ICI-309I·05
Jan 25, 2016
ICI-309I·05
Compactación del concretoAC1309-0S
INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO, A.C.
Compactación del concretoACI309R-OS
Tir ulo o rigi na l en ingl é ~ :
C uide for Consolida t ion of C OIH.'I' t ' l e
.1> 2005 American Co ncre te lnstuutc
© 2007 Instituto Me xican o de l Ce 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 ducción ed itor ial:Ing. Ra úl Huerta ~Iar(incz
Este libro fue publicado or igi nalmente e n inglés. Por lo tanto . cuando ex istan dudas respec to de alg ún significado preciso. deberátoma rse e n c uenta la ve rs ió n e n ing lés. En esta pub licación se re spetan esc rupulosa me nte las idea s. pu ntos de vis ta yes peci fic ac iones que presenta. Po r lo tanto e l Instituto Mexicano del Cemen to yde l Co ncreto. A.C. no asume respo nsabi lidad .ilgunu (incluyendo. pero no limitando. la que se de rive de riesgos. ca lidad de materia les. m étodos co nstructivos. c tc. ) P()J' la aplieae ion de losprincipios o procedimientos de este vo lumen.
Copyright © :!OOS Amer ican Co ncrete Insti tutc
Todos los dere chos rese rvados inc luyendo los derechos de reprod ucci óny uso de cualquier forma o medi o. incluyendo el fotocopiado por cualquier proceso fotognifico. o po r med io de dispositi vo mecánico ()e lectrónico . de imp resión. escrito u oral. o grabaci ón para reproducción audio o visua l o para el uso en cualquie r sistema o dispositivo de almace namiento y recu perac i ón de lainfor mac ión. a menos que exista per miso escrito obtenido de los propie tarios del Co pyr ight.
La prcsentaci án y d isposicíán en conjunto de CO MPAC TACION DEL CONCRETO 1\ e l J09 -R 05. .W fI propi edad del edito r.Ning una pa rte de esta obra pu ede ser reproducida o tran sm itida . por algun SIStC I1 1(1 ()método, clectráníco o IJI ccúnico (incluvcn do el foto copiado . la grabación u cualquier sis tema de almacenamiento y recuperación de infort nuciónJ. sin consannnicnto porescri to del editor.
Derechos reservados :
(e,: ~00 7 : l nst i lll to Mexicano de l Cemento y de! Co ncreto . A.C.AvInsurgc nrcs Sur rs.ro.Co l. Florida . ivléx. D.F. C.P. 0 1030
Miem bro de la Cá mara Nac ional de laIndustria Edi torial.
I lIIp'-c.\O 1'11 JJh "ico
ISB" % S-4(¡-1-I()1-3
Compactación del concretoComité ACI 309
Vrmcyc
Richard E. Miller Jr.Pres idente
Neil A. Cumming
Timo thy P. Dolen
Chiara F. Ferrari s
Steven H. Gebler
Glenn A. Heimbruch
Kenneth C. Hover
Gary R. Mass
~ Finado
Jerome H. FordPresidente del Subcomité
Bryant Mather"
Larry D. OIson
H. Celik Ozyildirim
Steven A. Ragan
Mike Thompson
Brad ley K. Violetta
Prólogo
La compactación es el proceso de remover el aire atrapado en elconcretoreciéncolado. Sonvarios los métodos y técnicas aplicables la elección depende principa lmente de la trabajabilidad de lamezcla, las condiciones de colado y el grado deseado de remo
ción de aire. Por lo general se emp lea alguna forma de vibración .
Esta guia da recomendaciones e incluye inform ación sobre el
mecanismo de compactación y sobre las características delequipo así como los procedimientos para diversas clases deconstrucción.
\)tmcyc
Los valores en pares que se dan en un idades pulgada-libra yenunidades SI usualmente no son equivalentes exactos. Por 10
tanto, cada sistemadebe ser usado independientemente unodel
otro. Si secombinan valores de los dos sistemas, el resultadopuede no estar conforme con esta guía.
Palabras clave: aberturas; apisonado; colocación; compactación; consistencia; compactación; paleado: reología; seg regación ; varillad o ; v ibración : vibrad ore s ( maq u ina r ía )
trabajabilidad .
Indice
Capítulo 1. Generalidades. . . . . . . . 1
Capítulo 2. Efecto de las propiedades dela mezcla sobre la compactación2.1 Proporcionamiento de la mezcla 3
2.2 Trabajabilidad y consistencia 3
2.3 Requerimientos de trabajabi lidad 4
Capítulo 3 . Métodos decompactación3.1 Métodos manuales 5
3.2 Métodos mecánicos 5
3.3 Aplicación de métodos combinados 5
Capítulo 4 . Compactación deconcreto mediante vibración4.1 Movimiento vibratorio 7
4.2 Proceso de compactación 7
Capítulo 5 . Equipo para vibrado5.1 Vibradores internos 9
5.2. Vibradores para cimbra 12
5.3 Mesas vibradoras 15
5.4 Vibradores superficiales 16
5.5 Mantenimiento de los vibradores 17
Capítulo 6. Cimbras6.1 Datos generales 19
6.2 Superficies inclinadas 19
6.3 Manchas superficiales 19
6.4 Hermeticidad de la cimbra 19
6.5 Cimbras para vibración externa 20
Compaclación del Concreto AC1309R-05
\)Imcyc
Ca pítulo 7. Prácticas de vibraciónrecomendadas para laconstrucción en general7.1 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
Capítulo 8. Co ncreto estructural8.1 Prerrequisitos de diseño y deta llado 29
8.2 Requerimientos de la mezcla 29
8.3 Vibración interna 29
8.4 Vibración de las cimbras 29
8.5 Revestimiento de túneles 30
Capítulo 9. Concreto masivo9.1 Requerimientos de la mezcla 3 1
9.2 Equipo de vibración 3 1
9.3 Cimbras 3 1
9A Prácticas de vibración 3 I
9.5 Concreto compactado con rodillos 32
Capítulo 10. Losas para pisos deconcreto de den sidad normal10.1 Requerimientos de la mezcla 35
10.2 Equipo 35
10.3 Losas estructurales 35
lOA Losas sobre el suelo 35
10.5 Pisos industriales para servicio pesado 36
10.6 Extracción de agua por vacio 36
VII
15.1 Genera lidades 47
"tm cyc
Capítulo 11. Pavimentos11.1 Generalidades 37
11.2 Requerimien tos de la mezcl a 37
11.3 Equ ipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1 l A Procedim ient os de vibració n . 39
Ca pítulo 16. Cont rol de ca lidad
y aseguramiento de la calidad16. 1 Generalidades . . 49
Capítulo 14. Concreto de alta
densidad14 .1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5
14 .2 Requ erimien tos de la mezcla . . . . . . . . . . . . .. 45
14.3 Té cn icas de colocac ión 45
Capítulo 12. Productos
prefabricados12.1 Ge ne ra lidades. . . . . . . . . . ·11
12.2 Req uerim ientos de la me zcla . . . . 41
12.3 Mat er ial para cimbras 4 1
12.4 Elección de l mét odo de compactación 42
12.5 M étodos de co locac ión 42
Ca pítulo 13. Concreto estructural de baja
densidad13.1 Ge neralidades 43
13.2 Requ er imientos de la mezc la 43
13.3 Comportamiento del concreto estructural debaja densidad durante el vibrado 43
13.4 Procedim ientos y equipo para la compactación 4 3
13.5 Pisos 44
11.5 Precauciones especia les. . 40 16.2 Esta do adec uado del equipo y proced imien tos 49
16.3 Verificación de l buen func ionamiento de l equipo 49
Capítulo 17. Compactación de
cspecímenes para prueba17. 1 Resisten cia . . . . . . . . . . . . . 53
17.2 Den sid ad 53
17.3 Contenido de aire 53
17A Compactac ión de co ncreto IllUY rígido en espec ímenesde laborator io 54
Capitu lo 18. Compactación en áreas
congestionadas18.1 Problemas comunes de colocación . . . . 5~
18.2 Técni cas de co mpactac ión . . 5~
Capítulo 19. Referencias19.1 Norm as y reportes de re ferenc ia 5
19.2 Refe rencias citadas 6
Apéndice. Fundamentos dela vibración
Ca pít ulo 15. Concreto de alta
densidad
VIII
A. I Prin cipi os de l mo vim ien to ar mó nic o simple (
A.2 Acción de l vibrador rota torio /
A.3 Movimiento vibrato r io en e l co nc reto 1
. 47
· 49 Capítulo 1. 49
. . 49 Generalidades
ormcyc
· . 53
· . 53
. . . 53
mes.. . 54
· . . 5~
. .. . 5 ~
. .. . 5
. . .. 6
.. ... t
. . .. . t
. . ... l
Ac t ) 091
El concreto recién colocado no co mpactado contiene unacantidad excesiva y perju dicial de aire atrapado. Si se permite
que endurezca en esta condición, el concreto será poroso ypobremente adherido al acero de refuerzo . Tend rá baja resisten
cia, alta permeabil idad y pobre resistencia aldeterioro. Tambiénpuede tener una pobre apariencia . La mezcla debe compactarse
para que tenga las propiedades requer idas y esperadas en el con
creto.
