Compactación del concreto
Titulo original en inglés: Guide for Consolidation of Concrete
1997, Concrete Institute 1998, Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.
Producción editorial: Arq. Heraclio Ing. Raúl Huerta Martinez
Este libro publicado originalmente en inglés. Por lo tanto, cuando existan dudas respecto de algún significado preciso preciso deberá deberá tomarse tomarse en cuenta cuenta la versión versión en inglés. inglés. En esta publicació publicaciónn se respetan respetan escrupulos escrupulosament amentee las ideas, ideas, los puntos de vista y especificaciones originales. Por lo tanto, el Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. no asume responsabilidad alguna (incluyendo, pero no limitando, la que se derive de riesgos, calidad de materiales, métodos constructivos, etc.) por la aplicación de los principios o procedimientos de este volumen. Copyright
1997 American Concrete Institute
Todos los derechos reservados incluyendo los derechos de reproducción y incluyendo el fotocopiado por cualquier proceso fotográfico, o por medio de impresión, escrito u oral, o grabación para reproducción audio o visual, o dispositivo de almacenamiento y recuperación de la información, a menos que propietarios del Copyright.
uso de cualesquier forma o medio, dispositivo mecánico o electrónico, de para el uso en cualquier sistema o exista permiso escrito obtenido de los
La y disposición en conjunto de COMPACTACION DEL CONCRETO son propiedad del editor. Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida o transmitida, por sistema o o (incluyendo el la o cualquier sistema de almacenamiento y recuperación de sin consentimie consentimiento nto por escrito del editor. editor.
Derechos
reservados:
1998 Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. Av. Insurgentes Sur 1846, Col. Florida, México, D.F., C.P. 01030 Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial. Reg.
Primera edición: 1998.
Impreso en México
ISBN
1052
Compactación del concreto
Titulo original en inglés: Guide for Consolidation of Concrete
1997, Concrete Institute 1998, Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.
Producción editorial: Arq. Heraclio Ing. Raúl Huerta Martinez
Este libro publicado originalmente en inglés. Por lo tanto, cuando existan dudas respecto de algún significado preciso preciso deberá deberá tomarse tomarse en cuenta cuenta la versión versión en inglés. inglés. En esta publicació publicaciónn se respetan respetan escrupulos escrupulosament amentee las ideas, ideas, los puntos de vista y especificaciones originales. Por lo tanto, el Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. no asume responsabilidad alguna (incluyendo, pero no limitando, la que se derive de riesgos, calidad de materiales, métodos constructivos, etc.) por la aplicación de los principios o procedimientos de este volumen. Copyright
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1998 Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. Av. Insurgentes Sur 1846, Col. Florida, México, D.F., C.P. 01030 Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial. Reg.
Primera edición: 1998.
Impreso en México
ISBN
1052
Compactación del concreto Comité ACI 309
Richard E. Miller Presidente de Subcomité
H.
Presidente Dan
Bonikowsky
Roger A. Minnich Mikael P. Olsen Larry D. Olson Sandor Popovics Steven A. Ragan Donald L. Schlegel Bradley K. Violetta
Neil A. Cumming Timothy P.
Jerome H. Ford Steven H. Gebler Kenneth C. Hover
Gary R. Bryant Mather
Además Además de los miembros miembros del comité comité ACI 309, 309, contribu contribuyeyeron
en el desarrollo de este libro las
personas siguientes: George R. U. Burg, C. King, Kenneth L.
sinceramente
su
Forssblad, John
y C.H. Spliter, se aprecia
contribución.
Prólogo La compactación es el proceso de remover el aire atrapado
Palabras clave: aceros de refuerzo; aditivos; aditivos reduc-
en el concreto recién colado. Son varios los métodos y
tores de agua; amplitud; arrastre de aire; apisonado; bloques
aplicables la elección depende principalmente de
de concreto; cimbras (construcción); colocación; concreto
la trabajabilidad de la mezcla, las condiciones de colado y
con deshidratación al vacío; concreto en masa; concreto
el grado deseado de remoción de aire. Por lo general se
prefabricado; concreto reforzado; concretos; concretos de
emplea alguna forma de vibración.
agregado ligero; concretos pesados; consistencia; consolidación; construcción con concreto; control de calidad;
Esta práctica da recomendaciones e incluye información sobre el mecanismo de compactación y sobre las del equipo así como los procedimientos para diver-
sas clases de construcción.
defectos superficiales; fuerza centrífuga; inspección; losas de concreto; mantenimiento; pavimentos de concreto; pisos; plastificantes; productos de concreto; miento de mezclas; segregación; tubos de concreto; vibración; vibradores (maquinaría) trabajabilidad.
Capítulo
1.
Generalidades . . . . . .
Capítulo 7. Prácticas de vibración recomendadas para la construcción en general
Capítulo 2. Efecto de las propiedades de la mezcla sobre la compactación
7.1 Procedimiento para vibración interna. . . . . . . . . . 25
7.2 Juzgando la adecuación de la vibración interna . .
26
2.1 Proporcionamiento de la mezcla. . . . . . . . . . . . . . . 3
7.3 Vibrado del acero de refuerzo . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2 Trabajabilidad y consistencia . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4 Revibrado.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 7.5 Vibración de la cimbra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3
2.3 Requerimientos de trabajabilidad . . . . . . . . . . . . . . 4
7.6 Consecuencias de la vibración impropia. . . . . . . . 28
Capítulo 3 . Métodos de compactación 3.1 Métodos manuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
3.2 Métodos mecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
3.3 Aplicación de métodos combinados . . . . . . . . . . . . 6
Capítulo
Concreto estructural
8.1 Prerrequisitos de diseño y detallado . . . . . . . . . . . 8.2 Requerimientos de la mezcla . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Vibración interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4 Vibración de las cimbras . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Capítulo . Compactación de concreto mediante vibración
.................................
Capítulo 9. Concreto masivo
4.1 Movimiento vibratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
35 35 9.2 Equipo de vibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Cimbras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 9.4 Prácticas de vibración. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 9.5 Concreto compactado con rodillos. . . . . . . . . . . . 37 9.1 Requerimientos de la mezcla . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Proceso de compactación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Capítulo 5 . Equipo para vibrado 5.1 Vibradores internos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
5.2. Vibradores para cimbra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
5.3 Mesas vibradoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
Capítulo 10.
5.4
superficiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
concreto de peso normal
5.5 Mantenimiento de los vibradores . . . . . . . . . . . . .
18
10.1 Requerimientos de la mezcla . . . . . . . . . . . . . . .
Vibradores
losas para pisos de
................................
Capítulo 6. Cimbras 6.1 Datos generales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
6.2 Superficies inclinadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3
Defectos
superficiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
6.4 Hermeticidad de la cimbra . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
6.5 Cimbras para vibración externa. . . . . . . . . . . . . . . 22 del Concreto
33 33 33 34 34
10.3 10.4 10.5 10.6
39 39 39 39
Losas estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Losas sobre el suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pisos industriales para servicio pesado . . . . . . . . 40 Extracción de agua por vacío . . . . . . . . . . . . . . . 4 1
Capítulo l l .
Pavimentos
ll Requerimientos de la mezcla . . . . . . . . . . . . . . .
43 VII
43 Procedimientos de vibración. . . . . . . . . . . . . . . . 45 Precauciones especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
l l . 2 Equipo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.2 Estado adecuado del equipo y procedimientos. . 57
ll.3
15.3 Verificación’del buen funcionamiento del equipo 57
ll.4
Capítulo 12. Productos prefabricados Requerimientos de la mezcla . . . . . . . . . . . . . . . 49 12. 2 Material para cimbras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 12.3 Técnica de producción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 12.4 Otros factores que afectan la elección del método de compactación’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5 Métodos de colocación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 12. 1
Capítulo 13. 13. 1
Requerimientos de la mezcla . . . . . . . . . . . . . . . 53
13.3 Procedimientos y equipo para la compactación . 53 54
Concreto de alta densidad
Requerimientos de la mezcla . . . . . . . . . . . . . . . 55 14.2 Técnicas de colocación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 14. 1
Capítulo . y
16.2 Pruebas de densidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
16.3 Pruebas de contenido de aire . . . . . . . . . . . . . . .
61
16.4 Compactación de concreto muy rígido en ‘especímenes de laboratorio!. . . . . . . . . . . . . . . . 62
congestionadas
13.2 Comportamiento del concreto ligero durante el vibrado,. . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Capítulo
16.1 Pruebas de resistencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Capítulo 17. Compactación en áreas
Concreto ligero
13. 4 Pi sos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Capítulo 16. Compactación de especímenes de prueba
Control de calidad
15.1 Datos generales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
17.1 Problemas comunes de colocación. . . . . . . . . . . 63 17.2 Técnicas de compactación . . . . . . . . . . . . . . . .
63
Capítulo 18. Fuentes de información 18.1 Referencias especificadas
recomendadas . . . 67
18.2 Referencias citadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Apéndice. Fundamentos de la vibración A.l Principios del movimiento armónico simple. . . . .
69
A.2 Acción del vibrador rotatorio . . . . . . . . . . . . . . . . 69 A.3 Movimiento vibratorio en el concreto . . . . . . . . .
70
Capítulo 1
Generalidades Una masa de concreto recién mezclado, contiene cavidades en forma de panal de abejas debidas a aire atrapado. Si se deja endurecer en estas condiciones, el concreto será irregular, débil, poroso y muy baja adherencia con el acero de refuerzo. También tendrá un aspecto defectuoso. La mezcla debe compactarse para que tenga las propiedades requeridas y esperadas en el concreto. La compactación es el proceso de inducir más cercana de las partículas sólidas en el o mortero, mezclados durante la colocación la reducción de huecos, comúnmente por
una disposición concreto fresco por medio de vibración, centri-
estas acciones; es también aplicable a manipulación similar de otras mezclas cementantes, suelos, agregados, o similares.
Las mezclas. más secas y más rígidas requieren mayor esfuerzo para lograr compactación apropiada. Con el uso
de ciertos aditivos químicos, las consistencias que requieren esfuerzo de compactación se pueden lograr a un contenido de agua más bajo. Conforme se reduce el contenido de agua del concreto, la calidad de éste
fugación, varillado, apisonado, o alguna combinación de
Figura 1 a. La agradable apariencia del concreto en la construcción de una
Figura 1 b. La agradable apariencia del concreto en la construcción de un edificio público
durabilidad y otras propiedades) se mejora, siempre y cuando se compacte apropiadamente. En forma alterna, el contenido de cemento se puede bajar, reduciendo el costo
mientras se mantiene la misma calidad. Si no se proporciona la compactación adecuada para estas mezclas más secas y más rígidas, la calidad del concreto en su posición disminuye en forma rápida. En la actualidad se dispone de equipo y métodos para una rápida y eficiente compactación del concreto en una variedad de condiciones de colado. El concreto con contenido de agua relativamente bajo puede moldearse con facilidad en una amplia diversidad de formas, por lo que resulta ser un material de construcción económico y de gran adapta-
bilidad. Cuando los procedimientos adecuados de se combinan con buenas cimbras, las superficies de concreto tienen un aspecto muy agradable (véanse las figuras la a
Figura lc. Acercamiento compactación
de l a s s u p e r f i c i e s r e s u l t a n t e s de una buena
Capítulo 2
Efecto de las propiedades de la mezcla sobre la compactación 2.1 Proporcionamiento de la mezcla
Cl Facilidad de compactación
Las mezclas de concreto se proporcionan a fin de que la capacidad de trabajo necesaria para la construcción y las propiedades requeridas del concreto endurecido. El cionamiento de la mezcla se describe con detalle en documentos preparados por el Committe 211, según lista del capítulo 18. 1.
Cl Consistencia afectada por la viscosidad y cohesión del concreto y el ángulo de fricción interna La trabajabilidad se ve afectada por la granulometría, la forma de las partículas y las proporciones de agregado y cemento, el uso de aditivos químicos o minerales, el con-
tenido de aire y de agua de la mezcla. La consistencia es la movilidad relativa o capacidad de flujo del concreto recién mezclado. También determina, en gran parte, la facilidad con que puede compactarse el concreto. Una vez seleccionados los materiales y las proporciones de la mezcla, el control primario sobre latrabajabilidad se lleva acabo mediante cambios en la consistencia, producidos por modificaciones en el contenido de agua.
2.2 Trabajabilidad y consistencia La trabajabilidad del concreto recién mezclado es la propiedad que determina la facilidad y homegeneidad con la cual puede mezclarse, colocarse, compactarse y acabarse. La trabajabilidad es una función de las propiedades reológicas del concreto.
La prueba de revenimiento C143) se emplea en gran medida para indicar consistencia de las mezclas empleadas en la construcción común. La prueba se recomienda por lo general para mezclas más rígidas.
Como se muestra en la figura 2.2, la trabajabilidad puede
dividirse en tres aspectos principales: Cl Estabilidad (resistencia al sangrado y segregación)
DEL C NCRETO
ESTABILIDAD
FRESCO
MOVILIDAD
COMPACTABILIDAD
SANGRADO
DENSIDAD
RELATIVA
VISCOSIDAD
COHESI ÓN
DE
FRICCI ÓN
INTERNA Figura 2.2
de la reología del concreto fresco.
Tabla de consistencia Extremadamente Muy rígida
Revenimiento,
Plástica Altamente
Tiempo de
Factor de
promedio
rígida plástica
Fluyente
Revoluciones de mesa de caí& de Thaulow 112-56
seca
Rígida Plástica
cm
usadas en la construcción
2.1
18a 10
0.70
0 a 2.5’
0.75
2.5 a 7.5
0.85
7.5 a 12.5 12.5 a 19
0.90
19ymás
0.95
56-28
14-7
* El método de pureva es de valor limitado en esta variedad
**
211.3 Tabla 2.3.1
Los valores de revenimiento, factor de compactación, mesa
de caída y de tiempo de
para toda la gama de
consistencias empleadas en la construcción, se dan en el cuadro 2.1. Existen otros modos disponibles de medir la consistencia como la prueba de remoldeamiento de Powers y la esfera de Kelly. Estas pruebas no se aplican con tanta frecuencia como la prueba de revenimiento. La información a través de distintas pruebas de consistencia ha sido discutida ampliamente por Neville Vollíck (1966) y Popovics (1982).
2.3 Requerimientos de trabajabilidad El concreto debe ser suficientemente trabajable para que el equipo moderno de compactación, utilizado en la forma correcta, proporcione una compactación adecuada. Sin embargo, un alto grado de trabajabilidad puede ser ya que tiende a incrementar el de la mezcla y puede reducir la calidad del concreto endurecido. Cuando al alto grado de trabajabilidad es resultado de una consistencia demasiado fluida, la mezcla será también inestable y es probable que se segregue durante el proceso de Las mezclas con revenimiento moderadamente elevado, pequeño tamaño máximo de agregado y exceso de agregado fino suelen tener mucha aceptación entre el personal de
campo, porque su alto grado de fluidez significa menos trabajo en el proceso de colado. Por otro lado, tampoco es recomendable emplear mezclas demasiado rígidas, ya que se requerirá gran esfuerzo de compactación y, a pesar de todo, pueden no quedar adecuadamente compactadas. Con frecuencia, se requieren instrucciones y guías para lograr el uso de mezclas de inferior revenimiento o contenido de agregado fino, o un agregado de mayor tamaño máximo, con el objeto de lograr un uso más eficiente del cemento. El concreto que contenga ciertos aditivos químicos puede colarse en cimbras con menos esfuerzo de compactación. Refiérase a los informes del ACI Committee para información adicional respecto a los aditivos. El uso de ceniza volante o humo de sílice puede afectar la compactación del concreto al permitir su colocación con menos esfuerzo de compactación. Remítase al Comité 226 para mayor información respecto a estos materiales. La cantidad de esfuerzo de compactación que se requiera con o sin el uso de aditivos puede determinarse mejor usando mezclas de pruebas en las mismas condiciones de la obra. La trabajabilidad de la mezcla en la cimbra es la que determina los requerimientos de compactación. Estos pueden ser considerablemente menores que en la mezcladora debido a la pérdida de revenimiento debido a las altas temperaturas, el fraguado falso, las demoras u otras causas.
Capítulo 3
Métodos de compactación Debe elegirse un método de compactación adecuado a la mezcla de concreto que se va a emplear ya las condiciones
Los compactadores de potencia pueden emplearse para compactar concretos rígidos en unidades prefabricadas.
de colado: por ejemplo, complejidad en las cimbras, cantidad de acero de refuerzo, etc. Existe una extensa variedad
Además de su efecto de apisona mien to, prop orci onan una “vibración” de baja frecuencia que ayuda a la
de métodos manuales y mecánicos. Las varillas de apisonamiento operadas en forma mecánica
3.1 Métodos manuales
son adecuadas para compactar las mezclas rígidas emplea-
Debido a la acción de la gravedad sobre el concreto, se logra
das en algunos productos prefabricados, incluyendo los bloques de concreto.
cierta compactación al depositarlo en las cimbras. Esto se observa especialmente en mezclas fluidas, para las q ue se
Los equipos que aplican elevadas presiones estáticas sobre
requiere muy poco esfuerzo de compactación adicional. Las mezclas plásticas o más fluidas pueden compactarse
la superficie de concreto, pueden emplearse para compactar losas delgadas de consistencia plástica o fluida. En este
mediante varillado (insertando una varilla de apisonamiento u otra herramienta adecuada dentro del concreto). En
caso, el concreto se exprime, prácticamente dentro de la cimbra, obligando a salir al aire atrapado y a parte del agua
ocasiones se aplica el paleado para mejorar las superficies
de mezclado.
en contacto con las cimbras; esto es, se inserta y se saca
repetidas veces una herramienta plana, en sitios adyacentes
La centrifugación (girado) puede compactar concretos de
a la cimbra. Las partículas gruesas se empujan fuera de la
revenimientos moderado y elevado, que suelen utilizarse
esto
el movimiento de los huecos de aire y
las bolsas de agua hacia la superficie, por lo tanto, se reduce
en la fabricación de tuberías, pilotes, postes y otras seccio-
nes huecas de concreto.
el número y tamaño de burbujas en la superficie del con-
creto.
Existen muchos vibradores de superficie para construcción de losas, incluyendo reglas vibradoras, rodillos vibradores,
El apisonamiento manual puede usarse para compactar mezclas rígidas. El concreto se coloca en capas delgadas y
apisonadoras vibradoras de placa o de rejilla, así como
cada capa se apisona cuidadosamente. Este es un método de consolidación muy efectivo, pero laborioso y costoso. Los métodos de compactación manual generalmente se
usan sólo en colocaciones pequeñas de concreto no estructural.
herramientas vibradoras para acabado.
Las mesas de impacto, también
mesas de golpeteo,
son adecuadas para compactar concreto de bajo reveni-
miento. El concreto se deposita en capas delgadas (colados delgados) dentro de moldes resistentes. Conforme se van llenando los moldes, se levanta a poca
3.2 Métodos mecánicos
altura y se dejan caer sobre una base sólida. Al detener
El método de compactacióri más empleado en la actualidad
impacto provoca que éste se compacte para formar una
es el vibrado, y recibirá la mayor atención en este libro. El
masa densa.
bruscamente la caída libre del molde con concreto, el
vibrado es un método especialmente adecuado para las
consistencias más rígidas, propias de los concretos de alta calidad. El vibrado puede ser tanto interno como externo.
La frecuencia varía en el rango de 150 a 250 caídas por minuto, siendo la caída libre de entre 3 y 13 milímetros.
3.3 Aplicación de métodos combinados En ciertas condiciones, una combinación de dos o más
La vibración puede aplicarse en forma simultánea en la
métodos de compactación proporciona mejores resultados.
cimbra y en la superficie, procedimiento que se emplea con frecuencia para hacer unidades prefabricadas sobre mesas
Aveces es posible combinar la vibración interna y la externa con buenos resultados en trabajos prefabricados y, ocasionalmente, en concretos colados en obra. Algunas veces se aplican vibradores para la compactación de rutina y vibra-
dores internos para empleo local en secciones críticas muy reforzadas, propensas a los vacíos y a la adherencia deficiente con el acero de refuerzo. En en las que, por el contrario, la compactación principal se lleva a cabo mediante vibradores internos, también puede aplicarse vibración de cimbras para lograr el aspecto requerido en la
superficie.
vibradoras. La cimbra se vibra mientras una placa o regla vibradora, aplicada sobre la superficie, ejerce presión e
impulsos
vibratorios
Algunas veces la
adicionales. de la cimbra se combina con
presión estática aplicada a la superficie. Esta vibración bajo presión es muy útil en muchas máquinas de bloques de
concreto, en las que las mezclas tan rígidas que se emplean no reaccionan en forma favorable a la sola vibración. A menudo se combinan la centrifugación (girado), la vibración y la compactación con rodillos, en la producción de tuberías de concreto de alta calidad y de otras secciones
huecas.
