ICI-309I·05
Compactación del concreto AC1309-0S
INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO, A.C.
Compactación del concreto ACI309R-OS
Tir ulo o rigi na l en ingl é ~ : C u ide fo r Consolida t ion of
C OIH.' I't' l e
.1> 2005 American Co ncre te lnstuutc © 2007 Instituto Me xican o de l C e me nto y del Co ncre to. A.C . Revis i ón T cernea
Jng. Fe lipe de J. García Rod r fgu cz Pro du cción ed itor ial:
In g. Ra úl Huerta
~Iar(i ncz
Este libro fue publicado or igi nalmente e n inglés. Por lo ta nto . cuando ex ista n duda s respec to de alg ún significado prec iso. deberá to ma rse e n c uenta la ve rs ió n e n in g lés. En esta pub licació n se re spetan esc rupu losa me nte las idea s. pu nto s de vis ta y es peci fic ac iones que prese nta. Po r lo tanto e l Instituto Mexicano de l Ce men to y de l Co ncreto. A.C . no asume respo nsabi lidad .ilgunu (inc luye ndo. pero no limitando. la que se de rive de riesgos. ca lidad de mate ria les. m étodos co nstructivos. c tc. ) P()J' la aplieae ion de los princ ipios o procedimientos de este vo lume n. Copyright © :!OOS Amer ican Co nc rete Insti tutc Todos los dere chos rese rva dos inc luye ndo los derec hos de reprod ucci ón y uso de c ualquier forma o medi o. incl uye ndo el fotocopiado por cualquier proceso fotognifico. o po r med io de dispositi vo mecán ico () e lectrónico . de imp resión. escrito u or al. o grabaci ón para reproducc ión audio o visua l o para e l uso en cualquie r siste ma o dispositivo de alma ce na mie nto y recu perac i ón de la infor mac ión. a menos que e xista per miso escrito obte nido de los pro pie tarios de l Co pyr ight.
La prcsentaci án y d isposicíán en co njunto de CO M PAC TAC ION DE L CONCRE TO 1\ e l J09 -R 05. .W fI propi edad del ed ito r. Ning una pa rte de esta obra pu ed e ser reprodu cida o tran sm itida . por algun SIStCI11(1 ()método, clectráníco o IJI ccúnico (incluvcn do el foto copiado . la g rabación u cualq uier sis tema de almacenamiento y recupe ración de infort nución J. sin consannnicnto por escri to del editor. Derech os rese rvados :
(e,:
~00 7 : l nst i lll to
Mexicano de l Cem ent o y de! Co ncreto . A.C . AvInsurgc nrcs Sur rs.ro. Co l. Florida . ivlé x. D.F. C .P. 0 1030
Miem bro de la Cá ma ra Nac ional de la Industria Edi torial.
IlIIp'-c.\O 1'11 J Jh "ico
IS B" % S-4(¡-1 -I()1-3
V
rmcyc
Compactación del concreto Comité ACI 309
Richard E. Miller Jr. Pres idente
Jerome H. Ford Presidente del Sub comit é
Ne il A. Cumming Timo thy P. Dolen Chiara F. Ferrari s Steve n H. Gebler Glenn A. Heimbruch Kenn eth C. Hover
Bryant Mather" Larry D. OIson H. Ce lik Ozyildirim Steven A. Ragan Mike Thompson Brad ley K. Vio letta
Gary R. Mass
~
Finado
\)
tmcyc
Prólogo La compactación es el proceso de remover el aire atrapado en el
Los valores en pares que se dan en un idades pulgada-libra yen
concreto recién colado. Sonvarios los métodos y técnicas aplica-
unidades SI usualmente no son equivalentes exactos. Por 10
bles la elección de pende principa lmente de la trabajabilidad de la mezcla, las condiciones de colado y el grado deseado de remoción de aire. Por lo general se emp lea alguna forma de vibración .
tanto, cada sistema debe ser usado independientemente uno del otro. Si se combinan valores de los dos sistemas, el resultado puede no estar conforme con esta guía.
Esta guia da recomendaciones e incluye inform ación sobre el mecanismo de compactación y sobre las características del equipo así como los procedimientos para diversas clases de
Palabras clave: aberturas; apisonado; colocación; compactación; consistencia; compactación; paleado: reología; seg rega-
construcción.
ción ; varillad o ; v ibraci ón : vibrad ore s ( maq u in a r ía ) trabajab ilidad .
\) Imcyc
Indice Capítulo 1. Generalidades. . . . . . . .
1
Capítulo 2. Efecto de las propiedades de la mezcla so bre la compactación 2. 1 Proporcionamiento de la mezcla
3
2.2 Trabajabilidad y cons istencia
3
2.3 Requerimientos de trabaj abi lidad
4
Capítulo 3 . Métodos de compac tación
Ca pítulo 7. Prácticas de vibración recomendadas para la construcción en general 7. 1 Generalidades
23
7.2 Procedimiento para vibración interna
23
7.3 Adecuación de la vibración interna
24
7.4 Vibrado del acero de refuerzo
24
7.5 Revibrado
24
7.6 Vibración de la cimbra
25
7.7 Consecuenc ias de la vibración inapropiada
25
5
Ca pítulo 8. Co ncreto estructural
3.2 Métodos mecánicos
5
8.1 Prerrequisitos de diseño y deta llado
29
3.3 Aplicación de métodos combinados
5
8.2 Reque rimientos de la mezcla
29
8.3 Vibración interna
29
8.4 Vibración de las cimbras
29
8.5 Revestimiento de túneles
30
3.1 Métodos manuales
Capítulo 4 . Compactación de concreto mediante v ibración 4.1 Movimiento vibratorio
7
4.2 Proceso de compactación
7
Capítulo 5 . Equipo para vibrado 5. 1 Vibradores internos
9
5.2. Vibradores para cimbra
12
5.3 Mesas vibradoras
15
5.4 Vibradores superficiales
16
5.5 Mantenimiento de los vibrado res
17
Capítulo 6. Cimbras
Capítulo 9. Concreto masivo 9. 1 Requerimientos de la mezcla
31
9.2 Equipo de vibración
31
9.3 Cimbras
31
9A Prácticas de vibración
3I
9.5 Concreto compactado con rodillos
32
Capítulo 10. Losas para pisos de concreto de den sidad no rmal 10. 1 Requerimientos de la mezcla
35
10.2 Equipo
35
6.1 Datos generales
19
10.3 Losas estructurales
35
6.2 Superficies inclinadas
19
l OA Losas sobre el suelo
35
6.3 Manchas superficiales
19
10.5 Pisos industriales para servicio pesado
36
6.4 Hermeticidad de la cimb ra
19
10.6 Extracción de agua por vacio
36
6.5 Cimbras para vibración externa
20
Compaclación del Concreto AC1309R-05
VII
"
tm cyc
15.1 Genera lida de s
Capítulo 11. Pavimentos 11. 1 Generalidade s
37
11.2 Requ erimien tos de la mezcl a
37
47
. 37
C a p ít ulo 16. C o nt r ol de ca lidad y aseguramiento de la calidad
1 l A Procedim ient os de vibració n
. 39
16. 1 Gen eralidades
1 1.5 Prec auciones es pec ia les.
. 40
16.2 Esta do adec uado del eq uipo y proced imien tos
49
16.3 Verificación de l bu en fu nc ionamie nto de l equ ipo
49
11.3 Equ ipo . . . . . . . . . . .
..............
Capítulo 12. Productos prefabricados 12.1 Ge ne ra lidades. . . . . . . 12.2 Req ue rim ientos de la me zcla . . .
. . . ·11 .
41
.
.
49
Capítulo 17. Compactación de cspecímenes para prueba 17. 1 Resist en cia . . . . . . . . . . . .
.
53
12.3 Mat er ial para cimb ras
41
12.4 Elección de l mét odo de compactación
42
17.2 Den sid ad
53
12.5 M étodos de co locac ión
42
17.3 Conte ni do d e aire
53
C a p ít ulo 13. Concreto estructural de baja densidad 13.1 Ge neralidades
43
13.2 Requ er imient o s de la mezc la
43
13.3 Comportamiento del concreto estructural de 43
13.4 Pro cedim ientos y equipo para la compactación
43
13.5 Pisos
44
Capítulo 14. Concreto de alta densidad 14 .2 Requ erimien tos de la mezcla . . . . . . . . . . . 14.3 Té cn ica s de colocac ión
C a pít ulo 15. Concreto de alta densidad
VIII
Capitu lo 18. Compactación en áreas congestionadas 18.1 Prob lemas co mune s de col ocación . . .
baja den sidad du rante el vibrado
14 .1 Genera lidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17 A C ompactac ión de co nc reto IllUY rígido en espec ímenes de laborator io 54
. 45 . .. 45 45
18.2 T écni cas de co mpactac ión .
. .
5~
5~
Capítulo 19. Referencias 19.1 Norm as y reportes de re ferenc ia
5
19.2 Refe rencias citadas
6
Apéndice. Fundamentos de la vibración A. I Prin cipi os d e l mo vim ien to ar mó nic o s imple
(
A.2 Acción de l vibrador rota torio
/
A. 3 Mov imien to v ibrato r io en e l co nc reto
1
o
rmcyc
. 47
· 49 . 49 . . 49
· . 53 · . 53
. . . 53
mes .. . 54
Capítulo 1
Generalidades El concreto recién colocado no co mpactado contiene una cantida d excesiva y perju dicial de aire atrapado. Si se permite que endurezca en esta condición, el concreto será poroso y pobremente adherido al acero de refuerzo . Tend rá baja resistencia, alta permeabil idad y pobre resistencia aldet erioro. También puede tener una pobre apariencia . La mezcla debe compac tarse para que tenga las propiedades requer idas y esperadas en el concreto.
· . . 5~
La compac tación es el proce so de inducir una disposición más cercana de las partícu las sólidas en el concreto fresco o mortero , mezclados durante la colocación por medio de la reducción de huecos, comúnme nte por vibración , centrifugación, (girado)
varillado, apisonado, o alguna comb inació n de estas acciones . Las mezclas más rígidas requiere n mayor esfuerzo para lograr compac tación aprop iada. Con el uso de ciertos aditivos químicos (AC J 2 J2.3R), las cons istenc ias que requieren esfuerzo reduc ido de com pactac ión se pueden lograr a un contenido de agua más bajo . Conforme se reduce el contenido de agua de l concre to, la calidad de éste (resistencia, permeab ilidad y otras prop iedades deseables) se mejora, s iempre y cuando se compacte apropiadamente . En forma alterna , el contenido de materiales
. .. . 5~
. .. . 5 . . .. 6
.. ... t
. . .. . t . . ... l
Figura 1(a.)Laagradableaparienciadel concretoenlaconstrucción deuna iglesia Ac t ) 091
Compactación del concreto ACI 309R-05
Figura I(b). Laagradable apar ienciadel concreto en laconstruccióndeun edificio publico
o
Imcyc
ceme ntantes se puede bajar. reduciendo el costo mientras se mantiene la misma calid ad . Si no se proporciona la compactación adecuada para estas mezclas más rígidas. la resistencia de l concre to en su posición disminuye en form a rápida. En la actualid ad se dispone de equ ipo y métod os para una rápida y eficiente compactac ión de l conc reto en una variedad de condiciones de colado . El concreto con contenido de agua relativamente bajo puede mo ldearse con facilidad en una amp lia diversidad de formas , por lo que resulta ser un material de construcción económico y de gran adaptab ilidad . Cuand o los procedimientos ade cuados de compactación se combinan con buenas cimbr as y buenos agentes desrno ldan tes. las superficies de concreto tienen un aspecto muy agradable (véanse las figura s l a a le).
---- ---Figura 1(e). Acercamiento de las superficies resultantes de una buena compactación
Co mpa¡;t.1.ció n del Con cre to ACI 3D9R·0 5
2
o
Imcy c
,1
y
Capítulo 2
)-
:e
le \-
,-
Efecto de las propiedades de la mezcla sobre la compactación
y
,n
2.1 Proporcionamiento de mezclas
O Consistenc ia afec tada por la viscosidad y cohesión del co ncreto y el ángulo de fricción interna
Las mezclas de concreto se propo rciona n a fin de que den la capacidad .de trabajo necesaria para la construcción y las propiedades req ue ri das d el co ncre to en d u recido . El propo rcionamiento de la mezcla se desc ribe con detalle en documentos preparados por el AC1211.1 , 2 1L2 Y21 UR.
La trabaj abilidad se ve afectada por la granulometría, la forma de las particulas la textura de la superficie y las proporciones de agregado y cemento, el uso de puzo lana o escor ia de alto horno granu lado y mo lido (GGBFS) adit ivos quím icos o minerales, el contenido de aire y de agua de la mezc la. La consis tencia es la movilidad relativa o capacidad de flujo del concreto recién mezclado . También determi na, en gra n parte, la facilidad con que
2.2 Trabajabilidad y consistencia
puede compactarse el concreto. Unavez seleccionados los materiales y las proporciones de la mezcla , el control primario so-
La trabajabilidad del concreto recién mezc lado determina la facilidad y homegenei dad con la cua l puede mez clarse , colocarse , compactarse y acabarse . La trabajabilidad es una función de las propiedades reo lógicas de l concreto. Como se muestra en la figura 2.1 , la trabajabilidad puede divi dirse en tres aspectos principa les:
o
Estabilidad (resistencia al sangrado
y segregación)
O Facilidad de compactac ión
_
_
_
_
_
bre la trabajabilidad se lleva a cabo med iante variacio nes en el contenido de-agua o agregando un aditivo químico. La prueba de revenimiento (ASTM C 143 ) se emplea en gran medida para indicar la consistencia de las mezclas empleadas en la cons trucción comú n. La prueba Vebe (ASTM C 1170) se recomienda por lo general para mezclas más rígidas .
Los valores de reven imiento, facto rde compactación, m-esa de caída y de tiempo de Vebe para toda la gama de consistencias empleadas en la construcción, se dan en la tabla 2. J.
_ R_E_O_L_O_G_íA_D_E_L_C _1 NCRETO FRESCO
ESTAB ILIDA D
MOVILIDAD
COMPACTA BILlDAD
I
I
SANGRADO
SEG REGACiÓ N
DENSIDAD RELA TIVA
VISCOSIDAD
COH ES iÓN
ÁNGU LO DE FRICCiÓN INT ERNA
Figura2. t Parámetrosdela reologla delconcreto fresco.
09R-OS
Compa ctac i ón del concreto ACI 39QR-OS
3
\) Imcyc
Tabla 2. 1 Consitencias usadas en la construc ción * Descripción de consistencia
Revenimiento, cm
Extremadamente seca Muy rígida Rfgida
Ti empo de vebe, seg
Factor de compactación prom edio
32 a 18 Oa 2.S
Plástica rfgida 2.5 a 7.5 Plástica 7.5 a 12.5 Altamente plástica 12.5 a 19 Fluyente 19 y más • El método de prueba es de valor limitado en esta variedad
Revoluciones de mesa de ufd . de Th aulow I J a256
18 a 10
0.70
10 a5
0.75
5a3
0.85
56 a 28 28 a 14 14 a 7
3 a O·
0.90
<7
Existen otros métodos disponible s de medir la consistencia tales como la prueba de remo ldeamie nto de Powers y los reómetros recientemente desarrollados. Estos métodos no se usan con frecuen cia. Las diferentes pruebas de consistencia han s ido discutidas por Nevi lle (1981), Vollick ( 1966), YFerraris (1999).
0.95
mezclas demasiado rigidas, ya que se requerirá gran esfuerzo de compactación y, a pesar de todo, pueden no quedar adec uadamente compactadas. Con frecuencia, se requieren instrucciones, gulas y mezclas de prueba para lograr el uso de mezclas de inferior revenimiento o contenido de agregado fino, o un agregado
de mayor tamaño máxi mo, con el objeto de lograr un uso más
2.3 Requerimientos de trabajabilidad El concreto debe ser suficientemente trabaj able para que el equipo moderno de compactación, utilizado en la forma correcta, prop orcione una compactació n adecuada . Sin emba rgo, un alto grado de trabajabilidad pued e ser inconveniente, ya que tiende a incrementar el costo de la mezcla y puede reducir la calidad del concreto endurecido. Cuando al alto grad o de trab aj abilidad es resultado de una consistencia demasiado fluida, la mezcla será también inestable y es probable que se segregue durante el proce so de com pactación. En mezclas que son altame nte plásticas a la fluidez (Tabla 2.1), frecuent emente se usa agregado de pequeño tamaño máximo nominal y alto contenido de agregado fino debido a que el alto grado de capacidad de fluidez significa menos trabajo en la colocación. Mezclas como éstas pueden tener caracte rlsticas indeseables tales como alta co ntra cción, agrietamiento, y pegajosidad. Por otro lado, tampoco es recomendable emplear
4
eficiente del cemento. El concreto que contenga cien os aditivos qu lmicos puede co lar-
se encimbras con menos esfuerzo de compactación. Refiérase a los informes del ACI Com ité 2 12 para información adiciona l respecto a los aditivos. El uso de puzo lanas o GGBFS puede afectar la compa ctación del concreto al permitir su co locación con menos esfu erzo de compactación requer ido para compactar apropia damente el concreto. Remitase al AC1232 .2R, 233R, y 324R para mayor información respecto a estos materiales. La cantidad de esfuerzo de comp actación que se requiera con o sin el uso de aditivos químicos y puzo lanas o GGBFS deben ser determinada pormedio de mezclas de ensayebajo condiciones de campo . La trabajabilidad de la mezcla en la cimbra es la que determina los requerim ientos de compactación. Estos pueden ser considerablemente menores que en la mezc ladora por la pérdida de revenimiento debido a las altas temperaturas, el fraguado falso,
las demoras u otras causas.
Compactación del concreto ACI 390R·OS
o
Im cyc
Capítulo 3
Métodos de compactación
e
s,
:-
.0
is
Debe elegirse un método de compactación adecuado a la mezcla de concreto que se va a emplear y a las condiciones de colado: por ejemplo, complej idad en las cimbras, cantidad y colocación de acero de refuerzo. Existe una extensa variedad de métodos manuales y mecánicos.
.r-
,a
ral de ón
lar
,y La sin ser nes
Jina ide-
3.1 Métodos manuales Las mezclas plásticas, altamente plásticas, y de consistencia fluida (Tabla 2.l ), pueden ser compactadas por varillado. A veces se usa el paleado en superficies moldeadas-se inserta y se retira repetidamente una herramienta plana adyacente al molde. Las partlculas gruesas se empujan fuera de la cimbra y esto faciltael movimiento de los huecos de aire hacia la superficie, por lotanto, se reduce el número y tamaño de burbujas en la superficie del concreto. El apisonamiento manual puede usarse para compactar mezclas rlgidas. El concreto se coloca en capas delgadas y 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 y requieren exhaustiva mano de obra.
Los equipos que aplican elevadas presiones estáticas sobre la superficie de concreto, pueden emplearse para compactar losas
delgadas de consistencia plástica o fluida. En este caso, el concreto se exprime, prácticamente dentro de la cimbra, obligando a salir al aire atrapado y a parte del agua de mezclado. La centrifugación (girado) puede compactar concretos de revenimientos moderado y elevado, que suelen utilizarse en la fabricación de tuberias, pilotes, postes y otras secciones huecas de concreto. Existen muchos vibradores de superficie para cons trucción de losas, incluyendo reglas vibradoras, rodillos vibradores, apisonadoras vibradoras de placa o de rejilla, asi como herramientas vibradoras para acabado. Las mesas de impacto, también llamadas mesas de golpeteo, son adecuadas para compactar concreto de bajo revenimiento. El concreto se deposita en capas delgadas (colados delgados) dentro de moldes resistentes. Conforme se van llenando los moldes, se levanta a poca altura y se dejan caer sobre una base sólida. Al detener bruscamente la caida libre del molde con concreto, el impacto provoca que éste se compacte para formar una masa densa. La frecuencia varia en el rango de 150 a 250 caldas por minuto, siendo la calda libre de entre 3 y 13 milímetros.
3.2 Métodos mecánicos
Comúnmente se usan rodillos vibratorios de tamborsuave para compactar mezclas de concreto sin revenimiento.
Elmétodode compactación más empleado en la actualidad es el vibrado. El vibrado es un método especialmente adecuado para las consistencias más rigidas, propias de los concretos de alta calidad. El vibrado puede ser tanto interno como externo.
3.3 Aplicación de métodos combinados
Los compactadores de potencia pueden emplearse para como pactar concretos rigidos en unidades prefabricadas. Además de su efecto de apisonamiento, proporcionan una "vibración" de baja frecuencia que ayuda a la compactación. Las varillas de apisonamiento operadasen forma mecánicason adecuadaspara ~90R.OS
compactar las mezclas rígidas empleadas en algunos productos prefabricados, incluyendo los bloques de concreto.
Compactación del Concreto ACJ309R-05
En ciertas condiciones, una combinación de dos o más métodos de compactación proporciona mejores resultados. A veces es posible combinar la vibración interna y laexterna con buenos resultados en trabajos prefabricados y. ocasionalmente, en concretos colados en obra. Algunas veces se aplican vibrado5
, UllCY <
res para ln compactación de ruti na y v ibrado res intern o s para cm-
pico IOG l.l CI1 secciones crít icas Ill UY reforzada s. pro pe nsas a los vacíos y ti la adh erencia de fic iente co n el acero de refuerzo. En sec cio nes en las que, por e l co ntra rio. la co mpa ctación principal se lleva a cabo medi ante vibrado res interno s. tamb ién pu ede apli carsc vibraci ón de c imbra s para lograr el aspecto requ e rido en la sup erfi cie ,
so bre la s uperfi cie . ejer ce presión e im pulsos vib rato rios ad i nal cs. Alg una s vec es la v ibra c ión de la c imbra se co mb ina co n pres estát ica ap licada a la supe rfic ie. Es ta vibració n bajo presi ó muy út il en unidade s de m amposter ía y en la compac tac ión el
producc ión de con cre to . en las que las mezc las tan rígidas qu emplean no reaccionan en forma favo rab le a la so la vib rac i ó¡
La vibraci ón puede aplicarse en forma simultánea en la cimbra y en 1<1 super fic ie. pro cedi mie nto que se em p ica co n fr ecuencia para hacer un idades prefabri cadas sobre mesas vibra doras. La c imb ra se vibra mie ntra s una placa o regla v ibrador a . aplic ada
A menud o se com b inan la cent rifugaci ón (gi rado). la v ibrac y la compactación co n rodill os, en la producción de tuber ía co ncreto de alta calidad y de otras sec c io nes hu eca s.
