una lámina de plástico desplegada desde un rollo montado en el carro. Una vez retirado el mortero sin fraguar, se aplica el producto de curado sobre el pavimento.
Figura 2. Equipo de texturizado y curado (Calo et al., 2015)
El curado del pavimento evita la pérdida de agua necesaria para el fraguado y el endurecimiento del hormigón, así como la aparición de fisuras por retracción que pueden debilitar su resistencia. Aunque es posible usar agua para el curado en carreteras con poco tráfico, se recomienda utilizar productos de calidad que creen una capa impermeable sobre el pavimento para evitar la evaporación del agua. Estos productos suelen tener un pigmento blanco que, además de reducir la ganancia de calor por la radiación solar, facilita la inspección visual de la uniformidad de la aplicación. Después, al sellar las juntas, es necesario volver a aplicar el producto en la ranura correspondiente.
Figura 3. Tren de curado (Calo et al., 2015)
Las membranas químicas de curado están formuladas a base de resinas y solventes que se evaporan rápidamente y no son solubles en agua. Estas membranas pueden aplicarse inmediatamente después de las tareas de texturizado y terminación del hormigón, incluso si hay agua en la superficie. Al aplicarse por aspersión sobre la superficie del pavimento, se forma una película protectora en pocos minutos que impide la evaporación del agua de exudación y mejora su acción preventiva al adherirse al hormigón. Gracias a estas características, resultan especialmente útiles para la pavimentación con encofrados deslizantes.
Referencias:
CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).
IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.
KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid.
KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.
RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.
Figura 1. Estructura típica de un pavimento rígido (Calo et al., 2015)
Una sección común de un pavimento rígido está compuesta por una capa superior, la calzada de hormigón, responsable de proporcionar la mayor parte de la capacidad estructural del pavimento. Esta capa descansa sobre una base de material seleccionado, que puede estar tratada con un ligante o no, y, a su vez, sobre el suelo natural o la explanada (ver Figura 1).
Calzada de hormigón
La capa superior del pavimento está formada por la calzada de hormigón, que es responsable de proporcionar las características funcionales y de una gran parte de la capacidad estructural requerida. En cuanto a las características funcionales, es la encargada de brindar las condiciones superficiales necesarias, como el drenaje, la fricción y la regularidad, de acuerdo con el tipo de vía y las condiciones de servicio, a fin de garantizar una conducción segura y cómoda. En lo que respecta a su capacidad estructural, debe ser lo suficientemente resistente como para soportar las cargas durante el periodo de servicio y actuar como barrera impermeable para las capas inferiores del pavimento, de modo que se minimice la entrada de agua desde la superficie hacia el interior de la estructura.
El espesor de la calzada dependerá en gran medida del nivel de tránsito pesado previsto y oscilará entre 15 y 20 cm para vías urbanas o de bajo tránsito pesado, y entre 20 y 30 cm para rutas con mayor volumen de vehículos pesados.
Base
La base es la capa fundamental del comportamiento del firme de un pavimento rígido, ya que proporciona un apoyo continuo, uniforme y estable a lo largo del tiempo. Si no se cumple esta condición, las losas del pavimento se ven sometidas a tensiones y deformaciones significativas debido a las cargas del tráfico. Esta capa se encuentra justo debajo de la calzada de hormigón y su función principal es prevenir la erosión en la interfaz entre la losa y el apoyo, por lo que es un elemento obligatorio en las vías con tránsito pesado.
Además de esta función principal, la incorporación de la base en la estructura del pavimento aporta varios beneficios. Mejora la distribución de cargas y reduce las tensiones en las capas inferiores de la estructura. También facilita el drenaje del agua de infiltración y protege los suelos de las heladas. Además, garantiza un soporte uniforme para la calzada de hormigón y crea una plataforma de trabajo resistente al clima, apta para vehículos de obra.