Capítulo 4
Compactación de concreto mediante vibración En términos sencillos, el vibrado consiste en someter el
concreto fresco a impulsos vibratorios rápidos que mortero (véase la figura
el
y reducen en forma drástica la
fricción interna entre las partículas de agregado. En estas condiciones el concreto se asienta por gravedad (algunas veces ayudado por otras fuerzas). Al detenerse la vibración se restablece la fricción.
intensidad de la vibración, puede calcularse a partir de la frecuencia y la amplitud cuando éstas se conocen. Por lo general se expresa con una g, que es la relación entre la aceleración de la vibración y la aceleración de la gravedad. La es un parámetro útil para la vibración externa, pero no para la interna, en la que la amplitud en el concreto no es susceptible de medirse con facilidad. Para vibradores que no sean los de tipo rotatorio, por
4.1 Movimiento vibratorio Los vibradores de concreto tienen un movimiento rio rápido que se transmite al concreto fresco. El tooscilatoriosedescribeen términosdefrecuencia (número
de oscilaciones o ciclos por unidad de tiempo) y de amplitud (desviación del punto de reposo). Los vibradores siguen una trayectoria orbital lograda, por lo general, al hacer girar un peso no equilibrado, o excéntrico, dentro de la funda del vibrador. En este caso la oscilación es, en esencia, un movimiento armónico sencillo, como se explica en el apéndice. La aceleración, una medida de la
Figura
Vibrador interno “licuando” concreto de bajo revenimiento
ejemplo los oscilatorios, no son aplicables los principios del movimiento armónico. Sin embargo, los conceptos básicos descritos en este libro siguen siendo útiles.
4.2 Proceso de compactación Cuando el concreto de bajo revenimiento se deposita en la cimbra, está en condición de segregación, lo que significa que contiene partículas de agregado grueso recubiertas de mortero y bolsas de aire atrapado distribuidas en forma irregular. Reading (1967) estableció que el volumen de aire atrapado depende de la trabajabilidad de la mezcla, la
forma y el
de la cimbra, la cantidad de acero de
refuerzo y otros elementos de congestión, y del método por el que se deposita el concreto. Generalmente se encuentra en un rango de 5 a 20 por ciento. El
de la
es quitar prácticamente todo el aire atrapado, debido a su efecto adverso sobre las propiedades y apariencia de la superficie. La por medio de la vibración se describe mejor si la consideramos compuesta por dos etapas: la
primera comprende la nivelación del concreto y la segunda, la deareación (remoción de las burbujas de aire atrapado). Las dos etapas pueden ocurrir en forma simultánea, presentándose la segunda cerca del vibrador antes que se haya terminado en lugares más alejados 1963) .
Al comenzar el vibrado, los impulsos causan movimientos desordenados y muy rápidos de las partículas de la mezcla dentro del radio de influencia del vibrador. El mortero se licua de momento. La fricción interna que permitía al
concreto mantenerse en su condición original tal como se deposita se reduce en forma drástica. La mezcla se vuelve inestable y busca un nivel inferior y una condición más
densa. Fluye hacia los lados, contra la cimbra y alrededor del acero de refuerzo y de accesorios ahogados. Al concluir la primera etapa se haeliminadoel estado inicial como se deposita el concreto; los grandes huecos que habia
entre las partículas de agregado grueso ahora están llenos de mortero. El se comporta de manera similar a un líquido con partículas de agregado grueso en suspensión.
Sin embargo, el mortero aún contiene muchas burbujas de aire atrapado, que alcanzan diámetros hasta de 25 mm y que representan un gran porcentaje del volumen del concreto. Después que la compactación haya llegado a un punto en que el agregado grueso esté suspendido en el mortero, la de la mezcla por medio de vibradores ocasiona
que las burbujas de aire atrapado suban a la superficie. Las burbujas de mayor tamaño se pueden quitar más fácilmente que las debido a su mayor capacidad de flotación. También aquellas burbujas que se encuentren cerca del
vibrador suben antes que aquellas otras más alejadas dentro del radio de acción. El proceso de vibración debe continuarse hasta que el aire atrapado se haya reducido lo suficiente para obtener una
densidad de concreto compatible con las resistencia y requerimientos de la mezcla. Generalmente no resulta práctico quitar todo el aire atrapado por medio de equipo de vibración normal. El mecanismo y los principios referidos en la vibración de concreto fresco se describen ampliamente en el ACI
309.1 R.
Capítulo 5
Equipo para vibrado Los vibradores de concreto pueden dividirse en dos clases
el Apéndice la frecuencia se da en Hertz a fin de adaptarse
principales: internos y externos. Los vibradores externos pueden clasificarse a su vez, en vibradores para cimbra, vibradores de superficie y mesas vibradoras.
a las fórmulas del texto. Para los vibradores con motor, tanto de gasolina diesel, la velocidad del mismo es casi siempre de revoluciones por minuto
5.1 Vibradores internos
Hz). Se utiliza una banda V o
una transmisión de engranajes a fin de pasar esta velocidad un nivel de frecuencia aceptable. Otro tipo de unidades
Losvibradores internos, llamadoscon frecuenciavibrddores de escoplo o vibradores hurgadores, tienen una cabeza vibradora que se sumerge en el concreto y actúa en forma directa sobre él. En la mayoría de los casos, los vibradores internos dependen del efecto enfriador concreto que los para evitar el sobrecalentamiento. Todos los vibradores internos que se utilizan en la actualidad son de tipo rotatorio (véase movimiento vibratorio en el capítulo anterior sección 4.1). Los impulsos vibratorios emanan de la cabezd del vibrador en ángulo recto.
utilizan un motor de gasolina de dos ciclos que opera, carga, a una velocidad de 12,000 RPM (figura. de modo que se elimina la necesidad de una transmisión.
unidad es portátil y generalmente se lleva en la espalda. Una vez más una flecha flexible entra en la cabezd del vibrador.
Al ser más molestos y grandes que los vibradores con motor eléctrico, losvibradores de motor de gasolina son sólo útiles cuando no se cuenta con energía eléctrica. Para la mayor parte de los vibradores de flecha flexible la frecuencia es la misma que la velocidad de la flecha. Sin embargo, el de engranes de rodillo (péndulo cónico) es
Tipo de flecha flexible
capaz de lograr mayor frecuencia de vibrado con motores eléctricos modestos y con velocidades flexibles de la flecha.
Este tipo de vibrddores es, probablemente, el más amplia-
El extremo del péndulo termina por dentro en un patrón en
mente usado. El excéntrico generalmente está controlado por medio de un motor eléctrico o neumático o por medio
forma de estrella proporcionando a la cabeza del vibrador una frecuencia mayor que la de la flecha que lo mueve. Las
de un motor portátil de combustión interna (véase la figura
velocidades del motor generalmente son de cerca de 3,600 revoluciones por minuto con corriente de 60 Hz (cerca de
5.1.1
3,000 revoluciones por minuto con corriente de 50 Hz). En el caso de los vibrddores con motor eléctrico, una flecha flexible sale del motor hacia la cabeza del vibrador en
Generalmente se usa un motor de inducción simple o de tres fases. La baja velocidad de la flecha flexible es muy
donde mueve el peso excéntrico. El motor generalmente opera con corriente alterna universal de 120 voltios (oca-
buena desde el punto de vista del mantenimiento.
sionalmente
monofásica, de 60 Hz. En algunos países
se usa corriente alterna de 50 Hz. La frecuencia de este tipo de vibradores es bastante alta cuando se opera al aire -generalmente en el rango de 12,000 a 17,000 vibraciones minuto
a
5.1.2 Vibrador de motor eléctrico en la cabeza
Hz) (mayores valores para cabezas
de menor Sin embargo, cuando se trabaja en la frecuencia generalmente se reduce en aproximadamente una quinta parte. En este informe la frecuencia
Los vibradores con motor eléctrico en la cabeza han alcanzado más popularidad durante los últimos
(véase la
se expresa en vibraciones por minuto a fin de adecuarse a
figura Como el motor está situado en la cabeza del vibrador, no existe motor o flecha separados. De la cabeza
las prácticas en uso en los Estados Unidos; sin embargo, en
sale un cable eléctrico resistente que actúa también como
mango. Los vibradores con motor eléctrico en la cabeza son por lo general de un diámetro de 50 mm como mínimo.
Este tipo de vibradores está disponible en dos diseños. Uno de ellos utiliza un motor universal y el otro un motor trifásico de 180 Hz (ciclo alto). En este último la energía generalmente la proporciona un motor a gasolina portátil; sin embargo, puede usarse corriente comercial pasada a través de un convertidor de frecuencia. El diseño utiliza un motor de inducción que provoca una
pequeña baja de la velocidad al sumergirse en el concreto. Puede rotar con un peso excéntrico mayor y desarrollar una mayor fuerza centrífuga que aquella que producen los
modelos con motores eléctricos en la cabeza de diámetro similar. En algunos países se utilizan motores para vibradores de 150 o 200 Hz.
5.1.3 Vibradores neumáticos Los vibradores neumáticos la figura trabajan por medio de aire comprimido, el motor neumático gene-
ralmente se encuentra en la parte interna de la cabeza del vibrador. El tipo de aspas es el más usual, en éste, tanto el motor como los elementos excéntricos se encuentran soportados en apoyos. También hay modelos sin apoyos, que generalmente requieren menos mantenimiento, así como algunos modelos de flecha flexible que tienen el motor
neumático fuera de la cabeza. El empleo de vibradores neumáticos es muy ventajoso cuando el aire comprimido es la fuente de energía de más fácil acceso. La frecuencia depende en gran medida de la
presión del aire, por lo que ésta siempre debe
nerse
a un nivel apropiado, en general el recomendado por el
fabricante. En algunos casos es convenientevariar la presión Punta Cubierta
reemplazable
del aire para obtener una frecuencia diferente.
Excéntrico
5.1.4 Vibradores hidráulicos Los vibradores que utilizan un motor hidráulico son muy populares en las máquinas de pavimentación. El vibrador está conectado al sistema hidráulico de la pavimentadora Sello
Balero
Figura. a Vibradores de flecha flexible: de operación eléctrica (arriba), con motor degasolina (centro), corte longitudinal de abajo)
por medio de mangueras de alta presión. La frecuencia de vibración puede regularse variando el flujo del fluido draúlico a través del vibrador. La eficiencia del vibrador depende de la presión y el flujo del fluido Por lo tanto, resulta importante que el sistema hidráulico se
revise con bastante frecuencia. Compactación del Concreto
Figura 5.1
b Vibrador de dos ciclos con motor de gasolina que se pone a la espalda del operario
5.1.5 Selección de un vibrador interno para la obra
concesiones. Sin embargo, algunos de los problemas pueden reducirse al mínimo o eliminarse con un diseño cuidadoso del vibrador; por ejemplo, es sabido que las
El requisito principal para un vibrador interno es su efecti-
frecuencias muy elevadas tienden a incrementar los requi-
vidad para compactar el concreto; debe tener un radio de
sitos de mantenimiento y, por lo tanto, acortan la vida de
acción adecuado y ser capaz de “licuar” y desaerear con rapidez el concreto. En lo posible, el vibrador debe ser
los vibradores.
también de operación confiable, de peso ligero, fácil de
No obstante, la evidencia señala continuamente que la
manejar y manipular y resistente al desgaste, y ser tal que
efectividad de los vibradores internos depende ante todo
no dañe los accesorios ahogados. Algunos de estos requisi-
del diámetro de la cabeza, de la frecuencia y de la amplitud.
tos son opuestos entre sí, por lo que es necesario hacer
La amplitud es, en gran parte, una función del momento
Copetes del
del m
excéntrlco d el r o to r del del del Figura.
motor
Vibrador eléctrico con motor en la cabeza: aspecto exterior (arriba), construcción inter na de la cabeza (abajo)
Figura 5.1.3 Vibradores de aire para
común (arriba)
para concreto masivo (abajo)
excéntrico y del peso de la cabeza, como se señala en el apéndice.
fuera de este rango.) Se proporcionan frecuencias recomendables, así como valores sugeridos de momento excéntrico,
La frecuencia puede determinarse con facilidad (véase la sección pero, hasta la fecha, no existe ningún
amplitud promedio y fuerza centrífuga.
método sencillo para determinar la amplitud de un vibrador al operar en el aire, la cual es un poco mayor que la amplitud en el concreto. La amplitud puede medirse o calcularse,
como se describe en la sección 15.3.2.
También se dan rangos aproximados del radio de acción y la velocidad de colado del concreto. Son valores empíricos basados ante todo en experiencias previas. Por lo general, pueden lograrse resultados igualmente
Aunque esto no es estrictamente cierto en el caso de las
nos eligiendo un vibrador del tamaño mayor siguiente,
vibradores internos, la fuerza centrífuga puede usarse como una medida de la capacidad de un vibrador. La figura A.2 del Apéndice explica cómo llevar a cabo estos cálculos.
siempre que se hagan los ajustes necesarios en cuanto al
El radio de acción y, por lo tanto, el espaciamiento de las inserciones, dependen no solo de las características del
vibrador sino también de la grado de congestionamiento.
de la mezcla y el
espaciamiento y tiempo de inserción. Al seleccionar el
vibrador y el procedimiento de vibración debe rarse el tamaño del vibrador respecto al tamaño de la cimbra. El agrietamiento de las superficies de concreto depende de la contracción por secado que ocurre con una alta concentración de pasta de cemento traída a la superficie por un
vibrador demasiado grande para esa aplicación específica.
La Tabla 5.1.5 da la variedad común de las características, el comportamiento y las aplicaciones de los vibradores
Los valores de la Tabla 5.1.5 no deben considerarse una
internos. (Algunos vibradores para fines especiales quedan
garantía de buen funcionamiento en todo tipo de condiciones.
Tabla 5. 1. 5 Variedad de características, comportamiento y aplicaciones de los vibradores internos* Columna 4 1
2
5
Valores
Diámetro Gr upo
de la cabeza, cm
1
2- 4
3- 6
3
4
6
3
5- 9
8-l 5
sugeridos
vibr aciones por
minuto
150- 250
140- 210
120- 200
8
9
Valores aproximados de
de
Velocidad de
Frecuencia recomendada,
7
Momento
Amplitud
e xc én tr ic o,
p ro me di o,
cm-kg
cm
0. 035 - 0. 12
0.09
0.23
180
0.29
0.81
2. 9
Fuerza
centrífuga,
de
acción, cm
0. 04- 0. 08
0.05
Radio
45- 180
140- 400
-0.10
8- 15
13- 25
18- 36
0. 06- 0. 13
0. 08- 0. 15
680- 1800
30- 51
colado
del
Aplicación
concreto p or vibrador
4
Concreto plástico y fluido en elementos muy delgados o sitios estrechos. Puede emplearse para complementar vibradores más grandes, en especial en presforzados, en los que los cables y causan congestión en las cimbras. También se emplean para fabricar muestras para pruebas de laboratorio.
2. 3 - 8
Concreto plástico en números delgados, columnas, vigas, pilotes prefabricados, losas delgadas y a lo largo de juntas de construcción. Puede emplearse para completar vibradores más grandes en sitios estrechos.
4.6
Concreto plástico rígido (revenimiento menor de 7.5 cm) en construcción general, como muros, columnas, vigas, pilotes presforzados y losas pesadas. Vibrado auxiliar adyacente a las cimbras de concreto masivo y pavimentos. Puede ser de montaje múltiple para proporcionar vibrado interno a todo lo ancho de las losas de pavimentos.
0.8
15
11-31
Concreto masivo y estructural con revenimiento hasta de 5 cm, depositado en cantidades hasta de 3 en cimbras relativamente abiertas de construcción sólida (centrales de energía, pilas para puentes y auxiliar en la construcción de presas cerca de las cimbras y alrededor de los elementos empotrados y el acero de refuerzo.
5
18
14 0
2. 6
- 4. 0
0.10-0.20
1100- 2700
40- 61
19-38
Concreto masivo en presas de gravedad, pilas grandes, muros masivos, etc. Se requieren dos o más vibradores que operen simultáneamente para colocar compactar cantidades de concreto de 3 m o más, depositadasde vez en la cimbra.
Columna 3: Mientras el vibrador está operando en el concreto. Columna 4: Calculado con la fórmula de la figura A.2 del apéndice A Columna 5: Calculada o medida como se describe en la sección en el aire.
Esta es la amplitud máxima (la mitad del valor entre un máximo y otro) operando
Columna 6: Calculada con la fórmula de la figura A.2 del apéndice, empleando la f recuencia del vibrador que opera en el concreto. Columna 7: Distancia sobre la cual el concreto se compacta por completo. Columna 8: Se presupone que el espaciamineto de las inmersiones es de tiempo en que el concreto se cuela.
veces el radio de acción, y que el vibrador opera durante dos tercios del
Columnas 7 y 8: Estos rangos reflejan no la capacidad del vibrador, sino también las diferencias en la deseado, y otras condiciones experimentadas durante la construcción. Generalmente, el concreto extremadamente seco ó muy rígido (Tabla 2.1) no responde b ien para vibradores internos.
de la mezcla, el grado de desaereación
carrera). Para los modelos que funcionan con motor de
gasolina, debe señalarse la velocidad de operación. La información referente a los vibradores hidráulicos debe incluir las presiones de operación recomendadas y una gráfica que muestre las frecuencias, en vibraciones por
minuto, a distintos flujos.
5.2. Vibradores para cimbra Figura 5.1.6 Varios de los distintos vibradores. De izquierda a derecha:
y formas de cabezas para cabeza corta, cabeza redonda,
cabeza cuadrada, cabeza hexagonal y cabeza cubierta de hule.
5.2.1 Descripción general Los vibradores para cimbra son vibradores externos fijados al lado exterior de la cimbra o el molde. Hacen vibrar la
La mejor medida del rendimiento de un vibrador es su
efectividad en la compactación del concreto.
cimbra, la que a su vez transmite las vibraciones al concreto. Los vibradores para cimbra son autoenfriantes. Pueden ser de tipo rotatorio o de acción vertical.
5.1.6 Formas especiales de cabezas de vibradores Las recomendaciones de la tabla 5. 1. 5 se refieren a vibradores redondos. Otras formas de cabeza de los vibradores (cuadradas u otras formas poligonales, acanaladas, de aspas, etc.) tienen diferentes áreas superficiales y diferente distribución de la fuerza entre el vibrador y el concreto (véase la figura No se ha evaluado a fondo el efecto de la forma sobre la
eficacia del vibrador. Para los fines de esta guía se recomienda tomar como diámetro equivalente de un vibrador de forma ‘especial el diámetro de un vibradora redondo del
mismo perímetro.
5.1.7 Datos que debe proporcionar el fabricante En el catálogo del fabricante del vibrador deben
las dimensiones físicas (largo y diámetro), y la masa total la cabeza del vibrador, el momento excéntrico, la cia en el aire y la frecuencia aproximada en el concreto, a como la fuerza centrífuga en estas dos frecuencias. El catálogo también debe mencionar ciertos datos les necesarios para la conexión y operación piadas d los vibradores. Deben proporcionarse los requisitos d
voltaje y amperaje, así como los tamaños de cable diendo de la longitud de la carrera). En los vibradores de
aire deben indicarse la presión y capacidad de flujo de aire comprimido, así como los diámetros de la tubería o de las mangueras (dependiendo también de la longitud de la
Figura 5.2.2.1 Vibradores rotatorios para cimbra: de aire (arriba), (abajo)
Las secciones de concreto con espesor hasta de 60 cm y hasta 75 cm han sido adecuadamente vibradas por medio de los vibradores de cimbra en la industria del concreto
prefabricado. Para muros y colocaciones más profundas, puede ser necesario complementar el vibrador de cimbra
con una vibración interna para secciones de mayor espesor que 30 centímetros.
5.2.2 Tipos de vibradores de cimbra 5.2. 2.1 V ibrad or rotatorio . Los vibradores para cimbra de tipo rotatorio producen esencialmente un movimiento ar-
mónico simple como los vibradores internos. Los impulsos tienen componentes tanto perpendiculares a la cimbra como en el mismo plano de ésta. Este tipo de vibrador puede ser de operación neumática, hidráulica o eléctrica (véase la figura 5.2.2.1).
