Diseño, fabricación y puesta en obra del hormigón o concreto

Diseño, fabricación y puesta en obra del hormigón o concreto

Normativa

Introducción

En el siglo XVIII, la resistencia de los elementos estructurales de hormigón armado era calculada experimentalmente. Navier, a principios del siglo XIX, planteó la necesidad de conocer y establecer los límites hasta donde las estructuras se comportaban elásticamente, sin deformaciones permanentes, para poder obtener modelos físico-matemáticos fiables y fórmulas coherentes. Posteriormente, dada la complejidad del comportamiento del hormigón, se requirió utilizar métodos basados en el cálculo de probabilidades para lograr resultados más realistas. En la primera mitad del siglo XX, se calculaban los elementos estructurales por el método de las tensiones admisibles.

Seguridad estructural

En los años 1960, se inició el desarrolló la teoría de la seguridad estructural respecto de los Estados límites, estableciéndose valores máximos en las flechas y en la fisuración de los elementos estructurales, acotando los riesgos.

Estados límites

El concepto de Estado límite tuvo su auge en los años 1970, como conjunto de requerimientos que debía satisfacer un elemento estructural para ser considerado apto. Los reglamentos se centraron en dos tipos: los Estados límites de servicio y los Estados límites de solicitación.

Coeficientes de seguridad

Los reglamentos de los años 1970, para poder simplificar los complejos cálculos de probabilidades, establecieron los Coeficientes de seguridad, en función de la calidad de los materiales, el control de la ejecución de la obra y la dificultad del proyecto. Se introdujeron los Coeficientes de mayoración de cargas o acciones, y los Coeficientes de minoración de resistencia de los componentes materiales.​

Reglamentos

A mediados del siglo XX los reglamentos tenían decenas de páginas, en el siglo XXI poseen cientos. La introducción de programas informáticos posibilita cálculos muy complejos, rápidos y soluciones más precisas. Los reglamentos hacen especial hincapié en estados últimos de servicio (fisuración, deformaciones) comportamiento (detalles constructivos) y durabilidad (recubrimientos, calidades), limitando la resolución experimental con múltiples condicionantes. Así, el Eurocódigo 1 establece situaciones usuales y accidentales (como sismos), que implican Coeficientes de seguridad parciales para las más variadas solicitaciones y resistencias. Algunas normativas específicas por ámbitos geográficos son EHE (España), Eurocódigo (Europa), ASCE/SEI (Estados Unidos).

Cálculo y proyecto

Antes de construir cualquier elemento de hormigón deben calcularse las cargas a que estará sometido y, en función de las mismas, se determinarán las dimensiones de los elementos y calidad de hormigón, la disposición y cantidad de las armaduras en los mismos.

El cálculo de una estructura de hormigón consta de varias etapas. Primero se realizan una serie de simplificaciones en la estructura real transformándola en una estructura ideal de cálculo. Después se determinan las cargas que va a soportar la estructura, considerando en cada punto la combinación de cargas que produzca el efecto más desfavorable. Por último se dimensiona cada una de las secciones para que pueda soportar las solicitaciones más desfavorables.

Una vez calculada la estructura se redacta el proyecto, que es el conjunto de documentos que sirve para la realización de la obra y que detalla los elementos a construir. En el proyecto están incluidos los cálculos realizados. También incluye los planos donde figuran las dimensiones de los elementos a ejecutar, la tipificación de los hormigones previstos y las características resistentes de los aceros a emplear.

Fabricación

Es muy importante conseguir la mezcla óptima en las proporciones precisas de áridos de distintos tamaños, cemento y agua. No hay una mezcla óptima que sirva para todos los casos.³⁵​ Para establecer la dosificación adecuada en cada caso se debe tener en cuenta la resistencia mecánica, factores asociados a la fabricación y puesta en obra, así como el tipo de ambiente a que estará sometido.​

Hay muchos métodos para dosificar previamente el hormigón, pero son solo orientativos. Las proporciones definitivas de cada uno de los componentes se suelen establecer mediante ensayos de laboratorio, realizando correcciones a lo obtenido en los métodos teóricos.​

Se señalan brevemente los aspectos básicos que hay que determinar:

• La resistencia característica (f_ck) se fija en el proyecto.​
• La selección del tipo de cemento se establece en función de las aplicaciones del hormigonado (en masa, armado, pretensado, prefabricado, de alta resistencia, desencofrado rápido, hormigonados en tiempo frío o caluroso, etc.) y del tipo de ambiente a que estará expuesto.​
• El tamaño máximo del árido interesa que sea el mayor posible, pues a mayor tamaño menos agua necesitará ya que la superficie total de los granos de áridos a rodear será más pequeña. Pero el tamaño máximo estará limitado por los espacios que tiene que ocupar el hormigón fresco entre dos armaduras cercanas o entre una armadura y el encofrado.​
• La consistencia del hormigón se establece en función del tamaño de los huecos que hay que rellenar en el encofrado y de los medios de compactación previstos.​
• La cantidad de agua por metro cúbico de hormigón. Conocida la consistencia, el tamaño máximo del árido y si la piedra es canto rodado o de machaqueo es inmediato establecer la cantidad de agua que se necesita.​
• La relación agua/cemento depende fundamentalmente de la resistencia del hormigón, influyendo también el tipo de cemento y los áridos empleados.
• Conocida la cantidad de agua y la relación agua /cemento, determinamos la cantidad de cemento.​
• Conocida la cantidad de agua y de cemento, el resto serán áridos.
• Determinar la composición granulométrica del árido, que consiste en determinar los porcentajes óptimos de los diferentes tamaños de áridos disponibles. Hay varios métodos, unos son de granulometría continua, lo que significa que interviene todos los tamaños de áridos, otros son de granulometría discontinua donde falta algún tamaño intermedio de árido.​