La falta de uniformidad en la base puede deberse al bombeo de finos (pumping, en inglés). Si hay agua bajo la losa y la base contiene muchos finos, y el tráfico pesado es intenso, el paso de vehículos entre losas puede provocar el bombeo de agua y finos hacia las juntas o los bordes. Esto genera erosión de la base y descalce de las losas.
En el caso de tráficos medios y ligeros, se suelen utilizar las bases granulares tradicionales, como el macadam o la zahorra artificial (ambas compuestas por gravas y arenas trituradas). No obstante, cuando se trata de tráficos pesados, es necesario emplear materiales granulares tratados con un ligante o conglomerante, como las bases de gravacemento.
Subbase
La subbase es una capa de firme ubicada debajo de la base de la explanada, también conocida como subrasante. En algunos casos, puede no ser necesaria si la explanada ya cuenta con una gran capacidad de soporte granular. Su función principal es proporcionar una base uniforme para la colocación y compactación de la capa de base, así como constituir una plataforma adecuada para su construcción. Es importante que esta capa tenga una función drenante, por lo que es necesario que los materiales empleados no sean finos. En cualquier caso, esta capa suele ser necesaria como capa de transición. Las subbases granulares se componen de gravas y arenas naturales o trituradas, suelos estabilizados con cemento, gravaescoria, entre otros materiales.
Explanada
La subrasante o explanada es la superficie sobre la que se asienta la superestructura del pavimento. Es crucial que esta superficie tenga la resistencia y la regularidad geométrica adecuadas, ya que soporta directamente el pavimento. Además, la explanada puede estar compuesta por la capa superior del terraplén o por el fondo de las excavaciones en terreno natural y es responsable de soportar la estructura del pavimento. Para garantizar su estabilidad y buen estado, se seleccionan suelos con características aceptables y se compactan en capas para crear un cuerpo estable capaz de resistir la carga de diseño del tránsito.
Subdrenaje
En ciertas situaciones, es posible mejorar el sistema de drenaje de una estructura, incluidas las estructuras de subdrenaje. Esto permite eliminar rápidamente el agua que inevitablemente se filtra por las juntas y fisuras, y así evitar los efectos perjudiciales que podría causar su acumulación en la estructura del pavimento. Los subdrenes constan de una red colectora de tuberías perforadas o ranuradas que se instalan en zanjas para recolectar el agua subterránea. El objetivo es controlar y retirar el agua, minimizando su efecto negativo en las capas estructurales del pavimento.
Juntas
Las juntas determinan las dimensiones de las losas del pavimento y controlan la formación de fisuras tanto en la fase inicial como en servicio. Existen dos tipos de juntas: las de contracción, que implican debilitar la sección de hormigón, y las de construcción, que se moldean. La opción más común es utilizar el aserrado para crear las juntas, aunque también es posible formarlas en fresco mediante surcos en el hormigón. En este último caso, pueden producirse manipulaciones posteriores que afecten la regularidad superficial, lo que limita su uso en juntas transversales de carreteras de alto tráfico. El serrado de las juntas debe realizarse antes de que se formen las fisuras, pero no demasiado pronto, pues los bordes podrían dañarse. El momento adecuado depende del tipo de cemento y de las condiciones de humedad y temperatura. Según el PG-3, el serrado de las juntas transversales debe realizarse dentro de las primeras 24 horas posteriores a la puesta en obra del hormigón, mientras que para las longitudinales debe hacerse entre las 24 y las 72 horas posteriores. La profundidad mínima del corte debe ser de un tercio o de un cuarto del espesor de la losa, según corresponda, para las juntas longitudinales y transversales, respectivamente. Es recomendable sellar las juntas, especialmente en áreas con mucha lluvia, y para ello se utilizan productos de sellado, como perfiles preformados de materiales elastoméricos que se introducen a presión.