En los modelos hidráulicos y en los modelos de ope ración neumática, la fuerza centrífuga se desarrolla por medio de
Figura 5.2.2.2 Vibrador de acción reciprocante para cimbra
un cilindro rotatorio o una masa excéntrica revolvente
(similar a los vibradores internos). Estos vibradores suelen trabajar a frecuencias de 6,000 a 12,000 vibraciones por minuto (100 a 200 Hz). La frecuencia se puede modificar cambiando la presión del aire, por lo general ajustando la
válvula de suministro de aire en los modelos neumáticos o la presión de fluido en los modelos hidráulicos. Los modelos que funcionan mediante energía eléctrica tienen una masa excéntrica en cada extremo de la flecha del motor, pesos que por lo general son ajustables. En la
mayoría de los casos se emplean motores de inducción y la frecuencia es de 3,600 vibraciones por minuto Hz). 3,000 vibraciones por minuto. para 50 Hz También existen en Europa vibradores de frecuencia más elevada (120 a 180 que operan a 7,200 o 10, 800 vibraciones por minuto 9,000 ó 12,000 vibraciones por minuto
5.2.2.2 Vibrador reciproc ante. En este tipo de vibrador se
acelera un pistón en una dirección, se detiene (por impacto contra una placa de acero) y, después, se acelera en dirección opuesta (véase la figura 5.2.2.2). Estos vibradores se operan por medios neumáticos. Las frecuencias están, por lo regular, entre 1,000 y 5 ,000 vibraciones por minuto (de 20 a 80 Hz). Estos vibradores producen impulsos que actúan en sentido perpendicular a la cimbra. Los principios de movimiento
armónico simple no se aplican en este caso. 5.2.2.3 Otros tipos de vibradores. Entre los vibradores para
cimbra menos empleados se encuentran los siguientes: El electromagnético,que suele desarrollar una forma
(100, 150, o 200 Hz)], los cuales requieren un transforma-
de onda combinada de diente de sierra sinusoidal.
dor de frecuencia. Además, hay vibradores para cimbra
Martillos manuales neumáticos o eléctricos, que algunas veces se emplean para compactar unidades pequeñas de concreto.
eléctricos de motor universal monofásico, con frecuencias de 6,000, a 9,000 vibraciones por minuto OO a 150 Hz). El catálogo del fabricante debe incluir las dimensiones
físicas, la masa y el momento excéntrico. Para los modelos de operación neumática deben señalarse la frecuencia en el aire y la frecuencia aproximada bajo carga; en los mode
5.2.3 Selección de vibradores externos para cimbras verticales
los eléctricos debe indicarse la frecuencia con la carga
Para mezclas muy rígidas se prefiere, por lo general, la
eléctrica estipulada. Tambiên debe proporcionarse la fuerza centrífuga con los valores de frecuencia dados. Además, las
vibración de baja frecuencia y gran amplitud. Estavibración de baja frecuencia y gran amplitud generalmente permite una
instrucciones del fabricante deben proporcionar los datos necesarios para la conexión apropiada de los vibradores
mejor compactación y mejores superficies (con menos
agujeros pequeños) para consistencias
(como en la sección
esta guía, la línea divisoria entre la baja y la alta
plásticas. En
cia para la vibración externa se considera arbitrariamente
en las 6,000 vibraciones por minuto (1 OO Hz), y entre baja y alta amplitud, a los 0.13 milímetros. La efectividad de un vibrador de cimbra es, en gran parte, una función de la aceleración impartida al concreto por la
cimbra. Las aceleraciones en el rango de 1 a 2g se recomiendan generalmente para mezclas plásticas y de 3 a 5 g para mezclas rígidas. Adeniás, la amplitud no debe ser menor a 0.025 mm para mezclas plásticas o 0.050 mm para mezclas rígidas. La aceleración de una cimbra es una función de la fuerza
centrífuga del vibrador en relación con la masa de la cimbra y el concreto activado. Las siguientes fórmulas empíricas, recomendadas por Forssblad han mostrado su utilidad para estimar la fuerza centrifuga del vibrador de cimbra, necesaria para proporcionar una consolidación adecuada: Para mezclas fluidas en cimbras de vigas y muros: fuerza centrífuga 0.5 [(masa de la cimbra)+ 0.2
(masa del concreto)]. Para mezclas rígidas en tuberías y otras cimbras rígidas: fuerza centrífuga = 1.5 [(peso de la cimbra) + 0.2 (peso del concreto)]. Cualquier fórmula empleada debe cotejarse con la expe-
riencia en el campo. Se sugiere que el usuario se ponga en contacto con el fabricante del vibrador para proporcionarle planos de la estructura que se pretende vibrar y solicitar su consejo en cuanto al tamaño, cantidad y ubicación de las unidades vibradoras. La distancia adecuada entre los vibradores de cimbra generalmente se encuentra en el rango de 1.5 a
m, y puede llegarse a requerir vibración interna
suplementaria para secciones de espesores mayores a los 30 centímetros. La frecuencia y la amplitud deben revisarse en varios puntos de la cimbra con un vibrógrafo u otro aparato adecuado
las secciones 7.5 y A partir de estos valores, la aceleración real puede calcularse usando la fórmula en la figura A. 1 del apéndice A. Cuando en la vibración externa se utilizan vibradores eléctricos sobre membranas delgadas de la cimbra, se debe
tener precaución para evitar que se quemen.
Figura 5.3 Mesa vibradora
La mesa puede formar parte de la cimbra. Sin embargo, lo más común es que una cimbra separada descanse sobre la superficie de la mesa. La vibración se transmite de la mesa a la cimbra y de ésta al concreto.Existen diferentes opiniones acerca de la conveniencia de fijar la cimbra a la mesa. Por lo regular se prefieren vibraciones de baja frecuencia
[menos de 6,000 vibraciones por minuto OO Hz)] y de gran amplitud (más de 0.13 mm), por lo menos para las mezclas más rígidas. La efectividad de la mesa de vibración depende en gran parte de la aceleración impartida al concreto por la mesa.
Generalmente se recomiendan aceleraciones en el rango de 3 a 10 g, 30 x 100 para mezclas más rígidas se necesitan valores mayores. Además, la amplitud no debe
ser menor a 0.025 mm para mezclas plásticas, o de 0.050 mm para mezclas rígidas. La aceleración de la mesa está en función de la fuerza vibratoria relacionada con la masa de la cimbra y del concreto activado. Las siguientes fórmulas empíricas han
sido muy útiles para estimar la fuerza centrífuga requerida en los vibradores (Forssblad, 1971):
5.3 Mesas vibradoras Una mesa vibradora consiste, por lo general, en una mesa de acero o de concreto reforzado con vibradores externos
montados en el marco de soporte (véase la figura 5.3). La mesa y el marco están aislados de la base mediante resortes de acero, empaques aislantes de neopreno u otros medios.
Cl Mesa vibradora rígida o vigas vibradoras, con la
bra asentada libremente sobre la mesa: Fuerza centrifuga
[(masa de la
+ 0.2
de la
0.2
del concreto)]
Cl Mesa vibradora rígida, con la cimbra fijada a la mesa: Fuerza centrifuga
de la mesa) +
de la cimbra) + 0.2
del concreto)].
Cl Mesa vibradora flexible, continua sobre varios apoyos:
ayuda a las operaciones de acabado. Se usan principalmente en la construcción de losas.
centrifug a
(0.5
[(masa de la mesa) +
(masa del concreto)].
Hay
tres
tipos
principales
de
vibradores
superficiales:
La elección de los vibradores y el espaciamiento entre ellos
debe basarse en las fórmulas anteriores y en la experiencia previa. La frecuencia y la amplitud deben revisarse en varios puntos de la mesa con un vibrógrafo u otro dispositivo adecuado; de esta manera puede calcularse la aceleración real. Los vibradores deben moverse hasta que se hayan eliminado todas las burbujas y se haya logrado una vibración lo más uniforme posible.
Cuando haya que vibrar secciones de concreto de diferentes tamaños, la mesa debe tener una amplitud variable. La frecuencia variable es una ventaja adicional. Si la mesa vibradora está equipada con un elemento vibrador que contiene un solo excéntrico, puede presentarse un movimiento vibratorio circular, que impartirá al concreto
Cl Vibrador de llana. Este consiste en una viga sencilla o doble que atraviesa el ancho de la losa (veáse la fig. 5.4 (a) y Los vibradores de llana son más adecuados para superficies horizontales o casi horizontales. Debe tenerse precaución al usar vibradores de llana en superficies inclinadas. En la punta de éste pueden
ponerse uno o más elementos excéntricos, dependiendo del largo del vibrador. Los elementos excéntricos se conectan a un motor de combustión externa o a motores eléctricos 0 neumáticos. La viga se apoya en las cimbras o en rieles adecuados; esto permite controlar la elevación de la llana de modo que no actúe sólo cori-10 un sino que también ayude en el acabado final. Los vibradores de llana generalmente se operan en forma manual en trabajos pequeños y en forma mecánica en trabajos grandes.
un movimiento rotatorio perjudicial. Esto puede evitarse montando dos vibradores, uno junto al otro, de manera que sus flechas giren en direcciones opuestas; esta operación neutraliza el componente horizontal de vibración, por lo que la mesa queda sometida a un movimiento armónico simple, sólo en sentido vertical. De este modo pueden
lograrse grandes amplitudes. Para lograr buena compactación de mezclas muy rígidas, a menudo es necesario aplicar presión sobre la superficie al mismo tiempo que se lleva a cabo el vibrado.
5.4 Vibradores superficiales
La vibración producida por las oscilaciones de la viga se transmite al concreto alrededor del elemento vibrador. Se requiere gran amplitud, en especial para consistencias más rígidas, a fin de lograr la compactación a la profundidad adecuada. Se ha observado que las frecuencias entre 3,000
y 6,000 (50 a 100 Hz) vibraciones son las más satisfactorias. En general, las reglas vibradoras trabajan mejor con aceleraciones de 5 aproximadamente. Las investigaciones de Kirkham (1963) han demostrado que la compactación es proporcional al producto de la masa por la amplitud por la frecuencia, dividido entre la velocidad de avance de la
máquina. Consolidación
Los vibradores superficiales se aplican a la superficie superior y consolidan el concreto de arriba hacia abajo manteniendo concreto en frente de ellos. Su efecto nivelador
Figura 5.4 a Llana vibradora para trabajos
Tipo de viga sencilla.
o
Masa Amplitud Frecuencia Velocidad
Cl Apisonadores vibradores de placa o de rejilla. Consisten en una pequeña placa o rejilla vibradora (por lo
flexible [si se usa] y cabeza del vibrador). Esto puede resultar muy útil para detectar posibles fallas y así prevenirlas. El mantenimiento preventivo es un sistema de inspecciones, ajustes, reparaciones y exámenes planeados. El mantenimiento preventivo del equipo de vibración es necesario
para que opere a toda su capacidad y para prevenir fallas. Ciertos elementos del vibrador requieren cuidados diarios, otros requieren cuidados menos frecuentes, tal como lo
recomienda el fabricante. Generalmente, el contratista es responsable del manteni-
miento de los vibradores. Algunas veces, sin embargo (especialmente en el caso de ciertos vibradores para concreto masivo), el contratista lleva a cabo sólo el mantenimiento Figura 5.4 b Llana vibradora para trabajos
Tipo de doble
viga.
diario y los otros servicios se dejan a cargo del fabricante. 5.5.1 Programas de mantenimiento preventivo. Debe establecerse un archivo con los datos de uso y requerimientos
general de 0.2
de superficie) que se mueve sobre
la superficie de la losa. Estos vibradores trabajan mejor sobre concretos de consistencia rígida. .
Vibradora de rodillos. Esta unidad empareja y compacta
de servicio para cada vibrador. Los requerimientos de ser-
vicio se obtienen principalmente del manual de servicio del fabricante así como la lista de refacciones. El archivo de tarjetas podría contener algunos o todos de los siguientes
datos:
al mismo tiempo. Uno de los modelos consta de tres rodillos: el rodillo frontal actúa como excéntrico y es el rodillo vibrador que gira a 100 o 400 revoluciones por
Marca, número de serie y fecha de compra Voltaje y amperaje requerido en el caso de los vibradores eléctricos; volumen de aire consumido por las
minuto 1.7 a 6.7 Hz (regulado de acuerdo con la consistencia de la mezcla) en dirección opuesta a la dirección del
unidades de aire; tamaños de cable o tuberías mínimos y otros datos pertinentes.
movimiento. Abate, empareja y proporciona vibración ligera. Este equipo es adecuado para mezclas plásticas.
Refacciones que puedan instalarse rápidamente. Si es difícil conseguirlas deben tenerse almacenadas.
También existen vibradores manuales de madera o de metal y pequeños dispositivos vibradores de operación eléctrica o de aire, que se fijan a las herramientas estándar de acabado para facilitar esta operación.
Tabla 5.5.1 Muestra de una bitácora de servicio para un vibrador de eje flexible Model o
5.5 Mantenimiento de los vibradores El equipo de vibración utiliza una masa excéntrica o fuera de balance; por lo tanto se imponen cargas mayores a las normales en partes como soportes.
Fecha
Número de serie de
adquisición
Fecha de retiro del almacén de equipo Empleo estimado, horas por Pieza
Frecuencia del mantenimiento limpieza e inspección
Lubricación
Motor
Sin importar el tipo de vibrador, debe tenerse cuidado en
Filtro
su mantenimiento. Los fabricantes generalmente incluyen manuales con instrucciones para dar servicio a su maquinaria..% embargo, siempre debe haber vibradores de repuesto.
Escobillas
En el caso de vibradores eléctricos, debe tenerse precaución a fin de evitar choques eléctricos accidentales.
Eje
Deben tomarse mediciones periódicas de la energía eléctrica en las distintas partes del sistema vibrador (motor, flecha
Interruptor Armadura y campo Cojinetes Flecha flexible Cabeza del vibrador Sellos Cambios
de
aceite
Reemplazo
Una carta de servicio señalando los requerimientos de servicio desde la fuente de poder hasta la punta del vibrador. Partes que se desgastan, partes que se deben lubricar e inspeccionar en cada etapa y los lubricantes recomendados, así como la frecuencia de lubricación. La Tabla 5.5.1 es una bitácora de servicio que podría usarse para un vibrador de flecha flexible. Empezando por la fecha
en que se saca del almacén de equipo, puede fijarse un calendario real para los puntos enumerados. Para mejores resultados, este programa debe ser llevado a cabo por un equipo de mantenimiento aparte, en vez de la
Capítulo 6
Cimbras Las cimbras, los aditivos desmoldantes, el diseño de la mezcla y la compactación son algunos de los factores clave
en la apariencia del trabajo con concreto. La apariencia de la superficie de concreto es reflejo de la superficie de la cimbra, siempre que se compruebe que la compactación se ha llevado a cabo en forma adecuada.
6.3 Defectos superficiales Alguno s defectos superficiale s se relaciona n con una combinación de factores referentes al proceso de compactación y a los detalles de la cimbra. Las consideraciones respecto a la cimbra se dan en el ACI 347, mientras que el ACI 303R proporciona información acerca del uso de los aditivos
Puesto que las reparaciones en una superficie definitiva son costosas y rara vez totalmente satisfactorias, deben evitarse,
desmoldantes para cimbra.
estableciendo y manteniendo un cimbrado y proceso de compactación de calidad.
El acabado del concreto cimbrado debe observarse cuando la cimbra esté ensamblada de modo que puedan realizarse las medidas correctivas necesarias. En el puede
información adicional acerca de los defec-
tos superficiales.
6.1 Datos generales La resistencia de la cimbra, el diseño y los otros requerimientos se cubren en el
se
6.4 Hermeticidad de la cimbra
347 y el ACI SP-4, Formwork
1989). Estas publicaciones se refieren
Las cimbras de toda construcción de concreto deben se r
principalmente a cimbras para concreto que se vibra en forma interna. Se da muy poca dirección al diseño de las
herméticas al mortero y herméticas a la pasta cuando el acabado sea importante. Cuando hay agujeros, grietas o
cimbras para vibración externa.
jun tas abi ertas en la superficie de la cimb ra, la presión
C o n c re t e
hidrostática hará que fluyan hacia afuera cantidades considerables de mortero y que se pierdan cuando la vibración lo
6.2 Superficies inclinadas Es difícil compactar concreto que tenga una superficie inclinada. Cuando la inclinación sea de aproximadamente (vertical con respecto a la horizontal) o mayor, la
compactación se asegura mejor proporcionando cimbras de apoyo temporal o llanas de cimbra deslizante para prevenir que el concreto se salga o fluya durante la vibración. Una ventaja de la cimbra de apoyo temporal o de la llana de
convierta momentáneamente en líquido. Esta pérdida de mortero causa bolsas de agregado o vetas de arena en los sitios mencionados (véase la figura 6.4). Asimismo, puede ocurrir succión de aire en los puntos de escurrimiento, lo
cual causará más huecos en la superficie del concreto. Estas imperfecciones perjudican en forma considerable el aspecto de la superficie de concreto y, en algunos casos, pueden debilitar la estructura. Además, es prácticamente imposible repararlas a la perfección.
cimbra deslizante es la eliminación de la necesidad de
Las cimbras también pueden perder mortero en el fondo
enrasar la superficie superior
apoyo puede quitarse antes de que el concreto haya alcan-
durante la vibración si la placa del fondo no está firmemente unida a la base. Las cimbras también pueden ocasionar esta
zado su fraguado final de modo que lo s daños superficiales
pérdida al flotar hacia arriba durante la vibración, especial-
puedan quitarse en forma manual. Cuando la cimbra desli-
mente si uno o ambos lados tienen talud. Las cimbrasdeben
zante no pueda quitarse antes de que el concreto haya
estar firmemente fijadas y calafateadas a fin de evitar estos
fraguado, la cimbra debe quitarse lo más pronto posible a
escurrimientos. Para prevenir los escurrimientos resulta útil
fin de permitir el rellenado de las partes dañadas.
sujetar a la parte interna de la placa
1967). La cimbra de
x 10 cm
6.5 Cimbras para vibración
externa
6.5.1 Generalidades Al igual que para el vibrado interno, las cimbras para vibrado externo deben soportar la presión lateral del concreto “licuado”. Sin embargo, las cimbras para vibrado
externo deben también ser capaces de resistir los repetidos esfuerzos reversibles inducidos por los vibradores sujetos a ellas. Además, deben transmitir la vibración sobre un área considerable y de manera más o menos uniforme. En lo
posible, es conveniente coordinar el diseño de la cimbra y los requisitos de vibrado antes de adquirirlas. La vibración de baja frecuencia y gran amplitud tiene mayor impacto, y su sobre las cimbras es más intensa que la de alta frecuencia y baja amplitud. Se requieren cimbras muy resistentes cuando se emplea vibración de alta frecuencia y gran amplitud.
6.5.2 Material para cimbras El material preferido para cimbras es el acero, porque tiene buena resistencia estructural y buenas propiedades de fati-
Figura 6.4 Vetas de arena causadas
escape de mortero
ga; es adecuado para fijar los vibradores y, cuando está debidamente reforzado, proporciona una transmisión buena y uniforme de la vibración. Las cimbras de madera, plástico o concreto reforzado son, por lo general, menos adecuadas, pero dan resultados satisfactorios cuando se respetan sus limitaciones y se obedecen las tolerancias
apropiadas. de caucho de células apretadas o espuma
cloruro de
polivinilo. Es importante asegurarse de que superficies a las cuales se unirá la placa estén planas y rectas. de mortero en las uniones de la cimbra entre y en el fondo de los muros puede minimizarse extendiendo el revestimiento cerca de 3 mm o más en algunos casos, allá de los elementos de apoyo de la
6.5.3 Diseño y construcción
La
cimbra. Este arreglo permite que los extremos relativamente delgados del revestimiento se conformen fácilmente a las superficies adyacentes de lo que lo los mismos elementos de apoyo de cimbra. Cuando se desea disimular las juntas deben usarse tiras rústicas. El ACI 347 y el SP-4 2.5 cm, o más
sugieren un empalme de para el revestimiento de las cim-
bras. De otro modo las cimbras se separaran y permitirán la pérdida de mortero. Las madrinas deben traslaparse por debajo del concreto y deben sujetarse firmemente a los
elementos colados anteriormente. Se recomiendan anclajes o pernos en los colados hechos con anterioridad.
Las cimbras deben diseñarse para resistir la presión del concreto sin sufrir deflexiones excesivas, así como para transmitirle a aquél los impulsos vibratorios. La placa de acero de 5 a 10 mm más), reforzada con atiesadores horizontales o verticales, o ambos, bien estas
funciones. La oscilación (flexión) de la placa de acero entre los atiesadores es, por lo regular, mayor que la que ejercen éstos, pero no es excesiva si no están demasiado espaciados. Debe ponerse especial atención a las uniones cuando se va a utilizar vibración externa a fin de asegurar que no se
presenten deflexiones excesivas en la cimbra. Los elementos especiales
como las vigas en 0 los
canales de acero deben colocarse cerca de la placa, pasando a través de los atiesadores de manera continua. En general, es recomendable soldar los atiesadores a dichos elementos.