La compac tación es el proce so de inducir una disposición máscercana 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)
Figura 1(a.)Laagradableaparienciadel concretoenlaconstrucción deunaiglesia
Compactación del concreto ACI 309R-05
varillado, apisonado, o alguna comb inación de estas acciones .
Las mezclas más rígidas requiere n mayor esfuerzo para lograr
compac tación apropiada. Con el uso de ciertos aditivos químicos (AC J 2 J2.3R), las cons istenc ias que requieren esfuerzo re
duc ido de compactac ión se pueden lograr a un contenido deagua más bajo . Conforme se reduce el contenido de agua de l
concre to, la calidad de éste (resistencia, permeab ilidad y otrasprop iedades deseables) se mejora, s iempre y cuando se compacte apropiadamente . En forma alterna, el contenido de materiales
Figura I(b). Laagradableapar ienciadelconcreto en laconstruccióndeunedificio publico
oImcyc
---- ----Figura 1(e). Acercamiento de las superficies resultantes de una buenacompactación
2
cementantes se puede bajar. reduciendo el costo mientras semantiene 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 actualidad se dispone de equ ipo y métodos para una rápida yeficiente compactación de l conc reto en una variedad de condicio
nes 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 econó
mico y de gran adaptabilidad . Cuand o los procedimientos ade
cuados de compactación se combinan con buenas cimbras ybuenos agentes desrnoldantes. las superficies de concreto tienen
un aspecto muy agradable (véanse las figura s l a a le).
Co mpa¡;t.1.ción del Con creto ACI 3D9R·0 5
,1
y)
:ele\-,-y,n
oImcyc
Capítulo 2
Efecto de las propiedades de la mezclasobre la compactación
2.1 Proporcionamiento demezclas
Las mezclas de concreto se propo rciona n a fin de que den la capacidad .de trabajo necesaria para la construcción y las propie
dades req ue ri das del concre to en d u recido . Elproporcionamiento de la mezcla se desc ribe con detalle en documentos preparados por el AC1211.1 , 2 1L2 Y21 UR.
2.2 Trabajabilidad y consistencia
La trabajabilidad del concreto recién mezc lado determina la fa
cilidad yhomegenei dad con la cua l puede mezclarse , 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
O Consistenc ia afec tada por la viscosidad y cohesión delconcreto y el ángulo de fricción interna
La trabajabilidad se ve afectada por la granulometría, la forma
de las particulas la textura de la superficie y las proporciones deagregado y cemento, el uso de puzo lana o escor ia de alto hornogranu lado y molido (GGBFS) adit ivos químicos o minerales, el
contenido de aire y de agua de la mezc la. La consis tencia es lamovilidad relativa o capacidad de flujo del concreto recién mez
clado . También determi na, en gra n parte, la facilidad con quepuede compactarse el concreto. Unavez seleccionados los materiales y las proporciones de la mezcla , el control primario so
bre la trabajabilidad se lleva a cabo med iante variaciones 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 enla cons trucción comú n. La prueba Vebe (ASTM C 1170) se re
comienda por lo general para mezclas más rígidas .
Los valores de reven imiento, factorde compactación, m-esa decaída y de tiempo de Vebe para toda la gama de consistenciasempleadas 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 COMPACTABILlDAD MOVILIDAD
ISANGRADO
ISEG REGACiÓN
DENSIDAD RELATIVA
VISCOSIDAD COHESiÓN ÁNGU LO DE FRICCiÓNINTERNA
09R-OS
Figura2.t Parámetrosdela reologla delconcreto fresco.
Compa ctac i ón del concretoACI 39QR-OS 3
\)Imcyc
Tabla 2.1 Consitencias usadas en la construcción *
Descripción de consistencia Revenimiento, cm
Extremadamente secaMuy rígida
Rfgida Oa2.SPlástica rfgida 2.5a 7.5Plástica 7.5 a 12.5Altamente plástica 12.5 a 19Fluyente 19 y más• El método de prueba es de valor limitado en esta variedad
Tiempo de vebe, seg
32 a 18
18 a 10
10 a5
5 a 3
3 a O·
Factor de compactación prom edio
0.70
0.75
0.85
0.90
0.95
Revoluciones de mesa de ufd.
de Th aulow
I J a256
56 a2828 a 14
14a 7
< 7
Existen otros métodos disponible s de medir la consistencia talescomo la prueba de remo ldeamie nto de Powers y los reómetrosrecientemente desarrollados. Estos métodos no se usan confrecuencia. Las diferentes pruebas de consistencia han s ido
discutidas por Nevi lle (1981), Vollick ( 1966), YFerraris (1999).
2.3 Requerimientos detrabajabilidad
El concreto debe ser suficientemente trabajable para que elequipo moderno de compactación, utilizado en la forma correc
ta, prop orcione una compactación adecuada . Sin emba rgo, unalto grado de trabajabilidad pued e ser inconveniente, ya que
tiende a incrementar el costo de la mezcla y puede reducir la ca
lidad del concreto endurecido. Cuando al alto grado de trabajabilidad es resultado de una consistencia demasiado fluida, lamezcla será también inestable y es probable que se segregue du
rante el proceso de compactación.
En mezclas que son altamente plásticas a la fluidez (Tabla 2.1),frecuent emente se usa agregado de pequeño tamaño máximonominal y alto contenido de agregado fino debido a que el alto
grado de capacidad de fluidez significa menos trabajo en lacolocación. Mezclas como éstas pueden tener caracterlsticas
indeseables tales como alta co ntracción, agrietamiento, ypegajosidad. Por otro lado, tampoco es recomendable emplear
4
mezclas demasiado rigidas, ya que se requerirá gran esfuerzo de
compactación y, a pesar de todo, pueden no quedar adecuadamente compactadas. Con frecuencia, se requieren instrucciones,gulas y mezclas de prueba para lograr el uso de mezclas de inferior revenimiento o contenido deagregado fino, o un agregadode mayor tamaño máximo, con el objeto de lograr un uso máseficiente del cemento.
El concreto que contenga cien os aditivos qulmicos puede colar
se encimbras conmenos esfuerzo decompactación. Refiérase alos informes del ACI Com ité 212 para información adiciona l
respecto a los aditivos. El uso de puzolanas o GGBFS puedeafectar la compa ctación del concreto al permitir su co locación
con menos esfuerzo de compactación requer ido para compactar
apropia damente el concreto. Remitase al AC1232 .2R, 233R, y
324R para mayor información respecto a estos materiales. Lacantidad de esfuerzo de comp actación que se requiera con o sin
el uso de aditivos químicos y puzo lanas o GGBFS deben serdeterminada pormedio de mezclas de ensayebajo condicionesde campo .
La trabajabilidad de la mezcla en la cimbra es la que determinalos requerimientos de compactación. Estos pueden ser conside
rablemente menores que en la mezc ladora por la pérdida de revenimiento debido a las altas temperaturas, el fraguado falso,
lasdemoras u otras causas.