Determinada la dosificación más adecuada, en la planta de hormigón hay que medir los componentes, el agua en volumen, mientras que el cemento y áridos se miden en peso.​

Los materiales se amasan en hormigonera o amasadora para conseguir una mezcla homogénea de todos los componentes. El árido debe quedar bien envuelto por la pasta de cemento. Para conseguir esta homogeneidad, primero se vierte la mitad de agua, después el cemento y la arena simultáneamente, luego el árido grueso y por último el resto de agua.​

Para el transporte al lugar de empleo se deben emplear procedimientos que no varíen la calidad del material, normalmente camiones hormigonera. El tiempo transcurrido no debe ser superior a hora y media desde su amasado.​ Si al llegar donde se debe colocar el hormigón, este ha empezado a fraguar debe desecharse.​

Puesta en obra

Colocación de armaduras

Las armaduras deben estar limpias y sujetarse al encofrado y entre sí de forma que mantengan la posición prevista sin moverse en el vertido y compactación del hormigón. Para ello se colocan calzos o distanciadores en número suficiente que permitan mantener la rigidez del conjunto.​

Las distancias entre las diversas barras de armaduras deben mantener una separación mínima que está normalizada para permitir una correcta colocación del hormigón entre las barras de forma que no queden huecos o coqueras durante la compactación del hormigón.​

De igual manera el espacio libre entre las barras de acero y el encofrado, llamado recubrimiento, debe mantener una separación mínima, también normalizada, que permita el relleno de este espacio por el hormigón. Este espacio se controla por medio de separadores que se colocan entre la armadura y el encofrado.​

Encofrado

El encofrado debe contener y soportar el hormigón fresco durante su endurecimiento manteniendo la forma deseada sin que se deforme. Suelen ser de madera o metálicos y se exige que sean rígidos, resistentes, estancos y limpios. En su montaje deben quedar bien sujetos de forma que durante la consolidación posterior del hormigón no se produzcan movimientos.​

Antes de reutilizar un encofrado debe limpiarse bien con cepillos de alambre eliminando los restos de mortero que se hayan podido adherir a la superficie. Para facilitar el desencofrado se suelen aplicar al encofrado productos desencofrantes; estos deben estar exentos de sustancias perjudiciales para el hormigón.​

Colocación y compactación

El vertido del hormigón fresco en el interior del encofrado debe efectuarse evitando que se produzca la segregación de la mezcla. Para ello se debe evitar verterlo desde gran altura, hasta un máximo de dos metros de caída libre y no se debe desplazar horizontalmente la masa.​

Se coloca por capas o tongadas horizontales de espesor reducido para permitir una buena compactación (hasta 40 cm en hormigón en masa y 60 cm en hormigón armado). Las distintas capas o tongadas se consolidan sucesivamente, trabando cada capa con la anterior con el medio de compactación que se emplee y sin que haya comenzado a fraguar la capa anterior.​

Para conseguir un hormigón compacto, eliminando sus huecos y para que se obtenga un completo cerrado de la masa, hay varios sistemas de consolidación. El picado con barra, que se realiza introduciéndola sucesivamente, precisa hormigones de consistencias blandas y fluidas y se realiza en obras de poca importancia resistente. La compactación por golpeo repetido de un pisón se emplea en capas de 15 o 20 cm de espesor y mucha superficie horizontal. La compactación por vibrado es la habitual en hormigones resistentes y es apropiada en consistencias secas.​

El vibrador más utilizado es el de aguja, un cilindro metálico de 35 a 125 mm de diámetro cuya frecuencia varía entre 3000 y 12 000 ciclos por minuto. La aguja se dispone verticalmente en la masa de hormigón fresco, introduciéndose en cada tongada hasta que la punta penetre en la capa anterior y cuidando de no tocar las armaduras pues la vibración podría separar la masa de hormigón de la armadura. Mediante el vibrado se reduce el aire contenido en el hormigón sin compactar que se estima del orden del 15 al 20 % hasta un 2-3 % después del vibrado.​

Curado

El curado es una de las operaciones más importantes en el proceso de puesta en obra por la influencia decisiva que tiene en la resistencia del elemento final. Durante el fraguado y primer endurecimiento se producen pérdidas de agua por evaporación, formándose huecos capilares en el hormigón que disminuyen su resistencia. En particular el calor, la sequedad y el viento provocan una evaporación rápida del agua incluso una vez compactado. Es preciso compensar estas pérdidas curando el hormigón añadiendo abundante agua que permita que se desarrollen nuevos procesos de hidratación con aumento de la resistencia.​

Hay varios procedimientos habituales para curar el hormigón. Desde los que protegen del sol y del viento mediante tejadillos móviles, plásticos; mediante riegos de agua en la superficie; la inmersión en agua empleada en prefabricación; los productos de curado aplicados por pulverización; los pulverizados a base de resinas forman una película que impide la evaporación del agua, se trata de uno de los sistemas más eficaces y más costosos.​

Desencofrado y acabados

La retirada de los encofrados se realiza cuando el hormigón ha alcanzado el suficiente endurecimiento. En los portland normales suele ser un periodo que oscila entre 3 y 7 días.​

Una vez desencofrado hay que reparar los pequeños defectos superficiales normalmente huecos o coqueras superficiales. Si estos defectos son de grandes dimensiones o están en zonas críticas resistentes puede resultar necesario la demolición parcial o total del elemento construido.​

Es muy difícil que queden bien ejecutadas las aristas vivas de hormigón, por ello es habitual biselarlas antes de su ejecución. Esto se hace incorporando en las esquinas de los encofrados unos biseles de madera llamados berenjenos.

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