Figura 6.5.3 Montaje de vibradores; en cimbra de madera para muros yen cimbra para tubos
Los vibradores deben sujetarse con firmeza a los elementos especiales (véase la figura 6.5.3) ya que si el vibrador se
suelta, puede dañarse y causar daños también a la cimbra. Cuando se emplean unidades rotatorias eléctricas, la firmeza del montaje puede determinarse con facilidad midiendo la toma de amperaje. Si éste excede del indicado en la placa, las unidades no están sujetas con suficiente firmeza. Las unidades de aire no se pueden evaluar tan fácilmente, pero la observación del movimiento de las cimbras da una idea de la rigidez. Es muy importante que los herrajes de la
Es difícil lograr y mantener un junteado hermético de la cimbra cuando el vibrado es externo; aún las pequeñas aberturas de la cimbra permitirán la pérdida de lechada. Pueden emplearse selladores de hule o de otro material
adecuado para evitar dicha pérdida a través de las cimbras de acero. La fijación de vibradores exteriores directamente en la
cimbra por lo general no es satisfactoria, ya que la superficie de contacto puede abombarse o formar una acción de diafragma. Este movimiento hace que la fuerza vibratoria
cimbra estén bien sujetos. Puesto que las cuñas tienden a
sea local y algunas veces da como resultado fallas prematu-
aflojarse con la vibración, resulta más seguro fijarlas con
ras en la cimbra. Sin embargo, los vibradores portátiles
tornillos. Debe prestarse particular atención a la resistencia de las soldaduras. Las cimbras verticales deben colocarse sobre cojinetes de huleo de otro material elástico, a fin de evitar el desperdicio de vibración al transmitirseésta a la cimentación de apoyo, así como la pérdida de mortero.
pequeños, montados sobre ménsulas sujetas a las cimbras metálicas, se han empleado con éxito en algunos trabajos de prefabricación y, en ocasiones, en construcción general. Uno o más de los vibradores se mueven de una ménsula a otra sobre la cimbra conforme progresa el colado. Este
método debe emplearse con mucha precaución y sólo con unidades de baja amplitud y elevada frecuencia.
Capítulo 7
Prácticas de vibración recomendadas para la construcción en general Después de haberse seleccionado el equipo de vibración
adecuado (véase el capítulo éste debe ser manejado por operarios conscientes y bien entrenados. El operador del vibrador debe haber desarrollado, a través de su experiencia, la capacidad de determinar el tiempo necesario que
debe
el vibrador en la mezcla a fin de asegurar
una compactación adecuada. Por medio de una revisión sistemática de su trabajo previo, el operador y su supervisor deben poder determinar el espaciamiento del vibrador y el tiempo de vibración necesario para producir
concreto denso sin segregación.
Aunque el concreto se haya depositado con cuidado en la cimbra, probablemente haya algunos pequeños amontonamientos o elevaciones. Puede ejecutarse una pequeña nivelación insertando el vibrador en el centro de estas elevaciones a fin de aplanarlas. Debe evitarse el movimiento excesivo, especialmente en los elementos estructurales con grandes cantidades de refuerzo. Después de haber nivelado la superficie, el vibrador debe insertarse verticalmente con un espaciamiento uniforme sobre toda el área de colocación. La distancia entre las
insercionesdebe ser de aproximadamente 1.5 veces el radio
El vibrado interno es, por lo general, el más adecuado
de acción, y debe ser de tal modo que el área que se vea
para la construcción ordinaria, siempre que la sección sea
afectada por el vibrador se traslape algunos centímetros al
lo bastante grande para poder manipular el vibrador. Sin embargo, puede ser necesario el vibrado externo para
área adyacente recién vibrada. En el caso de losas, un
completar el interno en áreas congestionadas de acero de
o un vibrador corto de 13 cm. de largo se tendrá que
refuerzo o poco accesibles (véase el capítulo 17). En muchas secciones delgadas, en especial en trabajos de prefabricación y losas, el vibrado externo debe constituir el principal método de compactación.
sostener verticalmente. Ambos se deberán conservar 5 cm separados del fondo si la losa es un panel tilt-up y cuando el panel de tilt-up tiene una cara de concreto arquitectónico. La vibración deberá ser suficiente para cerrar las orillas del fondo de las capas de concreto colocadas.
7.1 Procedimiento para vibración interna
Un método alterno que se ha usado con gran éxito es el siguiente. El vibrador debe penetrar rápidamente hasta el fondo de la capa, al menos, 15 cm dentro de la capa precedente. El vibrador debe ser manejado con un movi-
El concreto se debe depositar en capas compatibles con el trabajo que se ejecute. En grandes capas y secciones pesadas, la profundidad máxima de la capa debe ser de un máximo de 50 cm. La profundidad debe ser casi igual
miento hacia arriba y hacia abajo, generalmente de 5 a 15
a lo largo de la cabeza del vibrador. En muros y columnas,
vibrador de largo normal se deberá inclinar hacia la vertical,
segundos, a fin de unir entre sí ambas capas. El vibrador debe retirarse en forma gradual, igualmente mediante una serie de movimientos hacia arriba y hacia abajo. El movimiento hacia abajo debe ser rápido a fin de aplicar una
la profundidad de las capas generalmente no debe exceder los 50 cm. Las capas deben estar lo más niveladas posible, para que el vibrador no se use paramover el
fuerza al concreto, la cual, a su vez, incrementará la presión interna en la mezcla fresca recién colocada.
concreto hacia los lados, ya que esto puede causar segre-
Saque rápidamente el vibrador del concreto cuando la
gación. Se pueden obtener superficies bastante niveladas depositando el concreto en la cimbra a intervalos cortos; el empleo de trompas de elefante es, en ocasiones, un buen auxiliar.
cabeza quede tan
parcialmente inmersa en el concreto.
El concreto debe llenar el espacio dejado por el vibrador.
En el caso de mezclas secas en donde el hoyo no se cierre al momento de retirar el vibrador, algunas veces el
ma se soluciona con reinsertar el vibrador no más que del radio de influencia; si esto no resulta, se debe cambiar la mezcla o el vibrador.
Las losas delgadas soportadas sobre vigas se deberán vibrar en dos etapas; primero, después de haber colocado el
concreto de la viga, y otra vez cuando el concreto se lleve a grado de acabado.
saria para notar, a través del sonido que emite el vibrador,
cuándo la compactación total se ha logrado. Existe tendencia por parte de los operadores de vibradores a aplastar el concreto solamente; la
completa
puede garantizarse cuando se procuran
y se logran los demás factores que hacen evidente un vibrado adecuado.
El vibrador ejerce fuerza hacia afuera del hueco de la
inmersión. Las bolsas de aire y agua que se encuentren por debajo o al mismo nivel de la cabeza tienden a ser atrapa-
7.3 Vibrado del acero de refuerzo
das. Por lo tanto, las bolsas de aire y agua deben ser
Cuando el vibrador no puede llegar hasta el concreto, como
trabajadas hacia arriba enfrente del vibrador.
ocurre en áreas congestionadas por el acero de refuerzo,
Cuando el colado consta de varias capas, cada capa debe colarse cuando la precedente esté aún en estado fluido, a fin de evitar juntas frías. Cuando la capa subyacente ha
sobrepasado el punto de endurecimiento en el que todavía puede penetrar el vibrador, puede lograrse buena adherencia vibrando intensa y sistemáticamente el concreto nuevo en contacto con el anterior; no obstante, al retirar la cimbra se observará una línea de junta inevitable en la superficie.
resulta muy útil vibrar las porciones expuestas de las varillas de refuerzo. Algunos ingenieros han opinado sobre el posible detrimento de la adherencia del concreto y el acero
causado por la vibración transmitida a través del refuerzo al concreto de capas inferiores que han fraguado parcialmente; sin embargo, un análisis cuidadoso del concreto endu-
recido y compactado de esta manera demostró que dichos temores no tienen fundamento. Siempre que el concreto se pueda mover todavía, esta vibración puede incluso mejorar la adherencia entre el concreto y el acero mediante la
7.2 Juzgando la adecuación de la vibración interna
eliminación del aire atrapado y el agua situados debajo de las varillas de refuerzo.
Hasta la actualidad no hay un medio totalmente seguro y rápido que nos ayude a determinar lo adecuado de la compactación del concreto recién colocado. La
a la varilla mediante un dispositivo apropiado. Adaptar un
Para este fin debe emplearse un vibrador para cimbra fijado
lidad de la vibración interna se juzga principalmente por la apariencia superficial de cada capa. Los principales indicadores de un concreto bien compactado
vibrador de inmersión a una varilla de refuerzo puede dañar el vibrador.
7.4 Revibrado
Excepto en el concreto arquitectónico con superficies
El revibrado es el proceso mediante el cual se vuelve a vibrar concreto que ya ha sido vibrado. En realidad, la mayor parte
de agregados expuestos, para obtener la nivelación
del concreto se
Empotramiento de los agregados
gran tamaño.
general de la mezcla y la adecuada unión del perímetro de la mezcla con la mezcla colocada anteriormente, se requerirá una delgada capa de mortero en la
superficie superior y pasta de cemento en la unión del concreto y la cimbra. Cese general de la aparición de las burbujas grandes de aire atrapado en la superficie superior. Las capas gruesas requieren mayor tiempo de vibrado que las
capas delgadas, ya que las burbujas que están en el fondo tardan más en llegar a la superficie. A veces el sonido o tono del vibrador es un buen indicio.
Cuando un vibrador de inmersión se inserta en el concreto, por lo general se aprecia una reducción de la frecuericia;
después, ésta se recupera y, por fin, el tono se hace constante cuando el concreto está libre de aire atrapado. El
operario desarrolla con la experiencia la sensibilidad nece-
involuntariamente cuando, al colar
capas sucesivas, el vibrador penetra hasta la capa subyacente (que ya ha sido vibrada). Sin embargo, el término do, tal como se emplea en esta sección, se refiere al revibrado intencional y sistemático, efectuado poco después de concluir el colado (Vollick, 1958).
El revibrado puede llevarse a cabo en cualquier momento en que el vibrador se hunda por su propio peso en el concreto y lo momentáneamente. mejores resultados cuando se efectúa lo más tarde se ha considerado que esta revibración resulta más efectiva cuando se hace justo antes del fraguado del concreto para mezclas con revenimiento de 7.5 cm o más. La revibración generalmente da por resultado la de la resistencia a la compresión de los cilindros estándar. El efecto de la revibración en la resistencia a la adherencia
concreto-acero no es tan claro. La revibración parece
en tanto que una amplitud local excesiva no
rar la resistencia a la adherencia en varillas superiores
un desperdicio de la potencia del vibrador, sino que, en
colocadas en concreto de alto revenimiento. Sin embargo,
algunos casos, puede provocar que el concreto se “enros-
la revibración puede dariar severamente la resistencia a la
que” y no se compacte en forma correcta.
adherencia de varillas coladas en concreto de bajo revenimiento que esté bien consolidado. La revibración casi siempre resulta perjudicial para la resistencia a la adherencia del acero de refuerzo del fondo. Antes que nada, la revibración tiende a reducir las diferencias en la resistencia a la adherencia
por las diferencias de reveni-
miento posición de las varillas (Altowaiji, Darwin y
nahey, 1984).
constituye
Al pasar la mano sobre la cimbra pueden localizarse áreas de vibración muy débil o muy fuerte (amplitud baja o
o
puntos con vibración nula. El tacómetro de aguja puede proporcionar indicios más confiables; las diferencias de la oscilación de la aguja en diversos punto s
una aproxi-
mación de la diferencia de amplitud. El vibrógrafo hace posible obtener valores confiables de la
La revibración es benéfica en los primeros centímetros de la parte superior, 0.5 a 1 m, de cualquier colado, en donde las bolsas de aire agua prevalecen. La revibración de las partes superiores de los muros normalmente da por resultado una apariencia más uniforme de las superficies verticales. La revibrdción puede ser muy efectiva para minimizar las grietas en la parte superior de vanos de puertas, arcos, etc. El procedimiento consiste en demorar de 1 a 2 horas la colocación del concreto adicional, dependiendo de la temperatura, después de alcanzar la línea de arranque
amplitud en distintos lugares de las cimbras vibradas en forma externa. Generalmente también proporcionan la frecuencia y amplitud de onda. El concreto compactado por medio de vibrado de la cimbra
debe colarse en capas de 25 a 40 cm de espesor, vibrándose cada capa por separado. El tiempo de vibrado debe ser bastante mayor que en el caso de vibrado interno, con frecuencia hasta de 2 minutos, pudiendo llegar hasta 30 minutos o más en algunas secciones de gran peralte.
la
Otro procedimiento que ha dado buenos resultados en
puerta o uniones entre columna piso, etc,
a fin de permitir la contracción por asentamiento que ocurre
trabajos prefabricados es el colado continuo de cordones de concreto de 5 a 10 cm de espesor, acompañado de
antes de la revibración de los materiales en su lugar, y
vibrado también continuo. Puede producir superficies casi
proseguir con Id colocación.
totalmente libres de agujeros.
7.5 Vibración de la cimbra
Es conveniente tener posibilidad de la frecuencia amplitud de los vibradores. En los vibradores externos
de
eléctricos, las amplitudes pueden ajustarse
diferentes
El tamaño el espaciamiento de los vibradores de cimbra
valores fijos con bastante facilidad. En los vibradores exter-
deben ser
nos de aire la frecuencia puede modificarse variando
que la intensidad de la vibración adecuada
se distribuya sobre el área deseada de la cimbra. El espaciamiento está en función del tipo y forma de la cimbra, profundidad espesor del concreto, potencia del vibrador, capacidad de trabajo de la mezcla y tiempo de vibración.
presión del aire, en tanto que la amplitud puede cambiarse reemplazando la masa excéntrica. Puesto que casi todo el movimiento que imprimen los vibradores para cimbra es perpendicular al plano de la
Se recomienda comenzar con un espaciamiento, general-
cimbra, ésta tiende a actuar como una membrana vibradora
mente de 1.2 a 2.4 m,
en los lineamientos de la
con efecto de “lata de aceite”. Esto es particularmente cierto
experiencia previa. Cuando este
cuando la vibración es de gran amplitud y la placa es
patrón no produzca la vibración uniforme adecuada, los
demasiado delgada o carece de rigidez. Este movimiento
vibradores deben volverse a colocar cuantas veces sea obtener los resultados esperados. Para
hacia adentro y hacia afuera puede hacer que las cimbras bombeen aire dentro del concreto, en especial en los
lograr un espaciamiento óptimo se requiere el conoci-
centímetros superiores (50 a 1 OO) del colado de un muro o
miento de la distribución de frecuencia y amplitud sobre
columna, creando una abertura entre el concreto y la cim-
la cimbra, así como el de la trabajabilidad
bra. En este caso no existen las capas subsecuentes de
lidad de la mezcla.
concreto que ayuden a rellenar dicha abertura; por lo tanto,
sección 5.2.3 y en
necesario
aveces es conveniente emplear un vibrador interno en esta La frecuencia puede determinarse con facilidad con un tacómetro de aguja (véase la sección Sin embargo,
región.
las amplitudes pequetias han sido, hasta ahora, difíciles de
El vibrado de la cimbra durante el descimbrado es en
medir. Una dmplitud inadecuada significa compactación,
ocasiones útil. El ligero movimiento de toda la superficie de
la cimbra ayuda a desprenderla del concreto y permite retirarla con facilidad sin dañar la superficie del mismo.
la capa de superficie, mientras la porción inferior puede resultar con vibrado escaso (figura 7.6.1
7.6 Consecuencias de la vibración impropia
En el capítulo 9 del Manual of Concrete SP-2 (Manual del ACI para Supervisión de obras de Concreto), pueden encontrarse los lineamientos referentes a las técnicas de compactación adecuadas para minimizar la separación del mortero de los agregados gruesos.
Los defectos más serios que resultan por falta de vibración son el apanalamiento, excesivos huecos de aire atrapado (cavidades), vetas de arena, agrietamiento por abatimiento y líneas de colado.
7.6.1 Apanalamiento Ocurre cuando el mortero no llena el espacio las partículas de agregado grueso (véase la figura La presencia de segregación indica que la primera etapa de la compactación no se completó en esos sitios (véase la sección 4.2). Cuando aparece en la superficie, es necesario picar el área y repararla. Dichas reparaciones deben ser las menos posibles, ante todo porque afectan en forma negativa el aspecto de la estructura y reducen la resistencia del concreto. Por lo regular, la segregación es la consecuencia del empleo de vibradores inadecuados y defectuosos, o bien de procedimientos incorrectos de vibrado. Las inmersiones desordenadas en ángulo al azar causan acumulación de mortero en
Figura 7.6.1 a
Las propiedades de la mezcla de concreto que contribuyen a la formación de cavidades en el concreto son principalmente: una cantidad de pasta insuficiente para rellenar los huecos entre los agregados, una cantidad de arena inadecuada en relación con el total de agregados, una pobre de los agregados o un inadecuado revenimiento para las condiciones de Un espacio insuficiente entre el acero de refuerzo es una causa para que ocurran las cavidades en el concreto (véase la figura 7.6.1 Para establecer el espaciamiento del acero, tanto el diseñador como el constructor tienen que tener en mente que el concreto se debe compactar.
7.6.2 Exceso de huecos debidos al aire atrapado Los concretos que ya no presenten segregación aún tienen huecos, pues rara vez es posible eliminar por completo el aire atrapado (véase la sección 4.2). La cantidad de aire
Figura 7.6.1 b Los procedimientos aplicados al azar pueden dar como resultado la acu mulación de mortero en la superficie agregado en la periferia del colado.
atrapado que queda en el concreto después del vibrado es, en gran parte, una consecuencia del equipo y procedimiento de vibrado, pero también se ve afectada por las propiedades de la mezcla de concreto, por la colocación durante el colado, así como por otros factores son, 1970). Cuando no se emplean el equipo y los procedimientos adecuados, o cuando existen condiciones desfavorables, el contenido de aire atrapado será elevado
y es probable que los huecos (comúnmente llamados agu jeros de insectos) sean excesivos (véase la figura 7.6.2).
dejar abajo “paquetes” de
vibradores internos, han demostrado eficacia para reducir
el tamaño y número de huecos en la superficie. En condiciones muy difíciles y cuando el aspecto del concreto sea muy importante, el paleado junto a la cimbra
resulta a menudo de gran ayuda para reducir los huecos. Es casi imposible eliminar los huecos en la superficie interna de las cimbras inclinadas, y los diseñadores deben tener en cuenta este hecho. No obstante, estos huecos pueden
Para reducir los huecos en la superficie del concreto debe acortarse la distancia entre las inmersiones de los vibradores internos y aumentarse el tiempo de cada una de ellas. También debe hacerse una hilera de inmersiones cerca de la cimbra, pero sin tocarla. Cuando el contacto con la
cimbra sea inevitable, la punta del vibrador debe protegerse con hule, pero, aun en este caso, debe evitarse en lo posible el contacto, ya que se puede dañar la cimbra y desfigurarse la superficie del concreto. Resulta crítico que las posiciones de los lugares donde se va a insertar el vibrador estén bien traslapadas. Deben evitarse los recubrimientos de gran viscosidad en las cimbras, así como que se aplican en capas gruesas, ya que tienden a retener aire y burbujas de agua. Los vibradores para cimbra tienden a mover el mortero
hacia la misma y, cuando se emplean en combinación con
Figura 7.6.1 c Un mal del acero de refuerzo crea miento y hace muy difícil la compactación.
Figura 7.6.2 Exceso de huecos de aire en la superficie de contacto con la cimbra
al mínimo si se evitan las mezclas pegagosas y con
exceso de arena, si el concreto se cuela en capas, de 30 cm de espesor o menos, y si el vibrador se sumerge lo más cerca posible de la cimbra. Los huecos pueden reducirse en forma considerable, fijando un vibrador externo a la cimbra incli-
nada y reduciendo el espesor de la capa a 15 centímetros.
7.6.3 Vetas de arena Las vetas de arena son el resultado del sangrado intenso a lo largo de la cimbra que, a su vez, es de las características y proporciones de los materiales y de los
métodos empleados para colar el concreto (véase la figura 7.6.3). Las mezclas muy fluidas, ásperas, con poco cemento y que contengan agregados mal graduados en especial
con diferencia en los tamaños del número 50 al 100 (de 300 a 150 y en fracciones menores del número 1 (menores de 150 pueden causar vetas de arena, así como otros problemas. El colado del concreto a través del acero de refuerzo y su colocación en capas muy gruesas sin vibrado adecuado, también puede causar vetas y segregación. Otra de las causas es fijar vibradores a cimbras con fugas, lo cual produce una acción de bombeo que da como resultado la de o la entrada de aire por Jas juntas.
7.6.4 Líneas de colado Las líneas de colado son líneas oscuras (véase la figura 7.6.4) que aparecen en la superficie cimbrada y que hacen evidentes los límites entre los colados de concreto adyacentes, Por
lo general indican que, al vibrar una capa, el vibrador no se introdujo lo suficiente para penetrar en la capa subyacente.