(¡
rmcyc
cio-
sión
m es dela uese
In .
ición
Capítulo 4
Compactación de concreto mediante vibración
as de
En t érminos sencillos. el vibrado consiste en someterel concreto frescoa impulsos vibratorios rápidosquelicuanel mortero (véase la figura 4.1 ) Y reducen significativamente la fricción interna entre las partículas de agregado. En estascondiciones el concretose asienta porgravedad (algunas veces ayudado porotras fuerzas). Al detenerse la vibración se restablece la fricción .
4.1 Movimi ento vibratorio
que la amplitud en el concreto no es susceptible de medirse con faci lidad. Para vibrad ores que no sea n los de tipo rotatorio. (por ejemplo lososcilatorios).no son aplicables losprincipiosdel movimiento armónico. Sin embargo. los conceptos básicos descritos en este libro siguen siendo útiles.
4.2 Proc eso de compactación
Los vibradores de concreto tienen un movimiento oscilatorio
rápido que se transmite al concreto fresco. El movimiento oscilatorio se describe en términos de frecuencia (númerode oscilaciones o cic los por un idad de tiemp o) y de amplitud (d esviación del punto de reposo).. Los vibradores siguen una trayectoria orbital lograda, por lo ge-
neral,al hacergirar una masa no equilibrada, o excéntrico, dentro de la funda del vibrado r. En es te caso la osc ilac ión es, en esencia, un movimiento armónico sencillo, como se explicaen el apéndice. La ace leració n, una me d ida de la intensi dad de la vibrac ión, pued e calc ularse a partir de la frecue nc ia y la amplitu d cuan do éstas se co nocen. Por lo ge ne ra l se expresa co n una g, que es la relación en tre la ace leración de la vib ración y la ace leració n de la gravedad. La ace leración es un parámet ro útil para la vibración externa, pero no para la interna, en la
Figura 4.1 Vibrado r interne "licuando" concreto debajoreve nimiento
Cuando el concre to de bajo revenimiento se deposita en la cimbra, está en condición de segregación, lo que significa que contiene partícul as de agregado grueso rec ubiertas de mort ero y bolsas de a ire atrapado distribu idas en forma irregula r. Rea ding ( 1967 ) establ eció que e l volume n de aire atrapado depende de la trabajabilidad de la mezcla. la forma y e l tam año de la c imbra, la cantidad deacero derefuerzo u otros elementos decongestión, y de l método por el que se depos ita el co ncreto. El volume n de aire atra pa do pue de es ta r e n e l ra ngo del 5 a 20% . La compac tación debe remover prácticamente todo el aire atrapado, lo cual es import ant e debido a su efecto adve rso en las propiedades del concreto. La compactación por mediode la vibración se describemejorsi la consideramoscompuesta por dosetapas: la primera comprende la nivelacióndel concreto y la segunda. ladeareación (remoción de las burbujas de aire atrapad o). Las dos etapas puede n ocurrir en forma simultánea. presentándose lasegunda cerca del vibrador antes que se haya terminado en lugares más alejados ( Ko lek. 1963).
Al comenzar el vibrado, los impulsoscausan movimientos desordonados y muy rápidos de laspartícul asde la mezcla dentro del rad io de influencia del vib rador . Radio de influencia es el área de una vista plana donde un vibrador es capaz de producir s~ lfi c;cn!(' '' impu lso-, para compactar el co nneto. [1 mortero se hc ua de mome nto. La fricción interna que pcrm itin al concreto 1ll;1I 1h:lllT SC en su con di c ión original tal como se deposita se reduú' e n tonu a d r ástica. La mczcl n se vue lve inestable y busca UIl nive l inferior y una condic ión má s den sa, Fluye hacia los lados. co ntra In cimbra y alrededor t1 ~1 acero de refuerzo y de acccsor ios aho gad os. 7
I 100 C Y C
' su que tras
Capít ulo 5
tradad
Equipo para vibrado
ien. oel
Los \,ibradorl's de CllI1CI\.' fO pued en di vidirse en dos c lases principaIL's: ¡llIemo s: externos. l.os vibradores externos PUl,.'JL'11 clasiñcarsc a su vez. en vibradores para cim bra, \ ibrndorcs de superficie y mcs:« vibradoras.
on-
5.1 Vibradores internos Losvibradores intemos. Ilamados con frecuenc ia vibradores de escoplo o vibradores hurgad ores. tienen una ca beza vibradora y puedan tener una flecha flexible. l.a cabeza se sumerge en el concreto y act úa en forma directa sobre é l. En la mayoría de 10 5 ca.05.105vibradores interno s depe nde n de l efecto enfriador de l concreto que los circunda para evitar el so brcca lenramicnto. Todos los vibradores internos que se utilizan en la actualidad son de tipo rotatorio (véase movimiento vibratorio en el cap ítulo anterior sección 4, 1). Los impulsos vibratorios emanan de la cabeza del vibrador en ángulo recto.
5.1. 1 Tipo de tlecha tlexibl e Este tipo de vibradores es, probabl ement e. el mas ampliamente usado. La masa exc éntrica generalmente est á controlada por medio de un motor el éc trico o neum ático o por med io de un motor portátil de comb ustión interna (véase la fi gura 5.1 (a).
En el caso de los vibradores con motor eléctrico, una flecha flexible sale del motor hacia la cabe za del vibrador en donde mueve la masa exce ntrica. El motor generalmente opera con corriem, alterna Ull i\ crsa! de I ~ O voltios (ocasiona lmcme 2-H1 ) monofá5ica. de 60 ~ Iz. En alguno s países se lisa corriente alterna de 50 IIz. La frecuencia de este tipo de vibradore s es bastante altacuando se opt.'r;\ ~1I a i re -ucneralmente en el ranuo de 12,000 a 17.000 vibraciones por lll i~lIto (:200 a ::!83 Hz) (Il~Yor~s valo res paracabeza- de u 1'".'11 0 1' tamañ o)- S in cmbaruo . cuando se trabaja en COI1CI"I..'lo . la I"re CIICJlCI;-¡ pcucrahn c utc SI..' reduc e en aprOXilllad;;tll1 enh.' 1111;1quiu ta p.utc . ln e-, k inh ll"lllc Id frcc ucncia se vxpr c va cn \ ibr.rcionc -, l'llf 1I1l11l11 o a fin de ud ccu.usc a ItI'i
práClic
1... . lado.. l lnidlh : ..in vmbare o. en el la !'rl 'U ll 'llcia ..t.: d a l' ll I kil I a fi n lk' adapt :tl''iC a las lonnula, Jd te' '. "
I\P~lldice
P.:u-a Jos vibradores conmotor. tanto de ~;bol iJl il como dicsc l. la velocidad delmismo es casi vicmprc de ] .()Oll revoluciones por minuto (ÓO ll z). SI..' lItil í/ a una banda \' o una tr.msuus i ón de engranajc::-. íl fin de pasar esta velocidad a UIl lÚ\ el de frecuencia ace ptable. Otro tipo de uuidudc-, utilizan UII motor de gasolina de dos cic los que o pera, sin car ga. a una veloc idad de 12.000 RPM (figura. 5. 1 (b» ) de modo que se elimina la necesidad de una transmisión. Esta unidad es portátil y generalm ente se lleva Cill a espa lda. Una vez m ás una flecha ílcxi hlc entra en la cabeza del vibrado r. Al ser mas molestos y grande s que 10 \ vibradores con motor eléctrico, los vibradores de 111 0 101' de gasolina son sólo útiles cuando no se cuenta con energía el éctr ica. Para la may 0 1' parle de los vibrador es de flecha flexible la frecuencia es la misma q ue la velocidad de la flecha . Sin emba rgo. el de engranes de rodillo (péndulo cónico) es capaz de lograr mayor frecuencia de vibrado con motores e l éctricos modestos y con velocidades flexibles de la flecha. 1.: 1extremo del p éndu lo termina por dentro en un patrón en forma de estrella proporcionando a la cab eza del vibrador till a frecuencia mayor que la de la flecha que lo mueve. Las velocidades de l motor generalmente son de cerca de 3.60 0 revoluc iones p o r minuto con corriente de 60 Ilz (ca ca de 3.00 0 revolu ciones por minuto con corriente de 50 l lz). Generalmente se usa un motor de inducció n simple o de tres fases. La baja veloc idad del a flecha fl c viblc es IllU : buena desde el punto de vista del manrcninu cuto.
5.1.2 Vibrador de 1I10tor eléctrico en la cabe za Los vibradores con motor el éctri co 1.'11 la cabo;! han alca nzado m ás popularidad durante los úlrimos ¡llJ OS (\ éa'il' la tigura 5.2). Como elmotor esta situado en la cabeza del vibrador, no ex iste motor o flecha separados. De la cabeza sale un cable el éc trico resistente que actú a tambi én como mango. L o '> vibrado res con m otor el éctrico en la caboa '>IHl por lo gl'Ill.,.'ral de un diá m etro de 50 mm CO IllO mínimo Este (ipII de vibradores e,>l;llli"p(ll1 ihk l'lI dll'> d i'> l.,.'j-hh. 1 'llo dc l.,.' JJos l: 1ilita 1I1l11ltlh ll" Ull i \ l.,.'r'i;l l : el (lll"ll lllllllt I!llr tr ib '>in\ dt.' IXO Ilz (cic1 o ;¡IIIl) . Fn l'.. . te últ illl o b l'Jll'rgb gl.,."lk'ral llll' llk· ld pr \l pOI"CiOlla un
')
R
(¡ tmcyc
motor J gaso lina port átil: s in embargo, puede usarse corr ien te comcrc¡al pasada a través de un convertidor de frecuencia. El diseño utiliza un motor de inducción que provoca una pequeña disminiuci ón de la velo cidad a l sumergirse en el concreto. Pued e rotar
una ma sa exce ntrica mayor y de sarro llar una mayor fuerza centrífuga que aq uella que producen los modelos con motores eléctrico s en la cabeza de diám etro s im ilar, En algun os paises se util izan motores para vibrador es de 150 o 200 Hz.
CO Il
f
S.1 .3 Vibradores neumáticos Los vibrad ores ne umát ico s (ve áse la figura 5.3) tra bajan por med io de a ire co mp rim ido. e l motor neum áti co genera lmente se enc ue ntra en la parte int erna d e la cabe za de l vib rador. El tipo d e aspa s es e l más usu al , en es te. tanto e l motor como los e lementos excéntrico s se encue ntran so portados en apo yo s. También ha y mod elo s s in apoyos, que ge nera lmente req uieren men o s mantenimi ento. as í co mo al gu no s mo del o s d e flech a flexib le qu e tienen e l mot or neumáti co fuera de la cabeza , El empleo de vibradores neum át icos es muy vent ajoso cuando e l aire comprim ido es la fuente de energía de más fácil acceso. La fre cuencia depende en gran med ida de la presión de l aire , por lo que ésta siempre deb e ma nten erse a un nive l apro piado, en genera l el recomendado por e l fab ricante. En a lgu nos casos es con venie nte variar la pres ión del aire para obtener una frecuencia diferent e.
S.lA Vibradores hidráulicos Lo s vibra dores qu e utili zan un motor hidráuli co son mu y popu lares en las máquinas de pavimentación . El vibrador es tá co nectado al s istema hidráu lico d e la pa vi ment ad ora por medio de ma ngu era s de alta presión . La frec ue nc ia de vibración pued e re-
1
1
H o v , i n~
\
\
\
j
I 1
Figu ra S.I a Vibradores de flecha flex ible : de ope ración eléc trica (ambaj. con motor de gusolina (centro). corte lo ngitudinal de la cabeza ( a!laWI
11)
Figura S.1 b Vibrador de dos ciclos co n motor de gasolina que se pone a la espalda del operad o
Compa ctación del conc reto ACI J09 R·OS
I
¡¡ rrn cyc
o
1-
lf
es
se
la r
: se
,de tos hay
ltetie-
lo el
1fre-
. que ral el
,' '' ' '' 0( .. . . . . . . . , , ,
-o l ", 1( : 1 , "
.• . " "I
"" .
~ .'
iente
ite.
popu-
oneclio de .de re-
Figura .5.2 Vibrador eléctricocon motor en la cabeza: aspecto exterior (arriba), construcción interna de la cabeza (abajo)
guiarse variando el flujo del fluido hidraúlico a trav és del vibrador. La eficiencia del vibrador depende de la pres ión y el flujo del fluido hidr aúl ico. Por lo tanto , resulta importante que el sistema hidráulico se revise con bastante frecu enc ia.
5.1.5 Selección de un vibrador interno para la obra El requisito principal para un vibrador interno es su efectividad
para compactar el concreto; debe tener un radio de influencia
C1309R·Ol
La frecu enc ia puede delerm inarse con facilidad (vé ase la sección 16.3. 1), pero, hasta la fec ha, no existe ningún méto do sencillo para determ ina r la amplitud de un vibrador a l ope rar en e l a ire, la cual es un poco mayor que la amp litud en e l co ncreto. La amplitud puede medirse o calcu larse, como se describe en la
sección 16.3.2. Aunque esto no es estrictamentecierto enel caso de las 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 caboestos cálculos.
adecuado y ser capaz de "licu ar" y desaerear co n rap idez el concreto. El vibrador debe se r tambi én de operación confiable, de peso ligero , fácil de manejar y manipul ar y resistent e al desgaste, y ser tal que no dañ e los accesorios ahogados . Algun os de es-
sino también de la trabajabilida d de la mezcla y el grado de con-
tos requisitos son opuestos entre sí, porlo que es necesario hacer
gestionamiento.
conces iones. Sin embargo, a lgunos de los problemas pueden reducirse al mínimo o eliminarse con un diseño cuidadoso de: vibrador: por ejemp lo, las frecu encias muy e levada s tiend en a incrementar los requisitos de mantenimiento y, por lo tanto, aco rtan la vida de los vibradores. pone a Ia
función del momento excéntrico y del peso de la cabeza, como se señala en el apéndice.
El ACI 309. 1R señala continuamente que la efectividad de los vi-
El rad io de influen cia y, por lo tanto, el espaciamiento de las in-
serciones, dependen no sólo de las características del vibrador
La Tabla5. 1da la variedadcomún de las características, elcomport am iento y las ap licac iones de los vibradores internos. (A l-
gunos vibradores para fines especiales quedan fuera de este rango.) Se proporcionan frecuencias recomendables, así como valoressugeridos de momento excéntrico. amplitud promedio y fuerzacentrífuga. También se dan rangos aproximados del ra-
bradores internos depende ante todo del diámetrode lacabeza, de la frecuencia y de la amplitud. La amplitud es, en gran parte. una Comp:lclaci(¡n dc l r nmn-tu ACI :lUCIR·05
11
Q lmcyc
les áreas superficiales y diferente distribución de la fuerza entre el vibrador y el concreto (véase la figura 5.4). No se ha evaluado a fondo el efecto de la forma sobre la eficacia del vibrador. Para los fines de esta guía se debe tomar comodi ámetro equivalente de un vibrador de form a especial el di ámetro de un vibrador redondo del mismo perímetro.
5.1.7 Datos que debe proporcionar el fabricante En el catálogo del fabricante del vibrador deben aparecer las di mensiones físicas(largo y diámetro), y la masa total de lacabe del vibrador,el momento excéntrico, la frecu encia en el aire y I frecuencia aproximadaen el concreto, así como lafuerzacentrl fugaen estas dos frecuencias. El catálogo también debe menci0l nar ciertos datos adicionales necesanos para la conexión ~ operación apropiadas de los vibradores. Deben proporcionarsi los requisitos de voltaje y amperaje, así como los tamaños de cal ble (dependiendo de la longitud de la carrera). En los Vibrador1 de aire deben indicarse la presión y capacidad de tlujo de ai comprimido, así como los diámetros de la tubería o de las ma gueras (dependiendo también de la longitud de la carrera). Par los modelos que funcionan con motor de gasolina, debe señala) se la velocidad de operación.
I
Figura S.3 Vibradores de airepara construccióncomún (arriba) y para concreto masivo (abajo)
dio de intluencia y la velocidad de colado del concreto. Son valores empíricos basados ante todo en experiencias previas. Por lo general, pueden lograrse resultados igualmente buenos eligiendo un vibrador del tamaño mayor siguiente, que se dan en la tabla 5.1. Al seleccionar el vibrador y el procedimiento de vibración debeconside rarse el tamaño delvibrador respecto altamaño de la cimbra. El agrietamiento de las superfi cies de concrelo es
La informaci ón referente a los vibradores hidráulicos debe id cluir las presiones de operac iónrecomendadas y unagráfica q~ muestre las frecue ncias, en vibraciones por minuto, a distint1' tlujos.
5.2. Vibradores para cimbra 5.2.1 Descripción general
agrabado por la contracción por secado que OCUITe con una alta
concentrac iónde pastade cemento traída a la superficie porunvi· brador demasiado grande para esa aplicación especifica.
Los valores de la Tabla 5.1no deben considerarse una garantíade buen funcionami ento entodo tipode condiciones.Lamejormedida delrendimienlo de un vibradores suefectividaden lacompactación del concreto.
5.1.6 Formas especiales de cabe zas de vibradores Las recomendaciones de la tabla5. 1se refieren a vibradores redondos. Otras form as de cabeza de los vibradores (cuadradas u otras formas poligonales. acanaladas, de aspas,) tienen difcren12
Figura5.4Varios delos distintos tamaños y formasdecabezas para vibrado", De izquierda aderecba. cabeza corta, cabezaredonda, cabeza cuadrada, ~ hexagonal y cabeza cubierta de hule
I
Compactación del concreto ACI 309j
\;
Imcyc
Tabla 5.1 Va r ieda d de ca racterís ticas, comporta miento)' ap licaciones de los vibradores inter nos vibradores de flech as flexibles y con motor en la ca beza" Va lores
Va lores sugeridos d e Diámetro
Grupo
de la cabeza, c m
aproximados d e
Frecuencia recomendada ',
Veloc id ad Momen lo
vibraciones
excéntri-
por minut o
cct,
( lIz)
cm- kg
Amplitud
Fue rza cen -
Rad io de
prom edi o!
tr lfu ga:
accién' "
cm
k ~r
cm
d e colad o
Aptlcaci ún
del co ncret o* * ~ III l / h
por vibra -
do, Co ncreto plásti co y fluid o en elem entos muy del gad os 11 s itios es trecho s. Puede emplearse
i-
'"la
:y., a I y! (20.40)
I
90003 15.000 (1 50 - 250)
00330.10 (OA 3 1.2)
0 .0 153003 (OA 30.S)
100 3 400 (OA 3 LS)
3a6(75a 150)
13 5 ( 1 .4 )
I Yia
2 V2(30a
2
65)
.a-
S50312.5OO ( 1403210)
O.OS3 0 25 (0 .93 2 .9)
0.02 . 0.04 (0.5 3 1.0)
300 3900 (1.3 3 4.0)
5. 10(125 .250)
3 a 10 (23 S)
'es ire m-
ara ar-
du et os ca usa n co nge stión en las cimbras .
Ta mbién se emplean para fabricar muesIras par a pru eb as de laboratorio.
.(-
oy se
para complementar vibradores mas grandes, en especial en presfbrzados, en los que los ca bles y
3
'lue nos
2 a 3 V2 (50 3 90)
4
336 (75 31 50)
5
5 37 (125 3 175)
SOOO 312,000 ( 130 3 200)
7000 3 10.500 ( 1203 ISO)
55003 S500 (903 140)
0.20 30.70 (2.33S.I)
0.70.2.5 (S.13 29 )
2 .2533 .50 (26340)
0.02530.05 (00631.3)
0.03 3 0 .06 (O.S 3 1.5)
0 .0430.0S ( 1.0 3 2.0)
70032000 (3. 1 3 S.9)
1500 3 4000 (6.73 I.S)
250036000 ( 11 327)
7. 14( 175 3 350)
12320 (300 3 500)
16 a24 (400 3 600)
6320 (53 15)
15 a40 (1 I 33 1)
25350 ( 19 33S )
Concreto plástico en n úmeros delgados, columnas, vigas, pilotes prefabricados. losas delgadas y a lo largo de jun tas de construcción. Puede emplearse para completar vibradores más grandes en sitios estrechos. Concreto plástico rigido (revenimientomenorde 7.5 cm) en construcción general. como muros, columnas, vigas. pilotes presionados y losas pesadas. Vibrado auxiliar adyacente a las cimbras de concreto masivo y pavimentos. Puede ser de montaje múltiple para proporcionar vibrado intemoatodo lo anchode laslosas de pavimentos. Concreto masivo y estructural con revenimiento hasta de 5 cm, depositado en cantidades hasta de 3 m' en cimbras relanvamentc abiertas de construcción sólida (centrales de energía, pilas para puentes y cimentaciones).También auxiliar en la construcción de presas cerca de las cimbras y alrededor de los elementos empotrados y el acero de refuerzo. Concreto masivo en presas de gravedad, pilas grandes, muros masivos, cte. Se requieren dos o más vibradoresque operen simultáneamente para colocar y compactar cantidades de concreto de 3 m)o más,depositadas deunasola vaCJ1 lacimbra
Generalmente, el concreto extremadamente seco Ó muy rígido (Tabla 2.1) no responde bien para vibradores internos. Mientras el vibrador está operando en el concreto. Calculadocon la fórmula de la figura A.2 del apéndice A. :aJeulada o medida como se describe en la sección 16.3.2. Estaes la amplitud máxima(la mitad dcl valor entre un máximo y otro) operando en el arre. afculadacon la fórmula de la figura A.2 del apéndice. empleando la frecuencia del vibrador que opera en el concreto. )istancia sobre la cual el concreto se compacta por completo. Estosrang~s reflejan no sólo la capacidad dcl vibrador, sino tambiénlas diferencias en la trabajabilidad de la mezcla. el grado de desnereación deseado. y otras condines experimentadas durante la construcción. ~tesupone que el espaciamineto de las inmersiones es de 1-112vecesel radio de acción. y que el vibrador opera durante dos tercios del tiempo en que el concreto se
os vibradores para cimbra son vibradores externos fijados al do exterior de la cimbra o el molde. Hacen vibrar la cimbra, la le a su veztransmite las vibraciones al concreto. Los'vibradores ua cimbra son autoenfriantes. Pueden ser de tipo rotatorio o de ción vertical.
l09 R·05
mpactación del concreto ACl309R~05
Las secciones de concreto con espesor 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 J Ocentímetros.