Compactacióndel concreto ACI 390R·OS
oImcyc
Capítulo 3
Métodos de compactación
e
s,:-.0
is
.r,araldeónlar
,yLasinsernes
Jinaide-
Debe elegirse un métodode compactación adecuado a la mezclade concreto que se va a emplear y a las condiciones de colado:por ejemplo, complej idad en las cimbras, cantidad y colocaciónde acero de refuerzo. Existe una extensa variedad de métodosmanuales y mecánicos.
3.1 Métodos manuales
Las mezclas plásticas, altamente plásticas, y de consistenciafluida (Tabla 2. l ), pueden ser compactadas por varillado. Aveces se usa el paleado en superficies moldeadas-se inserta y seretira 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, porlotanto, se reduce elnúmero y tamaño de burbujas en la superficie del concreto.
El apisonamiento manual puede usarse para compactar mezclasrlgidas. El concreto se coloca en capas delgadas y cada capa seapisona cuidadosamente. Este es un método de consolidaciónmuyefectivo, pero laborioso y costoso.
Los métodos de compactación manual generalmente se usansólo en colocaciones pequeñas de concreto no estructural y requieren exhaustiva mano de obra.
3.2 Métodos mecánicos
Elmétodode compactación más empleado en la actualidad es elvibrado. El vibrado es un método especialmente adecuado paralas consistencias más rigidas, propias de los concretos de altacalidad. El vibrado puede ser tanto interno como externo.
Los compactadores de potencia pueden emplearse para comopactar concretos rigidos en unidades prefabricadas. Además desu efecto de apisonamiento, proporcionan una "vibración" debaja frecuencia que ayuda a la compactación. Las varillas deapisonamiento operadasen forma mecánicasonadecuadaspara
compactar las mezclas rígidas empleadas en algunos productosprefabricados, incluyendo los bloques de concreto.
Los equipos que aplican elevadas presiones estáticas sobre lasuperficiedeconcreto, pueden emplearse para compactar losasdelgadas de consistencia plástica o fluida. En este caso, el concreto se exprime, prácticamente dentro de la cimbra, obligandoa 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 deconcreto.
Existen muchos vibradores de superficie para cons trucción delosas, incluyendo reglas vibradoras, rodillos vibradores, apisonadoras vibradoras de placa o de rejilla, asi como herramientasvibradoras para acabado.
Lasmesas de impacto, también llamadas mesasde golpeteo, sonadecuadas para compactar concreto de bajo revenimiento. Elconcreto 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. Aldetener bruscamente la caida libre del molde con concreto, elimpacto provoca que éste se compacte para formar una masadensa. La frecuencia varia en el rango de 150a 250 caldas porminuto, siendo la calda libre de entre 3 y 13 milímetros.
Comúnmente se usanrodillos vibratorios de tamborsuave paracompactar mezclas de concreto sin revenimiento.
3.3 Aplicación demétodos combinados
En ciertas condiciones,una combinación de dos o más métodos decompactación proporciona mejores resultados.
A veces es posible combinar la vibración interna y laexterna conbuenos resultados en trabajos prefabricados y. ocasionalmente,en concretos colados en obra. Algunas veces se aplican vibrado-
~90R.OS Compactación del Concreto ACJ309R-05 5
,UllCY<
res para ln compactación de ruti na y vibrado res intern os para cm
pico IOG l.l CI1 secciones crít icas Ill UY reforzada s. pro pe nsas a los
vacíos y ti la adherencia de fic iente co n el acero de refuerzo. En
sec ciones en las que, por e l contra rio. la compa ctación principal
se lleva a cabo mediante vibradores interno s. tamb ién puede apli
carsc vibraci ón de c imbras para lograr el aspecto requ e rido en la
sup erfi cie ,
La vibraci ón puede aplicarse en forma simultánea en la cimbra y
en 1<1 super fic ie. pro cedi mie nto que se empica co n frecuencia
para hacer un idades prefabricadas sobre mesas vibradoras. La
c imb ra se vibra mie ntra s una placa o regla v ibrador a . aplicada
sobre la superfi cie . ejerce presión e impulsos vib rato rios ad i
nal cs.
Alguna s vec es la vibra c ión de la c imbra se combina co n pres
estát ica aplicada a la supe rfic ie. Es ta vibración bajo presi ómuy út il en unidades de mamposter ía y en la compactac ión elproducc ión de con cre to . en las que las mezc las tan rígidas qu
emplean no reaccionan en forma favorable a la so la vib rac i ó¡
A menud o se combinan la cent rifugaci ón (gi rado). la vibrac
y la compactación co n rodill os, en la producción de tuber ía
co ncreto de alta calidad y de otras secc iones hueca s.
cio-
siónm esdela
uese
In .
ición
as de
( ¡rmcyc
Capítulo 4
Compactación de concreto mediante vibración
En t érminos sencillos. el vibrado consiste en someterel concretofrescoa impulsos vibratorios rápidosquelicuanelmortero (véasela figura 4.1 ) Yreducen significativamente la fricción internaentre las partículas de agregado. Enestascondiciones el concretoseasienta porgravedad (algunas veces ayudado porotras fuerzas).Al detenerse la vibración se restablece la fricción .
4.1 Movimiento vibratorio
Los vibradores de concreto tienen un movimiento oscilatoriorápido 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 (desviación
del punto de reposo)..
Los vibradores siguen una trayectoria orbital lograda, por lo ge
neral,alhacergirar una masa noequilibrada, 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 explicaenel apéndice. La ace leración, una me d ida de la intensidad de la
vibración, pued e calcularse a partir de la frecue nc ia y la am
plitu 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 leración de la gravedad. La ace leración es un parámetro
útil para la vibración externa, pero no para la interna, en la
Figura4.1 Vibrado r interne "licuando" concreto debajorevenimiento
que la amplitud en el concreto no es susceptible de medirse con
faci lidad.
Para vibradores que no sean los de tipo rotatorio. (por ejemplo
lososcilatorios).no sonaplicables losprincipiosdelmovimiento armónico. Sin embargo. los conceptos básicos descritos eneste libro siguen siendo útiles.
4.2 Proceso de compactación
Cuando el concretode bajorevenimiento sedeposita en lacimbra, está encondición desegregación, lo que significa quecontiene partículas de agregado grueso recubiertas de mortero y
bolsas de aire atrapado distribu idas en forma irregula r. Reading
( 1967 ) estableció que el volumen de aire atrapado depende de la
trabajabilidad de la mezcla. la forma y el tamaño de la c imbra, la
cantidaddeacero derefuerzouotros elementos decongestión,yde l método por el que se depos ita el concreto. El volumen de
aire atra pa do puede es ta r en el rango del 5 a 20% . La
compactación debe remover prácticamente todo el aireatrapado, lo cual es importante debido a su efecto adve rso en las
propiedades del concreto.
La compactación por mediode la vibraciónse describemejorsilaconsideramoscompuesta por dosetapas: laprimera comprende lanivelacióndelconcreto y la segunda. ladeareación (remoción de las burbujas de aire atrapado). Las dos etapas pueden
ocurrir enforma simultánea. presentándose lasegundacerca delvibrador antes que se haya terminado en lugares más alejados(Kolek. 1963).
Al comenzar el vibrado, losimpulsoscausan movimientosdesor
donados y muy rápidosde laspartículasde la mezcla dentro delrad io de influencia del vib rador . Radio de influenciaes el áreade una vista plana donde un vibrador es capaz de producirs~ lfi c;cn!(' '' impu lso-, para compactar el conneto. [1 mortero sehc ua de momento. La fricción interna que pcrm itin al concreto1ll;1I 1h:lllT SC en su con di c ión original tal como se deposita se reduú' en tonua d r ástica. La mczcln se vue lve inestable y buscaUIl nive l inferior y una condic ión má s den sa, Fluye hacia los lados. contra Incimbra y alrededor t1 ~1 acero de refuerzo y deac
ccsor ios ahogad os.