Transferencia de carga
La transferencia de carga se refiere a la capacidad de una junta para transmitir parte de la carga aplicada a una losa a la losa adyacente. Esta transferencia puede lograrse mediante la trabazón de áridos, que se produce entre las caras de la fisura que se desarrolla por debajo de la junta, o mediante el uso de pasadores. En algunos casos, se pueden emplear ambas técnicas conjuntamente para lograr una transferencia de carga óptima.
Pasadores
Se trata de barras de acero lisas dispuestas en las juntas transversales para transmitir cargas sin restringir el movimiento horizontal de las losas. Su función es reducir las tensiones y deflexiones del hormigón, así como disminuir el riesgo de escalonamiento, de bombeo y de rotura en las esquinas de las losas.
Figura 2. Canastilla de pasadores (Calo et al., 2015)
Barras de unión
Se instalan en las juntas longitudinales para mantenerlas ancladas, garantizando así una transferencia de carga eficiente durante su periodo de servicio. La cantidad de acero necesaria se determina en función del espesor de la losa, la distancia al borde libre más cercano y la fricción en el plano de contacto con la base.
Figura 3. Barras de unión (Calo et al., 2015)
Arcenes
Aunque no forma parte de la estructura, la función de soporte en los bordes de la calzada es fundamental en los pavimentos de hormigón. Si el arcén está pavimentado con una estructura de hormigón, la calzada puede transmitir una parte de las cargas aplicadas a dicha estructura, lo que reduce las tensiones y deflexiones que se generan en ella. Además, minimiza la infiltración de agua desde la superficie del pavimento. Además de los arcenes, existen otras alternativas estructurales, como la incorporación de bordillos (en pavimentos urbanos) o la ejecución de sobreanchos de calzada, que también contribuyen significativamente a mejorar la condición de soporte en los bordes.
Referencias:
CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).
IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.
KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid.
KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.
RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.
Figura 1. https://blog.laminasyaceros.com/blog/hormigon-armado
El hormigón reforzado con fibras es aquel en el que se han incorporado fibras en una proporción adecuada para mejorar alguna de sus propiedades respecto al hormigón convencional. Aunque el costo de este tipo de hormigón es alto, se compensa por sus características, como el aumento de la resistencia a la tracción y a la fatiga, un mejor comportamiento a flexotracción, la ductilidad, la resistencia al impacto y la durabilidad, así como la disminución y el control de la fisuración. La transmisión de esfuerzos fibra-matriz se produce por adherencia, lo que superpone acciones que involucran fenómenos de adhesión, fricción y entrecruzamiento mecánico. Para asegurar el uso adecuado de fibras en el hormigón, es necesario seleccionar materiales con módulos de elasticidad comparables o superiores a los del hormigón.
El uso de hormigón con fibras en pavimentos no es nuevo. Durante la década de 1980, se popularizó su uso al reducir el espesor del pavimento, aumentar la distancia entre las juntas y aumentar su vida útil de cinco a ocho veces en comparación con los pavimentos tradicionales. Por desgracia, esta tendencia no se mantuvo y el hormigón con fibras desapareció silenciosamente del ámbito de la construcción de pavimentos. A pesar de ello, la investigación en la construcción de soleras industriales continuó, especialmente mediante el empleo de fibras de acero. En España, se han construido miles de metros cuadrados de pavimentos en naves industriales, talleres de mantenimiento de helicópteros, parques de contenedores, suelos de talleres de fábricas de automóviles, entre otros.
En los pavimentos de autopistas y carreteras, el consumo de hormigones reforzados con fibras se ha incrementado debido a su mayor resistencia a la flexotracción, al control de la fisuración, a su resistencia a la fatiga dinámica y a la posibilidad de realizar juntas cada 15 m o incluso de no realizarlas. Además, pueden utilizarse en la totalidad del espesor del pavimento o en forma de recrecidos sobre pavimentos rígidos o flexibles deteriorados. Como ventaja adicional, estos pavimentos solo requieren un espesor de 7 a 10 cm y pueden colocarse con cualquier extendedora tradicional o, simplemente, con reglas vibrantes. Sin embargo, su coste es más elevado y solo resulta justificado en aplicaciones como refuerzos adheridos a pavimentos ya existentes, pavimentos de puentes y pavimentos que soportan cargas muy pesadas, como las que se dan en puertos, aeropuertos y zonas industriales.
