Fabricación, Diseño y Puesta en obra
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
Las estructuras de los edificios, cuya función es resistir las acciones
a que están sometidos, suelen ser de hormigón armado.
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 losCoeficientes 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) ydurabilidad (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.
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. 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 (fck)
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
En el hormigón armado se emplea habitualmente acero de alta resistencia
de adherencia mejorada o barras corrugadas. El corrugado está
normalizado por la forma del resalto en el perímetro de la barra, su altura,
anchura y separación.
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 3.000 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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