7
' suquetras
tradadien.
oel
on-
R
Capítulo 5
Equipo para vibrado
Los \,ibradorl's de CllI1CI\.' fO pued en dividirse en dos c lases prin
cipaIL's: ¡llIemo s: externos. l.os vibradores externos PUl,.'JL'11 clasiñcarsc a su vez. en vibradores para cimbra, \ ibrndorcs desuperficie y mcs:« vibradoras.
5.1 Vibradores internos
Losvibradores intemos. Ilamados con frecuencia vibradores de
escoplo o vibradores hurgadores. tienen una cabeza vibradora y
puedan tener una flecha flexible. l.a cabeza se sumerge en elconcreto y act úa en forma directa sobre é l. En la mayoría de 10 5
ca.05.105vibradores internos depe nden de l efecto enfriador de l
concreto que los circunda para evitar el sobrcca lenramicnto.
Todos los vibradores internos que se utilizan en la actualidad sonde tipo rotatorio (véase movimiento vibratorio en el cap ítulo an
teriorsección 4,1). Los impulsos vibratorios emanan de la cabezadel vibrador en ángulo recto.
5.1. 1Tipo de tlecha tlexible
Este tipo de vibradores es, probabl emente. el mas ampliamenteusado. 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 mo
tor portátil de comb ustión interna (véase la figura 5.1 (a).
Enel caso de los vibradores con motor eléctrico, una flecha fle
xible sale del motor hacia la cabeza del vibrador en donde mue
ve la masa exce ntrica. El motor generalmente opera concorriem, 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 vibradores es bastantealtacuando se opt.'r;\ ~ 1I ai 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 u1'".'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 enaprOXilllad;;t ll1 enh.'1111;1quiu ta p.utc . ln e-,k inh ll"lllc Id frcc ucn
cia se vxprcva cn \ ibr.rcionc-, l'llf 1I1l11l11 o a fin deud ccu.usc a ItI 'i
práClic<I\ en u-,o cu 1",> 1..... lado.. l ln idlh : ..in vmbareo. en el
I\P~lldi ce la !'rl 'U ll 'llcia ..t.: d a l' ll Ikil I a fi n lk' adapt :tl''iC a laslonnula, Jd te' '. "
I100CY C
P.:u-a Jos vibradores conmotor. tanto de ~;bol iJl il como dicsc l. lavelocidad delmismo es casi vicmprc de ] .()Oll revoluciones porminuto (ÓO ll z). SI..' lItil í/ a una banda \' o una tr.msuus ión de en
granajc::-. íl fin de pasar esta velocidad a UIl lÚ\ el de frecuenciaace ptable. Otro tipo de uuidudc-, uti lizan UII motor de gasolina
de dos cic los que opera, sin carga. a una veloc idad de 12.000
RPM (figura. 5.1 (b» ) de modo que se elimina la necesidad deuna transmisión. Esta unidad es portátil y generalm ente se lleva
Cill a espalda. Una vez m ás una flecha ílcxi hlc entra en la cabeza
del vibrador. Al ser mas molestos y grande s que 10 \ vibradores
con motor eléctrico, los vibradores de 111 0 101' de gasolina sonsólo útiles cuando no se cuenta con energía el éctr ica.
Para la may0 1' parle de los vibradores de flecha flexible la fre
cuencia es la misma que 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 ycon velocidades flexibles de la flecha. 1.:: 1extremo del p éndulotermina por dentro en un patrón en forma de estrella proporcionando a la cabeza del vibrador till a frecuencia mayor que la de laflecha que lo mueve. Las velocidades de l motor generalmente
son de cerca de 3.600 revoluc iones po r minuto con corriente de
60 Ilz (ca ca de 3.000 revolu ciones por minuto con corriente de
50 l lz). Generalmente se usa un motor de inducció n simple o detres fases. La baja veloc idad dela flecha fl cviblc es IllU: buenadesde el punto de vista del manrcninucuto.
5.1.2 Vibrador de 1I10tor eléctricoen la cabeza
Los vibradores con motor el éctrico 1.'11 la cabo;! han alcanzado
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 istemotor o flecha separados. De la cabeza sale un cable el éc trico
resistente que actúa tambi én como mango. Lo '> vibradores con
m otor el éctrico en la caboa '>IHl por lo gl'Ill.,.'ral de un diá metro
de 50 mm COIllO mínimo
Este (ipII de vibradores e,>l ;l lli"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 (ci
c1o ;¡IIIl) . Fn l' .... te últ illlo b l'Jll'rgb gl.,."lk'ral llll' llk· ld pr \lpOI"CiOlla un
')
(¡tmcyc
f
motor J gasolina 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 dismi
niuci ón de la velocidad a l sumergirse en el concreto. Puede rotar
COIl una masa exce ntrica mayor y desarro llar una mayor fuerza
centr ífuga que aquella que producen los modelos con motores
eléctricos en la cabeza de diám etro similar, En algun os paises se
util izan motores para vibradores de 150 o 200 Hz.
S.1 .3 Vibradores neumáticos
Los vibrad ores ne umát ico s (ve áse la figura 5.3) trabajan por
med io de a ire comprimido. e l motor neum áti co genera lmente se
encuentra en la parte interna de la cabeza de l vibrador. El tipo de
aspa s es e l más usu al , en es te. tanto e l motor como los e lementos
excéntricos se encue ntran soportados en apo yos. También hay
mod elos sin apoyos, que ge nera lmente req uieren menos mante
nimiento. as í como al gu nos mo del os de flech a flexib le qu e tie
nen e l mot or neumáti co fuera de la cabeza ,
El empleo de vibradores neum át icos es muy ventajoso cuando e l
aire comprimido es la fuente de energía de más fácil acceso. La fre
cuencia depende en gran medida de la presión de l aire , por lo que
ésta siempre debe mantenerse a un nivel 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 diferente.
S.lA Vibradores hidráulicos
Los vibradores qu e utili zan un motor hidráulico son mu y popu
lares en las máquinas de pavimentación . El vibrador es tá co nec
tado al s istema hidráu lico de la paviment adora por medio de
ma ngu era s de alta presión . La frec ue nc ia de vibración puede re-
11)
Figura 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
jI1I
Compa ctación del conc reto ACI J09 R·OS
Figura S.1 b Vibrador de dos ciclos con motor de gasolina que se pone a laespalda del operado
\\
\H o v , i n~
o1
lf
esse
la r:se,de
tos
hayltetie-
lo el1fre. que
ral elienteite.
¡¡rrncyc
, ' '' ' '' 0( - o l " , .• . " "" ... ... .. . . , ,, 1( : 1 , " " I ~ .'
Figura .5.2 Vibrador eléctricocon motor en la cabeza: aspectoexterior (arriba), construcción interna de la cabeza (abajo)
popuonec
lio de.de re-
pone a Ia
C1309R·Ol
guiarse variando el flujo del fluido hidraúlico a trav és del vibra
dor. La eficiencia del vibrador depende de la pres ión y el flujo
del fluido hidraúl ico. Por lo tanto , resulta importante que el sis
tema hidráulico se revise con bastante frecu enc ia.
5.1.5 Selección de un vibrador internopara la obra
El requisito principal para un vibrador interno es su efectividadpara compactar el concreto; debe tener un radio de influenciaadecuado y ser capaz de "licu ar" y desaerear con rap idez el con
creto. El vibrador debe ser tambi én de operación confiable, depeso ligero , fácil de manejar y manipular y resistent e al desgas
te, y ser tal que no dañe los accesorios ahogados . Algunos de es
tos requisitos sonopuestos entre sí, porlo que es necesariohacerconces iones. Sin embargo, algunos de los problemas pueden reducirse al mínimo o eliminarse con un diseño cuidadoso de: vibrador: por ejemplo, las frecuencias muy elevada s tiend en a
incrementar los requisitos de mantenimiento y, por lo tanto,aco rtan la vida de los vibradores.