7.6.5 Juntas Las demoras en la colocación pueden ocasionar juntas frías. Para evitar éstas, la colocación debe reducirse sustancialmente antes de que la superficie se endurezca. En demoras inusualmente largas durante la colocación, el concreto debe mantenerse fresco revibrándolo periódicamente. El concreto debe vibrarse aproximadamente en intervalos de 15 minutos o menores, dependiendo de las condiciones de trabajo. Sin embargo, el concreto no debe tampoco sobre vibrarse hasta el punto de que se produzca segregación. Además, conforme se aproxime el tiempo de fraguado
inicial, la vibración se debe descontinuar y se debe permitir que endurezca el concreto, de lo contrario se produciría una junta fría y se deberían tomar las medidas de reparación
adecuadas.
7.6.6 Agrietamiento por abatimiento El agrietamiento por inmersión resulta a partir del desarrollo de tensiones cuando el concreto se asienta en forma mecánica cerca del tiempo de fraguado inicial. Para eliminar este tipo de agrietamiento, el concreto debe revibrarse hasta la última ocasión en que el vibrador se hunda en el concreto
bajo su propia masa. 7.6.7 Es mucho más común la falta que el exceso de
vibrado. Los concretos de peso normal, bien dosificados y
con el revenimiento recomendado, no se ven afectados por el exceso de vibrado. Por lo tanto, cuando exista alguna duda en cuanto a la suficiencia de la compactación, el problema debe resolverse aplicando vibrado adicional. El exceso de vibrado puede ocurrir cuando, debido a una
operación descuidada o al empleo de equipo demasiado grande, la vibración es varias veces mayor que la cantidad recomendada. El exceso de vibración puede dar como
resultado las siguientes anomalías: Segregación La mecánica de la segregación entra en juego cuand o las fuerzas de gravedad y de vibración tienen tiempo suficiente para actuar. Con un tiempo de vibración excesivo, las fuerzas cohesivas en el
interior del concreto son sobrepasadas por la gravedad y la vibración ocasiona que los agregados más pesados de la mezcla se hundan y los más ligeros se vayan hacia la parte superior de la pasta matriz. Un examen
durante o después de este tipo de colocación mostrará una capa de lechada, una capa de mortero que contiene una proporción menor de agregados grandes y
una acumulación de agregados grandes en el fondo de la capa de colocación. Esta condición es más probable en el caso de mezclas húmedas y cuando hay grandes diferencias en las densidades de los agregados y del mortero, y cuando las mezclas tienen una demasiado alta de mortero respecto al agregado grueso. El agregado de peso ligero es un problema todo suyo que no se relaciona con la proporción de mortero. Un control adecuado de la consistencia reducirá al mínimo el problema.
Figura 7.6.4. Líneas de colado
Figura 7.6.3 Vetas de arena causadas por sangrado intenso a lo largo de la cimbra
Cl Vetas de arena se dan más frecuentemente en mezclas pobres o ásperas y con el concreto que se mueve horizontalmente por el vibrador. Pérdida del aire atrapado en el concreto con aire incluido Esto puede reducir la resistencia del concreto a los ciclos de congelamiento y deshielo. El problema generalmente se presenta en aquellas mezclas con contenido de agua excesivo. Si el concreto contiene la cantidad de aire atrapado recomenda-
da originalmente por el comité 221 del capitulo 18.) y el revenimiento está en el rango adecuado, es muy poco probable que ocurra una gran pérdida de aire atrapado. Sin embargo, demasiadas
inserciones del vibrador en puntos muy cercanos entre sí, en concreto con altas relaciones de agua-cemento, pueden ocasionar que falle el sistema de aire incluido, lo cual puede provocar una reducción en la durabili-
dad
al
congelamiento-deshielo.
Cl Deflexión excesiva o cimbra dañada Éstos son más frecuentes con la vibración externa.
Falla de las cimbras Pueden presentarse presiones
internas excesivas que pueden llevar a una
de la
cimbra, si se permite que el vibrador permanezca
inmerso en el concreto demasiado tiempo en el mismo lugar. La presión ocasionada por la profundidad excesiva (más profunda que la tasa de incremento por hora diseñada) de concreto fresco, aumentada por las fuerzas dinámicas de la vibración prolongada, puede ocasionar que la cimbra falle instantáneamente.
Capítulo
Concreto estructural 8.1 Prerrequisitos de diseño y detallado
8.2 Requerimientos de la mezcla
Al diseñar eleme ntos estructurales y a l detallar la cimbra y
el acero de refuerzo, debe tenerse en cuenta que el concreto recién mezclado debe colocarse en un lugar lo más cercano posible a su posición final a modo de disminuir la segregación, las cavidades y otras imperfecciones internas y superficiales.
También
el
método
de
compactación
debe
considerarse cuidadosamente cuando se detalle el acero de refuerzo y la cimbra. Por ejemplo, para vibración interna, las aberturas en el refuerzo deben permitir la inserción de los vibradores. Normalmente se requieren aberturas de 10 x 15 cm con centros espaciados a 60 centímetros. Estos elementos requieren que se ponga especial en el tamaño de miembros, tamaño del acero estructural, localización, espaciamiento y otros factores que influyan en la colocación y compactación del concreto. Esto resulta
especialmente cierto en aquellas estructuras diseñadas para cargas sísmicas, en donde el acero de refuerzo a veces está muy congestionado y resulta imposible la compactación efectiva de las mezclas de concreto convencionales. El diseñador se debe comunicar con el constructor en las
primeras etapas del diseño estructural. Se deben buscar las áreas problema cuando aún haya tiempo de tomar las medidas prácticas necesarias como serían los empalmes, acero estructural en paquete, modificación de los espacios de los estribos y aumento del tamaño de las secciones. Cuando las condiciones de compactación están por debajo
de los estándares, se debe tomar una o más de las siguientes medidas: rediseñar el elemento, rediseñar la colocación del acero de refuerzo, modificar la mezcla, utilizar pruebas en maquetas a fin de desarrollar un procedimiento alterno y alertar al constructor acerca de aquellas condiciones que
Las mezclas de concreto estructural se deben proporcionar a fin de obtener la facilidad de colocación, durabilidad, resistencia y otras propiedades requeridas respecto a las condiciones de colocación. El concreto se debe trabajar rápidamente en las esquinas de la cimbra y alrededor del acero de refuerzo usando el método de compactación adecuado, sin que se produzca segregación ni se acumule mucha agua libre en la superficie. Algunas guías respecto al proporcionamiento pueden encontrarse en el capítulo 2; además, el 301 cubre este aspecto ampliamente. En
áreas de congestionamiento del acero de refuerzo, se deben tener en cuenta los procedimientos señalados en el capítulo
17; también se debe poner atención en el uso de empalmes mecánicos en el acero de refuerzo a fin de minimizar el congestionamiento. Un revenimiento de 7.5 cm es por lo general suficiente para concreto estructural debidamente vibrado en las cimbras. Lo que puede considerarse una necesidad para concretos más fluidos, en muchos casos se satisface mejor mediante vibrado adicional. De hecho, el concreto para elementos
estructurales pesados y losas puede colarse de modo satisfactorio con revenimiento máximo de 5 cm, cuando está bien vibrado. En aquellas áreas donde no pueda lograrse una vibración completa debido al congestionamiento del acero de refuerzo u otras obstrucciones, puede ser deseable incrementar el revenimiento usando aditivos o produciendo una mezcla
más fluida que pueda compactarse de modo más adecuado. Sin embargo, es importante señalar que el uso del concreto fluido no evita la necesidad de utilizar la vibración.
8.3 Vibración interna
pudieran resultar críticas.
En la mayoría de los concretos estructurales el vibrado se lleva La colocación del concreto en áreas congestionadas se discute con más detalle en el capítulo 17.
a cabo con más eficacia mediante vibradores estándar de
inmersión que se ajusten a las recomendaciones del cuadro
5.1.5. Es importante que el vibrado elegido sea adecuado para la mezcla y para las condiciones de colado. El procedimiento recomendado para vibrado interno es el descrito en la sección 7.1. En muros y vigas, por lo general deben utilizarse dos vibradores, uno para nivelar la mezcla inmediatamente después del colado y otro para la En obras de mayor importancia y tamaño es útil un tercer vibrador, que puede ser menos potente que los otros dos. Se debe usar una línea de inmersión poco espaciada, a unos cuantos centímetros de distancia de la cimbra y también en la capa superior del colado, para ayudar a que las burbujas de aire suban y escapen. Las losas coladas monolíticamente con las vigas se deben colar de la siguiente manera: las vigas se deben colar y vibrar. Se esperará un lapso aproximadamente una hora a fin de permitir que el sangrado se presente en las vigas, antes de proceder a colar el concreto de la losa. La losa de concreto se debe colar y vibrar antes del fraguado inicial de las vigas de concreto. Los vibradores deben penetrar, a través de la losa, en las vigas de concreto coladas previamente a fin de compactar y unir los elementos estructurales.
8.4
de las cimbras
El vibrado de lascimbras es adecuado para muchas secciones delgadas y es un complemento útil del vibrado interno en sitios en que el acero de refuerzo muy congestionado, donde el concreto no puede colarse en forma directa que debe desplazarse hasta su posición final, o bien, cuando no es posible utilizar un vibrador interno. Sin embargo, la vibración puede ocasionar, en la cimbra presiones, sustancialmente mayores que las normales; por lo tanto, debe darse especial importancia al diseño de las mismas.
Los procedimientos para el vibrado de las cimbras se describen en la sección 7.5. Cualquiera que sea el empleo de vibradores para cimbra, es importante evitar la vibración excesiva en cualquier punto determinado. Los vibradores deben moverse conforme sea necesario para mantenerlos operando justo debajo de la superficie del concreto y no en áreas vacías.
8.5 Túneles Los vibradores de cimbra se usan para la compactación del concreto en los revestimientos de túnel. Frecuentemente, la vibración de las cimbras se complementa con vibradores de inmersión que se usan por atrás de la cimbra o mediante ventanas de acceso en la misma. El concreto para revestimientos de túneles se coloca más comúnmente por medio de bombeo, con líneas de bombeo colocadas en los muros laterales y en las coronas. Es importante tener una mezcla fluida, aunque cohesiva, que responda bien al proceso de vibración. El revenimiento debe ser de cerca de 13 cm en el extremo de descarga de la línea de bombeo. Cuando el nivel de concreto por atrás de la cimbra alcanza la corona, se produce una pendiente en el concreto. Esta pendiente generalmente variará de 2 a 1, y como máximo de 5 a 1 en relación horizontal a vertical. Los vibradores de cimbra deben operarse a unos pocos centímetros de la pendiente y deben moverse hacia adelante, frecuentemente en forma horizontal. Se debe poner especial atención a la vibración de la cimbra en la corona, de modo que el concreto que se haya bombeado en los puntos más altos dentro de la cimbra no se baje a causa de la vibración. Conforme se lleva a cabo la colocación del concreto, la retirada de la línea de bombeo, la posición y el tiempo de vibración deben asegurar un máximo rellenado de la cimbra.
Capítulo 9
Concreto masivo El concreto masivo se define como cualquier volumen de
concreto con dimensiones lo suficientemente grandes para requerir que se tomen medidas a fin de manejar la generación de calor de hidratación del cemento y los acompañantes cambios volumétricos y, así, minimizar el agrietamiento. Para reducir el aumento de temperatura y lograr ahorros, se utilizan bajos contenidos de cemento y agregados grandes a fin de mantener un revenimiento bajo. Estas medidas
generalmente requieren de atención especial respecto a la compactación.
9.1 Requerimientos de la mezcla El proporcionamiento adecuado y el uso óptimo de los aditivos químicos, cenizas volantes y escoria en el concreto masivo facilitan una compactación adecuada. Consúltese el 211.1 para información acerca del proporcionamiento de la mezcla. En el se puede encontrar información adicional respecto al con-
creto
masivo.
9.2 Equipo de vibración
9.3 Cimbras Para economizar en cimbras y tener un mejor control de la temperatura, el concreto masivo se debe colocar en capas poco profundas de 1.5 a 3 metros de espesor. Además de los requerimientos usuales de las cimbras (véase el capítulo las cimbras para concreto masivo casi siempre dependen de los anclajes empotrados en el concreto para una colocación firme y segura. La profundidad de empotramiento para estos anclajes debe proporcionar el anclaje suficiente para soportar el impacto del concreto que caiga de gran altura, así como las presiones ordinarias del concreto durante la vibración.
9.4 Prácticas de vibración Las capas se deben construir mediante capas múltiples de 30 a 50 cm, dependiendo del tamaño de los agregados.
Tales capas se pueden compactar bien si hay cierta penetración del vibrador en las capas inferiores. Las secciones muy reforzadas pueden necesitar capas más delgadas y requerir de mayor atención a fin de asegurar que el acero de refuerzo quede totalmente cubierto por el concreto. Cada capa está conformada por franjas de 1.8 a 3.6 m de
El concreto masivo que tenga agregados de tamaño mayor a
ancho. El extremo de cada capa superior debe apoyarse 1.2
1 pulgadas (38 mm) y un bajo contenido de cemento representa un especial problema de vibración cuando se
a 1.5 m en la capa de abajo, de modo que no se muevan cuando se vibre la franja adyacente o las capas inferiores
utilizan consistencias de revenimiento bajo. Esta condición requiere que, para una compactación adecuada, se cuente con
colocadas a lo largo del extremo. Este procedimiento duce un efecto escalonado en las capas (véase la figura 9.4 a). Luego se completa la colocación en todo su espesor y área con una exposición mínima de la superficie.
unpoderosoequipoquesatisfagalosrequerimientosdelgrupo
5 del cuadro En los Estados Unidos generalmente se utilizan vibradores neumáticos. La entrada de aire debe ser grande y la potencia
Esta práctica disminuye el calentamiento del concreto
preenfriado y el problema de las juntas frías entre las capas
del vibrador debe ser la suficiente para permitir una com adecuada. En áreas densamente reforzadas se
en climas calurosos. También facilita la colocación en
pueden necesitar vibradores con diámetros pequeños a fin
fabricación del concreto masivo pueden encontrarse of Concrete Manual, más en el 1981;
de penetrar entre las varillas y lograr una compactación
adecuada.
climas húmedos. Los detalles referentes a la colocación y
Figura 9.4 a Construcción escalonada usada para construcción de concreto masivo. (Foto
Para una compactación efectiva del concreto masivo, el personal que maneje los vibradores debe trabajar en equipo y como una unidad, en vez de trabajar en forma separada y al azar. El vibrador debe insertarse en forma casi vertical en las partes más altas de las pilas depositadas de concreto con espacios uniformes y luego reinsertarse como sea para aplanar el concreto a la profundidad adecuada y a lo largo de toda el área (véase la figura 9.4 Luego las sucesivas colocaciones deben vibrarse en forma sistemática
de U.S. Bureau of
permitiendo que el vibrador penetre en toda la profundidad de la capa anterior pero manteniéndose alejado de los extremos delanteros (véase figura 9.4 Los extremos que estén en contacto con las franjas anteriores que ya hayan sido coladas deben entretejerse completamente. Cada rador de vibrador debe tener un área especial de trabajo. El vibrado debe continuar en cada punto hasta que deje de salir aire atrapado. Dependiendo de la mezcla y del
Figura 9.4 b Nivelado de una descarga de concreto masivo recién depositado en la cimbra
Figura 9.4 c Vibración sistemática de la capa de concreto
miento, esta operación toma de
10
a 15 segundos. Las
inmersiones deben espaciarse y prolongarse durante lapsos de tiempo suficientemente largos para que no quede duda de que la compactación está completa, no sólo cerca de la superficie sino en todo el espesor de la capa y aún debajo de ella. La parte superior del bloque terminado debe quedar nivelada y sin huellas de pasos, con el objeto de facilitar la
limpieza subsecuente de las juntas. La vibración final debe efectuarla un operador de vibrador calzado con “zapatos de para nieve”, empleando un vibrador más pequeño si es necesario. Al concluirse la compactación, la parte superior del agregado grueso debe estar aproximadamente al
nivel de la superficie del concreto.
El empleo exitoso de este procedimiento requiere cimbras abiertas con un mínimo de separadores. Se debe tener
cuidado al voltear la primera niveladora de empuje para que las orugas de la segunda no excaven dentro del concreto.
9.5 Concreto compactado con rodillos El concreto masivo puede compactarse por medio de rodillos vibradores. El Concreto Compactado con Rodillos es un concreto con cero revenimiento que se trans-
porta, coloca y compacta en capas horizontales usando el mismo equipo que se utiliza para la construcción de carreteras y construcciones rellenas de roca y tierra. Puesto que
La cantidad de concreto que se puede manejar con un vibrador depende de la capacidad de este último, de la experiencia y la diligencia del operador y de la respuesta
la fase de compactación de la construcción del CCR se ejecuta con equipo para movimiento de tierras, el término
del vibrador a la mezcla particular de concreto que se está
ción para concreto. En el ACI
compactando. En condiciones óptimas, una cuadrilla efi-
información detallada acerca del CCR.
ciente puede compactar hasta 40
por hora por vibrador.
Alrededor de las piezas ahogadas y cuando se emplean
cimbras complicadas, dicha cantidad puede reducirse hasta menos de la mitad. En Europa, Japón y Canadá se han empleado con éxito vibradores múltiples a base de cuadrillas de niveladoras, grúas y montacargas Una de las niveladoras extiende y nivela el concreto listo para compactarse; le
sigue otro con tres o más vibradores montados en el frente.
compactación se ha usado en lugar del término consolida puede encontrarse
El concreto compactado con rodillos que se usa en los
Estados Unidos, generalmente se coloca en capas de 20 a 30 cm aunque en algunos casos se han llegado a usar capas de hasta 1 m. Para capas con espesores de más de 30 cm, el concreto debe depositarse y esparcirse en varias capas delgadas antes de llevar a cabo la compactación. En áreas abiertas, las capas se compactan por medio de aplanadoras vibradoras de tambor con una masa estática lineal de 1,800 a 4,500 de ancho de tambor. En algunas aplicaciones,
el acabado se completa por medio de rodillos con ruedas neumáticas con una masa estática hasta de 26 toneladas (26,000 En áreas estrechas y áreas adyacentes a muros u otro tipo de obstáculos, pueden usarse aplanadoras manuales y apisonadoras mecánicas a fin de compactar el CCR. Cuando se utilice este equipo debe tenerse cuidado de colocar el CCR en capas más delgadas a fin de asegurar su compactación. La colocación y compactación se hacen generalmente en capas horizontales. Sin embargo, el CCR se ha colocado y compactado en capas con rada pendiente en donde se ha utilizado una linea para facilitar el viaje del rodillo a lo largo de la pendiente. Generalmente, para el caso de mezclas más plásticas y ricas, la primera pasada del rodillo se hace de modo estático (sin vibración), seguida por una serie de pasadas en posición vibratoria. Permitir que el concreto repose una hora antes de realizar el acabado ha demostrado reducir eficazmente el agrietamiento superficial. Los operadores deben asegurar un traslape de al menos 15 cm entre las franjas adyacentes y al final de cada pasada. Se debe poner especial atención a la compactación de la junta a lo largo de las líneas de colocación, si especialmente el concreto de la linea previa ha alcanzado el tiempo de fraguado inicial. Esto se logra compactando los extremos de las líneas con una pendiente de 2 a cortando un extremo vertical en el concreto bien compactado con un nivelador. La selección de los rodillos vibratorios no se ha estudiado aún lo suficiente y la selección del equipo se debe establecer por medio de pruebas de campo. Los rodillos vibradores
generalmente pertenecen a una de las siguientes dos categor ías: Cl Rodillos de alta frecuencia y baja amplitud
1,800
a 3,200 vibraciones por minuto a 50 Hz), 0.38 a 0.75 mm -utilizados para la compactación de asfalto. Rodillos de menor frecuencia y mayor amplitud 1, 200 a 1,800 vibraciones minuto a 30 Hz) 0.75 a 1. 5 mm -utilizados en la compactación de tierra y rellenos rocosos. Los de construcción y las de la mezcla de concreto como espesor de la capa de colado, tamaño nominal de los agregados y contenido de agua, pueden influir sobre la selección de los rodillos. Se debe tener especial cuidado en el proporcionamiento de la mezcla de CCR yen las técnicas de compactación a fin de evitar la 0 contaminación en la capa recién colocada y para asegurar una buena unión que al mismo tiempo sea impermeable. Cuando se la mezcla fresca de CCR en una superficie endurecida, ésta debe estar limpia y hay que colocar sobre ella una capa delgada de mortero o de una mezcla más plástica antes de cubrirla con la capa regular de CCR. Generalmente es suficiente con 4 a 6 pasadas con un rodillo vibratorio de tamaño adecuado a fin de producir un concreto denso y bien compactado. Sin embargo, conforme se incrementan el espesor de la capa y la rigidez de la consistencia, las mezclas de CCR pueden requerir de más pasadas con el rodillo. Se deben llevar a cabo pruebas de campo para determinar el número de pasadas del rodillo que se requieren para lograr una buena compactación.