13
\i
lmcyc
5.2.2 Tipos de vibradores de cimbra 5.2.2. 1 Vibrador rotatorio . Los vibradores para cimbrade tipo rotatorio producen esencialmente un movimiento arm ónico
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 5.5). En los modelos hidráulicos y en los modelos de operación neumática,la fuerza centrífuga se desarrolla por medio de un cilindro rotatorioo unamasa 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 energia eléctrica tienen una masa excéntrica en cada extremo de la flecha del motor, masas que por lo general son ajustables. En la mayoría de los casos se emplean motores de inducción y la frecuenc ia es de 3,600 vibraciones por minuto (60 Hz). (o 3,000 vibraciones por minuto. para 50 Hz AC). También existen en Europa vibradores de frecuencia más elevada ( 120a 180 hz), que operan a 7,200 o 10, 800 vibraciones por minuto [6,000, 9,000 12,000 vibraciones por minuto (100, 150; o 200 Hzj], los cuales requieren un transformador de frecuencia. Además, hay vibradores para cimbra eléctricos de motor universal monofásico, con frecuencias de 6,000, a 9,000 vibraciones por minuto ( 100 a 150 Hz). ó
El catálogo del fabricante debe incluir las dimensiones fisicas, la masay el momento excéntrico. Para los modelos de operación neumática deben señalarse la frecuencia en el aire y la frecuencia aproximada bajo carga; en los modelos eléctricos debe índicarse la frecuencia con la carga eléctrica estipulada. También debe proporcionarse la fuerza centrífuga con los va lores de frecuencia dados. Además, las instrucciones del fabr icante deben proporcionar los datos necesarios para la conexión apropiada de los vibradores (como en la sección 5.1.7).
5.2.2.2 Vibrador reciprocante. En este lipa de vibrador se acelera un pist ón en una direcci6n, se detiene (por impacto contra una placa de acero) y, después, se acelera en direcci6n opuesta (véase la figura 5.6). Estos vibradores se operan por medios neumáticos. Las frecuencias están, por lo regular, entre 1,000 Y5 ,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 ann6nico simple no se aplican en este caso. 5.2.2.3 Otros tipos de vibradores. Entre los vibradores paracimbra menos empleados se encuentran los siguientes:
o 14
El electromagn ético.que suele desarrollar una forma de onda combinada de diente de sierra sinusoidal, y
Figura S.S Vibradores rotatorios para cimbra: de aire (a1rl ba). el~ (abajo)
o
Martillos manuales neumáticos o eléctricos, que al, veces se emplean para compacta r unidades peque concreto.
5.2.3 Selección de vibradores externos para cimbras verticales Para mezclas muy rígidas se prefiere, por lo general, la ci6n de baja frecuencia y gran amplitud. Esta vibración I frecuencia y gran amplitud gcneralmemepermite una mej ~ pactación y mejores superficies (co n menos agujeros ños) para consistencias más plásticas. En esta guia. I divi soria entre la baja y la alta frecuencia para la vio externa se considera arbitrar iamente en las 6.000 vibrJ por minuto ( 100 IIz). y entre baja y alta amplitud. a 11 ruil ímetr os. respectivamente.
I
I
Compactacion del co ncreto
"1
po
e
rm cyc
La eficacia de un vibrador de cimbra es. en gran parte, una función de la ace leración impartida al concreto por la cimbra. Las ace leraeiones en el rango de I a 2g (1 g = q .8 1 111/ 52 = 383 pulgadas/51) se recomiendan generalmente para mezclas plásticas y de 3 a 5 g para mezclas rigfdas. Adem ás. la ampl itud no deb e ser menor a 0.025 mm para mezclas plásticas o 0.050 mm para mezclas r ígidas.
Latlce!C r;lCi01l de una cimbra es tina función de la fuerza ce ntrifuga del vibrad or en relac ión con la masa de la cimbra y el COI1c r~ l o activad o . La s s ig u ie n t e s fórmula s . empírica s. recomcndadas por Forssb lad ( 19 7 1), han mo strado su utilidad para estimar la fuerza centrífuga del vibrador de cimbra, necesaria para prop orcionar una consol idación adecu ada : l . Para mezclas flu idas en ci m bras de vigas y muros
C F = 0-5 ( MF + 0.2 MC) Donde CF = fuerza centnfuga : MF ~ masa del mo lde; y MC = masa del concreto
2. Para mezclas rígidas en tub erías y otras cimbras rígidas: C F = 1 5 (MF + 0.2 MC) . Cualquier fórmula emp leada debe cotejarse con la ex pe rienc ia en el campo. Se sug iere qu e el usuario se po nga en contacto con e l fabricante del vibrado r para pro porcion arl e planos de la estructura que se preten de vibrar y so licitar su co nsejo en cuanto al tama110, cantidad y ub icación de las unidades vibradoras. La d ista ncia adecuada entre los vibradores de c im bra ge neralme nte se en cu en traen el rango de 1,5 a 2,5 m, y puede llega rse a reque rir vibrac ión interna suplementaria para secc iones de espeso res ma yores a los 30 centímetros.
o
la'
d,
,ajl
La frecuencia y la amp litud deb en revi sarse en va rio s puntos de la cimbra con un v ibrógra fo ti o tro apa rato ad ecuado (ve ánse las secciones 16.3.1 y 16.3.2). A partir de estos va lores, la acelera ción real puede calcularse usando la fórmu la en la figura A.2. Las med icion es de frecu en cia y amp litud también pueden ser muy útiles para establece r el espaciam iento y las orien taciones óptimas de los vibrad ores de moldes. Se deb e recon ocer que siempre exi ste la pos ibilidad de q ue ocurran puntos muertos en los moldes. Así pues, es imp ort ante utili zar vibrad ores externos para reducir lo s in c r em ent o s de pun t o s mu ert o s , o complementar esto con vibrado res internos.. Cuando en la v ibra ció n exte rna se ut ilizan v ibradores e léctrico s sobre membran as delga da s de la c im bra, se debe ten er prec aución para evitar qu e se qu em en .
)J1l'
ut nel
5.3 Mesa s vibradoras
iól n~
1.1:
Una mesa v ibrado ra cons iste, por lo gene ral. en una mesa de acero o de conc reto reforzad o CO Il v ibrad ore s externos monta dos en clmarco de so po rte ( véase la figura 5.7). La mesa y e l
Fig 5.6 Vibrador de acción reciprocame para cimbra
marco est án ais lados de la base m edia nte resort es de acero, em paques ai slantes de neopre no u ot ros med ios. La mesa puede formar parte de la cimbra. S in embargo, lo más común es q ue una cimbra separada descan se sobre la superficie de la mesa. La vibrac ión se tran smit e de la mesa a la cimbra y de ésta al co ncreto. La conven ienci a de sujetar el mo lde a la mesa está abierta al debate. Por lo reg ular se prefieren vibrac iones de baja frec ue nc ia (me nos de 6,000 vibracion es por minuto (100 Hz)] y de gra n amplitud (más de 0.13 mm) , por lo meno s para las mezc las más r ígida s.
La eficacia de la me sa de v ibr ación depend e en gran parte de la ace lerac ión im part ida a l con cret o por la mesa. Genera lme nte se recom iendan ace lera c iones en el ran g o de 3 a 10 g. 30 x 100 m /scg-, par a mezclas más r íg idas se neces itan val ore s mayores. Ade má s, la ampl itud no debe ser menor a 0.025 mm para mezclas pl ásticas. o de 0.050 m m para m ezclas rígid as.
La ace le rac ió n d e la me sa es tá e n fun c ión d e la fuerza v ibratoria rel aci onad a con la masa de la ci mbra y d el co ncr eto activad o . Las s ig u ientes fórmula s em pír ica s han s ido muy útiles par a es tim ar la fuer za ce n tr ifug a req uer ida en los v ibradores ( Fo rssblad, 1971 ):
o
Mesa vibrad ora rígid a o vigas vibrado ras. asentada libremente so bre la m esa :
CT
==
CO Il
la cimbra
(2 a-l ) ( ivlT · 0.2 ~ I F , 0.2 ~I Cl
Donde C F .-c=. fu er za ce ntr ifu ga : MT = ma sa de la mesa ; MF = masa de l molde : y MC = ma sa eleI concreto.
15
,
im cy c
;:l ~k sa \ ibradora r ig i d~L co n la c imbra lijada a la mesa :
el' .:t
~tI..' S '1 \
(e
a ~ ) (~ lT '
~ lF
. O.e
~I C)
ihrado r.r flex ible . continua so bre va rios apo yos:
el'
= (0 .5 a l) ( ~ I T ·
O.e
~ IC)
La elecci ón de lo s vibradores y el espa ciamiento entre ell o s debe basarse 1.'11 las fó rmulas ant erio res yen la expe rienc ia pre-
via. La trecu..rucia y la amplitud deb en revisarse en varios P UIl to s de la me sa con UlI vibrógrato LI otro di spositivo ade cuado; de esta man era puede ca lcul arse la acelerac ión real. Lo s vibradores
deben moverse hasta que se hayan eliminado toda s las burbuja s y se haya logrado 1I1W. vibració n lo más unifor me posible . Cuando haya que vibrar secc iones de
C0 I1CI"('10
d e diferent e s la-
mafias. la mesa debe tener una amp litud variable. La frecuencia variable es una ventaja ad icional. Si la mesa vibradora esta equipada co n un elemento vibrad or q ue conti ene un so lo excé ntr ico. puede presentarse un movimiento vib ratori o c ircular, que impartirá al concreto un mov i-
mient o rotatorio perjud icial. Esto puede evitarse mont ando dos vibradores. uno j unto al otro, con sus Hechas girando en di reccio nes opuestas; esta operac ión neutrali za el componente horizontal de vibración. por lo que la mesa queda sometida a un mov imiento armónico simple. só lo en sentido vertical. De este modo pueden log rarse grandes amp litudes.
5.4 Vibrado res superficiales
Figura 5,7 Mesa vibradora
gran amplitud, en especial para co nsistencias mas rígid as. a fin de lograr la compactación a la profundidad adecuada , Se ha obse rva do q ue las frec ue nc ias ent re 3. 000 y 6.000 (50 a 100 Hz) vibracio nes son las más satisfactorias. En genera l, las reg las vibradoras trabajan mejor con acelerac iones de 5 g aproximadament e ( lg > 9.8 mis'
Los vibradores superficiales se apl ican a la superficie super ior y conso lidan el concreto de arriba hacia abajo mant eniendo concreto en frente de ellos , Su efecto nivelad or ayuda a las operaciones de acabado. Se usan prin cipalmente en la construcci ón
Consolidació n o
Hay tres tipos principales de vibradores supe rfici ales: Vibrador de llana, Este co nsiste en una viga sencilla o do-
o
La vibració n produ cida por las osci laciones de la viga se rransmite al concreto alrededor de l e lemento vibrador. Se req uiere
16
i\lasa Amplilud Frecuencia Velocidad
Apisouadores vibradores de placa n de rej illa, Consisten en una pequeña placa o reji lla vibradora {pur 10 general de 0.2 m:! de superficie) que se mueve sobre la superficie de la losa. Estos vibradores trabajan mejor sobre concretos de consistencia rígida.
ble qu e atrav iesa el anc ho de la losa (ve áse la lig o5.8 (a) y (bj). Los vibrado res de llana son más adec uado s para SlI-
perficies horizontales o cas i horizon tales. Debe ten erse precaución al usar vibradores de llana en superfici es inclinadas. En la punta de éste puede n ponerse uno o mas elementos excéntricos , depe ndiendo del largo del vibrador. Los elementos excentricos se conectan a un motor de combu stión externa o a motores el éctricos o neum áticos. I.a viga se apoya en las cimbras o en rieles ade cuado s: esto permite con trola r la elevación de la llana de modo qu e no ac túe sólo como un com pactado r sino que también ayude en el acabado final , Los vib radore s de llana ge ne ra lme nte se o pe ran en forma manual en trab ajos peque ños y 1.' 11 for ma mec ánica en trabajos grandes.
pul g/s-), Las investigaciones de
Kirkham ( 1963) han demostrado que la compac tac ión es proporcional al produc to de la masa por 1<1 amplitud por la frecuencia. divid ido entre la velocidad de avance eh? la máqu ina.
d e losas.
o
~3 86
o
Vibrudoru dt' ro dillos. Esta unidad empareja Y' compacta al mismo t iempo, Uno de los modelos con sta de tres rodillos: el rodillo frontal actúa C0l110 excéntrico y es el rodillo vibrador que gira a lOü o -too revoluciones por minuto 1.7 a 6.7 Il z regulado de acuerdo con la cousisrcucin
o
Imcyc
Figura5.8(a)Llana vibradora para trabajos pequeños. Tipo de viga sencilla. Figura 5.8{b) Llanavibradora paratrabajos pequeños. Tipo dedoble viga.
5.5 Mantenimiento de los vibrado res
[as, a fo
Se ha ob 100 Hz
-eglas ~ "imad! .iones d .n es pn l frecuer tina.
a
msistent
eral deO oficie de .ncretos
:ompacU -es rodilk ,dillo viII 1I01.7a/ amezcla '1110. Abl e cquípO era o delf ración e~ cstílndal
Elequipo de vibración utiliza una masa excéntrica o fuera de balance; por lo tanto se imponen cargas mayores a las normales cn partes tales como soportes.
Sin importar el tipo de vibrador, debe tenerse cuidado en su mantenimiento. Los fabricantes generalmente incluyen manuales con instrucciones para darservicio a su maquinaria. Sinembargo, siempre debe haber vibradores de repuesto. En el caso de vibradores eléctricos, debe tenerse precaución a fin de evitar choques eléctricos accidentales. Deben tomarse mediciones periódicas de la energla eléctricaen las distintas partes del sistema vibrador (motor, flecha flexible [si se usa] y cabeza del vibrador). Esto puede resultar muy útil para detectar posibles fallas y asl 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 atoda su capacidady 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 mantenimiento 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 diario y los otros servicios se dejan a cargo del fabricante.
servicio se obtienen principalmente del manual de servicio del fabricante asl como la lista de refacciones. El archivode tarjetas podría' contener algunos o todos de los siguientes datos: O Marca, número de serie y fecha de compra
O Voltaje y amperaje requerido en el caso de los vibradores eléctricos; volumen de aire consumido por las unidades de Tabla 5.2 Muest ra de una bitácora de servicio para un vibrador de eje flexibl e Modelo--------·-·----·--------·-·----····· Número de serie-···-··_· _·· Fecha de adquisición----- -------··Fechade retiro delalmacén de equipo -------------.-.. -. Empleo estimado, horas por día m ......._m _u.m. __...... ._ Pieza
Frecue ncia del mantenimiento Limpiezae Lubricació n Reemplazo inspección Motor eléctrico
Filtro Escobinas Interruptor Arm adura y campo Cojinetes Chicote Ilexible Eje Cabeza del vibrador Sellos Cojinetes Cambios de aceite
5.5.1 Programas de mantenimiento preventivo Debe establecerse un archivo con los datos de uso y requerimientos de servicio para cada vibrador. Los requerimientos de Compactación del concreto ACJ 309R·OS
17
"
rm cyc
aire; tamaños de cable o tuberías mínimos y otros datos pertinentes.
peccionar en cada etapa y los lubricantes recomendados. así como la frecuencia de lubricación.
o
Refacciones que puedan insta larse rápidament e. Si es difícil conseguirlas deben tenerse almacenadas.
LaTabla 5.2 es una bitácora de servicio que podría usarse para un vibrador de flecha flexible. Empezando por la fecha en que se saca de l almacén de equipo. puede fijarse un calendario real
o
Unacarta de servicio señalando los requerim ientos de servicio desde la fuente de poder hasta la punt a del vibrador. Pan es que se desgastan, panes que se deben lubricar e ins-
grama debe ser llevado a ca bo por un equ ipo de manteni miento
t8
para los puntos enumerados. Para mejores resultados.este pro-
aparte, en vez de la línea operativa.
Compactaci ón del concreto ACI 309R-05 I
o
Imcyc
dos, para que
I
, real pro -
Capítulo 6
iento
Cimbras Las cimbras, los aditivos desmo ldantes, el proporcionamiento de la mezcla y la compactación son algunos de los factores clave en la apariencia del trabajo con concreto. La apariencia de la superfi~ie de concreto es reflejo de la superfici e de la cimbra, siempre que se compruebe que la compactación se ha llevado a cabo en forma adecuada Puesto que las reparacion es en una superficie definitiva son costosas y rara vez totalm ente satisfactorias, deben evitarse, estableciendo y manteniendo un cimbrado y proceso de compactación de calidad.
talle s de la cimbra. Las con sideraciones respecto a la cimbra se dan en e l AC1347, mientras que el ACl303R proporciona información acerca del uso de los aditivos desmoldanles para cimbra. El acabado del co nc reto cimbra do debe observarse cuando la cimbra esté ensam blada de mo do qu e puedan realizarse las medidas co rrectivas necesari as. En el AC 1309.2R se pued e encontar información adic iona l acerca de las manchas superficia les.
6.4 Hermeticidad de la cimbra 6.1 Datos generales La resistencia de la cimbra, el diseño y los otros requ erimientos se cubren en el AC1.347 y (Hurd, 1995). Estas publicaciones se refieren principalmente a cimbras para concreto que se vibra en forma intern a. Se da muy poca dirección al d iseño de las cimbras para vibración externa .
6.2 Superficies inclinadas Es diflcil comp actar con creto que ten ga un a superficie inclin ada. Cuando la inclin ación sea de aproximadamente 1.5: 1 (vertical con respecto a la hori zontal) o mayor, la co mpactac ión se asegura mejor proporcionando cimbras de apoy o tempora l o llanas de cimbra deslizante para prevenir qu e el concreto se salga o fluya durante la vibración. Una ventaja de la cimbra de apoyo temporal o de la llana de cimbra deslizante es la eliminación de la necesidad de enr asar la superficie superior (Tuthill, 1967) . La cimbra de apoyo puede quitarse antes de que el concreto haya alcanzado su fraguado final de modo que los daños superfic iales puedan quitarse en forma manu al. Cua ndo la cimbra deslizante no pueda quitars e antes de qu e el conc reto haya frag uado, la cimbra debe quitars e lo más pronto posible a fin de permitir el saneado de las partes dañadas.
6.3 Defectos superficiales Algunos defectos superficia les se relacionan con una combinaciónde factores referentes al proceso de compactación y a los deel 3D9R-05 Compactación del concreto ACI 309R·D5
Las cimbras de toda co nstru cció n de conc reto debe n ser herméticas al mortero y herméticas a la pasta cuando el acabado sea important e. Cuando hay ag ujeros, grietas o juntas abiertas en la superficie de la cimbra, la presión hidro stát ica hará que fluyan haci a afue ra cantidade s co ns ide rab les de mortero y que se p íerdan cuando la vibración lo convierta momentáneamente en líquid o. Esta pér dida de mortero causa bol sas de agregado o vetas de are na en los sitios mencionados (véase la figura 6. 1). As ím ismo, puede oc urri r succión de aire en los puntos de esc urr im iento, lo cual ca usará más huecos en la superficie de l concreto. Estas imperfecciones perjudican en form a con siderable el aspecto de la superficie de co ncre to y, en a lguno s casos, pued en de bi litar la estruc tura. Ad emás, es prácticamente imposi ble repararl as a la perfecci ón. Las cimbras tambi én pued en perder mort ero en el Fondo durante la vibración si la placa del Fondo no está firmemente unida a la base. Las cimbras también pueden ocasion ar esta pérdida a l flotar hacia arr iba durante la vibración , espec ialmente si uno o amo bos lad os tienen talu d. Las cim bras deben estar firmemente fijas y ca lafatea das a fin de ev itar estos esc urr imiento s. Para prevenir los escurr imientos resu lta útil sujetar a la parte interna de la placa una tira de 2.5 x l a cm de caucho de cé lulas apretadas o espu ma de cloruro de poli vinilo. Es importante aseg urarse de que las superficies a las cua les se unirá la placa estén planas y rectas . La pérdida de mortero en las un iones de la cimbra entre páne les yen el fondo de los mu ros puede minim izarse extendiendo e l revestimiento cerca de 3 mm o más en alguno s cas os, más allá de los eleme ntos de apoyo de la cimb ra. Este arreg lo permite que los extre mos relativamente delgad os del revestimi ento se con 19
o
Imcyc
los vibradore s sujetos a ellas. Además. deben transmitir la vibración sobre un área considerable y de manera más o menos uniforme. En 10 posible. es conveniente coordinar el diseño de la cimbra y los requ isitos de vibrado antes de adquirirlas.
Lavibración de baja frecuencia y gran amplitud tiene mayor impacto, y su acción 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 preferidopara cimbras es el acero. porque tiene buena resistencia estructural y buenas propiedades de fatiga; es adecuado para fijar los vibradores y. cuandoestá debidamente reforzado, proporciona una transmisión buenay uniformede la vibración. Las cim bras de madera. plástico o concreto reforzado son, por lo genera l. menos adecuada s, perodan resultados satisfactorios cuando se respetansus limitaciones y se obedecen las tolerancias aprop iadas,
6.5.3 Diseño y construcc ión
~
Figura 6.1Vetas de arenacausadas por escape de: mortero
forme n más fácilmente a las superficies adyacente s de lo que lo harfan los mismos elemento s de apo yo de la cimbra. Cuando se desea disimular las juntas deben usarse tiras rústicas. Debe evitarse el paso de la humedad a través de juntas de construcción y de control rellenando las juntas con se lladores, tal como se recomienda en el ACI S04R . Las hoj as de triplay con lengüetas y ranuras deben usarse y sellarse cuand o sea muy importante la prevención de la deco loraci ón.Las madrin as deben traslaparse por debajo del concreto y deben sujetarse firm emente a los elementos colados anteriormente. Se recomiendan anclajes o pernos en los colados hechos con anterioridad .