El ACI 309.1R señala continuamente que la efectividad de los vibradores internos depende ante todo del diámetrode lacabeza, dela frecuencia y de la amplitud. La amplitud es, en gran parte. una
Comp:lclaci(¡n dc l r nmn-tu ACI :lUCIR·05
función del momento excéntrico y del peso de la cabeza, como se
señala en el apéndice.
La frecuenc ia puede delerminarse con facilidad (véase la sec
ción 16.3.1), pero, hasta la fecha, no existe ningún método sen
cillo para determinar la amplitud de un vibrador al operar en elaire, la cual es un poco mayor que la amp litud en el concreto. La
amplitud puede medirse o calcu larse, como se describe en la
sección 16.3.2. Aunque esto no es estrictamentecierto enelcaso delas vibradores internos, la fuerza centrífuga puede usarse como unamedida de la capacidad de un vibrador. La figura A.2 del apéndiceexplica cómo llevar a caboestos cálculos.
El radio de influencia y, por lo tanto, el espaciamiento de las in
serciones, dependen no sólo de las características del vibradorsino también de la trabajabilidad de la mezcla y el grado de congestionamiento.
La Tabla5. 1da la variedadcomún de las características, elcomport am iento y las ap licac iones de los vibradores internos. (Al
gunos vibradores para fines especiales quedan fuera de esterango.) Se proporcionan frecuencias recomendables, así comovaloressugeridos de momento excéntrico. amplitud promedio yfuerzacentrífuga. También se dan rangos aproximados del ra-
11
Qlmcyc
Compactación del concreto ACI 309j
Figura5.4Variosdelosdistintos tamañosy formasdecabezas para vibrado",Deizquierdaaderecba.cabeza corta, cabezaredonda,cabeza cuadrada,~hexagonal y cabeza cubierta de hule I
5.2.1 Descripción general
5.1.7 Datos que debe proporcionarel fabricante
les áreas superficiales y diferente distribución de la fuerza entreel vibrador y el concreto (véase la figura 5.4).
No se ha evaluadoa fondo el efecto de la forma sobre la eficaciadel vibrador. Para los fines de esta guía se debe tomar comodiámetro equivalente de un vibrador de form a especial el diámetrode un vibrador redondo del mismo perímetro.
Enel catálogo del fabricante del vibradordeben aparecer las dimensiones físicas(largoy diámetro),y la masa total de lacabedel vibrador,elmomento excéntrico, la frecuencia enelaire y Ifrecuencia aproximadaen elconcreto, así como lafuerzacentrl
fugaenestas dos frecuencias. Elcatálogo también debe menci0lnar ciertos datos adicionales necesanos para la conexión ~
operación apropiadas de los vibradores. Deben proporcionarsilos requisitos de voltajey amperaje, asícomo los tamaños de calble (dependiendo de la longitud de lacarrera). En los Vibrador1de aire deben indicarse la presión y capacidad de tlujo de aicomprimido, así como los diámetros de la tubería o de las magueras (dependiendo también de la longitud de la carrera). Parlos modelos que funcionan con motor de gasolina, debeseñala)se la velocidad de operación. ILa informaci ón referente a los vibradores hidráulicos debe idcluirlas presiones de operac iónrecomendadas y unagráficaq~muestre las frecuencias, en vibraciones por minuto, a distint1'tlujos.
5.2. Vibradores para cimbra
12
Las recomendacionesde la tabla5.1se refieren a vibradores redondos. Otras form as de cabeza de los vibradores (cuadradas uotras formas poligonales. acanaladas, de aspas,) tienen difcren-
5.1.6 Formas especiales de cabezasde vibradores
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 logeneral, pueden lograrse resultados igualmente buenos eligiendo un vibrador del tamaño mayor siguiente, que se dan en latabla 5.1. Al seleccionar el vibradory el procedimiento de vibración debeconside rarseel tamaño delvibrador respecto altamañode la cimbra. El agrietamiento de las superfi cies de concrelo esagrabado por la contracción por secado que OCUITe con una altaconcentrac iónde pastade cemento traída a lasuperficie porunvi·brador demasiado grande para esa aplicación especifica.
Los valores de la Tabla5.1nodeben considerarse una garantíadebuenfuncionamiento entodo tipode condiciones.Lamejormedidadelrendimienlodeun vibradoressuefectividaden lacompactación del concreto.
i
'"la.(-
o-y
se.a'esirem
araar-
'luenos
\;Imcyc
Tabla 5.1 Va r ieda d de ca racterís ticas, comporta miento)' ap licaciones de los vibradores internos vibradores de flech asflexibles y con motor en la ca beza"
ValoresVa lores sugeridos de
aproximados deFrecuencia re-
Diámetro comendada ', Veloc idad
de la ca- vibracionesMomen lo de colado Aptlcaci únGrupo Amplitud Fue rza cen - Rad io de
beza, cm por minut oexcéntri- del concre-
prom edio! tr lfuga: accién' "( lIz)
cct, to* * ~ III l/hcm k~r cm
cm- kg por vibra -
do,
Co ncreto plástico y fluid o en elem entos muydel gad os 11 s it ios es trechos. Puede emplearse
:y., a I y! 90003 15.00000330.10
0.0153003 100 3 400 3a6(75a 1 3 5para complementar vibradores mas grandes, en
I (20.40) (150 - 250) (OA 30.S) (OA 3 LS) 150) ( 1 .4)especial en presfbrzados, en los quelos ca bles y
(OA 3 1.2) du et os ca usa n conge st ión en las cimbras .Ta mbién se emplean para fabricar mues-Iras par a pruebas de laborator io.
Concreto plástico en números delgados, co-I Yia
S50312.5OO O.OS3 0 25 0.02 . 0.04 300 3900 5. 10(125 3 a 10lumnas, vigas, pilotes prefabricados. losas del-
2 2 V2(30a(1403210) (0.93 2.9) (0.5 3 1.0) (1.3 3 4.0) .250) (23 S)
gadas y a lo largo de juntas de construcción.65) Puede emplearse para completar vibradores
más grandes en sitios estrechos.
Concreto plástico rigido (revenimientomenorde7.5 cm) en construcción general. como muros,
2 a 3 V2 SOOO 312,000 0.20 30.70 0.02530.05 70032000 7. 14( 175 6320columnas, vigas. pilotes presionados y losas pe-
3(50 3 90) (130 3 200) (2.33S.I) (00631.3) (3.1 3 S.9) 3 350) (53 15)
sadas. Vibrado auxiliar adyacente a las cimbrasde concreto masivo y pavimentos. Puede ser demontaje múltiple para proporcionar vibrado in-temoatodo loanchodelaslosasdepavimentos.
Concreto masivo y estructuralcon revenimien-to hasta de 5 cm,depositado encantidades has-
12320ta de 3 m' en cimbras relanvamentc abiertas de
4336 7000 3 10.500 0.70.2.5 0.03 3 0.06 1500 3 4000
(300 315 a40 construcción sólida (centrales de energía, pilas
(75 31 50) (1203 ISO) (S.13 29) (O.S 3 1.5) (6.73 I.S)500)
(1 I 33 1) para puentes y cimentaciones).También auxi-liar en la construcción de presas cerca de lascimbras y alrededor de los elementos empotra-dos y el acero de refuerzo.
Concreto masivo en presas de gravedad, pilas5 37
55003 S500 2.2533.50 0.0430.0S 25003600016 a24
25350grandes, muros masivos, cte. Se requieren dos o
5 (125 3 (400 3 másvibradoresque operen simultáneamente para175)
(903 140) (26340) ( 1.0 3 2.0) (11 327)600)
( 19 33S)colocar y compactar cantidades de concreto de 3m)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 comose describe en la sección 16.3.2. Estaes la amplitud máxima(la mitad dcl valorentre un máximoy 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 desnereacióndeseado. 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 queel concreto se
l09 R·05
os vibradores para cimbra son vibradores externos fijados aldo exterior de la cimbra o el molde. Hacen vibrar la cimbra, lale asuveztransmite las vibraciones al concreto. Los'vibradoresuacimbra son autoenfriantes. Pueden ser de tipo rotatorio o deción vertical.
mpactación del concreto ACl309R~05
Las secciones de concreto con espesor de 60 cm y hasta 75 cmhan sido adecuadamente vibradas por medio de los vibradoresde cimbra en la industria del concreto prefabricado. Para murosy colocaciones más profundas. puede ser necesario complementar el vibrador de cimbra con una vibración interna para secciones de mayor espesor que JOcentímetros.