Capítulo 10
Losas para pisos de concreto de peso normal 10.1 Requerimientos de la mezcla El concreto para la construcción de losas debe dosificarse de manera que proporcione las condiciones requeridas para el colado, el acabado, la resistencia mecánica, a la abrasión durabilidad. La norma 302.1 R indica el miento adecuado para los pisos y losas, y los procedimientos de construcción. Las mezclas más rígidas se usan mucho puesto que sus superficies son mucho más durables y resistentes a la abrasión. Estas requieren de una compactación por vibración o por otro método que resulte efectivo. Las recomendaciones de esta guía se refieren principalmente a este tipo de
construcción.
10.2 Equipo
interno adyacente a los dispositivos de transfe-
carga
de
las cimbras.
10.3 Losas estructurales Las losas que contienen acero de refuerzo tubería para instalaciones se deben vibrar internamente.
Pueden usarse en este caso reglas vibradoras para facilitar la operación de acabado de alta frecuencia baja amplitud. A veces en las losas se presentan columnas, conductos o varillas de refuerzo que sobresalen que impiden la colo-
cación de cimbras o tablones necesarios para el empleo de reglas vibradoras. Estos pisos deben nivelarse en forma
manual, para lo que se requieren revenimientos de más de 5 cm. Con estos revenimientos se obtiene la compactación adecuada mediante vibrado interno el acabado con regla manual.
Para compactar losas hasta de 15 cm de espesor se recomienda el vibrado superficial, siempre que no estén reforzadas o que tengan sólo una malla ligera. El medio más empleado es el de las reglas vibradoras, soportadas por
cimbras, tablones o rieles. Deben ser de baja frecuencia, de 3,000 a 6, 000 vibraciones por minuto (de 50 a 100 Hz), de gran amplitud para reducir al mínimo el desgaste de la máquina; deben proporcionar la profundidad de adecuada, sin crear en la superficie una capa nociva
de finos. Es aceptable el uso de vibradores de alta frecuencia baja amplitud cuando se aplican sólo para acomodar las operaciones de acabado. Las losas sin refuerzo de 15 a 20 cm de espesor se pueden compactar por medio de vibración interna o de superficie. El vibrador interno empleando el equipo descrito en el cuadro se recomienda para toda losa de más de 20
cm de espesor. También es aconsejable para losas de espesor menor, cuando éstas tienen acero de refuerzo tubería para instalaciones. También debe proporcionarse vibrado
10.4 Losas sobre el suelo Los procedimientos descritos en el capítulo ll deben se-
guirse en obras importantes, siempre que sean aplicables. Sin embargo, muchas losas de piso son pequeñas, de forma irregular o de secciones no uniformes, por lo que no es
posible emplear procedimientos demasiado mecanizados. Este tipo de construcciones queda cubierto por los procedimientos expuestos en este capítulo.
10.4.1 Vibrado interno La cabeza del vibrador debe quedar totalmente sumergida durante el vibrado; en losas gruesas se puede introducir el vibrador en sentido vertical, en tanto que en losas delgadas se deben sumergir en ángulo o en sentido horizontal. No se debe permitir que el vibrador entre en contacto con la base,
ya que esto puede contaminar el concreto con materiales
ciones de alineado y acabado. El vibrado interno será necesario para compactar en forma adecuada el concreto que queda alrededor del acero de refuerzo, de los disposi-
extraños. El empleo de reglas vibradoras, cuando pueden utilizarse
aristas de la cimbra o rieles maestros, facilita las operaciones de nivelado después de que la losa se ha compactado mediante vibrado interno. Si se emplea la regla vibradora,
puede utilizarse concreto de menor revenimiento.
10.4.2 Vibrado superficial Por lo general se recomiendan revenimientos entre 2.5 y 5 cm para concretos compactados con reglas vibradoras. Para los revenimientos que excedan de 7.5 cm, las reglas vibradoras se deberán usar con cuidado ya que estos concretos mostrarán acumulación de mortero en la superficie acabada después del vibrado. Las reglas vibradoras nivelan y alinean el concreto, además de proporcionar buena compactación. Para lograr una bue-
tivos de transferencia de carga, de las muescas y las aristas de las cimbras.
10.5 Pisos industriales para servicio pesado La superficie de desgaste de pisos industriales para servicio pesado debe ser de concreto de alta calidad. Para información con respecto a las varias clasificaciones y requerimientos de pisos, refiérase a la tabla 1 de 301 R. Muchos pisos industriales se colocan en dos con concreto convencional en la capa inferior y un concreto de calidad superior en la capa de arriba. La capa de arriba se deberá colocar, preferiblemente, antes de que la capa inferior
alcance el fraguado final. El uso de sistemas de piso de dos capas proporciona economía y un uso más eficiente de
na compactación, la arista de nivelación debe estar en
ángulo con la superficie y la sobrecarga
piada (altura
del concreto no compactado requerida para producir una
superficie terminada con la elevación
piada) al frente
de la niveladora principal.
Cuando no sea posible colocar tablones maestros o cimbras para las reglas vibradoras u otros vibradores de superficie, será necesario incrementar el revenimiento entre 7.5 y 10
cm y lograr la compactación primaria a través de las opera-
Figura
La
materiales. La superficie debe enrasarse un poco más alto que el nivel de acabado; la capa de desgaste de bajo revenimiento debe compactarse mediante rodillos, pisones o algún otro tipo de vibrado superficial. El empleo de una máquina de discos flotadores provista de martinetes proporciona
adicional en la zona cercana a la superficie. En estos concretos, la máquina de discos debe emplearse poco
después de pasar la regla niveladora si es necesario llevar a
extracción de agua por vacio de losas de concreto se muestra justo
de la operación de acabado del piso.
la superficie suficiente mortero para llenar bien los huecos. Los aditivos químicos se pueden usar para incrementar la trabajabilidad de la mezcla y facilitar la compactación.
10.6 Extracción de agua por vacío El proceso de vacío es un método que mejora la calidad del concreto cerca de la superficie y consiste en quitar parte del
agua de la mezcla después de haber colocado el concreto; sin embargo, siempre se involucra algo de recompactación (véase la figura 10.6). A la superficie se aplica una lona o
estera después que se ha logrado la compactación normal y se conectan a bombas de vacío. La succión aplicada por las bombas y la presión atmosférica (una fuerza te) actúan simultáneamente sobre la lona o estera, quitando el agua y el aire atrapado de la región cercana a la superficie y cerrando los espacios que ocupaba el agua.
Capítulo ll
Pavimentos Los trabajos de pavimento de carreteras y pistas de aeropuertos incluyen aplicaciones como pavimentos con refuerzo continuo y cubiertas de puentes, en los que se puede usar concreto a razones de más de 400 por hora. Generalmente, para la colocación y acabados, se utilizan equipos automáticos capaces de colocar concretos con revenimientos de 2.5 a 5 cm. En el otro extremo, los desarrollos residenciales pueden requerir menos de 80 de concreto por día. Generalmente, cuando se necesitan revenimientos en el orden de 5 a 10 cm, se requiere de mucho trabajo manual. Esta guía se enfoca a la construcción de carreteras y campos de aeropuertos. Los procedimientos aquí descritos se aplican tanto a los pavimentos de cimbra fija como a los de cimbras deslizantes. Los concretos para pavimentos de revenimiento cero se colocan mediante el método de compactación con rodillos tal como fue des en la sección 9.5.
11.1 Requerimientos de la mezcla La mezcla de concreto se debe colocar y acabar apro-
piadamente cesarios. El de obtener atrapado y
para lograr la compactación y el acabado nerevenimiento debe ser de 5 cm o menos, a fin el mínimo de segregación y de pérdida de aire mantener la calidad del concreto.
El concreto que se reciba en el punto de colocación debe ser uniforme. Las variaciones en la mezcla pueden resultar en una segregación o en una compactación inadecuada, ocasionando que el pavimento sea de mala calidad y de poca durabilidad. Para el caso del concreto reforzado con los vibradores internos se deben usar con un espaciamiento menor y durante mayor tiempo a fin de obtener resultados satisfactorios. 544. 1
ll.2 Equipo ll
Selección del tipo de equipo
Es recomendable que todos los pavimentos se compacten mediante vibrado completo. El tipo de vibrado -interno o
externo- lo determinan el espesor de la losa, la velocidad
de ejecución, la consistencia y otras características de la mezcla de concreto. Los vibradores internos, por lo general de escoplo montados en serie y que reúnen los requisitos del cuadro 5.1.5,
pueden emplearse cuando el espesor del pavimento sea de cm o más. Cuando el equipo se mueve rápidamente sobre las losas a fin de obtener alta producción, puede necesitarse vibración interna en pavimentos tan delgados como de 10 cm. Los vibradores hidráulicos han ganado mucha popularidad en los últimos años, especialmente porque la frecuencia es ajustable y los requerimientos de
mantenimiento son bajos. Pueden emplearse vibradores de superficie en pavimentos de espesor inferior a cm y se usan con éxito en pavimentos de más de 25 cm de espesor usando un esfuerzo vibratorio mayor. Sin embargo, la razón de ejecución será menor que cuando se emplean vibradores internos. Asimismo, el vibrado superficial en combinación con aplanadoy nivelación a regla tiende a llevar demasiados finos a la superficie, dependiendo del diseño de la mezcla. Esto puede suceder como resultado de proporciones de mezcla inadecuadas o sobretrabajado de la superficie o de ambos. La velocidad del equipo de pavimentación controla el tiempo de vibrado. El diseño de dicho equipo y el de la
mezcla deben ser congruentes.
ll
Requisitos generales
Los vibradores, tanto de superficie como internos, deben controlarse mediante un interruptor de “encendido-apagado” que opere en forma simultánea todos los vibradores y
sólo cuando la máquina esté en movimiento hacia adelante. La capacidad de variar la frecuencia es necesaria para permitir ajuste en cuanto a condiciones de la obra y a los
materiales
empleados.
Deben tenerse disponibles varios vibradores para el caso de que se requiera vibrado adicional, o como repuestos.
ll
Vibradores internos
Además de los vibradores internos normales (descritos en el capítulo 5) existen vibradores en forma de
para la
construcción de pavimentos. Estos están especialmente diseñados para compactar losas delgadas y para operar por encima de las mallas en pavimentos reforzados. Los vibradores mencionados están, por lo general, montados en serie sobre un marco horizontal (véase la figura
ll que debe estar colocado justo delante de la primera regla o placa de aplanado. El marco debe ser ajustable hacia adelante o hacia atrás para compensar las diferencias de
consistencia del concreto de una obra a otra. Figura ll Vibradores de escoplo montados en serie para compactación de pavimentos de concreto
El marco debe tener la capacidad para espaciar de 10 a 14 vibradores sobre un ancho de pavimentación de 7.3 m. Asimismo, debe tener movimiento vertical para que los vibra-
dores puedan retirarse por completo del concreto o bajarse hasta la profundidad necesaria dentro del concreto, para obtener un vibrado óptimo.
Los vibradores se deben ajustar en forma angular y mantenerse así durante la vibración. La frecuencia se debe ajustar entre 8,000 y 12,000 vibraciones por minuto (130 y 200 Hz), y debe ser uniforme en todos los vibradores. Los vibradores de inmersión del tipo usado en la compactación de concreto estructural pueden ser muy útiles en
Figura ll Vibrador de superficie tipo artesa, paraconstrucción de pavimentos
áreas
irregulares.
ll
Vibradores superficiales
En la construcción de pavimentos de concreto se emplean tres tipos de vibradores de superficie: el de artesa, la regla vibradora y el vibrador de rodillos (véase la sección 5.3). La pavimentadora es una unidad de propósito doble que
compacta el concreto y da un acabado a la superficie. Los extremos de la llana generalmente no cuentan con ruedas (ensambles sobre ruedas) (figura1 Algunos equipos antiguos pueden tener ruedas (figura ll con acción tipo leva, de modo que la llana pueda levantarse de la
superficie de concreto sin tener que moverse hacia atrás en un segundo paso. Las pavimentadoras pequeñas pueden levantarse en forma manual. Normalmente se requiere una unidad para cada carril de ancho. Las pavimentadoras deben poder variar la frecuencia de 3,000 a 8,000 vibraciones por minuto a 130 Hz). Figura 11.2.4 b Niveladora antigua con camiones que permite la acción de leva a fin de izar la niveladora de la superficie de concreto mientras se mueve para realizar la segunda pasada
La pavimentadora vibradora es el único vibrador de superficies que se usa exclusivamente para compactación. La
regla debe montarse sobre un marco horizontal que pueda
levantarse del concreto o que pueda sostenerse a la altura
Durante la operación de colado debe soportarse una sobre
deseada. La pavimentadora vibradora debe poderse ajustar
carga de 10 a 15 cm de concreto sobre los vibradores. Es posible que las sobrecargas mayores causen ondulamiento detrás de la regla o de la zonadedesplazamiento del concreto, lo cual impide la liberación total del aire atrapado.
a una frecuencia de entre 3,000 a 6,000 vibraciones por
minuto (50 y 1 OO Hz). Otro tipo de vibrador de superficie es el vibrador de rodillos,
que lo mismo enrasa que compacta. Su frecuencia debe ser ajustable, el modelo que se utiliza con más frecuencia es
de 100 a 400 vibraciones por minuto
a 7 Hz). Este equipo
se utiliza en concreto con revenimiento de más de 5 cm y su empleo debe limitarse a áreas irregulares y a colados
manuales.
En el caso del pavimento reforzado que tenga espesores menores a 25 cm, los vibradores deben estar colocados en
forma paralela a la subbase y lo más cerca posible del acero de refuerzo, pero al menos dos diámetros del vibrador por debajo de la superficie. Cuando el acero de refuerzo esté cerca de la superficie, el concreto debe colocarse en capas a fin de permitir la compactación. Si se descubre una
ll.3 Procedimientos de vibración
compactación inadecuada en el fondo de la losa por debajo del acero, los vibradores deben estar menos espaciados y debe incrementarse el esfuerzo de vibración o disminuir la
ll Vibrado interno por medio de vibradores internos montados en serie
velocidad de la pavimentadora. Puesto que es común que
La fuerza centrífuga y el espaciamiento de los vibradores
dependerá de la velocidad de avance de este equipo.
debe determinarse tomando en cuenta el agregado a emplear, las características de la mezcla, la velocidad de
la unidad vibradora esté unida al equipo que lleva a cabo
el primer enrase transversal, el ajuste adecuado del vibrador
En losas reforzadas en las que el acero de refuerzo se coloca
descarga del concreto, el método de colocación del acero
mediante vibrado después de colar el concreto en todo el
de refuerzo y la rapidez de las pavimentadoras. Para las
espesor, se requiere una compactación inicial antes de la
mezclas con agregado grueso pequeño y elevado contenido
colocación del acero de refuerzo. En pavimentos de refuer-
de agregado fino, deben emplearse vibradores con fuerza
zo continuo, en los que el refuerzo se coloca con silletas antes del vaciado del concreto, debe tenerse cuidado de
centrífuga cercana al límite inferior del orden que aparece
grupo 3. Por lo general, el espaciamiento
verificar que el concreto debajo del acero de refuerzo esté
de prueba debe ser entre 50 y 75 cm. Cuando sea menor la
recibiendo la compactación adecuada. Cuando el acero de
fuerza centrífuga y el espesor de la losa, debe haber menor
refuerzo se coloca con un depresor de mallas, se requiere
en el cuadro
distancia entre los vibradores. La colocación de los vibradores externos es especialmente difícil cuando la pavimentación se hace con cimbras deslizantes.
menos vibrado adicional que cuando la malla se coloca sobre silletas o cuando el concreto se coloca en dos capas. En las losas reforzadas y coladas en dos capas, los vibradores deben emplearse sólo en la última capa; no se recomienda vibrar la
Cuando se produzcan desuniformidades o irregularidades
primera por la posible formación de u n plano sin resistencia
en los patrones del vibrador mientras se esté trabajando a
entre los dos colados.
velocidades de vibración normales, deben bajarse los vibradores en el concreto, cambiar la angularidad, incrementar
Olsem Winn y Ledbetter (1984) proporcionaron informa-
odisminuir la frecuencia, cambiar la amplitud (generalmen-
ción adicional acerca de la compactación de los pavimentos de concreto.
te cambiando la masa excéntrica), o añadir vibradores
adicionales hasta eliminar las irregularidades. La adecuada se logra generalmente cuando la superficie del concreto tiene una textura uniforme y lustrosa y los
agregados gruesos apenas son visibles en la superficie o por debajo de la misma.
ll ll
Vibrado superficial Pavimentadora vibradora. La unidad vibradora
En pavimentos de menos de 25 cm de espesor, los vibradores deben operarse paralelos a la subbase, o formando con
debe situarse detrás del equipo que nivela la superficie. Su
ésta un pequeño ángulo. En pavimentos más gruesos, los
de avance del equipo en el que está montada. No debe
vibradores deberán estar cercanos a la vertical, quedando
permitirse una sobrecarga delante de la unidad vibradora,
de preferencia la punta del vibrador a 5 cm de la subbase
ya que esto entorpecería las vibraciones. Puede requerirse
y la parte superior del vibrador varios centímetros debajo
un vibrador interno de flecha para ayudar a compactar a lo
de la superficie del pavimento.
largo de cada cimbra.
frecuencia debe determinarse de acuerdo con la velocidad
Reglas y rodillos. Por lo general se recomienda dar
Cuando se emplean cimbras fijas debe hacerse una inspec-
dos pasadas con la regla o el rodillo. La primera es para
ción del borde del pavimento al retirarlas para determinar
nivelar y compactar el concreto y la segunda, para propor-
la efectividad de los vibradores. Si se observa segregación debe hacerse alguno de los siguientes cambios fin de evita su formación:
ll
cionar el acabado de la superficie. En la primera pasada
debe aplicarse la frecuencia máxima y en la segunda, debe reducirse. En este caso, el aspecto de la superficie no es una muestra satisfactoria de la suficiencia de la compactación, por lo que es necesario comprobar la calidad de ésta bajo la superficie.
acercar los vibradores
las cimbras;
aumentar la frecuencia o amplitud de los vibradores; disminuir la velocidad de avance del equipo de pavi-
mentación.
ll
Vibrado manual
En pavimentación con cimbra deslizante, el equipo se
Deben emplearse vibradores manuales de inmersión en
sitios adyacentes
muros de contención y ensambles de
juntas, a menos que se emplee un vástago vibratorio de aspas, o vibrado interno todo lo ancho. También deben
utilizarse en otras áreas en las que no sea posible el empleo de vibradores montados en serie. La cabeza del vibrador
debe estar sumergida por completo y lo más vertical posible, para evitar la segregación y el veteado del mortero. El concreto debe vibrarse a la profundidad requerida mediante vibrado sistemático de las áreas traslapadas. El espaciamiento de las inmersiones debe ser, en general, de 50 75 cm, alrededor de 112 veces el radio efectivo de influencia. Es preferible que haya poca distancia entre las inmersiones, a que estén demasiado separadas. El vibrador debe operar en un solo sitio hasta que el concreto esté bien compactado; después, se debe retirar
despacio para asegurar que se cierre la cavidad que resulta de la inmersión. El tiempo necesario para efectuar una completa varía según la trabajabilidad concreto y la fuerza centrífuga del vibrador. El tiempo de vibrado puede ser de 5 20 segundos por punto de aplicación.
ll.4 Precauciones especiales Al colocar concreto con aire incluido, se deberá verificar el contenido de aire del concreto compactado en su lugar. Ciertos métodos de compactar y de acabar pavimentos
afectarán las características del sistema de vacío Cuando se requiere inclusión de aire para obtener cia a heladas, los parámetros de vacio de aire del endurecido se deberán ratificar Si el contenido de por debajo del nivel especificado, se
de aire. resistenconcreto aire cae
hacer cam-
bios en los procedimientos de vibración o en la cantidad o tipo de aditivo de inclusión de aire que se esté usando. La profundidad y la ubicación del acero de refuerzo se deberá verificar detrás de los vibradores para asegurar que el refuerzo no se ha movido.
deberá mover hacia adelante tan continuamente como sea posible, especialmente si el tiempo atmosférico es cálido. Los retardos, y arranques y paradas de pavimentadora, pueden producir desgarres de la superficie y de las orillas
del concreto ya compactado. Los desgarres se pueden extender a una profundidad de 15 20 cm y dar por resultado una pérdida de compactación. La condición es causada por el desarrollo de fricción excesiva entre la cimbra superior o lateral de la pavimentadora y el concreto. Los factores que pueden contribuir desgarres incluyen el espesor de la losa, el uso de concreto con revenimiento demasiado bajo, la temperatura del concreto, el viento y la humedad, las
proporciones de mezcla, el tamaño de las partículas de los agregados, la razón de pérdida de revenimiento, y el ajuste y la operación de la pavimentadora de cimbra deslizante. Una vez que ha ocurrido el desgarro, el único medio de restaurar la integridad del concreto es usar vibradores de inmersión y volver vibrar el área afectada. Si el desgarre está cerca de la orilla, se puede requerir instalación de
cimbras laterales para retener el concreto durante la vibración. Deben tomarse muestras periódicas para verificar la suficiencia de la compactación; las muestras tomadas para
revisar el espesor del pavimento también pueden servir para este fin. Debe examinarse la parte superior de las muestras para determinar el espesor de la capa de mortero sobre los agregados gruesos. Un espesor de mortero mayor de 3 mm indica exceso de vibrado o de acabado. El supervisor debe registrar también los puntos de interrupción, demoras u otras circunstancias anormales que hayan tenido lugar y
debe pedir que se tomen muestras en estas áreas. La densidad del concreto fresco inmediatamente después de la vibración se puede determinar usando calibradores
nucleares. Estos calibradores miden la densidad relativa, la cual es el peso en estado plástico medido de modo normal (ASTM C 138). Este procedimiento puede proporcionar un método útil para indicar cuándo se ha logrado el grado de compactación adecuado. Se pueden obtener resultados
útiles en obras grandes en las que los costos pueden
con el personal de laboratorio adecuado, instrumentos bien calibrados y una mezcla de concreto razonablemente uniforme. La presencia de demasiadas cavidades en las muestras indica la necesidad de un vibrado adicional o de un cambio en la ubicación o espaciamiento de los vibradores. La penetración de material de la subbase en el concreto puede ser el resultado de que los vibradores internos se hayan introducido demasiado o en ángulo incorrecto.