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 concrelo "licuado". Sin embargo, las cimbras para vibrado externo deben tambi én ser capaces de resistir los repetidos esfuerzos reversibles inducidos por 20
Las cimbras deben diseñarse para resistir la presión del concreto sin sufrirdetlexiones excesivas, así como para transmitirle a aquél los impulsos vibratorios. La placa de acero de S a 10 mm (o más), reforzada con atiesadores horizontales o verticales. o ambos, desempe ña 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 asegurarque no se presenten deflexiones excesivas en la cimbra. Los elementos especiales tales como las vigas en " !" o los canales de acero deb en co loca rse cerca de la placa. pasando a lravés de los atiesadores de manera continua. En general, es recomendable soldar los atiesado res a dichos elemento s, Los v ibradores externos debensujetarse con firm eza a los elementos especiales (véase la figura 2) ya qu e si el vibrador se suelta. puede dañarse y causar danos tambi én a la cimbra . Cuando se emplean unid ades rotalorias eléctricas. la firmeza de l montaje puede verificarse con facilidad midiendo la toma de amperaje. Si éste excede del indicad o en la placa. las unidades no están sujetas con suficiente firm eza, 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 herraj es de la cimbra estén bien suj etos. Puesto qu e las cunas tiende n a aflojarse con la vibrac ión. resulta más seguro fij arlas con tornillos. Debe prestarse particular atención a la resistencia de las soldaduras. Compactación del concreto ACl 3ü9R-05
o
Imcy c
la nos e la imalta ntes
tud.
bue1; es lente
de la zado satism las
rcreto aquél más), is, deI placa laque ipaciase va a ten des canaL través
.ornen'adores .ecíales dañarse
Figura 6.2 Montaje de vibradores:en cimbra de madera para muros y en cimbra para tubos (intercaJación)
Las cimbras verticales deben colocarse sobre cojinetes de hule o deotro material elástico, a fin de evitar el desperdicio de vibraciónal transmitirse ésta a la cimentación de apoyo, asi como la pérdidade mortero. Esdificil 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.
to puede abombarse o formar una acción de diafragma. Este movimiento hace que la fuerza vibratoria sea localy algunas veces da como resultado fallas prematuras en la cimbra. Sin embargo, los vibradores portátiles pequeños, montados sobre ménsulas sujetasa las cimbras metálicas, se han empleado conéxito 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.
La fijación de vibradores exteriores directamente en la cimbra porlo general no es satisfactoria, ya que la superficie de contac-
rezadel ama de nidades :aire no ,1rnoviI ímporestoq ue 5 seguro n a la re
:1309R-05
Compaclaci6n del concreto ACI 309R-05
21
e
tmcyc
Capítulo 7
Prácticas de vibración recomendadas para la construcción en general 7.1 Generalidades
ción insertando el vibrador en el centro de estas elevaciones a fin de aplanarlas. Debe ev itarse e l mov imiento e xcesivo. eS pecia lmente en los elementos estructurales co n grandes can6
Después de haberseseleccionado el equipo de vibraciónadecuado (véase el capitulo 5), éste debe ser manejado por operarios conscientes y bienentrenados. El operador del vibrador debe tener la capacidad de determinar el tiempo necesario que debe permancer el vibrador en la mezcla a fin de asegurar una compactación adecuada. Por medio de una revisión sistemática de sutrabaj o 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. El vibrado interno es, por lo general, el más adec uado para la construcción normal, siempre que la sección sea lo bastante grandepara poder manipular el vibrador. Sin embargo, puede sernecesario el vibrado externo para completar el interno en áreas congestionadas de acero de refuerzo o poco accesibles (véase el capitulo 18). En muchas secciones delgadas, en especial en trabajos de prefabr icación y losas, el vibrado externo debe constituir el principal m étodo de compactación.
7.2 Procedimiento para vibración interna El concreto se debe depositar en capas compatibles con el trabajoque 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 a lo largo de la cabeza del vibrador. En muros y columnas, la profundidad de las capas generalmente no debe exceder los 50 cm. Las capas deben estar lo másniveladas posible,para que el vibrador no se use paramover el concreto hacia los lados, ya que esto puede causar segregación. 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. Aunque el concreto se haya depositado con cuidado en la cimbra, probablemente haya alguno s pequeños amontonamientos o elevaciones. Puede ejec utarse una pequeña nivelaCompactaci6ndel concreto ACI 309R-05
tidades de refuerzo. Después de haber nivelado la superficie, el vibrador debe sistemáticamente insertarse verticalmente con unespaciamiento uniforme sobre toda el área de colocación. La distancia entre las inserciones debe ser de aproximadamente 1.5 veces el radio de influencia, y debe ser de tal modo que el área que se vea afectada por el vibrador se traslape algunos centimetros al área adyacente recién vibrada. Enel casode losas, un vibrador de largo normal se deberá inclinarhacia la vertical, o un vibrador corto de 13cm. de largo se tendrá que sostener verticalmente. Ambos se deberán conservar 5 cmseparados del fondo si la losa es unpanel"tilt-up" y cuandoel 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. Un método allemo 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 movimiento hacia arribay hacia abajo, generalmente de 5 a 15 segundos, a fin de unir entre si 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 fuerza al concreto, la cual, a su vez, incrementará la presión interna en la mezcla fresca recién colocada. Saque rápidamente el vibrador del concreto cuando la cabeza quede lan sólo parcialmente inmersa en el concreto. Elconcreto debe llenar el espacio dejado por el vibrador. Enel caso de mezclassecas en donde el hoyo no se cierre al momento de retirarel vibrador, algunas veces el problema se soluciona con reinsertar el vibrador no más que 112del 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 habercolocado el concreto de laviga, y otra vez cuando el concreto se lleve a grado de acabado. 23
El vibrador ejerce fuerza hacia afuera del hueco de la inmersión. Las bolsas de aire yagua que se encuentren pordebajo o al mismo nivel de la cabezatienden a seratrapadas. Por lo tanto, las bolsas de aireyag ua deben ser trabajadas hacia arriba enfrente del vibrador. Cuando el colado consta de varias capas, cada capa debe colarse cuando la precedente esté aún en estado fluido, a fin de evitar juntas frias. 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 COIl el anterior; no obs-
tante, al retirar la cimbra se observará una línea de junta inevitable en la superficie.
7.3 Adecuación de la vibración interna No hay un medio totalmente seguro y rápido que nos ayude a determinar lo adecuado de la compactacióndel concretorecién colocado, La adecuabilidad de la vibración interna se ju zga principalmente por la apariencia superficial de cada capa. Los principales indicadores de un concreto bien compactado son:
o
Empo tramiento de los agregados de gran tama ño. Excepto en elconcreto arquitectónico consuperficies de agregados expuestos; para obtener la nivelación general de la mezcla y la adecuada unión del per ímetro de la mezcla con la mezcla colocadaanteriormente, se requerirá una delgada capa de mortero en la superficie superior y pasta de cemento en la unión del concreto y la cimbra.
O Cese general de la aparici ón de las burbuj as grandes de aire atrapado en la superficie s uperior. 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 frecuencia; 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 necesaria para notar, a través del sonido que emite el vibrador, cuándo la compactación total se ha logrado.
Ocasionalmente los operadores de vibradores sin experiencia aplastan el concreto solamente; la compactación completa sólo puede garantizarse cuando se procuran y se logran los demás factores que hacen evidente un vibrado adecuado .
7.4 Vibrado del acero de refuerzo Cuando el vibrador no puede llegar hasta el concreto, como ocurre en áreas congestionadas por el acero de refuerzo, resulta 24
-------
muy útil vibrarlas porciones expuestas de las varillas de refuer, zo. El refuerzo no debe ser vibrado después de que el concreto se haya transformado de un estado pl ásatico a uno rígido. El concreto de revenimiento normal. en el estado plástico. compactado de esta manera no debe experimentar una pérdida en la resistencia de adherencia del concreto al acero (Chan, Chen, y Liu 2003), Para este fin debe emplearse un vibrador para cimbra fijado a la vari lla medianteun dispositivo apropia. do. Adaptar un vibrador de inmersi ón a una vari lla de refuerzo puede dañar el vibrado r.
7.5 Revibrado El revibradoes el proceso mediante el cual se vu elve a vibrar con. creta que ya ha sido vibrado. En realidad, la mayor parte del con. creta se revibra involuntariamente cuando. al colar capas sucesivas, el vibradorpenetra hasta la capasubyacente que ya ha sido vibrada. Sin embargo, el t érmino revibrado, tal como se emplea enestasección,se refiere al revibrado intencional y sistemática, efectuado poco después de concluir elcolado (Vollick, 1958).
El revibrado puede llevarse a cabo encualqu iermomento enque el vibradorse hunda porsu propio peso enel concreto y lo licue momentáneamente. Ofrece mejores resultados cuando se efectúa lo más tarde posible.Esta revibración es másefectiva cuando se hace justoantes del fraguado delconcreto para mezc las con revenimiento de 7.5 cm o más. El efecto de la revibración en la resistencia a la adherencia concreta-acero no es tan claro. La revibración parece mejorar la resistencia a la adherencia en varillas superiores colocadas en concreto de alto revenimiento. Sinembargo. la revibraci ón puede dañar severamente la resistenciaa la adherenc iade varillas coladas en concreto de bajo revenim iento que esté bien consolidado. La revibración casi siempreresulta perjudicial para la resistencia a la adherencia del acero de refuerzo del fondo. Antesque nada, la revibración tiende a reducir las diferencias en la resistencia a la adherenciaocasionadas porlas diferencias de revenimientoy posición de las varillas (Altowaiji, Darwin y Donahey, 1984).
La revibración es más benéfica en los primeros centímetrosde la parte superior, 0.5 a J m, de cualquier colado, en donde las bolsas de aire prevalecen. La revibración de las partes superiores de los muros norm alment e da por resultado una apariencia más uniform e de las superficies verticales. Larevibración puede ser muy efectiva para minim izar las grie- / tas en la parte superior de vanos de puertas, arcos, etc. El procedimiento consiste en demorar de I a 2 horas la colocación del concreto adiciona l, dependiendo de la temperatura, después de alcanzarla linea de arranque y la cabecera de la puerta o uniones entre columna y piso. etc, a fin de permitir la contracc ión por asentamiento que ocurre antes de la revibrac ión de los materiales en su lugar, y proseguir con la colocación. Compactación del concreto ACI309 R.05
I
...fIIIi
\1
Imcy c
efuerterete o. El stico, ,rdida Chan,
7.6 Vibración de la cimbra
El tamaño y el espaciamiento de los vibradores de cimbra deben ser tales 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, profun orador didad y espe sor del concreto , poten cia del vibrador, .rcpia- capacidad de trabaj o de la mezcla y tiempo de vibración. fuerzo Serecomienda comenzarcon unespaciamiento,generalmente de 1.2 a 2.4 m, basado en los lineamientos de la sección 5.2.3 y enlaexperiencia previa. Cuando este patrón no produzca la vibración uniforme adecuada, los vibradores deben volverse -a colocar cuantas veces sea necesario para obtener los resultaar con- dosesperados. Para lograr un espaciamiento óptimo se requielel con- re el conocimiento de la distribución de frecuencia y amplitud . capa> sobrela cimbra, así como el de la trabajabilidad y facilidad de ie ya h compactación de la mezcla. i se em stemáti La frecuencia puede determinarse con facilidad con un tacóme1958). trode aguja (véase la sección 16.3.1). Sin embargo, las amplitudes pequeñas han sido, dificiles de medir. Una amplitud en que, inadecuada significa compactación, en tanto que una amplitud cue rnolocal excesiva no sólo constituye un desperdicio de la potencia feclúa k del vibrador, sino que, en algunos casos, puede provocar que el ) se hao concreto se "enrosque" y no se compacte en forma correcta. Al enimiee pasar la mano sobre la cimbra pueden localizarse áreas de vibración muy débilo muy fuerte(amplitud bajao elevada) o puntos con icia Cel vibración nula. El tacómetrode aguja puede proporcionarindicios irar laJt másconfiables; lasdiferencias de laoscilaciónde laaguja en divercadas e sos puntos indicauna aproximación de ladiferencia de amplitud. ón pueé .llas coi El vibrógrafo hace posible obtener valores confiables de la am.solidaé plitud en distintos lugares de las cimbras vibradas en forma exesistenci tema. Generalmente también proporcionan la frecuencia y le nada,l amplitud de onda. encia a El concreto compactado pormediode vibradode lacimbradebecoento y p larse en capas de 25 a 40 cm de espesor, vibrándose cada capa por 1984). 5Cparado. Eltiempo devibrado debeser bastante mayorqueenelcaso metros! de vibrado intemo, con frecuenciahastade 2 minutos, pudiendo lledonde ~ gar hasta 30 minutos o más en algunas secciones de gran peralte. :s supen aparien< Otro procedimiento que ha dado buenos resultados en trabajos prefabricados es el colado continuo de cordones de concreto de 5a \O cmde espesor, acompañado de vibrado también continuo. ar las gJI Puede producir superficies casi totalmente libres de agujeros. :. El prO< .cación Es conveniente tener posibilidad de cambiar la frecuenci a y arndespués, plitudde los vibradores. En los vibradores externos eléctricos, las a o unio' amplitudes puedenajustarsea diferentes valores fijos con bastanracciónf te facilidad. En los vibradores externos de aire la frecuencia pueos mater de modificarse variando la presión del aire, en tanto que la amplitud puede cambiarse reemplazando la masa excéntrica. ) ACI309~ Compactación del concreto ACI 309R-OS
Puesto que casi todo el movimiento que imprimen los vibradores para cimbra es perpendicular al plano de la cimbra, ésta tiende a actuar como una membrana vibradora con efecto de
bombeo hacia arr iba y hacia abajo . Esto es particu farmente cierto cuando la vibración es de gran amplitud y la placa es demasiado delgada o carece de rigidez. Este movimiento hacia adent ro y hacia afuera puede hacer que las cimbras bombeen aire dentro del co ncreto. en especia l en los centímetros superiores (50 a 100) del colado de un muro o colu mna, creando una abertura entre e l concreto y la cimbra. En este caso no exi sten las capas subsec uentes de concreto que ayuden a rellenar dicha abertura; por lo tanto, a veces es conve niente emplear un vibrador interno en estas áreas. El vibrado de la cimbra durante el descimbrado es en ocasiones útil.El ligero movimiento de toda la superficie de la cimbraayuda a desprenderla del concreto y permite retirarla con facilidad sin dañar la superficie del mismo.
7.7 Consecuencias de la vibración inapropiada Los defectos más serios que resultan por falta de vibración son el apanalamiento, excesivos huecos de aire atrapado (cavidades), vetas de arena, agrietamiento porabatimiento y líneas decolado.
7.7.1 Apanalamiento Este defecto ocurre cuando el mortero no llena el espacio entre las partículas de agregado grueso (véase la figura 7. la). La presenciade segregación indica que la primera etapa de la compactación no se completó(véase la sección 4.2). Cuando apareceen la superficie, es necesario picarel área y repararla. Dichas reparaciones deben ser las menos posibles, porque afectanen formanegativa el aspecto de laestructuray reducen la resistenciadel 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 la capa de superficie, mientras la porción inferior puede resultarcon vibrado escaso (figura 7.1b). El apanalamiento debe manlenerse a un mínimo. ya que ello reduce la resistencia del concreto y las reparaciones echan a perder la apariencia de la superficie. En el capítulo 9 del AC/ 3/1./R. 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. Laspropiedadesde la mezcla de concreto que contribuyena la formaciónde 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, 2S
o
Imcyc
~.j. .: :~.ü\¡¡oo..._
.
Figura 7.t8 Apanalamiento
una pobre granulometria de los agregados o un inadecuado revenimiento para las condiciones de colocación. Un espacio insuficiente entre elacerode refuerzoesunacausa importanteparaqueocurran las cavidadesenelconcreto(véase la figura 7.6.1e). Para establecerelespaciamiento del acero, tanto el diseñadorcomoel constructor tienen que tener en mente que el concreto se debecompactar.
7.7.2 Exceso de huecos debidos al aire atrapado Los concretos que ya no presenten segregación aún tienen huecos, pues rara vezes posibleeliminar por completo el aire atrapado (véase la sección4.2). Lacantidaddeaireatrapado que quedaen el concreto después del vibrado es, en gran parte, una consecuencia del equipo y procedimiento de vibrado, pero también se ve afeclada por las propiedades de la mezcla de concrelo, por la colocación durante el colado, as! como por otros factores (Samuelsson, 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 agujeros de insectos "hormigueros") sean excesivos (véase la figura 7.2). 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 cimbrasea inevitable, la punta del vibrador debe protegerse con hule, pero, aun en este caso, debe evitarse en lo posible el conlacto, ya que se puede dañar la cimbra y desfigurarse la superficie del concreto. Resulta critico que las posiciones de los lugares dondese va a insertarel vibrador estén bien traslapadas.
Figura 7.1(b) Los procedimientos aplicadosalalarpuedendarcomo resultado laacumulac ióndemorteroenla superficie y dejar abajo "paquetes" de agregado en la periferia del colado
Deben evitarse los recubrim ientos de gran viscosidad en las ci bras, así como aquéllos que se aplican en capas gruesas, ya tienden a retener aire y burbujas de agua. Los vibradores para cimbra tienden a moverel mortero hacia misma y, cuando se emplean en combinación con vibradores i ternos, han demostrado eficacia para reduc irel tamaño y núm ro de huecos en la superficie. En condiciones muy difíciles y cuando el aspecto del concr sea muy importante. el paleadojunto a la cimbra resultaa me do de gran ayuda para reducir los huecos.
Es casi imposible eliminar los huecos en la superficie interna las cimbras inclinadas, y los diseñadores deben tener en cue este hecho. No obstante, estos huecos pueden reducirseal m' IDO si se evitan las mezclas pegagosas y con exceso de aren el concretose cuela en capas, de 30 cm de espesor o menos,
.\\.
\, \
,
Figura 7.1( e) Un mal diseño delacerode refuerzo crea congestionemi y hace muy difi cil la compactación
26
Compactación ¡JeI concreto ACI3
o
Imcyc '. L V
.' l!"'.
r, "
.,
.
...,. .,
• "
.
-" .
0.r,.""
_..
.
;.
"'. . '.
.: ~ . . .
.
" . .. ..' . "'~" . . ' .~.:
.. '
. :. 1
~ ; •
:
. ,.'
del fraguado inicial. En demoras inusualmente largas durante la colocación, el concreto debe mantenerse fresco revibrándolo pe. riódicamente. El concreto debe vibrarse aproximadamente en intervalos de 15 minut os o menores, dependie n ~ o de las condiciones de trabajo. Sin embargo, el concreto no debe tampoco sobrevibrarse 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 unajunta friay se deberlan tomar las medidas de reparación adecuadas.
'\
7.7.6 Agrietamiento por abatimiento Figura72 Exceso de huecos de aire enlasuperficie decontacto con lacimbra
resules" de
el vibrador se sumerge lo más cerca posible de la cimbra. Los buecos pueden reducirse en forma considerable, fijando un vibradorexterno a la cimbra inclinada y reduciendo el espesor de ascirn- la capa a 5 centimetros. ya que lacia la ores in-
' núme·
oncreto 1 rnenu terna é 1 cuenu
al mini irena, s nos, y~
7.7.3 Vetas de arena Las vetas de arena son el resultado del sangrado intenso a lo lar-
gode la cimbra que; a su vez, es consecuencia de las características y proporciones de los materiales y de los métodos empleados para colar el concreto (véase la figura 7.3). Las mezclas muy fluidas, ásperas, con poco cemento y que contengan agregados malgraduados - en especial aquéllas condiferenciaen IostamaJIos delnúmero50al 100(de 300a 150mm) y en fiacciones menoresdel número 100(menoresde 150mm) - pueden causarvetas de arena, asl como otrosproblemas. El coladodel concreto a través delacerode refuerzoy su colocación en capas muy gruesassin vibrndo adecuado, también puedecausarvetas y segregación. Otra delas causas esfijarvibradores a cimbrascon fugas,locualproduce una acción de bombeo quedacomoresultado lapérdidade finos o la entrada de aire por lasjuntas.
El agrietamiento por inmersión resulta a partir del desarrollo de tensiones cuando el concreto se asientaen forma mecánica cerca del tiempo de fraguado inicial. Para eliminar este tipo de agrieta. miento, elconcreto debe revibrarse hasta la últimaocasión en que el vibrador se hunda en el concreto bajo su propia masa.
7.7.7 Es mucho más común la falta que el exceso de vibrado. Los concretos de densidad 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.
7.4 Líneas de colado Laslineas de colado son lineas oscuras (véase la figura 7.4) que aparecen en la superficie cimbrada y que hacen evidentes los limites 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.
7.7.5 Juntas frías Inamientt
Las demoras en lacolocación pueden ocasionarjuntas frias. Para evitar éstas, la colocación debe reducirse sustancialmente antes
CI309R.(l
Compaclación del concretoACI 309R·OS
Figura 7.3 Vetas de arenacausadas por sangrado mtenso a lo largo de la cimbra
27
o
Imeye
agregado de baja de nsidad es una cuestión separada que no tiene relación con el propo rc iona miemo de l mortero . --.....r ..