Para que las fibras cumplan su función correctamente, deben distribuirse uniformemente a lo largo de la masa del hormigón. Por lo tanto, se recomienda aumentar la proporción de finos hasta alcanzar una proporción de pasta del orden del 40 %, lo que supone un aumento del 10 % respecto de las dosificaciones normales. También es importante limitar el tamaño máximo del árido a 20 mm. En el caso de los hormigones de pavimentos con áridos de 20 mm, el tamaño máximo debe ser inferior a 100 y la proporción en volumen de fibras debe ser de aproximadamente el 2% de la pasta o el 1% del volumen total. Es posible alcanzar resistencias a la compresión de hasta 15 MPa con densidades de 2 t/m³. Sin embargo, es relevante saber que las fibras reducen la docilidad y la trabajabilidad al aumentar la proporción de fibras. Por lo tanto, es necesario incrementar la relación de cemento hasta 0,5-0,6, con dosificaciones de 350-450 kg/m³, o bien emplear un plastificante.
Las fibras pueden ser de distintos materiales, desde microfibras plásticas de muy pequeño diámetro hasta fibras de acero, que es lo más habitual en pavimentos. Según su naturaleza, se puede controlar el proceso de formación de fisuras o mejorar su comportamiento estructural o su resistencia a la fatiga. La dosificación de microfibras oscila entre 0,6 kg/m³ y 1,0 kg/m³, y la de fibras de acero suele superar los 30 kg/m³. Entre las características más importantes de las fibras metálicas se encuentran la forma de la fibra, que permite un buen anclaje en el hormigón, y la relación entre la longitud y el diámetro equivalente de la fibra. Esta relación es un factor clave que distingue a las fibras metálicas, ya que un valor mayor generalmente proporciona un mejor comportamiento, pero también dificulta la mezcla, el vaciado y el acabado del hormigón. Las fibras de acero mejoran las propiedades de ductilidad, dureza, resistencia al impacto y al desgaste, en función del tipo de fibra y de su dosificación. Estas propiedades dependen de la longitud de las fibras, su diámetro, densidad, resistencia a la flexión y módulo de elasticidad. Por lo general, se utiliza acero de bajo contenido en carbono en forma de agujas o de pequeños flejes arqueados en los extremos. Las dimensiones comunes son diámetros de 0,15 a 0,75 mm para agujas y anchuras de 0,25 a 0,90 mm con espesores de 0,15 a 0,40 mm para flejes. Las longitudes oscilan entre 6 y 70 mm, con dosificaciones de 20 a 80 kg/m³.
A continuación, os dejo un vídeo explicativo sobre este tipo de material.
Os dejo un artículo explicativo que, espero, os sea de interés.
IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.
KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid
KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.
Estoy convencido de que la experiencia nos ha enseñado mucho sobre el uso del hormigón en obra. Sin embargo, parafraseando el título de una famosa película de Woody Allen, os paso a continuación una serie de tuits que puse para mis alumnos durante varios días sobre algunos consejos prácticos relacionados con la fabricación y puesta en obra del hormigón. Estoy convencido de que muchos de los temas que traté los conocéis muy bien. Pero otras veces no estoy tan convencido, ya que vemos cómo en la práctica se olvidan muchas de las cosas ya sabidas en la teoría. La idea de recoger toda la información en esta entrada es para tenerla reunida y que no se pierda. Si os gustan, podéis difundirlos.
Cada litro de agua de amasado añadido de más a un m3 de hormigón equivale a robar 2 kg de cemento pic.twitter.com/ZPSVdY46tH