El supervisor debe tener presente que las condiciones variables de la obra, como el clima, la velocidad de avance, los cambios de equipo, el revenimiento, etc., pueden determinar ciertos cambios en las características o la posición de los vibradores. Debe estar siempre pen- diente de la uniformidad que queda detrás de los vibradores. Es sabido que las irregularidades causadas por el empleo inadecuado de los vibradores montados en serie han producido líneas de que pueden derivar en grietas longitudinales.
Capítulo 12
Productos prefabricados El método de compactación debe seleccionarse al iniciar el trabajo y tomando en cuenta el uso que se va a dar al
producto, la mezcla del concreto, el material de las cimbras, así como las técnicas de producción, de manera que pueda diseñarse y coordinarse toda la operación. En el cuadro 12. 1 se reúnen los datos pertinentes para los principales productos prefabricados de concreto.
a fin de lograr la compatibilidad necesaria con el equipo de prefabricación que haya disponible.
12.2 Material para cimbras El método de compactación debe ser compatible con el
material empleado para las cimbras o moldes. Suele preferirse el acero, la madera o el concreto reforzado. Estos
12.1 Requerimientos de la mezcla Es importante considerar la de la mezcla para seleccionar el método de compactación para elementos fabricados. Se emplean las siguientes consistencias: Mezclas rígidas. Son mezclas ásperas, de revenimiento cero, que muestran muy poca cohesión al apretarlas con la mano. Debido a su bajo contenido de agua, se requiere curado con abundante agua para la hidrata-
materiales pueden revestirse con fibra de vidrio o algún otro material plástico para producir superficies especiales. También se ha empleado el hule. Se debe tener cuidado en verificar que las cimbras no se
dañen durante la compactación; por ejemplo, las puntas de los vibradores deben protegerse con hule y evitar el contacto entre el vibrador y la cimbra.
ción adecuada del cemento.
12.3 Técnica de producción
Mezclas rígidas plásticas. Estas mezclas presentan cierta cohesión y son ligeramente plásticas, generalmente con revenimiento de menos de 2.5 cm.
Cuando el producto es de naturaleza tal que las unidades
En los elementos prefabricados puede ser necesario ajustar las proporciones de la mezcla dentro de límites razonables,
rrollados. Existen máquinas para fabricar los siguientes tipos de unidad:
Tabla 12. 1 Productos
Tubos de concreto
se han estandarizado y pueden almacenarse, es probable que se disponga de métodos de fabricación bien desa-
Métodos de compactación para productos prefabricados de concreto de la mezcla
(sección 12.1)
d
Pilotes y postes de concreto
Material para cimbras
Ac er o
Ac er o
Bloques de concreto
Método de
transporte
y
colado
Bombeo, bandas o Apis onad o, vibr ado inte rno cubetas (capas delgadas) centrifugación, vacío y presión. Bombeo o camiones
Tolva de
Ac er o
Tolva móvil, camión revolvedora, banda transportadora
Concreto reforzado, acero o madera
C u be t as y b a nd a s transportadoras (banda de alimentación continua)
Secciones de losas y vigas
Tableros para muros a al c
de compactación
o
exte rno,
Centrifugación, vibrado interno o externo de alta rodillos frecuencia y baja amplitud, compactadores. Vibrado de baja frecuencia y gran amplitud Vibrado externo, con o sin rodillos compactadores; vibrado interno con regla vibradora superficial. A p is o na d or e s, v ib r ad o re s in t er n os y ex t er n os .
más económicas en la producción diaria de unidades simi-
Tubería de concreto.
lares. En los casos en que la zona por vibrar comprenda grandes masas de concreto que queden alejadas de los vibradores externos, éstos pueden completarse con vibra-
Bloques y dinteles de concreto. Unidades de losas para piso. Pequeñas losas para pavimento (bloques para patios, etc.). Unidades de construcción
como tableros para
muros de carga. Los productos hechos sobre pedido presentan problemas más difíciles. En estos casos es conveniente que el diseñador y el fabricante combinen sus conocimientos y experiencias en el proporcionamiento de mezclas, el diseño de moldes y otros factores, para lograr el mejor método de colado y También debe tomarse en cuenta el número de unidades que van a colarse. La información incluida en el capítulo 5 de este libro puede ser útil para este fin. La experiencia previa y la práctica de “pruebas” se emplean con frecuencia para llegar a una solución definitiva.
12.4 Otros factores que afectan la elección del método de compactación En la externo mesas cionan
industria de prefabricados suele preferirse el vibrado de las cimbras (véase la figura 12.4) o el empleo de vibradoras al vibrado interno. Estos métodos proporun control más uniforme y permiten adoptar técnicas
dores
internos.
El apisonado es un método efectivo de compactar concreto rígido colado en capas delgadas. El vibrado a presión es adecuado para mezclas rígidas. En este caso, un volumen dado de concreto se cuela en un
molde y se le aplica presión en la parte superior, al mismo tiempo que el vibrado.
El método de curado puede afectar la elección y operadel equipo de compactación. Los vibradores externos para cimbras, cuando se someten al vapor o a la humedad
requieren alto costo de mantenimiento, en especial cuando son eléctricos.
12.5 Métodos de colocación El método empleado para colocar el concreto en las cimbras es importante para la compactación. Para expulsar la mayor cantidad posible de aire atrapado y mantener al mínimo el número de huecos en las superficies, se recomienda que el vibrado se aplique en forma continua mientras se cuela el
concreto. Debe evitarse dejar caer el concreto en montones intermi-
tentes. Las mezcladoras portátiles y los camiones mezcladores deben descargar en una banda continua directamente
Figura 12.4 Vibrado de cimbras empleado en la producción de vigas prefabricadas
la cimbra en vez de descargar en cubetas y arrojar
montones intermitentes de concreto. Cuando se emplean mesas vibradoras o de golpeteo, debe colarse una capa uniforme de concreto en el molde antes de poner a funcionar la mesa. Cuando se fabrican losas delgadas, la cimbra debe estar llena antes de iniciar el
vibrado. Cuando el espesor sea mayor de 30 cm, es mejor emplear dos capas o más. La consistencia del concreto y la superficie deseada también afectan el método que se vaya a emplear; mientras menor sea la relación
menos profundo debe ser el espesor del colado.
Capítulo 13
Concreto ligero El concreto hecho con agregados ligeros se usa para reducir el peso muerto, lo que da por resultado elementos estructurales y cimientos más pequeños. El concreto ligero también se usa para proporcionar mayor resistencia al fuego y como agente aislante a la transmisión del sonido y de calor.
13.1 Requerimientos de la mezcla La mayoría de los agregados gruesos ligeros disponibles en el mercado tienen tamaños máximos de 13 o 19 mm. El agregado fino puede ser arena natural o ligera, o una combinación de ambas, una vez probado que el concreto
satisface los requerimientos de peso y resistencia. Para la construcción normal es adecuado un revenimiento de a 7.5 cm. Con revenimientos más altos, los trozos más grandes del agregado ligero pueden flotar en la superficie durante el vibrado. A menudo se emplean mezclas más
rígidas en trabajos de prefabricación. El aire incluido es muy conveniente en concretos ya que proporciona cohesión al mortero de manera que las
tanto, tiende a hundirse durante el vibrado cuando sus
partículas están suspendidas en el mortero. En el concreto ligero ocurre lo contrario, aunque la tendencia a flotar del agregado grueso es menor cuando el mortero contiene
arena de peso ligero. Durante el vibrado, las mezclas secas no se segregan con tanta rapidez como las mezclas húmedas.
13.3 Procedimientos y equipo para la compactación El equipo recomendado para compactar concreto de peso normal también es adecuado para el concreto de peso
igero. Al igual que en el caso del concreto de peso normal, el concreto ligero debe colarse lo más cerca posible de su
posición final, para evitar segregación. No deben emplearse vibradores para mover el concreto lateralmente. con frecuencia es más útil el empleo de palas para depositar o
mover el concreto.
partículas más gruesas tienen menos tendencia a flotar
durante el vibrado.
13.2 Comportamiento del concreto ligero durante el vibrado Durante el vibrado, las burbujas de por flotación y se disipan al igual que normal. Sin embargo, con la inferior las burbujas tienen menos tendencia
aire atrapado emergen en el concreto de peso densidad de la mezcla, a flotar. Es importante
En el caso del concreto ligero, debe aplicarse la made las prácticas recomendadas para vibrar concreto de peso normal. Sin embargo, debido a la menor flotabilidad de las burbujas de aire atrapado en el concreto ligero, es conve-
niente reducir el espesor de las capas aproximadamente a 80 del espesor recomendado en la sección 7.1. Es necesario que los vibradores se introduzcan a distancias
cortas y que penetren en la capa previamente colada. Debe darse en cada inserción el tiempo suficiente para lograr una compactación completa; por lo general 10 segundos serán
vibrar el tiempo suficiente para eliminar las burbujas, pero
suficientes, aunque algunas mezclas no rígidas pueden
teniendo en cuenta que, si se vibra durante mucho tiempo,
requerir algunos segundos más.
se puede perder gran parte del aire incluido y provocar la
flotación de algunas partículas del agregado ligero. La segregación de los componentes de cualquier concreto durante el vibrado es causado en gran parte por las diferencias en sus pesos específicos. En el concreto de peso normal, el agregado grueso es más pesado que el mortero y, por lo
Desde el punto de vista de la apariencia son objetables los huecos en la superficie de los muros, lo que se sugiere seguir, en lo posible, el siguiente procedimiento: cada capa se vibra de manera normal y después se de inmediato antes de colar la siguiente. Si se deja un período de 30 minutos
lo más largo posible) entre las operaciones de
vibrado, este procedimiento puede ser muy efectivo. Como alternativa al segundo vibrado, que puede requerir vibrado res adicionales, el paleado y apisonado manuales contra la superficie de la cimbra son bastante efectivos.
13.4 Pisos Las operaciones de compactacibn acabado deben recibir especial cuando el concreto ligero se use en la construcción de pisos. Aunque la mayoría de las dacionesdel capitulo 10 son aplicables, serán de gran ayuda algunas precauciones adicionales. Se vuelve a insistir en que el empleo de aire incluido en la mezcla y un revenimiento son convenientes para
los pisos, pues impiden que las agregado lleguen a la superficie.
gruesas ligeras de
Se logra una mejor compactación arrastrando el vibrador a través del concreto en posición casi horizontal y con el mismo espaciamiento empleado para las inmersiones verticales. El arrastre a una velocidad constante proporciona un vibrado más uniforme que los movimientos esporádicos. En vez de vibradores internos pueden emplearse reglas vibradoras para pisos delgados, siempre que no existan obstrucciones que impidan su operación. Cuando se observe segregación puede emplearse una apisonadora de rejilla o un rodillo de malla manuales, para empujar los agregados gruesos ligeros flotantes ligeramente hacia abajo de la superficie.
Capítulo 14
Concreto de alta densidad El concreto de alta densidad hecho con agregados pesados se emplea, ante todo, en protectores contra la radiación y en contrapesos. Cuando se utiliza como protector contra
radiaciones es esencial que sea compacto, que esté libre de huecos y grietas y que sea homogéneo.
14.1 Requerimientos de la mezcla Entre los agregados para concretos pesados se encuentran los productos de hierro (peso específico de 7.5 a las escorias pesadas (peso específico superior a 5.0) y las tierras minerales o acuosas (peso específico de 3.5 a 4.8). Estos materiales pueden emplearse en forma individual o combinados para obtener densidades de concreto de 2,600 hasta más de 6,1 OO (Véase ASTM o C638) Las proporciones normales de una mezcla van de y por masa de cemento en relación con los agregados finos y gruesos combinados. La relación agua-cemento general-
mente se encuentra entre 0.45 y 0.65.
14.2.1 Técnicas de colocación convencionales Pueden emplearse métodos comunes de colado para concretos que contienen agregados pesados, siempre que la mezcla sea trabajable y que las cimbras estén libres de
piezas ahogadas. Sin embargo, este concreto presenta problemas especiales debido a la tendencia a la segregación de las partículas de agregado de alta densidad. Esta segregación es más grande, en especial cuando los agregados no son de granulometría o densidad uniformes, cuando el contenido
de humedad excesivo o cuando el revenimiento es excesivo. El revenimiento debe, por lo general, estar entre 4.0 y
7.5 cm para mezclas de agregado mineral de alta densidad. El colado y la compactación se deben controlar muy de
cerca, a fin de garantizar densidad uniforme y ausencia de segregación. La vibración interna casi siempre se complementa por
medio de vibración externa, pero deben tomarse precauciones suplementarias cuando los agregados pesados se rompan fácilmente. Las frecuencias de los vibradores
El asentamiento puede minimizarse por medio de un porcionamiento adecuado y la incorporación de aditivos
químicos
adecuados.
14.2 Técnicas de colocación
empleados para concreto normal son, en general, satisfactorias para concreto pesado. No obstante, en ocasiones se ha observado que frecuencias superiores, de alrededor de ll ,000 vibraciones por minuto (180 Hz), junto con dos de vibrado más cortos, reducen la tendencia a la
segregación, en especial cuando se utilizan troquelados de acero u otros agregados de muy alta densidad. El potencial
El concreto pesado se fabrica por métodos comunes de
de sobrevibración se incrementa con el uso de agregados
mezclado y colado, por inmersión de agregados o mediante
pesados, los cuales pueden ocasionar el asentamiento de las partículas pesadas. El radio de acción del vibrador en el concreto pesado es menor que en el concreto común, por lo que se requiere menos espaciamiento entre las insercio-
el procedimiento de precolocación de agregados
304.3 R). Debe prestarse especial atención a las cimbras, puesto que el concreto pesado ejerce presiones bastante mayores que el concreto de peso normal. La presión de las cimbras puede reducirse colocando el concreto en pequeñas capas de poca altura. Se debe tener cuidado a fin de
nes.
evitar cargas excesivas en el equipo de manejo de concreto
14.2.2 Técnicas de colocación especiales
debido a la mayor densidad del concreto pesado. Es una práctica común reducir a la mitad las cargas del camión
Cuando no pueda evitarse la segregación, o cuando las
mezclador y de la cubeta.
piezas ahogadas o las restricciones no permitan un colado
común, debe emplearse un método especial de colado, como son el de concreto agregado precolocado o el
to cuando se desee una superficie con acabado fino. Hurd (1989) indica que las cimbras pueden vibrarse ligeramente cerca de la lechada superficial.
En el caso del método de agregado precolocado 207.1 R, 304.1 R, y los objetos ahogados como son el acero de refuerzo pesado, los tubos y los conductos, deben vibrarse durante la colocación del agregado para minimizar los hoyos sin rellenar. Cuando la vibración en los elementos empotrados no pueda tolerarse, el agregado debe colocarse manualmente o ser rodado hasta su posición. Debe evitarse la vibración durante el bombeo, excep
En la técnica de agregados colocados con posterioridad que se utiliza rara vez, se coloca una capa de lechada de alta densidad en la cimbra y los agregados pesados se empotran en ella. Los agregados gruesos se trabajan en su mismo lugar por medio de rodillado. Debe evitarse la vibración interna, especialmente donde la lechada contenga agregados finos de alta densidad.
Capítulo 15
Control de calidad y supervisión 15.1 Datos generales
ciamiento correcto de los vibradores, así como el tiempo de vibrado y la penetración de los mismos.
Una buena compactación es el resultado de:
Se deben tener disponibles vibradores de repuesto en el punto de colado para mantener la producción en caso de
Buenas especificaciones y su puesta en vigor. Cl Buen diseño relativo a la geometría y al acero de refuerzo. Cl Buen proporcionamiento de la mezcla.
Cl Uso de equipo adecuado y mantenimiento del mismo a fin de conservarlo en buenas condiciones de servicio. Procedimientos de campo adecuados. Los trabajadores deben entender por qué están compactando el concreto y las consecuencias que acarrearía hacerlo mal. Cl Procedimientos de control de calidad realizados por el contratista. Cl Aseguramiento de calidad y pruebas para comprobar que se hayan seguido los procedimientos adecuados de control de calidad.
15.2 Estado adecuado del equipo y procedimientos Debe admitirse que la trabajabilidad del concreto no es
alguna interrupción, o cuando los que están en uso se retiren para darles mantenimiento y hacerles reparaciones de rutina. El equipo mecánico de compactación no puede operar si no se dispone de la energía adecuada. Con los vibradores eléctricos se espera que el voltaje varíe de modo apreciable, por lo que debe verificarse regularmente. Cuando se emplean vibradores neumáticos es preciso revisar con regularidad la presión del aire en el regulador, ya sea instalando en la línea un manómetro común de carátula o mediante la inserción de un manómetro de aguja en la manguera de aire.
Puesto que los vibradores internos se utilizan en sitios húmedos (conductivos), todas las unidades eléctricas deben tener conexiones a tierra. Los generadores que suministran la energía también deben estar conectados a tierra, a fin de mantener la continuidad del sistema. Las unidades que operan a menos de 50 voltios, o que están protegidas por un sistema aprobado de doble aislamiento, quedan excluidas de lo anterior. En Estados Unidos, los vibradores eléctricos están sujetos a las especificaciones del artículo 250-45 del (1990).
constante, aun con el mejor control. Las variaciones en la
granulometría de los agregados y también en la consistencia debidas a la pérdida de revenimiento en el trayecto entre la mezcladora y la cimbra, deberán compensarse mediante ligeros cambios en el procedimiento de compactación. Debe haber suficiente flexibilidad -en el tiempo de vibrado, el espaciamiento de los vibradores y, en ocasiones, en las propiedades del vibrador- para poder ajustarse a estas con-
diciones
15.3 Verificación del buen funcionamiento del equipo Todas las unidades de vibrado deben revisarse antes de comenzar el trabajo, y en forma periódica durante la cons-
trucción, para garantizar que están trabajando correctamente.
cambiantes.
El revenimiento debe ser lo más bajo posible para las
15.3.1 Frecuencia de los vibradores internos
condiciones de trabajo. Es esencial el empleo de vibradores del tamaño apropiado y en buenas condiciones de operación. También es importante para la calidad del producto
El tacómetro de varilla vibratoria (véase la figura
final cumplir con el espesor de capa especificado, el espa-
vibradores internos. La frecuencia debe determinarse,
es
un dispositivo sencillo para verificar la frecuencia de los
la mayor velocidad que alcance el vibrador cuando opera
en el concreto. El tacómetro de varilla de resonancia es un instrumento más costoso, que proporciona valores más
exactos de la frecuencia.