"'-
~
... -
O Velas de arena - se dan más frecuentemente e n mezclas pobreso ásperas y con el concreto quese mueve horizontalmente po r el vibrador.
a •
Figura 7.4. Líneas decolado
7.7.8 El exceso de vibrado Puede ocurrir cuando, debido a una operació n desc uidada o al emp leo de equipo demasia do grande, la vibración es varias veces mayor que la cantidad recomendada. El exce so de vibraci ón puede dar como resultado las siguientes anomalías:
O Segrega ción - La mecánica de la seg regac ión entra enjuego cuando las fuerzas de gravedad y de vibrac ión tienen tiempo suficie nte para actuar. Con un tiempo de vibración
excesivo, las fuerzas cohesivas en el interior del concreto son sobrepasadas por la gravedad y la vibración ocas iona que los agregados más pesados de la mezcla se hundan y los más Iígeros se vayan hacia la parte superior de la pasta matriz. Un examen durant e o después de este tipo de co locac ión mostrará una capa de lechada, una capa de mortero que contiene una prop orción menor de agregados grandes y una acumulación de agrega dos grandes en el fondo de la capa de colocación. Esta condición es más probable en el caso de mezclas de alto revenimiento y cuando hay grandes diferencias en las densidades de los agregados y del mortero, y cuando las mezclas tienen una prop orc ión demasiado alta de mortero respecto al agregado grueso. El
28
Pérdida del aire atrapado en el concreto con aire incluido - Esto puedereducir la resistencia del concreto a los ciclos de con gelamiento y deshi elo. El problema ge neralmente se presenta en aquellas mezclas COI1 contenido de agua
excesivo. Si el concreto contiene la cantidad de aire atrapado recomendada originalmente por el comité 22 1 de l AC I y la trabajabilidad está en e l rango ade cua do , es mu y poco probable quc ocur ra una gran pérdid a de a ire atrapado; Una mezcla de co ncreto apropiadamente proporcionada con una dosis de aditivo inclusor de aire para dar un contenido de aire del 7% puede ser vibrado hasta que el contenido de aire sea del 3%sin reducción en su resistenciaa congelación debido a que el factor de espaciamiento de burbuj as. 0.005 a 0.007 pulgad as (130 a li SO urn) es todavía menor que O.OOS pulgadas (200 urn) (Lielenz el al. 1955). Demasiadas inserciones del vibradoren puntos muy cercanos entre sí, en concreto con alto revenimiento pueden ocasionar que falle el sistema de aire incluido, lo cual puede provocaruna reducción en la resistencia al congelamiento-deshielo. O Deflexion excesiva o cimbra da ñada - Éstos son más frecuentes con la vibración externa.
O Falla de las cimbras - La inmersión de l vibrador por demasiado tiempo en el concreto en la misma ubicación puede producir presiones hidrostáticas internas excesivas que pueden dar como resultado una falla en el molde Cuando se vibra internam ente el concreto a una profundidad excesi va (más profu ndo que el rango diseñado y el concreto es licuado) . este procedim iento
puede causar que el molde falle instantáneamente. Las fue rzas d inám ica s pro ven ie ntes de la vi brac ió n prolongada puede n tener serios efectos en la calidad del concreto en el sitio en forma de segregación localizada.
Co mpactació n del conc reto ACI309R.OS
•
o
Imcyc
que rtero.
la
ezclas rizon-
c!lIido
ciclos mente , agua e aire omité o ade· .n p érte rete aditivc lel7% sea del ebidoa 10.007 , 0.008 .das in-
'e si. en
que facaruna ielo.
nas freo
lor por
icación cesiva el mol a un! rangc imieníe te. LaJ iraciét idad dd lizada.
Capítulo 8
Concreto estructural 8.1 Prerrequisitos de diseño y detallado Al diseñar elementos estructurales y al detallar la cimbra y el acerode refuerzo, debe tenerse en cuentaque 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 m étodo de compactación debe analizarse cuidadosamente cuando se detalle el acero de refuerzo y la cimbra. Por ejemplo, para vi· bración 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 cent ímetros.
8.2 Requerimientos de la mezcla Las mezclas de concreto estructural se deben proporcionara fin de obtener la facilidad de co locación, durabilidad, resistencia al deterioro y otras propiedades requeridas respecto a las cond iciones 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 segregac ión ni se acumule mucha agua libre en la superficie. Algunas gulas respecto al proporcionamiento pueden encontrarse en el capítulo 2; además, el ACI 30 I proporcio na una gula para la resistencia con respecto al proporcionamiento. En áreas de congestionamiento del acero de refuerzo, se deben tener en cuenta los procedimientos señalados en el capitulo 18.
Estos elementos requieren que se ponga especial atención en el tamaño de miembros, tamaño del acero estructur al, localización, espaciamiento y otros factores que influyan en la colocación y compactación del concreto . Esto resulta especialmente cierto-enaquellasestructuras diseñadas para cargasslsmicas, en donde el acero de refuerzo a veces está muy congestionado y resulta imposible la compactación efecti va de las mezclas de concreta convencionales.
Una consistencia plástica (Tabla 2. 1) 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. El concreto para elementos estructurales pesados y losas puede colarse de modo satisfactorio con revenimiento más bajo, cuando está bien vibrado.
Eldiseñador se debe comunicar con el const ructor 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 pa· quete, modificación de los espacios de los estribos y aumento del tamaño de las secciones.
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 qulmicos o tales como aditivos reductores de agua de alto rango (HRWRA: high-range water-reducing admixtures) produciendo una mezcla más fluida que pueda compactarse de modo más adecuado. Sin embargo, el uso del concreto fluido no evita la necesidad de utilizar la vibración.
Cuando las condiciones de compactación están por debajo de los estándares, se debe tomar una o más de las siguientes medio das: rediseñar el elemento, rediseñar la colocación del acero de refuerzo, modificarlamezcla, en algunos casos para que sea autocompactante utilizar pruebas en maquetas a fin de desarrollar un procedimiento alterno y alertar al constructor acerca de aquellas condiciones que pudieran resultar críticas. La colocación del concreto en áreas congestionadas se discute con más detalle en el capitulo 18. Debe prestarse consideración aluso de conexiones mecánicas en lugar de traslape del refuerzo para minimizar la congestión. CompaClación del concreto ACI 309R·OS
8.3 Vibración interna En la mayoría de los concretos estructurales el vibrado se lleva a cabo con más eficacia mediante vibradores estándar de inmersión que se ajusten a las recomendaciones de la tabla 5.1. El vibradoelegido debe ser adecuado para la mezcla y para las condiciones de colado. El procedimiento recomendado para vibrado interno es el descrito en la sección 7.2. En muros y vigas, por lo general deben utili29
,i
Im cy c
zarse dos vibradores. lino para nivelar la mezcla inmed iatamente de spués del colado y otro para la compactac ión. En o bras de mayor importancia y tama ño es útil un tercer vib rador. qu e puede ser menos potente que los otros do s. Se deb e usar una linea de inmersión poco espaciada. a aproximadam ente 10 centímetro s de d istancia de la cimbra y tamb ién en la capa superior del colado. para ay udar a qu e las burbujas de aire suban y escapen . Las losas co ladas mon ol üicamcntc CO Il las vigas se deben co lar de la sig uiente manera : las vigas se debe n colar y vibrar . Se esperará un lapso de aprox ima dam ent e una hora a fin de perm itir que e l sangrado se presente en las vigas. antes de pro ce der a colar el co ncre to de la losa. La losa de co nc reto se debe co lar y vi bra r antes del fraguado inicia l de las v igas de co ncre to. Los vibradores deb en penetrar. a través de la losa. en las vigas d e concreto coladas previam ent e a fin de compactar y unir los e lementas estructurales. w
8.4 Vibración de las cimbras El vibrado de las cimbrases adecuado para muchas secciones delgadas y es un complemento útil del vibrado interno en sitios en que el acero de refuerzo está muy congestionad o, donde e l co ncreto no puede colarse en forma directa sino que debe desp lazarse hasta su posición final, o bien..cuan do no es posible utilizar un vibrador interno. Sin embargo, la vibración puede ocas ionar, en la cimbra presiones, sustancialme nte mayores que las normal es: por lo tanto. debe darse especial importancia al diseño de las mismas para resistir estas presiones. Los procedim ient os par a el vibrado de las cimb ras se describen
en la sección 7.6. Cualquiera que sea el empleo de vibradores
JO
para c imbra . es imp ortante evita r la vibrac ió n excesiva en cualqu ier plinto determ inado. Los vibr ador es deben mov erse confarol e sea necesari o para man tene rlos operando j usto deb ajo de la superfic ie del co ncreto y no en áreas vacía s.
8.5 Revestimiento de túneles Los vibradores de cimb ra se usan para la compactación del concret o en los revestim iento" de túnel. Frecu entemente, la vibración de las cimbras se complementa con vibradores de inmersión que se usan por atrás de la cimbra o mediante ventanas de acce so en la misma. El concreto para revestimientos de túneles se co loca más comúnmente por medi o de bombeo. con líneas de bombeo colocadas en los mu ros latera les y en las coronas. Es importante tener una mezcla fluida , aunque co hesi va, que responda bien al proceso de vibrac ión. 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 lacoro na. se prod uce un a pendi ente en el co ncre to . Esta pe ndiente ge neralmente va riará de 2 1/2 a l . y co mo máximo de 5 a I en relación horizonta l a vertical. Los vibradores de cimbra deben ope rarse a unos poc os ce nt ímetros de la pen dient e y deben moverse hacia ad elan te, frec uentemente en forma hori zontal. 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 má s alt os dentro de la cim bra no se baj e a causa de la vibrac ión . Co nfo rme se lleva a cabo la co locac ión de l co ncre to. Ia retirada de la línea de bomb eo, la posición y el tiemp o de vibrac ión deben aseg ura r un má ximo rell enado de la cimb ra .
Co mpactación del co ncreto AC I 3ü9R-OS
I I I I I
I
I
\; uncyc
al-
10-
de
Capítulo 9
)n-
i ón
Concreto masivo
[ue
la lás ,10ner ce1 el i
El concreto masivo se define como cualquier volum en de concreto con dimensiones lo suficientementegrandes para requerir que se tomen medidas a fin de manejarlageneración de calorde hidratación del cemento y los consecuentes cambios volumétricos y, así, minimizar el agrietamiento. Para reducir el aumento
de temperatura y lograr ahorros, se utilizan bajos conlenidos de cemento y agregados grandes a fin demantenerunrevenimiento
conte reben no-
bajo. Estas medidas generalmente requieren de atención especial respecto a la compactación. La cuadrilla debe trabajar estrechamente unida y moverse como una un idad,en vezde que cada operador trabaje separadamente con inserciones aleatorias muy espaciadas.
9.3 Cimbras Para economizar en cimbras y tener un mejor control de la tem-
peratura, el concreto masivo se debecolocar en capaspoco profundas de 1.5 a 3 metr os de esp esor. Ad emá s de los requerimientos usuales de las cimbras (véase el capítulo 6), las cimbras para concreto masivo casi siempre dependen de los anclajesempotradosenel concretopara 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.
Se
la los
1
9.1 Requerimientos de la mezcla
. VI-
>, la
)ra-
El proporcionamiento adecuado y el uso óptimo de los ad itivos químicos, cen izas volantes y GGBFS en el concreto masivo facilitan una compactación adec uada. Co nsúltese el ACI 21 I.I para información acerca del prop orcionamient o de la mezcla. En el ACI 207.1 R se puede encontrar informac ión adicional respecto al concreto masivo.
9.2 Equipo de vibración El concreto masivoque tenga agregados de tamaño mayor a 1 ¡12 pulgadas (40 mm)y un bajocontenidode cemento representaun especial problemade vibración cuando se utilizan consistencias de revenimiento bajo . Esta condició n req uiere que, para una compactación adecuada, se cuente con un poderoso equipo que satisfaga los requerimientos del grupo5 del cuadro 5.1 . En los Estados Unidos generalmentese utilizan vibradores neumáticos. La entrada de aire debe ser grandey la potencia del vibrador debe ser la suficiente para permitir una compactación adecuada. En áreas densamente reforzadas se pueden necesitar vibradores con diámetros pequeños a fin de penetrarentre las varillasy lograr una compactación adecuada.
IR·05
Compactación del concreto ACI 3D9R-OS
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 seccionesmuy reforzadaspueden 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 ancho. El extremo de cada capa superior debe apoyarse 1.2 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 colocadas a lo largo del extremo. Este procedimiento produce un efecto escalonado en las capas (véase la figura 9.1). Luego se completa la colocación en todo su espesor y áreacon una exposición mínima de la superficie. Esta práctica disminuye el calentamiento del concreto preenfriado y el problema de las juntas frías entre las capas en climas calurosos. También facilita la colocación en climas húmedos. Los detalles referentes a la colocación y fabricación del concreto masivo pueden encontrarse ademásen el u.s. Bureau 01 Recíomation. 1988; ACI 207.1R. Para una compactación efectiva del concreto masivo, el personal que maneje los vibradores debe seguir un procedim iento sistemático. El vibrador debe insertarse en forma casi vertical en las partes más altas de las pilas depositadasde concreto con espacios uniformes y luego reinsertarse como sea necesario para apla3t
La pan e superior del bloqu e termin ado debe quedar nivelada y
sin huellas de pasos, con el objeto de faci litar la limpieza subsecuente de las juntas. La vibración final debe efectuarla un operador de vibrador calzado con "zapatos de triplay para nieve", empleandoun vibradormás pequeño si es necesario. Al concluirse la compac tac ión, la parte supe rior del agre gado g rueso debe
estar aproximadamente al nivel de la superficie del concreto. La cantidad de concreto q ue se puede manejar con un vibrador depende de la ca pa cidad de este último, de la experiencia y la diligencia del opera do r y de la respu esta del vibrad or a la mezcl a
part icularde concreto que se está compactando. En condiciones
Figura 9.1(3) Construcción escalonada usada para construcción de concreto masivo. (Fotó cortesía de O.S. Bureau ofR eclamation)
óptima s, una cu adrill a efic iente pued e compactar hasta 40 m' por hor a por vibr ador. A Ircdedor de las piezas ahogadas y cuando se em plea n cimbras co mp licad as, dicha cantidad puede reducirse hasta men os de la mi tad . En Euro pa, Jap ón y Can adá se han empleado con éxito vibrado res múltiples a base de cuadrillas de niveladoras, grúas y montacarga s hidraú licos. Un a de las niveladoras extiende y nive la el
nar el concreto a la profun didad adecuada y a lo largo de toda el área (vé ase la figura 9. 1 b). Luego las sucesivas coloca ciones deben vibrars e en forma sistemática perm itiendo que el vibrad or penetre en tod a la profundidad de la cap a a nte r io r pero manteniéndose alejado de los extremos delanteros (véase figura
9.1e). Los extremos que estén en contacto con las franjas anteriores que ya hayan sido coladas deben entretejerse comp letamente. Cada operador de vibrador debe tener un área especial de trabajo. El vibrado debe continuar en cada punto hasta que deje de salir a ire atrapado . Dep endi end o de la mezcla y del reven imient o,
concreto listo para compactarse; le sigue otro con tres o más vi-bradores mont ad os en el frente. El empleo exitoso de este pro ce-
dimiento requiere c imbras abiertas co n un mínimo de separado res. Se debe tener cu idado a l voltear la prim era nivel ador a de empuje para qu e las orugas de la seg unda no excaven dent ro del co ncreto.
9.5 Concreto compactado con rodillos
esta operación toma de lO a 15 segundos. Las inmersiones de-
El concreto masivo puede compactarse pormedio de rodillos vi-
ben es paciarse y prol ongarse d urant e lap sos de tiempo suficientemente largos para que no quede duda de q ue la compactac ión
bradores. El Co ncreto Co mpactado con Rod illos (CC R) es un
está completa , no sólo ce rca de la superfic ie sino en todo 'e l espesor de la capa y aún debaj o de ell a.
concreto con "cero reven imiento" que se transporta, coloca y compacta en capas hori zontales usando el mismo equipo que se utiliza para la construcción de carreteras y construcc iones rellenas de roca y tierr a. Puesto que la fase de compactación de la construcción del CCRse ejecuta con equipo para movimiento de tierras. el t érm ino compactaci ón se ha usadoen lugardel t érm ino consolidacion paraconcreto. El AC I 207 .5R, AC1309.5R YAC I 325. 10 R contienen información det allada so bre el CC R. El co ncreto compactado con rodillos (C C R) qu e se usa en los
Figura 9.I(b) Nivelado de unadescarga de concreto masivo reciéndepositado en la cimbra
32
Estados Unidos. ge nera lmente se coloca en capasde 20 a 30 cm aunq ue cn algunos casos se han llegado a usar capas de hasta I 111 . Para capascon espesores de más de 30 cm, el concreto debe depositarse y esparcirse cn 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 dc 1.800 a 4.500 Kg/m de ancho de tambor. En algunas ap licacioncs, el acabado se completa por medio de rodillos con ruedas neum áticas con una masa estática hasta de 26 toneladas (2ó.OOO kg), En áreas estrechas y áreas adyacentes a muros u otro tipo de obstáculos, pueden usarse aplanadoras Co mpactación del concreto ACI 309R-OS
•
-o
Imcyc
inicial.Esto se logra compactando los extremos de las líneascon una pendiente de 2 a 1,ó cortando un extremo vertical en el concreto bien compactado con un nivelador.
la y ise~ra-
La selección de los rodillos vibratorios no se ha estudiado aún lo suficiente y laselección del equipo se debe establecerpor medio de pruebas de campo. Los rodillos vibradores generalmente pertenecen a una de las siguientes dos categorías:
"'e",
uirebe l.
idor
O Rodillos de alta fre cuencia y baja amplitud - 1,800 a 3,200 vibraciones por minuto (30 a 50 Hz), 0.38 a 0.75 mm -uti lizados para la compactación de asfalto.
dizcla mes 1m'
I
Jan-
Figun 9.1 (e) Vibraci6n .isternMica de l. cap. de concreto
eduIdonta· la el s viocede
I
/elaaven
S vi-
un :a y le se i
elle-
manuales y apisonadoras mecánicas a tin de compactar el CCR. Cuandose utilice este equipo debe tenerse cuidado de colocar el CCRen capas más delgadas a fin de asegurar su compactación. Lacolocacióny compactaciónse hacen generalmente en capas _horizon:.les. Sin emb,,!g.o!- CCR se ha colocado y compacta: doen capas con rnode- rada pendiente en donde se ha utilizado una líneapara facilitar el viaje del rodillo a lo largo de la pendiente.
:1
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
O Rodillos de menor frecuencia y mayor amplitud - 1,200 a 1,800vibraciones por minuto(20 a 30 Hz) 0.75 a 1.5mm-utilizados en la compactación de tierray rellenos rocosos. Los parámetros de construcción y las caraeteristicas de lamezcla de concreto tales comoespesorde la capa de colado, tama/lo nominal máximode los agregados y contenidode agua,pueden influir sobre la selección de los rodillos. Se debe tenerespecial cuidado en el proporcionamiento de lamezcla de CCRy en lastécnicas de compactacióna fm de evitar la segrega-
ción o contaminación en la capa recién colocada y para asegurar una buena unión que al mismo tiempo sea impermeable. 0m00 seooIoca lamezcla fresca de CCR en una superficie endurecida, ésta debe estar limpia y hay que colocar sobre ella una capa delgada de morterode 75 a 125mm de una mezclamás plástica antes de cubrirla con la capa regular de CCR. Generalmente es suficiente con 4 a 6 pasadas con un rodillo vibratorio de tamaño adecuadoa finde producirun concreto denso y biencompactado. Sinembargo, conforme se incrementan el espesor de la capay la rigidezde la consistencia, las mezclasde CCR puedenrequerirde más pasadas con el rodillo. Se deben llevar a cabo pruebas de campo para determinar el número de pasadasdel rodilloquese requieren para lograr una buena compactación.
le la ode nino
ACI
los )c m
1
ita 1
Jebe evar pac-
una .bor. o de
de .ntes loras
'a
IR-OS
Compactación delconcretoACI J09R-OS
33
o
Imcyc
Capítulo 10
Losas para pisos de concreto de densidad normal 10.1 Requerimientos de la mezcla
10.3 Losas estructurales
El concretopara la construcción de losas debe dosificarse de manera que proporcione las condiciones requeridas para el colado, el acabado, la resistencia mecánica, a la abrasión y durabilidad. La norma ACI 302.1 R indica el proporcionamiento adecuado para los pisos y losas,y los procedimientos de construcción.
Las losas estructurales que contienen acero de refuerzo y objetos ahogados tales como tubería, conductos, camisas de tubos, etc; para instalaciones se deben vibrar internamente. Pueden usarse en este caso reglas vibradoras para facilitar la operación de acabado de alta frecuencia y baja amplitud.
Las mezclas másrígidas se usan mucho puestoque 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.
A veces en laslosasse presentan columnas, conductos o varillas de refuerzo que sobresalen y que impiden la colocaciónde 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. Conestosrevenimientos se obtiene la compactación adecuada mediante vibrado interno y el acabado con regla y manual.
10.2 Equipo Paracompactar 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 po..cimbras, tablones o rieles. Deben ser de baja frecuencia, de 3, 000 a 6, 000 vibraciones por minuto (de 50 a 100 Hz), y de gran amplitud para reducir al mínimo el desgastede la máquina; deben proporcionar la profundidadde compactación adecuada, sin crear en la superficie una capa nociva de finos. Es aceptable el uso de vibradores de alta frecuenciay baja ampl itud cuando se aplican sólo para acomodar las operaciones de acabado. Las losas sin refuerzo de 20 cm de espesor se pueden compactar por medio de vibración interna o de superficie. El vibrador interno empleando el equipo descrito en latabla 5.1. serecomienda para toda losa de más de 20 cm de espesor. También es aconsejable para losas de espesor menor, cuando éstas tienen acero de refuerzoy tubería para instalaciones. También debe proporcionarse vibrado interno adyacente a los dispositivos de transfe- rencia de carga y las cim bras.
Compac taci ón del concreto ACI :\09R-OS
10.4 Losas sobre el suelo Los procedimientos descritos en el capítulo 11 deben seguirse 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 procedímientas demasiado mecanizados. Este tipo de construcciones quedacubiertopor losprocedimientosexpuestosen estecapítulo.