13
\ilmcyc
5.2.2 Tipos de vibradores de cimbra
5.2.2. 1 Vibrador rotatorio . Los vibradores para cimbrade tiporotatorio producen esencialmente un movimiento arm ónicosimple como losvibradoresinternos. Losimpulsostienencomponentes tanto perpendiculares a la cimbra como en el mismoplano 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 cilindrorotatorioo unamasaexcéntrica revolvente(similar a losvibradores internos). Estos vibradores suelen trabajar a frecuencias de6,000 a 12,000 vibraciones por minuto (100 a 200 Hz). La frecuencia se puede modificar cambiando la presión del aire, por logeneral ajustando la válvula de suministro de aire en los modelosneumáticos o la presión de fluido en los modelos hidráulicos.
Los modelos que funcionan mediante energia eléctrica tienenuna 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 frecuencia es de 3,600vibraciones por minuto (60 Hz). (o 3,000 vibraciones por minuto. para 50 Hz AC). También existen en Europa vibradores defrecuencia más elevada (120a 180 hz), que operan a 7,200 o 10,800 vibraciones por minuto [6,000, 9,000 ó 12,000 vibracionespor minuto (100, 150; o 200 Hzj], los cuales requieren un transformador de frecuencia. Además, hay vibradores para cimbraeléctricos de motor universal monofásico, con frecuencias de6,000, a 9,000 vibraciones por minuto ( 100 a 150 Hz).
El catálogo del fabricante debe incluir las dimensiones fisicas,la masay el momento excéntrico. Para los modelos de operaciónneumática 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. Tambiéndebe proporcionarse la fuerza centrífuga con los valores de frecuencia dados. Además, las instrucciones del fabr icante debenproporcionar los datos necesarios para la conexión apropiada delos vibradores (como en la sección 5.1.7).
5.2.2.2 Vibrador reciprocante. En este lipa de vibrador se aceleraun pistón en una direcci6n, se detiene (por impactocontra una placa de acero)y,después, se aceleraendirecci6n opuesta (véase la figura 5.6). Estos vibradores se operan por medios neumáticos. Lasfrecuencias están, por lo regular, entre 1,000 Y5 ,000 vibracionespor minuto (de 20 a 80 Hz).Estos vibradores producen impulsosque actúanen sentido perpendicular a la cimbra. Los principios demovimiento ann6nico simple no se aplican en este caso.
5.2.2.3 Otrostiposde vibradores. Entre los vibradores paracimbramenos empleados se encuentran lossiguientes:
o El electromagn ético.que suele desarrollar una forma de ondacombinada de diente de sierra sinusoidal, y
14
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 compactar unidades pequeconcreto.
5.2.3 Selección de vibradores externospara cimbras verticales
Para mezclas muy rígidas se prefiere, por lo general, laci6n de baja frecuencia y gran amplitud. Esta vibración Ifrecuencia y gran amplitud gcneralmemepermite una mej~
pactación y mejores superficies (co n menos agujerosIños) para consistencias más plásticas. En esta guia. Idivi soria entre la baja y la alta frecuencia para la vioexterna se considera arbitrar iamente en las 6.000 vibrJpor minuto ( 100 IIz). y entre baja y alta amplitud. a 11
ruil ímetros. respectivamente. ICompactacion del co ncreto"1
po
La eficacia de un vibrador de cimbra es. en gran parte, una funciónde laace leración impartida al concreto por la cimbra. Las ace lera
eiones en el rango de I a 2g (1 g = q .8 1 111/ 52 = 383 pulgadas/51) serecomiendan generalmente para mezclas plásticas y de 3 a 5 g para
mezclas rigfdas. Además. la ampl itud no deb e ser menor a 0.025
mm para mezclas plásticas o 0.050 mm para mezclas r ígidas.
Latlce!Cr;lCi 01l de una cimbra es tina función de la fuerza centrifuga del vibrador en relac ión con la masa de la cimbra y el COI1
c r~ l o activad o . La s s ig u ie n te s fórmula s . empírica s.recomcndadas por Forssb lad ( 197 1), han mostrado su utilidadpara estimar la fuerza centrífuga del vibrador de cimbra, necesa
ria para prop orcionar una consol idación adecuada :
l . Para mezclas flu idas en ci mbras de vigas y muros
CF = 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:
ermcyc
CF = 1 5 (MF + 0.2 MC) . Fig 5.6 Vibrador de acción reciprocame para cimbra
Cualquier fórmulaempleada debe cotejarse con la ex perienc ia en
elcampo. Se sugiere qu e el usuario se po nga en contacto con e l
fabricante del vibrador para proporcion arl e planos de la estructu
ra que se pretende vibrar y solicitar su co nsejo en cuanto al tama110, cantidad y ub icación de las unidades vibradoras. La d istancia
adecuada entre los vibradores de c imbra generalmente se encuen
traenel rango de 1,5 a 2,5 m, y puede llegarse a reque rir vibrac ión
interna suplementaria para secc iones de espeso res mayores a los30 centímetros.
marco están ais lados de la base mediante resort es de acero, empaques ai slantes de neopreno u ot ros medios.
La mesa puede formar parte de la cimbra. Sin embargo, lo más común es que una cimbra separada descan se sobre la superficie de la
mesa. La vibrac ión se transmit e de la mesa a la cimbra y de ésta al
co ncreto. La convenienci a de sujetar el mo lde a lamesa está abiertaal debate.
CT == (2 a-l ) ( ivlT · 0.2 ~ I F , 0.2 ~I Cl
Por lo reg ular se prefieren vibrac iones de baja frec uenc ia (me
nos de 6,000 vibracion es por minuto (100 Hz)] y de gra n ampli
tud (más de 0.13 mm) , por lo meno s para las mezc las másr ígida s.
La eficacia de la mesa de vibración depende en gran parte de la
aceleración impart ida a l concreto por la mesa. Generalmente se
recom iendan ace lerac iones en el rango de 3 a 10 g. 30 x 100m /scg-, para mezclas más r íg idas se necesitan val ore s mayores.
Ademá s, la ampl itud no debe ser menor a 0.025 mm para mez
clas plásticas. o de 0.050 mm para mezclas rígid as.
o Mesa vibrad ora rígid a o vigas vibradoras. COIl la cimbraasentada libremente sobre la mesa :
La ace le rac ió n de la me sa es tá e n fun c ión de la fuerza v ibrato
ria rel acionad a con la masa de la ci mbra y del concr eto activa
do . Las s igu ientes fórmula s empír ica s han s ido muy útiles
para es timar la fuerza ce ntr ifuga req uer ida en los vibradores(Fo rssblad, 1971 ):
Donde C F .-c=. fu erza ce ntr ifuga : MT = ma sa de la mesa ; MF =
masa de l molde : y MC = ma sa eleI concreto.
La frecuencia y la amplitud deb en revi sarse en vario s puntos de
lacimbra con un vibrógra fo ti otro apa rato adecuado (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 encia y amplitud también pueden ser
muy útiles para establece r el espaciam iento y las orientaciones
óptimas de los vibrad ores de moldes. Se deb e recon ocer que
siempre existe la posibilidad de que ocurran puntos muertos en
los moldes. Así pues, es import ante utili zar vibrad ores externos
para reducir lo s in c rem ent o s de pun to s mu ert o s , o
complementar esto con vibrado res internos..
Cuando en la vibració n exte rna se ut ilizan vibradores e léctrico s
sobre membranas delgadas de la c imbra, se debe ten er precaución para evitar qu e se qu em en .