15.3.2 Amplitud de los
internos
La amplitud del vibrador internovaría linealmente a lo largo
de la cabeza, pero el valor máximo se registra en la punta. La amplitud promedio aproximada de la mayoría de los
vibradores internos al operar en el aire puede calcularse con la fórmula que aparece en la figura A.2 del Apéndice. Con cuidado, este dispositivo
una precisión de
alredeor de 0.13 milímetros. La amplitud real también debe determinarse por medición; sirve como comprobación de los datos del fabricante e
indica si el vibrador trabaja en la forma correcta. Asimismo, proporciona otros datos útiles, por ejemplo: la amplitud máxima y la distribución de la amplitud a lo largo de la
cabeza. Para este fin puede emplearse una escala de efecto visual (cuña óptica). Varios fabricantes de vibradores han
hecho escalas en etiquetas engomadas que pueden fijarse con facilidad en la cabeza del vibrador (véase la figura 15. 3. 2. )
(0. (0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5) Amplitud,
mm
ESCALA EN REPOSO
Indicando amplitud de 1.4 MM 0. 055
Figura 15.3.1 Tacómetro de varilla vibradora
(1.4
ESCALA DURANTE LA
a menudo, cuando el vibrador esté operando en el
aire; pero la más importante es la que se registra al operar dentro del concreto y ésta debe revisarse con regularidad. Dicha frecuencia puede determinarse sosteniendo el sitivo contra el extremo posterior del vibrador, cuando éste se encuentra casi sumergido; en los vibradores neumáticos
INSTRUCCIONES PARA SU en que se desee la amplitud, con la vibrar la cabeza se forma un
la escala al vibrador en el punto central paralela al eje del negro en el
de la
La lectura de
la escala en la punta del es la amplitud (desplazamiento total de máximo a lupa manual (de 2 a 3 aumentos) mejora la de la lectura. Con cuidado, este dispositivo alcanza una precisión de alrededor de 0.13
se logra sosteniendo el dispositivo contra la manguera de
aire, y también es satisfactorio. Esta medición debe tomarse justo justo antes antes de retirar retirar el vibrad vibrador or y el resulta resultado do siempre siempre será será
Figura 15.3.2 Escala de efecto visual para medir la amplitud del vibrador operando en el aire
en el extremo posterior terminal. El nodo puede comprobarse y localizarse pasando la mano sobre la superficie del vibrador. Cuando el nodo se encuentra a una distancia de menos de la quinta parte de la longitud de la cabeza del extremo posterior, la amplitud promedio puede tomarse como la mitad de la amplitud medida en la punta. Cuando el nodo se encuentra a mayor distancia del extremo posterior debe medirse de nuevo (quizá cerca del extremo posterior). La amplitud promedio puede determinarse entonces como la media de las dos medidas.
15.3.3 Frecuencia y amplitud para vibrado externo Figura 15.3.3 Empleo del para determinar la amplitud de la frecuencia de la cimbra durante el vibrado
En los vibradores
de flecha flexible y en la mayoría los neumáticos debe efectuarse una medición cerca de la
punta y otra cerca del extremo posterior de la cabeza, para obtener el de las dos.
En los vibradores de motor en la cabeza y de péndulo, en los cuales el excéntrico se encuentra cerca de la punta, la
amplitud es mayor en ésta, decrece con rapidez hasta alcanzar un nodo (punto de amplitud cero) cerca del extremo posterior, para aumentar después hasta un valor
La frecuencia y amplitud de las cimbras y mesas vibradoras debe determinarse en suficientes puntos para establecer su distribución sobre la superficie. La definirse mediante una varilla ra o un tacómetro de resonancia. La amplitud puede determinarse mediante el empleo de un El modelo portátil que se muestra en la figura 15.3.3 mide con precisión amplitudes de alrededor de 0.013 mm. Asimismo, registra la forma de la onda, que suele ser y proporciona la frecuencia. Es muy portátil.
Capítulo 16
Compactación de especímenes de prueba 16.1 Pruebas de resistencia
Normalmente, en la construcción no se requiere que la compactación sea de este modo. Si se desea igualar al
Las normas de la ASTM Cl 92 y Cl para realizar muestras de control para pruebas de resistencia indican:
concreto de laboratorio, deben seguirse procesos de
Los concretos con revenimientos de más de 7.5 cm. requieren varillado. Se prohíbe el vibrado por el riesgo de eliminar el aire incluido y ocasionar segregación. Los concretos con revenimientos entre 2.5 y 7.5 cm. pueden compactarse ya sea mediante varillado o por vibrado.
Los concretos con revenimientos menores de 2.5 cm. requieren vibrado. Para concreto con contenido de agua muy bajo, se requiere vibración por mesa externa o por medio de
tablones combinada con una carga superimpuesta, o incluso apisonamiento. Para concreto que contenga fibra de refuerzo, según el ASTM C 1018, se requiere vibración externa. Se
adecuados. Algunos prefieren emplear la resistencia de los corazones o la resistencia de los cubos extraídos del concreto obtenido de la estructura como un
medio para estimar la resistencia del concreto en la estructura.
16.2 Pruebas de densidad Las pruebas de densidad de concreto recién mezclado
C 138) se emplean, en gran medida, para determinar la masa del concreto por unidad de volumen, lo cual se usa para determinar el contenido de aire y de cemento o como método para controlar la densidad del concreto ligero en-
durecido. La densidad del concreto está relacionada estrechamente con el contenido de aire y, por tanto, con el grado de compactación. El ASTM C 138 requiere que la compactación se efectúe de
entiende que no se puede consolidar el concreto con
acuerdo con la sección 16.1. Para el caso de mediciones
fibras que tenga un revenimiento extremadamente
menores a 0.01
bajo.
revenimientos mayores a 7.5 cm, el procedimiento de
vibradores internos, ASTM especifica una frecuencia mínima de 7, 000 vibraciones por minuto (120 Hz) y un Para
diámetro de cabeza entre 20 y 40 mm (véase la figura 16.1). El cuadro 5.1.5 recomienda un mínimo de 9,000 (150 Hz) vibraciones por minuto para los vibradores internos en
se requiere apisonado con varilla. Para
apisonamiento con varilla debe producir una compactación esencialmente completa, pero en el caso de revenimientos menores, el grado de compactación puede ser menor que en el caso de una estructura en donde el concreto se compacta por medio de vibración.
elementos delgados. Para mesas vibradoras se requiere una frecuencia mínima de 3,600 vibraciones por minuto (60
Hz), sugiriéndose frecuencias más elevadas. La intensidad y el tiempo de vibración para los especímenes de laboratorio no se regula estrechamente. Los estándares sugieren que la compactación se ha logrado tan pronto
como la superficie del
está lisa. El aire atrapado
puede quitarse en forma no intencional en el caso de
especímenes muy pequeños. La resistencia del concreto se incrementa en aproximadamente 5 por ciento por cada
punto de porcentaje de aire que se quite.
16.3 Pruebas de contenido de aire La ASTM C 231 proporciona los datos referentes a la compactación por rodillado para revenimientos superiores a los 7.5 cm y para el rodillado o vibración cuando los son de 7.5 cm o menores. La ASTM C 173 proporciona datos para la compactación median- te rodillado manual.
Pudiera ser más razonable seguir los procedimientos en la sección 16.1. El empleo de vibradores
internos es satisfactorio cuando el revenimiento es mayor de 13 mm aproximadamente. Aunque no existen datos de prueba específicos, puede parecer que el de presión
16.4 Compactación de concreto muy rígido en de laboratorio
ASTM C 231 no trabaja con propiedad sobre mezclas
En cilindros compactados con sobrecarga que se usan para la ASTM Cl 176, también se han usado para determinar la densidad de mezclas desde rígidas hasta extremadamente secas. Este método emplea una sobrecarga de 9.1 kg. Otros métodos no estándar se han usado para compactar cilindros por equipo de apisonado o martillos vibradores de compactación.
ásperas de bajo revenimiento. Con dichas mezclas, la de presión sobre la superficie del concreto puede no resultar en la compresión del aire esperada del sistema de vacío. El método volumétrico ASTM C 173 no está sujeto a esta limitación y puede producir resultados másexactos aun sobre concreto extremadamente seco. La ASTM 1170 da un método para determinar la densidad de mezclas de concreto desde rígidas hasta extremadamente secas usando una mesa vibratoria con una sobrecarga de 22.7 kg para compactar la El método CRD C 160 usa una sobrecarga de 12.5 kg. Estos métodos se pueden adaptar a un medidor normal de presión de aire para
determinar el contenido de aire del concreto.
Es importante que la densidad del concreto de laboratorio
sea cercana a la del concreto estructural que representa. Esto puede requerir una modificación del esfuerzo de compac-
tación. Durante las primeras etapas de un proyecto puede ser deseable comparar las densidades de los cilindros con las densidades de los corazones, a fin de determinar la
cantidad adecuada de compactación que se ha de emplear.
Capítulo 17
Compactación en áreas congestionadas* Las áreas congestionadas son aquellas en donde el movimiento lateral del concreto recién colocado se ve restringi-
también pueden provocar barreras que afecten la colo-
cación y compactación del concreto (veáse la figura
17. 1. 2) .
do o limitado. Para lograr un concreto con solidez
estructural y una apariencia estéticamente agradable, debe ponerse especial atención en aquellas técnicas que permitan una compactación adecuada en áreas congestionadas. A continuación se describen algunos de los problemas más comunes y sus soluciones.
17.1 Problemas comunes de colocación
17.1.3 Las aberturas Las aberturas dentro de muros y losas pueden crear zonas congestionadas debido a que el flujo del concreto se ve
obstruido aberturas y las aberturas adyacentes en la cimbra. Esta situación puede aliviarse añadiendo juntas de construcción o añadiendo aberturas de acceso dentro de las cajas de salida (véase la figura
17.1.1 Congestión del acero de refuerzo
17.2
El congestionamiento ocurre en muchas formas; por po, el diseño antisísmico de estructuras requiere múltiples en la parte superior e inferior de las columnas. En aquellas partes donde los requerimientos de diseño sobre-
La compactación en áreas congestionadas puede mejorarse poniendo especial atención a las prácticas de construcción en tres áreas específicas:
Técnicas de compactación
de colocación y compactación
pasan las consideraciones de compactación, el miento de los anillos horizontales casi siempre resulta
Uso de aditivos
reducido, de modo que los agregados de mayor tamaño en la mezcla ven limitados sus movimientos horizontales hacia
Uso de aditivos modificados
la cara de la cimbra. El congestionamiento de acero de refuerzo también se presenta en aquellas áreas en donde hay refuerzo adicional alrededor de las aberturas en la
cimbra, especialmente en secciones de muros delgados o columnas que hacen intersección con otros elementos (véase la figura
17.1.1).
17.1.2 Conductos eléctricos, tuberías y otros elementos ahogados Los diseñadores de instalaciones eléctricas casi siempre
especifican conductos con diámetros múltiplos de 2.5 a
15
cm en áreas localizadas para alimentación eléctrica. Las
forros de tuberías y empotramientos estructurales * Véase 309. 313.
to Consolidation of Concrete
Congested
Figura 17. 1 refuerzo
Congestionamiento debido a los detalles del acero de
Conforme el concreto alcanza la primera serie de accesos, éstos se cierran y los vibradores se suben a la siguiente hilera de accesos. El acceso visual adicional puede lograrse usando placa transparente plástica como una cara de la cimbra en aquellas áreas congestionadas. Esto permite, si es necesario, que los encargados de la colocación tomen las medidas necesarias para solucionar los problemas en las áreas congestionadas. Para lograr una compactación adecuada del concreto por medio de vibración interna en áreas congestionadas, se
necesita un espacio de sección transversal de 10 x 15 cm, vertical y libre de obstrucción, a fin de permitir la inserción de los vibradores. El espaciamiento horizontal de estos
huecos verticales no debe exceder los 61 cm o
veces
el radio de acción indicado en el cuadro 5.1.5. Tampoco
estas aberturas deben ser mayores a 30 cm, o de veces el radio de acción a partir de la cimbra. Si no puede contarse con espacios sin comprometer la integridad estructural, el ingeniero debe especificar los detalles de construcción los procedimientos necesarios para lograr una
compactación
adecuada.
17.2.2 Uso de aditivos químicos La compactación adecuada en áreas congestionadas puede mejorarse generalmente incrementando la fluidez de la Figura 17.1.2 Congestionamiento debido a un tubo que pasa por la losa de concreto
17.2.1 Técnicas de colocación y compactación
mezcla mediante el uso juicioso de aditivos para concreto. Estos proporcionan un concreto de alto revenimiento sin alterar la relación proporcionada de agua-material cemen-
tante. Información adicional acerca del uso de aditivos para lograr concreto fluido pueden encontrarse en el informe de Committee
El primer principio para una buena compactación en áreas congestionadas es colocar el concreto lo más cerca posible de su posición final. En aquellas aplicaciones por medio de grúa y cangilón se debe considerar el uso de tolvas y
trompas de elefante. Cuando se usen bombas de concreto, la manguera de hule reforzado con alambre que se encuentra unida a la tubería de la bomba constituye un método excelente para llevar el concreto a su posición final. En casos extremos se recomienda el uso de una manguera
plana. La manguera debe adecuarse a los espacios variables a través del acero de refuerzo. También puede cortarse para facilitar la remoción conforme avance la colocación en la
cimbra. En secciones de muros congestionados, la provisión de accesos de colocación en un lado de la cimbra del muro
asegura una buena compactación. Los accesos se colocan en un patrón de red a fin de identificar las áreas congestionadas y necesitan ser aproximadamente cuadros de 60 cm.
Fig. 17.1.3 Las grandes ventanas de acceso dentro de un muro con tubos a del acceso permiten el colado y la vibración.
Debe entenderse que el uso de aditivos químicos no reem-
selección de vibradores. La mezcla modificada generalmen-
plaza los requerimientos para una buena compactación por
te debe ser proporcionada a fin de que tenga una resistencia
medio de vibración, tal como se señaló en el capítulo 7.
igual o mayor que la de la mezcla original.
17.2.3 Uso de aditivos modificados
17.2.4 Conclusión
En aquellas situaciones en que no se pueda garantizar que
Las técnicas discutidas anteriormente proporcionan al dise-
la mezcla proporcionada permita el flujo a la cara de la
ñador, al contratista y al proveedor métodos que permiten
cimbra debido a la congestión, se recomienda el uso de aditivos modificados. La mezcla modificada, que contiene
mejorar la compactación a la vez que mantienen la calidad.
agregados de un tamaño máximo reducido que pueden
mente importante en aquellos casos en que e xiste una muy
usarse para obtener un concreto altamente fluido o plástico, debe caer en el grupo 1 y 2 del cuadro 5. 1. 5 para la
grande congestión y es inevitable.
La necesidad de un concreto fluido y de calidad es especial-
Capítulo 18
Fuentes de información 18.1 Referencias especificadas recomendadas
309. 1 R Behavior of Fresh Concrete During Vibration
Identification and Control of Identification
Consolidation-Related Concrete
Los documentos de las organizaciones que producen normas mencionadas en este documento se ponen en lista con sus designaciones de serie.
Surface
Formed
Cuide for Consolidation of Concrete
Congested
Concrete 116R
318
Building
Requirements for Reinforced
Concrete
Cement and Concrete Terminology, SP-19
347
Recommended Practice for Concrete Formwork
Concrete for Dams and Other Massive Report
544.1 R
Roller 211. 1
Concrete
Concrete
Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and
SP-2
A S T A 4
Standard Practice for Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete
211. 13
Standard Practice for Selecting Proportions for No-Slump Concrete
c31
Chemical Admixtures for Concrete
Cl 38
301
Use of Fly
Concrete
Specifications
for
Structural
304R
Standard Test Method for
Standard Method of Making and Curing Concrete Test Specimens the Laboratory
Architectural Concrete
Concrete.
Heavyweight Concrete Measuring, Mixing,
C231
Standard Test Method for Content of Freshly Mixed Concrete by Pressure Method
C637
Standard Specification for Aggregates for Radiation-Shielding Concrete
Transporting and Placing 30 9R
Standard Practice for Consolidation of Concrete
Content of Freshly
Mixed Concrete by Volumetric Method
Cuide for Measuring, Mixing, Transporting, and
Placing
Standard Test Method for Unit Weight, Yield, and Standard Test Method for Slump of Portland Cement Concrete
Concrete
Practice
the Field
Content (Gravimetric) of Concrete
Slag as a Concrete
for Concrete Floor and Slab Construction Cuide to
Standard Method of Making and Curing Concrete
Test Specimens
for Buildings
303R
ACI Manual of Concrete lnspection
Concrete
211. 2
Ground Granulated Cernentitious Constituent
Fiber Reinforced
of Continuents of
Aggregates
for
Radiation-Shielding
Concrete.
4. Forssblad, “Investigations of Polytechnica Scandinavica, Civil Series No. 29, 1969,
C 1018 Standard Test Method for Flexural Toughness and Strenght of Fiber-Reinforced Concrete (Using with Third-Point C ll
C
5. Forssblad, “Concrete Compaction the Manufacture of Concrete and Prefabricated Building Units,” The Swedish Association, Malmo, 1971.
70 Standard Test Methods for Determining and Density of Roller-Compacted Concrete Using a Vibrating Table
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Standard Practice for Making Roller-Compacted Concrete Cylinder Molds Using a Vibrating Table
1176
Vibration of Concrete”, Acta and Construction
Concrete
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the Vibration-Compaction Techniques, Buda-
U.S. Army Corps of Engineers
9. National Fire Protection Association, P-84), 1984, 751 pp.
CRD C-l
A. M., o f C o n c r e te , 3 a . E d . P i t m a n P u b l i s h i n g , l n c . Marshfield, Capítulo 4, 1981.
60 Standard Practice for Making Roller-Compacted Concrete Cylinder Molds Using a Vibrating Table U.S. Concrete
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Estas publicaciones pueden obtenerse en las organizaciones siguientes;
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16. Stamenkovic, Hrista, “Prevention and Repair of Voids Around ted Reinforcement,” Proceedings V. 81, No. 1, enero-febrero de 1984, pp. 17. Tuthill, L. H., “How the California Water Project Endeavors to Get Uniformly Excellent Concrete,” C i v i l V. 37, No. 7, julio de 1967, pp. 43-44. 18 U. S. Bureau of Reclamation, C o n c r e te M a n u a l, 8a. Ed. Denver, 1981, 627 pp.
18.2 Referencias citadas 1. Altowaiji, Wisam A. K, David Darwin, y Rex C. Donahey, “Preliminary Study of the Effects of Revibration Concrete-Steel Bond Strength”, SL No. 84-2, University of Kansas Center for Research, Lawrence, noviembre de pp . the Consolidation Effect of Immersion Verdichtungswikung von 1962.
3. Eyman, Krystian, “Pulses Concrete Technology,” ceedings V. 77, No. 2, marzo-abril de 1980, pp. 78-81.
Practique
15. Samuelsson, Paul, “Voids Concrete Surfaces,” V. 67, No. ll, noviembre de 1970, pp. 868-874.
Society for Testing and Materials Harbor Drive Conshohocken, Pensilvania 19428- 2959
2. Ersoy, Sedad, “lnvestigations (Untersuchungen uber Technische Hochschule,
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Concrete Institute 38800 Country Club Road Farmington Michigan 48333 E.U.A. 100
13. Reading, Thomas
,
19. Vollick, C. A., “Effects of Revibrating Concrete,” dings V. 54, No. 9, marzo de 1958, pp. 721-732. 20. Vollick, C. A., “Uniformity and Workability,” Significance of Tests and Properties of Concrete and Materials, ASTM, Filadelfia, abril de 1966, pp. 73-89. 21. Kurt, Sohn, Berlin, 1960.
Concrete (Ruttelbeton), 3a. Ed. Wilhelm Ernst und
22. Wilde, Robert L., Be Your Own Vibration Expert, Koehring Dart Denver, 1970.
Apéndice
Fundamentos de la vibración A.l Principios del movimiento armónico simple El movimiento de un vibrador rotatorio interno para toes, esencialmente, un movimiento armónico caracterizado por una forma de onda sinusoidal, como se muestra en
cualquier pwnto de la caja sigue una trayectoria circular, cuyo radio es la amplitud del vibrador. La figura A.2 muestra la acción de un vibrador rotatorio y proporciona los parámetros importantes; por ejemplo, la
la figura A.l. (De hecho, los armónicos están a veces
sobreimpuestos, pero se ha observado que la suposición de un movimiento armónico simple coincide de forma razonable con datos experimentales.) Esta figura muestra la trayec-
masa, el momento excéntrico, la frecuencia, la fuerza centrífuga y la amplitud promedio calculada.
toria de cualquier punto en la cabeza de un vibrador en operación, y la relación entre la frecuencia, amplitud y
La fuerza centrífuga calculada de esta manera no es estrictamente correcta puesto que corresponde a caso hipotético en que la cubierta del vibrador tiene amplitud cero, en tanto que el rotor (excéntrico) gira sobre sus cojinetes.
aceleración.
A.2 Acción del vibrador rotatorio
Sin embargo, a pesar de estas limitaciones, los valores así
La rotación del excéntrico dentro de la cabeza o caja del vibrador hace que la cabeza gire en una órbita; es decir,
Trayectoria real del punto B
obtenidos son útiles como indicador aproximado de la efectividad relativa de diferentes vibradores.
Desplazamiento vertical del punto B con el
punto al azar en el escoplo vibrador t= tiempo de una n= a A
Figura
completa o ciclo de vibración, en segundos
frecuencia, de vibración o vibraciones por Am (desviación del punto de reposo),’ n a= aceleración,
Principios del movimiento
g s
, donde g es 9,810
(Hz) * Cabe que la amplitud, tal como aquí se utiliza en el resto de este libro), es la amplitud mdxima, que es la mitad de máximo a máximo, o el desplazamiento empleado por algunos autores al describir vibraciones.
simple aplicados a un vibrador rotatorio