1004.1 Vibrado interno La cabeza del vibrador debe quedar totalmente sumergida durante el vibrado; en losas gruesasse puede íntroducir 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 extraños. El empleode reglas vibradoras, cuando pueden utilizarse aristas de la cimbrao rielesmaestros, facilitalasoperaciones denivelado despuésde que la losasehacompactado mediante vibrado interno. Siseemplea la regla vibradora, puede utilizarse concreto de menor revenimiento. 35
Ci
rmcyc
10.4.2 Vibrado superficial Por lo gen era l se recomi en dan revenim iento s entre 2.5 y 5 cm par a co ncr etos co mpactados co n reglas vib radoras. Para los reve ni m ientos que exced an de 7.5 c m. las reg las vibradora s se de ber án usar co n cuidado ya que esto s co nc reto s m ost ra ran acumulación de mortero en la superfici e acabada después del vi -
brado. La s reg las vibrado ras ni velan y alin ean e l concreto. además de prop orcion ar buen a co m pactac ión . Par a logr ar una bue na compactación , la ar ista de ni vel ación d ebe esta r en ángulo co n la superfic ie y la so breca rg a apro piada (a ltura del co ncreto no co mpactado requerida par a producir una superfici e termin ad a co n la e leva ció n apropiada) al frente de la ni vel adora prin cip a l. C uando no se a posible coloca r tabl on es m aest ros o c imbras para las reg las v ibradoras u otro s vibradores d e superficie. sera nec esa rio incrementar el reven imie nto en tre 7.5 y 10 cm y logr ar la co mpactac ión primar ia a través de las op eraciones de alineado y acaba do . El v ibra do int ern o se ra necesar io par a compactar en forma adec uada el concreto que queda a lre dedor del acero de re-
en la cap a de arr iba. l.a ca pa de arriba se deberá co loca r, prefer iblemen te. ant es de que la capa inferior alcance el frag uad o final. El uso de s istemas de piso de dos capas proporciona eco nom ía y un uso ma s e fi c iente de materiale s. La superfic ie de be enrasa rse Ull poco más a lto que e l nivel de acabado : la cap a de desga ste de baj o reveni miento deb e compacta rse medi ant e rod illos. pisones o algú n otro tipo de vibrado superfic ial. El empleo de una máquina de discos flotado res pro vista de ma rt ine tes pro po rc iona compac tac ión adic ional en la zona cercana a la superficie. En es tos con cret os, la máq uina de disc os de be empicarse poco d espu és de pasar la reg la niveladora si es necesario llev ar a la super ficie suficiente mort ero para llenar bie n los huecos. Los ad itivos q uímicos se pueden usar para incre me ntar la trabajabili dad de la mezcla y fac ilitar la compactación .
10.6 Extr-acción de agua por vacío
fuerzo. de los d ispositivos de transferencia de carga. de las
El proceso de vacío es un m étodo que mejora la ca lida d de l co ncreta ce rca de la superfic ie y consis te en quitar parte del ag ua de la mezcla despu és de haber colocado e l co nc re to; s in emba rgo,
mu esca s y las aristas de las cimbras.
siempre se invol ucra algo de recompactación (véase la fig ura
10. 1). A la superficie se aplica una lona o estera despué s que se
10.5 Pisos industriales para servicio pesado La superficie de de sgaste de pisos indu str iales para serv icio pesa do deb e ser de conc reto de alta resistencia a abrasi ón. Para información co n respecto a las va ria s clas ificac iones y req uer imie ntos
de pisos, véase la Tabla 2.1 en el ACI 302. 1R para información co n respe cto a las var ias clasificaciones de pisos y sus requisit os. Mu chos pisos indu striales se colocan en do s cap as, con concreto
ha logrado la compactación no rma l y se co nectan a bombas de vacio. La s ucc ión aplica da por las bombas y la presi ón atmos férica (una fuerza com pacta nte) ac túa n s im ultánea me nte sobre la lon a o es te ra. quitando el ag ua y e l a ire atrapado d e la región cercana a la su perficie y cerrando los esp acio s qu e ocu paba el ag ua. C uando se hace ligeram ent e más tarde qu e en el mom ento ó ptimo , los hu ecos por aire atra pado pued en ser concentrad os como di scos ap lanado s justo po r deb ajo de la sup er ficie, prod uciend o un a fa lta de resi st enc ia a la ab rasión .
convencional en la capa inferior y un conc reto de alta resistencia
Figura 10.1 la extracc ión de agua por vacío de losas de concreto se muestra justo despué s de la ope ración de acabado del piso.
36
Compa ctaci ón del co ncreto AC I 309R·05
o
rmcyc
:ri.al,
'Y :a-
·se fide abe a· os la
t-
le J, 11
e e t-
a -;
Capítulo 11
Pavimentos 11.1 Generalidades Los trabajos de pavimentaciónde carreterasy pistas de aeropuertos incluyenaplicaciones tales como pavimentos con refuerzo continuo y cubiertas de puentes. en los que se puede usar concreto a razones de más de 400 m' por hora. Generalmente, para la colocacióny acabados, se utilizan equipos automáticos capacesde colocarconcretoscon revenimientos de 2.5 a 5 cm. En el otro extremo, los desarrollos residenciales pueden requerir menos de 80 m' de concreto pordía. Generalmente, cuando se utilizan revenimientos en el orden de 5 a 10 cm, se requiere de mucho trabajo manual. Este capitulose enfoca a la construcciónde carreteras y campos deaeropuertos. Los procedimientosaquídescritos seaplican tanto a los pavimentos decimbra fija como a los decimbras deslizantes, Losconcretos para pavimentos de revenimiento cero se colocan mediante el método decompactaciónconrodillos asítalcomofuedescrito en lasección 9.5.
l. )
11.2 Requerimientos de la mezcla La mezcla de concreto se debe colocary acabar apro- piadamente para lograr la compactación y el acabado necesarios. El revenimiento debe ser de 5 cm o menos, a fin de obtenerel mínimo de segregación y mantener la calidad del concreto.
determinan el espesor de la losa, la velocidad de ejec ución, la consistencia y otras características de la mezcla de concreto. Los vibradores internos, porlo general automontados en serie y que reúnen los requisitos del cuadro 5.1, pueden emplearse cuando el espesor del pavimento sea de 20 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 10cm. Los vibradores hidráulicos han ganado mucha popularidad en los últimos años, especialmenteporque la frecuencia es ajustable y los requerimientos de mantenimiento son bajos.
Pueden emplearse vibradores de superficie en pavimentos de espesor inferior a20 cm y se usan con éxitoen pavimentos de más de 25 cmde espesor usando un esfuerzo vibratorio mayor.Sin embargo, la razón de ejecución será menorque cuando se emplean vibradores internos.Asimismo, elvibrado superficialencombinaciónconapIanado y nivelación a reglatiende a llevardemasiados finos a lasuperfic ie, dependiendo del diseño de la mezcla. Esto puede suceder comoresultadode proporciones de mezclainadecuadas o sobretrabajado de la superficie o de ambos. La velocidad del equipo de pavimentación controla eltiempo de vibrado. El diseño de dicho equipo y el de la mezcla deben ser congruentes.
El concreto quese recibaen el punto de colocación debeser uniforme.
Las variaciones en la mezcla pueden resultar en una segregación o en una compactación inadecuada, ocasionando que el pavimento sea de malacalidad y de pobreresistenciaaldeterioro. Paraelcasodelconcretoreforzado con fibras, los vibradores internos sedeben usarcon unes. paciamiento menory durnnte mayor tiempoa fin deobtenerresultados satisfactorios. (Véase ACI 544. lR)
11.3 Equipo
11.3.2 Req uisitos generales Los vibradores, tanto de superficie como internos. deben controlarse mediante un interruptor de "encendido-apagado" que opereen fonna simultánea todos los vibradoresy sólo cuando la máquina pavimentadora esté en movimiento hacia adelante. La capacidad de variar la frecuencia es necesaria para perm itir ajuste en cuanto a condiciones de la obra y a los materiales empleados.
i 1.3.1 Selección del tipo de equipo Es recomendable que todos los pavimentos se compacten mediante vibrado completo. El tipo de vibrado -interno o externo- lo Compactación del concreto ACI 309R.OS
Deben tenersedisponibles variosvibradorespara el casode que se requ iera vibrado adiciona l, o como repuestos.
37
o
Imcyc
pavimentos. Estos están especialmentediseñados para compactar losas delgadas Y para operar por encima de las mallas en pavi\
mentos reforzados. Los vibradores mencionados están, por lo general, montados en seriesobre un marco horizontal (véase la figura 11.1 ) que debe estarcolocadojustodelante de la primera regla o placade aplanado. El marcadebeserajustablehaciaadelante o haciaatrás para compensar lasdiferencias de consistencia del concreto de una obra a otra.
Figura 11.1 vibradores de escoplo monlados en serie para compaclaóón de pavimen tos de
('01\..:r('10
Elmarcu debetener lacapacidad paraespaciarde lOa 14vibradores sobre un ancho de pavimentación de 7.3 m. Asimismo, debe tenermovimiento vertical para que los vibradores puedan retirarsc por completo del concreto o bajarse hasta la profundidad necesariadentro del concreto. para obtenerun vibrado óptimo. Los vibradores se deben ajustar en fonna angular y mantenerse así durante la vibración.
La frecuencia se debe ajustar entre 8.000 Y12.000 vibraciones por minuto (130 Y200 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 áreas irregulares.
11.3.4 Vibradores superficiales Fig.ur:¡ Il .:!ib) i"i\'cI3JllT;l antiguacon camiones que permite la acción de leva a fin de i..ar la nivelador3 de la superficiede concrete micntra" se mue-
ve para realizar la segunda pasada
1
.1
•
••
Figura t 1.2(b)Niveladora antigua concamiones que permite la acción de levaafinde Izar laniveladora delasuperficiede concreto mientras se mueve para realizar la segunda pasada
11 .3.3 Vibradores internos Además de los vibradoresinternos nannules (descritos en elcapítulo 5) existen vibradoresen form ade "L"paralaconstrucción de
En la construcción de pavimentos de concreto se emplean tres tipos de vibradores de supcrficie: el de artesa, la regla vibradora y el vibrador de rodillos (véase la sección 5.3).
La pavimentadora es una unidad de propósitodobleque compacta el concreto y daunacabado a lasuperficie. Los extremos de lallana generalmenteno cuentan con ruedas(ensamblessobre ruedas) (figura11.2a).Algunosequiposantiguos pueden tenerruedas (figura 11 .2b) con acción tipo leva. de modo que la llana puedalevantarse de la superficie de concreto sin tener que moverse hacia atrás en un segundo paso. Las pavimentadoras pequeñas pueden levan= en forma manual. Normalmente se requiere una unidad para cada carril de ancho. Laspavimentadoras deben podervariarla freeuenciade 3.000a 8.000vibraciones porminuto (50 a 130 Hz). La pavimentadora vibradora es el único vibrador de superficies que se usa exc lusival11~nte para compactación. La regladebe montarSe sobre un marco horizontal que pueda levantarse del concretoo que pueda sostenerse a la altura deseada. Lapavimentadora vi· bradora debe poderse ajustar a una frecuencia de entre 3,000 a 6,000 vibraciones por minuto (50 Y 100 Hz). Otro tipo de vibrador de superlicie es el vibrador de rodilloS, que 10 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 (2 a 7 Hz). Este equipo se utilizaen Compactación del concreto ACI 309R.(IS
38
o
Imcyc
concreto con revenimiento de más de 5 cm y su empleo debe limitarse a áreas irregulares y a colados manuales.
11.4 Procedimientos de vibración 11.4. 1 Vibrado interno por medio de vibradores internos montados en serie
r
e I-
d
;e
'i-
;n .a-
res )fa
reta
ana (fi-
ura tar-
s en arse :ada len· avie se arse .to o
vi· 00 a
1
íllos,
,jus' 00 a zaen 9R.oS
La fuerza centrífuga y el espaciamíento de los vibradores debe determinarse tomando en cuenta el agregado a emplear, las características de la mezcla, la velocidadde descargadel concreto, el método de colocacióndel acero de refuerzoy larapidezde las pavimentadoras. Para las mezclas con agregado grueso pequeño y elevado contenido de agregado fino, deben emplearse vibradores con fuerza centrifuga cercana al límite inferior del orden que aparece en el cuadro 5.1, grupo 3. Por lo general, el espaciamiento de pruebadebe ser entre 50 y 75 cm. Cuando sea menor la fuerza centrífuga y el espesor de la losa, debe haber menor distancia entre los vibradores. La colocación de los vibradoresexternos es especialmentedificilcuando la pavimentación se hace con cimbras deslizantes. Cuando se produzcan desuniformidades o irregularidades en los patrones del vibrador mientrasse esté trabajando a velocidades de vibración normales, deben bajarse los vibradores en el concreto, cambiar la angularidad, incrementar o disminuir la frecuencia, cambiar la amplítud (generalmente cambiando la masaexcéntrica),o añadir vibradores adicionaleshasta eliminar las irregularidades. La compactación adecuada se logra generalmente cuando lasuperficie del concretotieneuna textura uniforme y lustrosa y los agregados gruesos apenas son visibles en la superficieo por debajo de la misma. En pavimentos de menos de 25 cm de espesor, los vibradores deben operarse paralelos a la sub-base, o formando con ésta un pequeñoángulo.En pavimentos más gruesos, los vibradoresdeberán estar cercanos a la vertical, quedando de preferencia la punta del vibrador a 5 cm de la sub-base y la parte superior del vibrador de 2 a 4 pulg (50 a 100 mm) centímetros debajo de la superficie del pavimento. Durante la operación de colado debe soportarse una sobrecarga de 10 a 15 cm de concrelo sobre los vibradores. Es posible que las sobrecargas mayores causen ondularniento detrás de la regla o de la zona dedesplazamientodelconcreto, locual impide la liberacióntotal del aire atrapado. Enel caso del pavimento reforzado que tenga espesores menores a 25 cm, los vibradores deben estar colocados en forma paralela a la sub-base y lo más cerca posible dcl acero de refuerzo, pero al menos dos diámetros del vibrador por debajo de la superficie. Cuando el acerode refuerzo esté cerca de lasuperficie, el Compactacíon del concreto ACI J09R·OS
concreto debe colocarse en multicapas a fin de permitir la compactación. Si se descubre una compactación inadecuada en el fondode la losa pordebajo del acero, los vibradoresdeben estar menos espaciados y debe incrementarse el esfuerzo de vibración o disminuir la velocidad de la pavimentadora. Puesto que es común que la unidad vibradoraesté unida al equipoque lleva a cabo el primerenrase transversal, el ajuste adecuadodel vibrador dependerá de la velocidad de avance de este equipo. En losas reforzadas en las queel acerode refuerzo se colocamediante vibrado después de colarel concreto en todoel espesor, se requiere una compactacióninicial antes de lacolocación del acerode refuerzo. En pavimentosde refuerzocontinuo, en los que el refuerzo se coloca con silletas antes del vaciado del concreto, debetenersecuidadode verificarqueel concreto debajodelacero de refuerzo esté recibiendolacompactación adecuada. Cuandoel acero derefuerzo se colocaconun depresor de mallas, se requiere menos vibrado adicional que cuando la mallase coloca sobre silletas o cuando el concretose coloca en dos capas. En las losasreforzadasy coladas en doscapas, los vibradores deben emplearse sóloen la últimacapa; noserecomiendavibrarlaprimerapor la posibleformación de un plano sin resistencia entre los dos colados.
Olsem Winn y Ledbetter el al.( 1984) proporcionaron información adicional acerca de la compactaciónde los pavimentos de concreto.
11.4.2 Vibrado superficial 11.4.2.1 La unidad vibradora debe situarse detrás del equipo que nivela la superficie. Su frecuencia debe determinarse de acuerdo con la velocidad de avance del equipo en el que está montada. No debe permitirse una sobrecarga delante de la unidad vibradora, ya que esto entorpecería las vibraciones. Puede requerirse un vibrador interno de flecha para ayudar a compactar a lo largo de cada cimbra. 11.3.2.2 .Cuando no se usa pavimentadora por lo general se recomienda dar dos pasadas con la regla o el rodillo.La primera es para nivelary compactarel concreto y la segunda, para proporcionar el acabado de la superficie. En la primera pasada debe aplicarse la frecuencia máximay 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 loque es necesario comprobar la calidad de ésta bajo la superficie.
11.4.3 Vibrado manual Deben emplearse vibradores manuales de inmersión en sitios adyacentes a muros de contención y ensambles dejuntas. a menos que se emplee un v ástago vibratoriode aspas, o vibrado interno atodo 10 ancho. Tambiéndeben utilizarse enotras áreasen 39
Q uncye
cm, alrededor de \- \12 veces e l radio de influencia efec tivo . Es
cimbra superior o lateral de la pavimentadora y el concreto. Los factores que pueden co ntr ibuir a desga rres incluyen el espesor de la losa, conc reto co n revenimi ento demasiado bajo, la temperatura del co ncre to, el viento y la humedad, las proporciones de mezc la, e l tamaño de las part ícul as de los agregados, la razón de pér dida de revenimiento, el ajuste y la operac ión de la pavimentadora de cimbra des lizante . Una vez que ha oc urrido el des-
preferible que haya poca distancia entre las inmersiones. a que estén demasiado separadas.
garre el único medio de restaurar la integridad del concreto es usar vibradores de inmersión y volver a vibrar el área afectada.
las que no sea posible el empleo de vibradores montados en serie. Lacabeza del vibrador debe estarsumergidaporcompleto y lo más vertic al posible, para evitar la segregación y e l ve teado
del mortero. El concreto debe vibrarse a la profundidadrequerida mediante vibrado sistemático de las áreas traslapadas. El espaciamiento de las inmersiones debe ser, en general, de 50 a 75
El vibrador debe operar en un so lo sitio hasta que e l concreto esté bien co mpactado; después, se debe retirar despacio para asegurar que se cierre la cavidad que resulta de la inmersión. El tiempo necesario para efectuaruna compactacióncompleta varia según la trabajabilidad del concreto y la fuerza centrifuga del vibrador. El tiempo de vibrado puede ser de 5 a 20 segundos por PW1l0 de aplicación.
Si el desgarre está cerca de la orilla.se puede requerir instala-
ción 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 pavimen to también pueden se rvir para este fin. Debe
examinarse la parte superior de las muestras para determinar el
Al co locar conc reto con aire incluido, se deberá veri ficar el contenido de a ire del concreto compact ado en su lugar . C iertos método s de compactar y de acabar pavimentos afectar án las
es pesor de la capa de mo rtero sob re los ag regados gruesos. Un espesor de mortero mayor de 3 mm indica exceso de vibrado o de acabado. El superv isor debe regi strar tambi én los punt os de interrupción, demoras u otras circunstancias anormales que hayan tenido lugar y debe pedir que se tom en muestra s adicionales
características del sistema de vacío de aire. Cuando se requiere
en estas áreas.
11.5 Precauciones especiales
inclu sión de aire para obtener resistencia a heladas, los par árnetro s de vaclo de a ire del concreto endurecido se deberán ratifi car . Si la propi edad pretendida de l sistema de huecos de aire cae por debajo de l nivel necesario, se deberán hacer cambios en los procedimi entos de vibr ación o en la cantidad o tipo de adi tivo de inclusión de aire que se esté usand o por ejempl o, di sminu ir la amplitud. La profundidad y la ubicación del acero de refuerzo se de berá verificar detrás de los vibra dores para asegurar que el re-
fuerzo no se ha movido. Cuando se emplean cimbras fijas debe hacerse una inspección del borde del pav imento al retirarl as para determinar la efec tividad de los vibradores. Si se observa segrega ción, debe hacerse alguno de los siguientes cambios a fin de evit ar su formaci ón: O acercar los vibradore s a las cimbras; O aumentar la frecuencia o amplitud de los vibradores; O dism inuir la veloc idad de avance del equipo de pavim entación .
La den sid ad del concreto fresco inmediatamente después de la
vibración se puede determinar usando calibradores nucleares (ASTM C 1040). Estos calibradores miden la densidad relativa, la cua l es el peso en estado plástico medido de modo normal (AST M C 138). Este procedimiento puede proporcionar un método útil para indicar cu ánd o se ha logrado e l grado de compactació n adec uado . Se pueden obtener result ados útiles en obras gra ndes en las que los cos tos pueden j ustificarse, con el personal de laboratorio entrenado y certificad o, instrumentos bien calibrados y una mezcla de concreto razon ablemente uniforme. La prese ncia de demasiadas cavidades en las muestras indica la necesidad de un vibrado adic ional o de un cambi o en la ubicación o espaciamiento de los vibradores. La penetración de material de la sub-base en el concreto puede ser el resultado de que los vibradores internos se hayan introd ucido demasiado o en án-
gula incorrecto.
En pavimentación con cimbra deslizante, el equ ipo se deberá mover hacia adelante tan continuamente como sea posible, es-
El superviso r debe ten er presente que las condi cione s variables de la obra, tales co mo el clim a, la velocid ad de avance, los cambios de equipo, el revenimiento, etc. , pueden determinar ciertos
pecialrnente si el tiempo atmosférico es cálido. Los retardos,
cambios en las características o la posición de los vibradores.
arranques y parad as de pavim entadora, pueden producir desgarres de la superficie y de las orillas del concreto ya co mpactado. Los desgarres se pueden extend er a una profundidad de 15 a 20 cm y dar por resultado una pérdida de compactación . La condición es causada por el desarrollo de fr icción excesiva entre la
Debe estar siempre pendi ente de la unifonnidad que queda detrás de los vibrado res. Es sabido que las irregularidades causadas por el empleo inad ecu ado de los vibradores montados en serie han producido linea s de falla que pueden derivar en grietas longitudinales.
40
Compactación del concreto ACI 309R-05
Q rmcyc
Capítulo 12
Productos prefabricados
El método de compactacióndebe seleccionarse al iniciar el trabajo y tomandoen cuenta el uso que se va a dar al producto, la mezcladel concreto, el material de las cimbras, asi como las técnicas deproducción, de maneraque pueda diseñarse y coordinarsetoda la operación. En el capítulo 12 se reúnen los datos pertinentes para los principales productos prefabricados de concreto.
B) Mezclas fluidas con revenimiento superior a 190 mm (7.5 pulgadas) - fluyen fácilmente, y tienen un potencial para la segregación si se aplica vibración excesiva. En trabajos de e le me nto s prefabricad o s usa n do con creto fluido y autoco mpactante (SCC) puede ser necesario ajustar las proporciones de la mezcla, dentro de limites razonables, para proporcionar compatibil idad con el equipo de precolado disponible.
s
12.2 Requerimientos de la mezcla
12.3 Material para cimbras
a
Es importante considerar la trabajabílídad de la mezcla paraseleccionarelmétodo decompactación paraelementos prefabricados. Entrabajos de elementos prefabricados, con frecuencia se utilizan las consístencias desde plástico rígido hasta fluido:
El método de compactación debe ser compatible con el material empleado para las cimbras o moldes. Suele preferirse el acero, la madera o elconcreto reforzado. Estos materiales pueden revestirse con fibra de vidrio o algún otro material plástico para producir superficies especiales. También se ha empleado el hule.