Una mesa vibrado ra cons iste, por lo gene ral. en una mesa de
acero o de concreto reforzad o COIl vibradore s externos monta
dos en clmarco de soporte (véase la figura 5.7). La mesa y e l
o
la 'd,
,ajl)J1l'
utnel 5.3 Mesas vibradorasiól
n~
1.1:
15.._----------------
,im cy c
Figura 5,7 Mesa vibradora
o Apisouadores vibradores de placa n de rej illa, Consisten enuna pequeña placa o reji lla vibradora {pur 10 general de 0.2m:! de superficie) que se mueve sobre la superficie de lalosa. Estos vibradores trabajan mejor sobre concretos deconsistencia rígida.
gran amplitud, en especial para co nsistencias mas rígid as. a finde lograr la compactación a la profundidad adecuada , Se ha observa do que las frec uenc ias ent re 3.000 y 6.000 (50 a 100 Hz)
vibraciones son las más satisfactorias. En genera l, las reglas vi
bradoras trabajan mejor con aceleraciones de 5 g aproximadament e ( lg> 9.8 mis' ~3 86 pul g/s-) , Las investigaciones de
Kirkham ( 1963) han demostrado que la compac tac ión es pro
porcional al produc to de la masa por 1<1 amplitud por la frecuencia. divid ido entre la velocidad de avance eh? la máquina.
i\lasa Amplilud Frecuencia
VelocidadConsolidació n o
o Vibrudoru dt' rodillos. Esta unidad empareja Y' compacta almismo 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 6.7Il z regulado de acuerdo con la cousisrcucin<k la mezcla endirección opuesta a la direcci ón del movimiento. Abate,empareja y proporc iona vibración ligera. Este equipo eS
adecuado para mezclas pl ásticas.También ex istcn vibradores man uales de madera o de metal y peq ueños d isposi tivos vibradore-, de operaci ón cléctrien o de aire . que se fijan a Iils he rriUllicll tas estándar deacabado par a tacili mr esta Opl'l'il riúll
Los vibradores superficiales se apl ican a la superficie super ior y
conso lidan el concreto de arriba hacia abajo manteniendo con
creto en frente de ellos , Su efecto nivelador ayuda a las opera
ciones de acabado. Se usan principalmente en la construcciónde losas.
5.4 Vibradores superficiales
;:l ~ksa \ ibradora r ig i d~L co n la c imbra lijada a la mesa :
o Vibrador de llana, Este co nsiste en una viga sencilla o doble qu e atrav iesa el anc ho de la losa (ve áse la lig o5.8 (a) y(bj). Los vibradores de llana son más adecuado s para SlI
perficies horizontales o cas i horizontales. Debe tenerseprecaución al usar vibradores de llana en superficies 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 decombu stión externa o a motores el éctricos o neumáticos.I.a viga se apoya en las cimbras o en rieles ade cuado s: estopermite con trola r la elevación de la llana de modo qu e noac túe sólo como un compactado r sino que también ayudeen el acabado final , Los vib radores de llana ge nera lme ntese operan en forma manual en trab ajos peque ños y 1.' 11 for ma mec ánica en trabajos grandes.
el' = (0 .5 a l) ( ~ I T · O.e ~ IC)
.:t ~tI..' S '1 \ ihrador.r flex ible . continua sobre varios apo yos:
Si la mesa vibradora esta equipada co n un elemento vibrador
que contiene un solo excé ntr ico. puede presentarse un movimiento vib ratori o c ircular, que impartirá al concreto un mov i
miento rotatorio perjudicial. Esto puede evitarse mont ando dos
vibradores. uno junto al otro, con sus Hechas girando en direc
ciones opuestas; esta operac ión neutraliza el componente horizontal de vibración. por lo que la mesa queda sometida a un
mov imiento armónico simple. sólo en sentido vertical. De este
modo pueden lograrse grandes amplitudes.
Hay tres tipos principales de vibradores supe rfici ales:
Cuando haya que vibrar secc iones de C0 I1CI"('10 de diferent es la
mafias. la mesa debe tener una amp litud variable. La frecuencia
variable es una ventaja ad icional.
La vibración producida por las osci laciones de la viga se rrans
mite al concreto alrededor de l e lemento vibrador. Se req uiere
el' (e a ~ ) (~lT ' ~ lF . O.e ~I C)
La elecci ón de los vibradores y el espa ciamiento entre ell os
debe basarse 1.'11 las fórmulas ant eriores yen la expe rienc ia pre
via. La trecu..rucia y la amplitud deben revisarse en varios P UIl
tos de la mesa con UlI vibrógrato LI otro dispositivo ade cuado; de
esta man era puede ca lcularse la acelerac ión real. Los vibradores
deben moverse hasta que se hayan eliminado todas las burbuja sy se haya logrado 1I1W. vibració n lo más uniforme posible .
16
oImcyc
Pieza Frecuencia del mantenimiento
Motor eléctrico
Lubricación Reemplazo
Chicote Ilexible
Cabeza del vibrador
Limpiezae
inspección
SellosCojinetesCambios deaceite
Eje
Modelo--------·-·----·--------·-·----··· ·· Número de serie-···-··_· _··Fecha de adquisición----- -------··-Fechaderetiro delalmacén de equipo -------------.-.. -- .Empleo estimado, horas por día m ......._m _u.m.__...... ._
FiltroEscobinasInterruptorArm adura y campoCojinetes
Tabla 5.2 Muest ra de una bitácora de servicio para unvibrador de eje flexibl e
Figura 5.8{b) Llanavibradora paratrabajos pequeños.Tipo dedoble viga.
servicio se obtienen principalmente del manual de servicio delfabricante asl como la lista de refacciones. El archivode tarjetaspodría'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 vibradoreseléctricos; volumen de aire consumido por las unidades de
5.5.1 Programas de mantenimientopreventivo
Debe establecerse un archivo con los datos de uso y requerimientos de servicio para cada vibrador. Los requerimientos de
Elequipo de vibración utiliza una masaexcéntricao fuera de balance; por lo tanto se imponen cargas mayores a las normales cnpartes tales como soportes.
Sin importar el tipo de vibrador, debe tenerse cuidado en sumantenimiento. Los fabricantes generalmente incluyen manualescon instrucciones para darservicio a sumaquinaria. Sinembargo, siempre debe haber vibradores de repuesto.
Enel caso de vibradores eléctricos, debe tenerse precaución afin de evitar choques eléctricos accidentales.
Deben tomarsemediciones periódicas de la energla eléctricaenlas distintas partes del sistema vibrador (motor, flecha flexible[si se usa] y cabeza del vibrador). Esto puede resultar muy útilparadetectar posibles fallas y asl prevenirlas.
El mantenimiento preventivo es un sistema de inspecciones,ajustes, reparacionesy exámenes planeados. El mantenimientopreventivo del equipo de vibración es necesario para que opereatodasu capacidady para prevenir fallas. Ciertos elementosdelvibrador requieren cuidados diarios, otros requieren cuidadosmenos frecuentes, tal como lo recomienda el fabricante.
Generalmente, el contratista es responsable del mantenimientode los vibradores. Algunas veces, sin embargo (especialmenteen el caso de ciertos vibradores para concreto masivo), el contratista lleva a cabosólo el mantenimiento diarioy los otros servicios se dejan a cargo del fabricante.
Figura5.8(a)Llana vibradora para trabajospequeños.Tipo deviga sencilla.
5.5 Mantenimiento de losvibradores
a
[as, a fo
Se ha ob100 Hz
-eglas ~
"imad!.iones d.n es pnl frecuertina.
era o delf
ración e~
cstílndal
msistenteral deOoficie de.ncretos
:ompacU-es rodilk,dillo viII1I01.7a/amezcla'1110. Able cquípO
Compactación del concretoACJ 309R·OS 17
"rm cyc
aire; tamaños de cable o tuberías mínimos y otros datospertinentes.
o Refacciones que puedan insta larse rápidament e. Si es difícil conseguirlas deben tenerse almacenadas.
o Unacarta de servicio señalando los requerim ientos de servicio desde la fuente de poder hasta la punta del vibrador.Pan es que se desgastan, panes que se deben lubricar e ins-
t8
peccionar en cada etapa y los lubricantes recomendados.asícomo la frecuencia de lubricación.