A)Mezclasplásticas rigidas con revenimiento deentre 25 a 75 mm (1 y 3 pulgadas) - estas mezclas son cohesivasy plásticas; hasta
Se debe tener cuidado en verificar que las cimbras no se dañen durante la compactación; por ejemplo, las puntas de los vibra-
12.1 Generalidades 1
e 1
J
e
's 1,
,,lS
I1 i-
la 1-
,. es nJS :5.
ea-
,n as Figura 12.1 Vibrado de cimbrasempleado en la producción de vigas prefabricadas.
05
Compactacióndel concreto AC1309R·05
41
"
rmcyc
dores deben protegerse con hule y evitar el con tacto entre el vibrador y la cimhrn.
\2.4 Elección del método de compactación
\2.5 Métodos de colocación El método empicado para la co locació n es importante para la compactación . Para cxp ulsar la mayor cantidad posible de aire atrapado Ymantener al mínimo cl numero de hueco s en las superficie s. se recomienda que el vibrado se aplique en forma continua mientras se cuela el concr eto .
En la industria de prefabricados suele preferir se el vibrado extern o de las cimbras (véase la figura 12.1) o e l empleo de mesas vibradoras al vibrado interno. Esto s métod os proporcionilll un control mas unifomlc Y pemlit cn adoptar técnica s más económica s en la producció n diaria de unidad es similares. En los ca-
Debe evitarse dejar caer el concreto en montones intenni tentes . Las mezcladora s portátiles y los camiones mezcladores deben descargar en una banda continua directamente en la cimbra en vez de descar gar en cubet as y arrojar montones intemlitentes de
sos en que la zona por vibrar comprenda grandes masas de
concreto .
concreto que queden alejadas de los vibradores externo s. ésto s pueden completarse con vibradores internos. El apisonado es un método efectivo de comp actar concreto rígido co lado en capas delgadas. El vibrado a pres ión es adecuado para mezclas rigidas. En este caso , un volumen dado de concreto se cuela en un molde y se le aplica presión en la part e superior, al mismo tiempo que el vibrado. El método de curado puede afectar la elecc ión Yopera- ci ón de l equipo de compactación. Los vibradores externos para cimbras, cuando se someten al vapor a la humedad requieren alto costo de mantenim iento, en especial cuando son eléctricos.
Cuando se emplean mesas vibradoras o de golpeteo, debe colarse una capa unifonn e de concreto en el molde antes de poner a fun-
cionar lamesa. Cuandose fabrican losas delgadas, la cimbradebe estar llena antes de iniciar el vibrado. Cuando elespesor 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 agua/material ce-
mentante (w/cm). menos profundo debe ser el espesor del colado.
°
COlllpaCl:lÓ Ón del co ncre to I\ e l :\09R·05
o
rmcyc
Capítulo 13
Concreto estructural de baja densidad 13.1 Generalidades El concreto hecho con agregados de baja densidad reduce el peso muerto, lo que da por resultado elementos estructurales y cimientos más pequeños. El concreto estructural de baja densidad proporciona mayor resistencia al fuego y como agente aislante a la transmisión del sonido y de calor.
13.2 Requerimientos de la mezcla La mayoría de los agregados gruesos estructurales de baja densidaddisponiblesen el mercado tienen t3 11131105 máximos de 13 o 19 mm. El agregado fino puede ser arena de densidad normal, o una combinación de ambas, una vez probado que el concreto satisface los requerim ientos de peso y resistencia. Para laconstrucción norm al esadecuado unrevenim iento de 5 a
7.Scm. Con revenimientos más altos, los trozos más grandes del agregado de baja densidad 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 de baja densidad, ya que proporciona cohesión al mortero de manera que las partículas más gruesas tienen menos tendencia a flotar durante el vibrado.
13.3 Comportamiento del concreto estruc tural de baja densidad durante el vibrado Durante el vibrado, las burbujas de aire atrapado emergen por flotación y se disipan al igual que en el concreto de densidad normal. Sin embargo. con la inferior densidad de la mezcla, las burbujas tienen menos tendencia a flotar. Es importante vibrar el tiempo suficiente para eliminarlas burbujas, sin embargo si se vibra durantemucho tiempo, se puede perder gran parte del aire 5
Compactaci ón th:l concreto ACI 30lJ R·05
incluido y provocar la flotación de algunas partículas del agregado de baja densidad. La segregación de los componentes de cualquierconcreto durante el vibrado es causado en gran parte por las diferencias en sus densidades. Enelconcreto de densidad normal, el agregado grueso tiene unadensidadmás alta que el mortero y, por lotanto, tiende a hundirse durante el vibrado cuando sus partículas están suspendidas en el mortero. En el concreto estructuralde baja densidad (ligero) ocurre lo contrario, aunque la tendencia a flotar del agregado grueso es menorcuando el mortero contienearena fina de baja densidad.
13.4 Procedimient os y equipo para la compactación El equipo recomendado para compactar concreto de densidad normal tambi én es adecuado para el concreto de baja densidad. Al igual que en el caso del concreto de densidad normal, el concreta baja densidaddebe 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 útilelempleode palas para depositar o moverelconcreto. En el caso del concreto de baja densidad, debe aplicarse la mayoría de las prácticas recomendadas para vibrar concreto de densidad normal, Sin embargo, debido a la menor flotabilidad de las burbujas de aire atrapado en el concreto de baja densidad, es conveniente reducirel espesorde las capasaproximadamentea 80 % del espesor recomendado en la sección 7. 1. Es necesario que los vibradores se introduzcana distancias cortas y que penetren en la capa previamente colada. Debe darse en cada inserción el tiempo suficiente para lograrunacompactación completa; por lo general 10 segundos serán suficientes, aunquealgunas mezclas no rígidas pueden requerir algunos segundos más. Desde el punto de vista de la apariencia son objetables los huecos en la superficie de los muros. porlo que se sugiere seguir, Cil io posible, 43
"
rm cyc
el :,¡:;uiente procedimiento: cada capa se vibra de manera normal y despw:s se revibra de inmediato antes de colar lasig.uiente. Sise deja un período de 30minutos (o lo mas largo posible) entre las operaciones de vibrado. este procedimient o puede ser muy efectivo. Como altemat iva al segundo vibrado. que puede requerir vibradores adicionales. el paleado y apisonado manual es contra la superficie de la cimbra son bastante efectivos.
13.5 Pisos Las o perac iones de compact ación y acabado deben recib ir especi al ate nción cuand o el concreto de baja den sidad se use en la con stru cc ión de pisos. Aunque la mayorí a de las recom endacione s del capítul o 10 son aplicab les, se rán de g ran ay uda algunas
Se vu elve a insistir en que el em pleo de aire incluido en la mezcla y un re venimiento mí nim o son convenientes para los pisos, pue s im piden qu e las partículas gruesas de baja de ns idad de ag regado lleguen a la su perfic ie . Se logra un a mejor compact ación arra strando el vib rador a tra vés del concreto en po sició n casi hori zontal Ycon el mismo espaciamien to emplea do para las inmersion es vert icales . El arrastre a una velocidad co nstante pro porcion a un vibrado mas uniforme que los mo vimiento s esporad icos. En vez de vibradores internos pueden emplearse reglas vibradora s para piso s delgados, siempre que no existan obstruc cione s que impid an su operación . Cuando se obse rve segregac ión puede emplearse una apisonadora de rejilla o un rodillo de malla manu ale s. para empujar los ag regados grueso s flot ant es de baja den sidad liger amente hacia
abajo de la superficie.
pr ecauci ones adiciona les .
Comp :\Clac ión del con creto ACI 3ü9R-O
o
Imc)'c
s, le
Capítulo 14
!s l-
a le
Concreto de alta densidad
lS
re
14.1 Generalidades
a-
,s
El concreto de alta densidad hecho con agregados pesados se emplea, ante todo, en protectores contra la radiación y en contrapesos. Cuando se utilizacomoprotector contra radiaciones es esencial que sea compacto, que esté libre de huecos y grietas y que sea homogéneo.
ia
14.2 Requer imientos de la mezcla Los agregados para concreto de alta densidad que comprenden productos de hierro (densidad de 7500 a 8000 kglm'[470 a 500 lb/pie' D, escoria de alta densidad (densidad superior a 5000 kg/m' [310 lb/pie'[ ), y minerales hidratados o minerales metalíferos [densidad de3500 a 4800 kglm' [220 a 300 lb/pie' D. Estosmateriales pueden emplearseen forma individualo combinados paraobtener densidades de concreto de 2,600 hasta más de 6,100 kg/rn'. (Véase ASTM y C638) Las proporciones normales de una mezcla van de 1:6y 1:10 por masa de cemento en relación con los agregados finos y gruesos combinados. La relación w/cm (agua /material cementante) generalmente se encuentra entre 0.45 y 0.65. El asentamiento puede minimizarse por medio de un proporcionamiento adecuado y la incorporación de aditivos quimicos adecuados.
14.3 Técnicas de colocación El concreto de alta densidad se fabrica por métodos comunes de mezclado y colado, por inmersión de agregados o mediante el procedimiento de precolocación de agregados (ACI 304.3 R). Debe prestarse especial atención a las cirnbras, puesto que el concreto pesado eje rce presiones bastante mayores que el concretode densidad normal, La presión de las cimbras puede reducirse colocando el concreto en pequeñas capas de poca altura. Se debe lenercuidado a fin de evitar cargas excesivas en el equipo de manejo de concreto debido a la mayor densidad del concreto pesado. Es una práctica común reducir a la mitad las
cargas del camión mezclador y de la cubeta. .05
Compactacióndel concreto ACI 309R-OS
14.3.1 Técnicas de colocación convencionales Pueden emplearse métodos comunes de colado para concretos que contienenagregados pesados,siempre que la mezclasea trabajabley que las cimbras estén libres de piezas ahogadas. Sinembargo, este concreto presenta problemas especiales debido a la lendencia a la segregación de las particulasde agregado de alta densidad. Estasegregación es másgrande,enespecial cuando los agregados no son de granulometriao densidad uniformes, cuandoel contenido de agua excesivo o cuando el revenimiento es excesivo. El revenimiento debe, por lo general,estar entre4.0 y 7.5 cm para mezclasde agregado mineral de altadensidad. 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 siemprese complementa pormedio de vibración externa. pero deben tomarse precauciones suplementarias cuando los agregados de alta densidad se rompan fácilmente. Las frecuencias de los vibradoresempleados paraconcreto normalson, en general, satisfactorias para concreto de alta densidad. No obstante, en ocasiones se haobservado quefrecuencias superiores. de alrededor de 11 ,000 vibraciones por minuto (180 Hz), junto con periodos de vibrado más cortos, reducen la tendencia a la segregación, en especial cuando se utilizan troquelados de acero u otros agregados de muy altadensidad. El potencial de sobrevibración se incrementa con el uso de agregados pesados, los cuales pueden ocasionar el asentamiento de las partículas pesadas. El radio de influencia del vibrador en el concreto de alta densidad es menor queen el concreto común, por lo que se requiere menos espaciamiento entre las inserciones.
14.3.2 Técnicas de colocación especia les Cuando no pueda evitarse la segregación, o cuando las piezas ahogadas o las restricciones no permitan un coladocomún, debe emplearse un método especial de colado, como son el de concreto agregado precolocado. 45
\) Imcyc
En el caso del método de agregado precolocado (ACI 207 .1R, AC13ú4 .1R. y 304 .3R) . los objetos ahogados como son el acero de refue rzo pesado. los tubos y los conductos, deben vibrarse
durante lacolocación delagregado para minimizar los hoyos sin rellenar. Cuando la vibración en los elementos empotrados no pueda to lerarse, el agregado debe colocarse manualmente o ser rodadohasta su posición. Debe evitarse la vibración durante el bombeo, excepto cuando se desee una superficie con acabado
fino . Hurd (1995) ind ica que las cim bras pueden vibrarse ligeramente cerca de la lechada superfic ial. En la técnica de agregado s colocados con posterioridad que se utiliza rara vez . se coloca una capa de lechada de alta densidad en la cimbra y los agregados de alta dens idad se empotran en ella.
Los agregados gruesos se trabajan en su mismo lugar pormedio de rodillado. Debe evita rse la vibració n interna, especia lmente donde la lechada contenga agregados finos de alta densidad.
Compactación del concreto ACI 309R46
o
Imcyc
Capítulo 15
Concreto autocompactante 15.1 Generalidades El concreto autocompactante (SCC: self-consolidating concrete) es unconcreto que. sin la influenciade energíaadicional de compactación, fluye y llena completamente los espacios entre el refuerzo y las cimbras únicamente bajo la influencia de su propia masa. El SCC debe ser proporcionado para que no se segregue, es decir, minimizar el agua de sangrado y la sedimenta
cióndel agregado grueso. También es común incluir huecos deaire en el SCCque incrementan la resistencia al daño porcongelación y deshielo. Una característicade la composicióndelSCC es quesiempretiene uncontenido másaltode finos, y utilizaaditivosquimicos y materiales cementantes suplementarios para controlar laconsistencia (Okamura y Ouchi 1999; Daczko y Attiogbe 2003).
\ \
II Compactación del concreto ACI 3D9R·OS
)\
47
\
o
Im cyc
Capítulo 16
Control de calidad y aseguramiento de la calidad 16.1 Generalidades
capa especificado, el espaciamiento correcto de los vibradores, asl comoeltiempo de vibrado y lapenetraciónde los mismos.
Una buena compactación es el resultado de: LJ Buenas especificaciones y su puesta en vigor.
O Buendiseño relativoa lageometría y al acero de refuerzo. (J
Buen proporcionamiento de la mezcla.
O Usode equipoadecuado y mantenimiento del mismoa finde conservarlo en buenas condiciones de servicio. O Procedimientos de campo adecuados. Los trabajadores deben estar entrenados y entender por qué están compactando el concreto y las consecuencias que acarrearía hacerlo mal. O Procedimientos de control de calidad (ACI3 11.4R)realizados por el contratista. O El aseguramiento de la calidad para que el propíetario vea quese siguen los procedimientos apropiados de controlde calidad. El personalempleadodebe estar certificadoen las especialidades apropiadas y la agencia usada debe estar acreditada ante el ASTM E 329.
16.2 Estado adecuado del equipo y procedimientos Debeadmitirseque latrabajabilidaddel concreto no es constante,aunconel mejorcontrol. Las variaciones en la granulometría de los agregadosy tambiénen la consistencia debidas a la pérdida de trabajabilidad 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 condiciones cambiantes. Elrevenimiento debe ser lo más bajoposible para las condiciones de trabajo. Es esencial el empleode vibradores del tamañoapropiadoy en buenas condiciones de operación. También es irn portante para lacalidad del productofinal cumplircon el espesor de Compactación del concreto ACI3 D9R-05
Se deben tener disponibles vibradores de repuesto en el punto de colado paramantener laproducciónencaso de alguna interrupción, o cuando losque están enuso seretiren paro darles mantenimiento y hacerles reparnciones de rutina El equipo mecánico de compactación no puede operar apropiadamente si no se dispone de la energía adecuada. Con los vibradores eléctricos se espera que el voltaje varle de modo apreciable, por loque debe verificarse regularmente. Cuando se emplean vibradores neumáticos es preciso revisar con regularidad la presión del aire en el regulador, ya sea instalandoen la linea un manómetro común de carátula o mediante la inserción de un manómetro de aguja en la manguera de aire. Puesto que los vibradores intemos se utilizan en sitios húmedos (conductivos), todas las unidades eléctricas debentener conexiones a tierra. Los generadores que suministran la energla también deben estar conectados a tierra, a fin de mantener la continuidad del sistema. En Estados Unidos, los vibradores eléctricos están sujetos a las especificaciones del articulo 250-45 del National Ele ctric Code (/990) . (National Fire Protection Association 1990).
16.3 Verificación del buen funcionamiento del equipo Todas las unidades de vibrado deben revisarse antes de comenzar el trabajo, y en forma periódica durante la construcción, para garantizarque están trabajando correctamente.
16.3.1 Frecuencia de los vibradores internos El tacómetro de varilla vibratoria (véase la figura 16.1) es un dispositivo sencillo para verificar la frecuencia de los vibrado49
o
Imcyc
res internos. La frecuencia debe determinarse, bastante 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 éstadebe revisarse con regularidad. Dicha frecuencia puede determinarse sosteniendo el dispositivo contra el extremo posterior del vibrador, cuando éste se encuentra casi sumergido; en los vibradores neumáticos se logra sosteniendo el dispositivo contra la manguera de aire, y también es satisfactorio. Esta me-
dición debe tomarse justo antes de retirar el vibrador y el resultado siempre será la mayor velocidad que alcance el vibrador cuando operaen el concreto. El tacómetrode varillade resonancia es un instrumento máscostoso. que proporciona valoresmás exactos de la frec uencia.
16.3.2 Amplitud de los vibradores internos Laamplituddel vibrador interno varia linealmente a lo largode la cabeza, peroel valormáximo se registra en la punta. La amplitud promedio aprox imada de la mayoría de los vibradores internos al operaren elaire puedecalcularse con la fórmula que apareceen la figura A.2 del Apéndice. Con cuidado, los vibradores internosalcanzan una precisión de alredeor de 0.13 milímetros. La amplitud real también debe determinarse pormedición;sirve como comprobación de los datos del fabricante e indicasi el vi~
I
1 ,
I
1
'
. 02 .04 .06 . 08 , 1O . 12 . 14 (0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5) Amp litud. mm
ESCALA EN REPOS O
toou-enoo amplitud de
'.4 MM
u.055 in. ( 1.4 11m) ESCALA DUR ANT E LA VIBRAC iÓN
INSTRUCCI ONES PARASU EM PLEO: fíjese la escala del vikbrador enel pumto que se desealaampl itud,conla lineacentral "V"paralela al eje del vibrador. Al vibrar la cabeza se forma un triángu lo negro en el
vértice de la ··V". Lalecturade laesacalaen la punrta deltriángulo es la amplitud máxima(desplazamiento total de máximo a máxim.o). Una lupa manual (2 a j aumentos) mejora la precisión de la lectura. Concui-
dado, este dispositivo alcanza una precisión de a1rededpor de 0.13 milímetros
Figura 16.1
50
I aco rnen o de vanlta vibradora
FIgura 16.2 Escaladeefecto visual paramedirlaamplitud del vibrador operando en el aire
Co mpactaci ón del concreto AC I 309R-
o
Imcyc
brador trabaja en la forma correcta. Asimismo, proporciona otros datos útiles. por ejemplo: la amplitud máxima y la distri-
La frecuen cia puede definirse mediante una varill a vibradora o
un tacómetro de varilla de resonancia.
bución de la amp litud a lo largo de la cabeza. Para este fin puede emplearse una esca la de efecto visual (cuña óptica) (CRDC52 1). Vario s fabricanles de vibradores han hecho escalas en etiquetas engomadas que pued en fijarse con faci lidad en la cabeza del vibrado r (véase la fig ura 16.2.) En los vibradores eléctricos de flecha flexible y en la mayoría de los neumáticos debe efectuarse una medición cerca de la punta y otra cerca del extremo posterior de la cabeza, para obtener el promedio de las dos. En los vibradores de motor en la cabe za y de péndulo, en los cua les el excé ntrico se encuentra cerca de la pu nta, la am plitud es mayor en ésta , de crece co n rapidez hasta a lcanzar un nodo (punto de amplitud cero) cerca de l extre mo posterior, para aumentar des pués hasta un va lor relat ivam ente peq ueño en el extrem o posterior terminal. El nodo pu ed e co mprobarse y locali zar se pasando la man o sobre la superficie del vibrado r. Cuando e l nodo se encuentra a una dista ncia de men os de la quinta parte de la longitud de la cabeza de l extremo pos terior, la amplitud prom edi o puede tom arse como la mitad de la amplitud medida en la punta. Cuando e l nodo se enc uentra a mayo r dis tancia de l extremo posterior debe medirse de nuevo (quizá cerca de l ex tremo posterior). La amplitud prom edi o puede determinars e entonces como la media de las dos med idas.
f
Figura J6.3 Empleo del vibrógrafo paradeterminar laamplitud de la ñecuencia de la cimbra durante el vibrado
La amp litud puede determ inarse medi ant e e l empleo de un vi · br ógrafo, El mod elo portátil que se muestra en la figura 16.3 mide con prec isión amplitudes de alrededor de 0.0 13 mm . Asimismo, registra la forma de la ond a, que suele ser importante y pro porciona la frec uencia y es portáti l.
16.3.3 Frecuencia y amp litud para vibrado externo La frecu encia y amplitud de las cimbras y mesas vibr adoras
debe determinarse en suficientes puntos para establecersu distribució n sobre la superficie.
1 Compactación del concreto ACI 309R-05
51
o
lmcyc
Capítulo 17
Compactación de especímenes para prueba 17.1 Resistencia
como un medio para estimar la resistencia del concreto en laestructura.
Las normas de la ASTM (C31, CI92 y C 10 18) para reali zar
muestras de control para pruebas de resistencia indican:
o
Los concretos con revenimientos de más de 7.5 cm. requieren vari llado . Se prohibe el vibrado por el riesgo de
eliminar el aire incluido y ocasionar segregación.
o
Los concretos con revenimientos entr e 2.5.y 7.5 cm . pue-
dencompactarse yaseamediante varillado o porvibrado. O Los concretos con revenimientos menores de 2.5 cm. requieren vibrado.
o
o
Para concreto con contenidode agua muy bajo, se requi ere vibración por mesa externa o por medio de tablones combinada con una carga superimpuesta, o incluso apisonamiento y Para concreto que contenga fibr a de refu erzo, segú n el ASTM C 1018, se requi ere v ibración externa. No se puede consolidar el concreto con fibra s que tenga un reveni miento extremadamente bajo en los espécimenes de prueb a.
17.2 Densidad Las pruebas de densidad de concreto recién mezclado (ASTM C 138) se emplean, en gran medida, para determinar la masa del concreto por unidad de volumen, lo cual se usa para determin ar el contenido de aire y de cement o o como método para controlar la densidad del concreto estructural de baja densidad endurecído. La densidad del concreto está re lacionada estrechamente con e l contenido de aire y, por tanto, con el grado de compactación. El ASTM C 138 requiere que la com pactación se efec túe de
acuerdo con la sección 17.1 a hasta c. Para revenimientos mayores a 7.5 cm (3 pulgadas), e l procedimiento de apisonam ien-
to con varilla debe produc ir una compactación esencialmente completa, pero en el caso de revenimientos menores, el grado de compactación puedeser menor que en el caso de unaestruc-
Para vibradores interno s, ASTM espec ifica una frecuencia mínima de 7,000 vibraciones por minuto (12 0 Hz) y un diámetro de cabeza entre 20 y 40 mm (véase la figura 16.1) . El cu adro 5.1 recomienda un mín imo de 9,000 (150 Hz) vibr aciones por m i-
tura en dond e e l con creto se compacta por med io de vibrac ión. Los ci lindros conso lidados co n so brec arga usando el ASTM e 1176 tam bién han s ido usados para determinar la de nsidad de mezc las ríg ida s hasta extremadamente secas. Este método ut iliza una sobrecarga de 9.1 kg (20 libra s). Se han usado otros métodos no es ta ndar izados para co nsolidar cilin dros po r medio de eq uipo de apisonado o martillos vibratorios de
nuto para los vibradores internos en elementos delgados. Para
compactación.
mesas vibradoras se requ iere una frecuenc ia minima de 3,600
vibraciones por minuto (60 Hz), sugiriéndose frecuencias más elev adas. La intensidad y el tiempo de vibr ación para los especímenes de
laboratorio no se regulaestrechamente. Los estándares sugieren que la compactac ión se ha logrado tan pronto como la superficie
del espécimen está lisa. Puesto que la mayo ria de los especimenes de prueba se cuelan
17.3 Contenido de aire La ASTM C 231 propo rc iona los datos referentes a la compactación por rodill ado para reven imientos de 25 cm, a los 7.5 cm (3 pulgad as) por vibrac ión para rev enim iento s menores a 2.5 cm( 1 pulgada ). La ASTM C 173 proporciona datos para la compactació n sólo mediante rod illado man ual y apisonamiento.
Pud ieraser más razonable seguir los procedimientos recomen-
horizontalmente, no se igualan a los que es tán en la construcción. Si se desea igualaral concreto de laboratorio. deben seguirse procesos de compactación adecuados. Algunos prefieren emplearla resistencia de los corazones o la resistencia
aproximadamente. Condichas mezclas, la aplicaciónde presión
de los cubos extra ídos de l conc reto obtenido de la estru ctura
sobre la superficie del concreto puede no resu ltar en la compre-
Co mpactaci ón ckl concreto ACJ 309R-OS
dado s en la sección 17. 1. El emp leo de vibradores internos es sati sfactorio cuando el revenimiento es mayor de 13 mm
53
Ü Imcyc
sión de l aire esperada del sistema de vacio. El método volumétrico ASTM e 173 no está suj eto a esta limitación y puede
producirresultados más exactos aunsobre concreto extremadamente seco. La ASTM 1170 da un método para determinar la densidad de mezo c1as de concreto desde rígidas hasta extremadamente secas usando una mesa vibratoriacon una sobrecarga de 22.7 kg para compactar la muestra. El método eRDe 160 usa una sobrecarga de 12.5 kg. Estos métodos se pueden adaptar a un medidor normal de presión de aire para detenninar el contenido de airedel concreto.
17.4 Compactación de concreto muy rígido en especímenes de laboratorio En cilindros compactados con sobrecarga que se usan para la ASTM e 1176, tambi én se han usado para determin ar la densidad de mezclas desde rigidas 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 apio sonado o mart illos vibradores de compactación. La densidad de l concreto de laboratorio es cercana a la del con-
creto estructural que representa y requerirá que se utilicen idénticas técnicas de co lado . Esto puede requerir una modifica-
ción del esfuerzo de compactación. Durante las primeras etapas de un proyecto puede ser deseab le comparar las densidade s de los cilindros con las densidades de los corazones, a fin de determinar la cantidad adecu ada de compactación que se ha de emplear.
Co mpactación del concreto ACJ3D9R-OS
54
o
Imcyc
Capítulo 18
Compactación en áreas congestionadas Las áreas congestionadas son aquellas en donde el movimiento lateraldel concretorecién colocadose ve restringido o limitado. Para lograr un concretocon solidez estructural y una apariencia estéticamente agradable, debe ponerse especial atención en aquellas técnicas que permitan una compactación adecuada en áreas congestionadas.
18.1 Problemas comunes de colocación 18.1.1 Congestión del acero de refuerzo El congestionamiento ocurre en muchas formas; por ejempo, el disenoantislsmicode estructuras requiere múltiples anillos en la partesuperior e inferior de las columnas. En aquellas partes donde los requerimientos de diseno sobrepasan las consideraciones de compactación, el espaciamiento de los anillos horizontales casisiempreresulta reducido, de modo que los agregados de mayor tamaño en la mezcla ven limitados sus movimientos horizontaleshacia la carade la cimbra. El congestionamiento de acero de refuerzo también se presenta en aquellas áreas en donde hay refuerzo adicional alrededor de las aberturasen lacimbra, especialmente en secciones de muros delgados o columnas que hacen intersección con otros elementos (véase la figura 18.1).
18.1.2 Conductos eléctricos, tuberías y otros elementos ahogados Los diseñadores de instalaciones eléctricas casi siempre especifican conductos con diámetros múltiplos de 2.5a 15 cm en áreas localizadas paraalimentación eléctrica. Las forros de tuberlas y empotramientos estructurales complejos también pueden provocar barreras que afecten la colocación y compactación del concreto (veáse la figura 18.2):
Figura 18.1Congestionamiento debidoalosdetallesdelacero derefuerzo
18.1.3 Las aberturas Lasaberturasdentrode muros y losas puedencrearzonascongestionadas debidoa que el flujo del concretose veobstruidopordichas aberturas y las aberturas adyacentes en la cimbra. Esta situación puedealiviarseañadiendojuntasde construccióno añadiendo aberturas de accesodentrode las cajas de salida(véase la figura 18.3).
18.2 Técnicas de compactación La compactación en áreas congestionadas puede mejorarse poniendo especial atención a las prácticas de construcción en tres áreas especificas:
o Técnicas de colocación y compactación O Uso de aditivos químicos; y O Uso de aditivos modificados
Compactación del concreto ACI 309R-OS
55
o
Imcyc
primera serie de accesos, éstos se cierran y los vibradores se suben a la siguiente hilerade accesos. Elaccesovisualadicional puede lograrse usando placa transparente plásticacomo una carade la címbra enaquellas áreascongestionadas. Estopermite, si es necesario, que los encargados de la colocación tomen lasmedidas necesarias para solucionar los problemas en las áreascongestionadas.
Para lograr una compactación adecuada del concreto por medio de vibración interna en áreas congestionadas, se necesita unespacio de sección transversal de 10 x 15 cm, vertical y libre de obstrucción, a fin de permitir la inserción de los vibradores. El espaciamiento horizontalde estos huecos verticales no debe exceder los 6 1cm o 1-. tl2 veces el radio de influencia indicado en el cuadro 5.1. Tampoco estas aberturas deben ser mayores a 30 cm, o 3/4 de veces el radio de influencia a partir de la cimbra. Si nopuedecontarse con tales espaciossincomprometerla integridad estructural, el ingeniero debe especificar los detalles de construcción y/o los procedimientos necesarios para lograr una compactación adecuada.
18.2.2 Uso de aditivos químicos
Fig. 18.2 Congestionamiento debido a untubo que pasa por la losa de concreto
18.2.1 Técnicas de colocación y compactación 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 grua 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 tuberia de la bombaconstituye 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. Ensecciones de muros congestionados. la provisión de accesos de colocación en un lado de la cimbra del muropermite una eompaetación adecuada. Los accesos se colocan en un patrón de red a fin de identificar las áreas congestionadas y necesitan ser aproximadamente cuadros de 60 cm. Conforme el concreto alcanza la 56
La compactación adecuada en áreas congestionadas puede mejorarse generalmente incrementando la fluidez de lamezclamediante el uso juicioso de aditivos químicos para concreto. Los aditivos químicostales como HRWRAs (Reductores de aguade alto rango) proporcíonan un concreto de alto revenimientosin alterar la relación seleccionada w/cm i.,fonnaci6n adicional acerca del uso de aditivos para lograr cuncreto fluido pueden encontrarse en el informe de ACI Comrnittee 212-3R. El uso de aditivos químicos no reemplaza los requerimientos para una buena compactaci ón por mediode vibración, tal como se señaló en el capítulo 7.
,1('
IIflfI Ir JI I I
,I \
r---'fI \
\
Fig. 18.3 Lasgrandesventanasdeacceso dentrode un muro con tubos I través del acceso permiten el colado y la vibración.
Compactación del concreto ACI309R·OS
I
I
I I I I
o
Imcyc
18.2.3 Uso de aditivos modifi cad os
18.2.4 Conclusión
En aquellas situaciones en que no se pueda garantizar que la mezcla proporcionada permita el flujo a la cara de la cimbra debido a la congestión, se recomienda el uso de aditivos modificados. La mezcla modificada, que contiene agregados de un tamafto máximo reducido que pueden usarse para obtener un concreto altamente fluido o plástico, debe caer en el grupo l y 2 del cuadro 5.1 para la selección de vibradores. La mezcla modificada debe ser proporcionada a fin de que tenga una resistencia igual o mayor que la de la mezcla original.
Las técnicas discutidas anteriorme nte proporcionan al diseñador, alcontratista y alproveedor métodos que permiten mejorar la compactación a la vez que mantienen la calidad. La necesidad de un concreto fluido y de calidad es especialmente importante en aquellos casos enque existeuna muy grande congestiónyes inevitable.
I
¡
Compactación del concreto ACI 309R-OS
57
o
rmcyc
1 ¡
I
Capítulo 19
)
Referencias
1
\
19.1 Normas y reportes de referencia Am erican Concrete Institute 207 .1R Mass Concrete 207.5R Roller Compac ted Mass Co ncrele 2 11.1 Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete 2 11.2 Standard Practice for Selecti ng Proportions for No-S lump Concrete
(
211.3 R Guide for Selecting Proportions for No-Slump Concrete 2 12.3R Chem ical Admixtures for Concrete 233R Slag Cement in Concrete and Mortars
309-2R Identificación and Control of Visual Effec ts of Consolidat in ob Formed Conc rete Surfaces 309.3R Guide for Consolidati o n of Concrete in Congested Areas 309.5R Compaction of Roller- Compacted Concrete 311.1R . ACI Manual of Concrete Inspection (SP-2) 3 11AR Guide for Concrete !nspection 325 .IOR State-of-the-A rt Report on Roller Cornpacted Concrete Pa vernents 347
Guide to Fonnwork for Concrete
504R
Guide to Joint Sealant s for Concrete
Structures
544.1 R State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete
234R Guide for the Use of Silica Fume in Concrete 30 1
Specifications for Structural Concrete
302. 1R Guide for Concrete Floor and Slab Co nstruc tio n
303R
Guide to Cast-in-Place Architectural Concrete
A S T M International C3 1 Test
Practice for Making and Curing Concrete Specimens in the Field
C 138 Air
Test Method for Unit Weight, Yield , and Content (Gravirnetric) of Co ncrete
Practice C 143 304 . IR Guide for Use of Prep laced Aggregate Co ncre te for Structural and Mass Concrete Applica tions 304 .3R Hea vyweight Concrete: Meas uring , Mixi ng, Transport ing. and Placing. 309.1R Behavior o f Fresh Concrete Durin g Vibration
Test Method for Slump of Portland Ce rnent C oncrete
C 173
Tesl Method for Air Conten t of Freshly Mixed Conc rete by Vo lumetric Method
C 192 Test
Practice for Making and Curin g Concrete Specimens in the Laboratory
C231
Te st Method for Air Content of Freshly Mixed Concrete by Pressure Method
¡ 59
I
I
o
rm cyc
C 637
Standard Specifi cati on for Aggre gate s for Rad iat ion-Shielding Concrete
e 638
Descriptive Nornenclature of Con tinue nts of Aggregates fo r Radiation-S hieldi ng Co ncrete,
U.S . Army Corps of Engineers U-S. Arm y Waterways Experiment Sta tion 3909 Halls Ferry Rd . Vicksburg, Miss. 39 180-6 133
C 10 18 Test Meth od for Flexural Tou ghn ess and FirSI- Crac k Strenght of Fi ber-Rei nfo rced
Altowaiji. W. A. K.; Darwin. D .: and Donahey, R. C.• 1984. "Preliminary Srudy of the Effect of Revibration on Con crete-Steel Bond Suength." I.S Repon No.
Con
84-2. Universüyof Kansas Center for Research. Láwrence. Kans., Nov. 29 pp.
crete
19.2 Referencias citadas
(U sing Beam with T hird-Poi nt Loading)
Chan . Y.: Chcn. Y.; and Liu, L.. 2003 . " Effect of Ccn solidatíon on Bond of Reinforcemenr in Concrete of Different w c rkabiliues." ACI Materials lcurnal. V. lOO, No. 4, July-Aug.• pp 294·30 1.
C 1040 Test Method for De nsity of Unha rdened and Hard en ed Co ncrete in Place by N uclear Method s
Daczko. J.• and Aniogbe . E., 2003. "Self-Con solidatíng Concrete - A Technology for the 2 1st Centu ry." Structural Eng ineer. Jan.
C 1170 Test Meth od s for Determinin g Con sistcncy and Den sity of Ro ller-Compacted Concrete Using a Vibrating Table C 1176 Practice for Maki ng Roller-Compac ted Con crete in Cy linder Molds Using a Vibrating Table E 329
Sta ndard Specification for Agencies Engaged in the Testing anelJor Inspec tio n of Ma terials Used in Construction
Ferraris. C. F.. 1999. "Measurement of the Rheological Properties of High Performance Concrete: Stareof'the Art Report," Joumal ofResearch oftlle National ln stitute of Standa rds and Teclmolog y. V. 104, No. S. Forsblad. L.. 1971, "Concrete Compaction in the Manufacture of Concrete Products and Prefabricated Building Units," The Swedish Association. Malmo. Hurd. M. K.. 1995, Formwork for Concrete. SP-4, 6th Bdition. American Concrete Institute. Farmington Hills, Mich.• 464 pp. Kirkham. R. H. H.. 1% 3. "The Compaction ofConcrete by Surface Vibration." Reports. Conference on Vibtration-Compaction Techniques. Budapest. pp. 25t -26 8.
Kolek, L, 1963. "Research on the Vibration of Fresh Concrete." Reports. Conference on Vibration-Compaction Technique. Budapest. pp. 61-76. Mielenz. R. C.; Wolkodoff. V. E; Backstrom. r.s .. and Flack. H. L.. 1958. Origino Bvolutíon and Effects of the Air-Void System in Concrete." ACI JOURNAL. Proceedings V. 55. No. 1·4 ; "Entrained Air in Unhardened Concrete." July. pp. 95-122; 26 1·272; "Influence on Water/Cement Ratio and Compaction." Sept. pp. 359-376;and "Air Void System in Job Concrete." Oct. pp.507-5t 8.
National Pire Protection Association 1990. "Natiooal Blectrical Cede (70 P·90)." Quincy. Mass.• 751 pp.
U. S. Anny Corps of Engineers
Nevitle, A. M.. 198 1. Propenies ofConc rete, 3rd Bdition.Pitmao Publishing, lnc., Marshfield. Cha pter 4.
CRD C- 160 Stand ard Practice for Making
Okamura H., and Ouchi M., 1999. "Self-Compacting Concrete: Development, Prescnt Use and Furure." Proc eedings of tne l st lnt emational Rilem Synopposium. "Self-Compacting Concrete." A. Skarendahl and O. Petersson. eds.• Stockholm, Sweden.
Roller-Compacted Co ncrete in Cy linde r Mo lds Usi ng a Vibrating Table
Olsen. M. P. L; Winn. d. P.; and Ledbetter. W. B.• 1984. "Consolidation of Concrete Pavement." Researcñ Repon No. 34 1-1. Texas Transportation lnstitute. Texas A&M Universíty, College Station. Tex.• Aug.
CRD C 52 1 Stan dard Tes t Met hod for Freq ue ncy and Amplitude of Vibrators for Co ncrete
Reading. T. l. 1967. "what You Should Know About Vibrarían." Concrete Construction. V. 12. No. 6. June. pp. 213-217.
Estas public aciones pueden obtenerse en las organi zaciones siguientes;
Tuthill. L. H., 1967. "How the California Water Project Endevors to Get Uniformly Excellem Concrete." Civil Engineering. ASCE. V. 37. No. 7, July pp.
Am erican Co ncrete Institute 38800 Cou ntry Club Road Farm ingto n Hills, Michigan 48333-9094 E .U.A. A merica n Society for Te sting and Material s 100 Barr Har bor Drive West Co nshohocken, Pen silvania 19428-2959 60
Samuelsson. P., 1970. "Voids inconcrete Surfaces," ACIJOURNAL, Proceedings V. 67. No. 11 . Nov., pp. 868-874.
43-44.
U.S. Bureau of Reclamation. 1981. Concrete Manua l. 8th Editen, Denver,
Coto., 627 pp. vollick. C. A.• 1958. "Effects of Revibrating Concrete." ACI JOURNAL. Proceedin gs V. S.s. No. 9. Mar.• pp. 721-732. vollick . C. A.• 1966. " Uniformity and w orkability." Significanct! of Tesu and Propen íes o/ Concrete and Co ncrete-Making Materiols. STP· 169A. AST M lntcmational. West Consbohocken. Pa. Apr. pp. 73-89.
o
Imcyc
Apéndice
Fundamentos de la vibración A.l Principios del movimiento armónico simple
A.2 Acción del vibrador rotatorio
El movim iento de un vibrador rotatorio interno para concreto es, esencialmente, un movimiento armónico caracterizado por una forma de onda sinusoidal, como se muestra en la figura A.l . (De hecho, los armónicos están a veces sobreimpuestos, pero un movimientoann6nico simple coincidede forma razonable con datos experimentales.) Esta figura muestra la trayectoria de cualquier punto en la cabeza de un vibrador en operación, y la relación entre la frecuencia, amplitud y aceleración.
La rotación del excéntrico dentro de la cabeza o caja del vibrador hace que la cabeza gire en una órbita; es decir. cualquier punto de la caja sigue una trayectoria circular, cuyo radio es la amplituddel vibrador. La figura A.2 muestra la acción de un vibrador rotatorio y proporciona losparámetros importantes: por ejemplo. lamasa, el momento excéntrico. la frecuencia. la fuerza centrífuga y la amplitud promedio calculada. La fuerza centrífuga calculada de esta manera no es estríctamente
correcta puestoquecorrespondea caso hipotético en que la cubierta del vibrador tiene amplitud cero, en tanto que el rotor (excéntrico)
f------t Trayectoria real del punto B
Desplazamiento vertical del punto B con el nemeo
B= punto al azar en el escoplo vibrador 1:: tiempode una revolucióncompleta o ciclo de vibración, en segundos n= l it'" frecuencia, ciclos de vibracióno vibraciones por segundo (Hz)
a>
--..1
l l
Aceleración g s
=
2
4K " a . donde g es 9. 810 mmlseg
9
Amolilud (desviación del punto de reposo):
2 2
,.
2
A = 4 n n a= aceteracón . mmlseg
• Cabe señalar quelaamplitud, talcomoaquí se utiliza (y enel resto de este libro).es laamplitudmáxima,queesla mitaddemáximo a máximo, oel desplazamiento empleado por algunos autores al describir vibraciones. Figura A. I. Principiosdelmovimientoarmónico simple aplicadosa un vibrador rotatorio
61
o
smcyc
w
Eje de rotación
w= peso de la cu bierta
y otra s partes inmóv iles, kg
=peso de l excéntrico , kg W " w =peso te tar de l vib rador e =excentricidad , es deci r, dis tancia w
desde el cen tro de gravedad
del e xcé ntrico a su ce ntro de rota ció n, mm
we = momento excéntrico. rnm-kq n
=frecuencia . ciclos po r seg undo ( Hz) ""
:2 2
F= - 4 :1 n e g a'
:1 n =fuerza ce ntrif. uga . kN ( (n4 -1
1
(' )
ti
1"
IO~
•
= fuerza centrifuga. ( X)
=1<" '- = am plitud promedio calculada , mm II .. '
l\'
Figura A.2. Acción de un vibrador rotatorio
gira sobre sus cojinetes. Sin embargo, a pesar de estas limitaciones,
los valoresasíobtenidos son útiles como indicadoraproximado de la efectividad relativa de diferentes vibradores.
A.3 Movimiento vibratorio en el concreto C uando es tá sume rgida en e l concreto, la ca beza e n órbita (ahora bajo ca rga) tiene una ampl itud algo menor que cuando opera e n e l aire. El conc reto está sujeto a impulsos vibratori os que pro ducen un movimiento ondulatori o que ema na en ángulo rect o respecto de la cabeza . Es tas ondas de presión so n la cau sa princi pa l de la co mpac tación .
62
Las ondas decaen co n rap idez al aumentar la distancia desde su fuente, de bido a la ex pansió n del área del frente de la onda y la abso rción de e nergía (amor tiguamiento) ejercida por el co ncreto. Este decaimi ent o (red ucción de la amp litud) causa una reducc ión en la aceleración (intens ida d de la vibración). Cuando la ace lerac ión en el co ncreto es aproxi mada mente inferior a l g (mis' ) (véase e l factor de conversión tal como se da en la Secc ión 5 .2.3. ) en mezcla s plásticas, o alrededo r de 3 g en me zcla s rígid as, la vibrac ión deja de ser efectiva . Se requi ere de co nside rable amplitud e n el vibrado r para alcanzar un rad io de influencia satisfactorio. La respu esta del concreto fresco a la vibración es en gran parte una fun ción de sus propiedades reo lógicas (flujo) . Se requiere más investigación sobre e l tem a.
Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto A. C.
Insurgentes sur 1846 , Col. Florida , C.P. 01030 Delegación Álvaro Obregón , México , D.F. Tels. (55) 5322 5740 con 30 lineas Fax (55) 5322 5745 www.imcyc.com [email protected]