LaTabla 5.2 es una bitácora de servicio que podría usarse paraun vibrador de flecha flexible. Empezando por la fecha en quese saca de l almacén de equipo. puede fijarse un calendario real
para los puntos enumerados. Para mejores resultados.este programa debe ser llevado a cabo por un equipo de manteni mientoaparte, en vez de la línea operativa.
Compactaci ón del concreto ACI 309R-05 I
dos,
paraI que, realpro
ientoCapítulo 6
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 for
maadecuada Puesto que las reparaciones en una superficie definitiva son costosas y rara vez totalmente sat isfactorias, debenevitarse, estableciendo y manteniendo un cimbrado y proceso de
compactación de calidad.
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 serefieren principalmente a cimbras para concreto que se vibra en
forma interna. Se da muy poca dirección al d iseño de las cimbras para vibración externa .
6.2 Superficies inclinadas
Es diflcil comp actar concreto que tenga una superficie inclina
da. Cuando la inclin ación sea de aproximadamente 1.5: 1 (vertical con respecto a la hori zontal) o mayor, la compactac ión se
asegura mejor proporcionando cimbras de apoyo temporal o lla
nas de cimbra deslizante para prevenir que el concreto se salga ofluya durante la vibración. Una ventaja de la cimbra de apoyo
temporal o de la llana de cimbra deslizante es la eliminación dela necesidad de enrasar 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 ialespuedan quitarse en forma manu al. Cuando la cimbra deslizante
no pueda quitarse antes de que el concreto haya fraguado, lacimbra debe quitarse lo más pronto posible a fin de permitir elsaneado de las partes dañadas.
6.3 Defectos superficiales
Algunos defectos superficia les se relacionan con una combina
ciónde factores referentes al proceso de compactación y a los de-
oImcyc
talles de la cimbra. Las consideraciones respecto a la cimbra se
dan en el AC1347, mientras que el ACl303R proporciona información acerca del uso de los aditivos desmoldanles para cimbra.
El acabado del concreto cimbrado debe observarse cuando lacimbra esté ensam blada de modo que puedan realizarse las me
didas correctivas necesarias. En el AC 1309.2R se puede encontar información adic iona l acerca de las manchas superficia les.
6.4 Hermeticidad de la cimbra
Las cimbras de toda constru cción de concreto debe n ser herméticas al mortero y herméticas a la pasta cuando el acabado sea
important e. Cuando hay agujeros, grietas o juntas abiertas en lasuperficie de la cimbra, la presión hidro stát ica hará que fluyanhacia afue ra cantidade s cons iderables de mortero y que se píer
dan cuando la vibración lo convierta momentáneamente en lí
quid o. Esta pérdida de mortero causa bolsas de agregado o vetas
de arena en los sitios mencionados (véase la figura 6.1). As ímis
mo, puede ocurri r succión de aire en los puntos de escurr imien
to, lo cual ca usará más huecos en la superficie de l concreto.Estas imperfecciones perjudican en form a considerable el as
pecto de la superficie de concre to y, en algunos casos, puedendebi litar la estruc tura. Además, es prácticamente imposi ble repararlas a la perfecci ón.
Las cimbras tambi én pueden perder mort ero en el Fondodurantela vibración si la placa del Fondo no está firmemente unida a la
base. Las cimbras también pueden ocasionar esta pérdida al flotar hacia arr iba durante la vibración , espec ialmente si uno o amo
bos lados tienen talu d. Las cim bras deben estar firmemente fijas
y ca lafateadas 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 la cm de caucho de cé lulas apretadas o espu
ma de cloruro de poli vinilo. Es importante asegurarse 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 muros puede minim izarse extendiendo el re
vestimiento cerca de 3 mm o más en alguno s casos, más allá de
los elementos de apoyo de la cimbra. Este arreglo permite que
los extremos relativamente delgados del revestimi ento se con -
el 3D9R-05 Compactación del concreto ACI 309R·D5 19
oImcyc
~
Figura 6.1Vetas de arenacausadas por escape de: mortero
forme n más fáci lmente a las superficies adyacente s de lo que loharfan 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 decoloraci ón.Las madrin as de
ben traslaparse por debajo del concreto y deben sujetarse firme
mente a los elementos colados anteriormente. Se recomiendananclajes o pernos en los colados hechos con anterioridad .
6.5 Cimbras para vibraciónexterna
6.5.1 Generalidades
Al igual que para el vibrado interno, las cimbras para vibrado ex
terno deben soportar la presión lateral del concrelo "licuado". Sinembargo, las cimbras para vibrado externo deben tambi én ser ca
paces de resistir los repetidos esfuerzos reversibles inducidos por
20
los vibradore s sujetos a ellas. Además. deben transmitir lavibración sobre un área considerable y de manera más o menosuniforme. En 10 posible. es convenientecoordinar el diseño de lacimbra y los requ isitos de vibrado antesde adquirirlas.
Lavibraciónde baja frecuencia y granamplitud tiene mayor impacto, y su acción sobre las cimbras es más intensa que la de altafrecuenciay baja amplitud. Se requieren cimbras muyresistentescuando se emplea vibración de alta frecuencia y gran amplitud.
6.5.2 Material para .cimbras
El material preferidopara cimbras es el acero.porque tienebuena resistencia estructural y buenas propiedades de fatiga; esadecuado para fijar los vibradores y. cuandoestá debidamentereforzado, proporciona una transmisión buenay uniformede lavibración. Las cimbras de madera. plástico o concreto reforzadoson, por lo genera l. menos adecuada s, perodan resultados satisfactorios cuando se respetansus limitaciones y se obedecen lastolerancias aprop iadas,
6.5.3 Diseño y construcc ión
Las cimbras deben diseñarse para resistir la presión delconcretosin sufrirdetlexiones excesivas, así como para transmitirle aaquéllos impulsos vibratorios. La placa de acero de S a 10 mm (o más),
reforzada con atiesadores horizontales o vert icales. 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 queejercen éstos, pero no es excesiva si no están demasiado espaciados. Debe ponerse especial atención a las uniones cuando se va autilizar vibración externaa fin de asegurarque no se presentendeflexiones excesivas en la cimbra.
Los elementos especiales tales como las vigas en " !" o los cana
les de acero deben co locarse cerca de la placa. pasando a lravésde los atiesadores de manera continua. En general, es recomendable soldar los atiesadores a dichos elemento s, Los vibradores
externos debensujetarse con firmeza a los elementos especiales(véase la figura 2) ya que 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 deamperaje. Si éste excede del indicad o en la placa. las unidades
no están sujetas con suficiente firmeza, las unidades de aire nose pueden evaluar tan fácilmente, pero la observación del movimientode las cimbras da una idea de la rigidez. Es muy impor
tante que los herrajes de la cimbra estén bien sujetos. Puesto que
las cunas tienden a aflojarse con la vibrac ión. resulta más segurofij arlas con tornillos. Debe prestarse particular atención a la resistencia de las soldaduras.
Compactación del concreto ACl 3ü9R-05
oImcyc
Figura6.2 Montaje devibradores:en cimbra de madera para muros y encimbra para tubos (intercaJación)
lanose la
imaltantestud.
bue-1; eslentede lazadosatism las
rcretoaquélmás),
is, deI placalaqueipaciase vaatende-
s canaLtravés.ornen'adores.ecíalesdañarse
rezadelama denidades:aire no,1rnoviI ímporestoque5 seguron a la re
Las cimbras verticalesdeben colocarse sobre cojinetes de hule odeotro material elástico, a fin de evitar el desperdicio de vibraciónal transmitirse ésta a la cimentación de apoyo, asi como lapérdidade mortero.
Esdificil lograr y mantener un junteado hermético de la cimbracuando el vibrado es externo; aún las pequeñas aberturas de lacimbra permitirán la pérdida de lechada. Pueden emplearse selladores de hule o de otro material adecuado para evitar dichapérdida a través de las cimbras de acero.
Lafijación de vibradores exteriores directamente en la cimbraporlogeneral no es satisfactoria, ya que lasuperficie de contac-
to puedeabombarse o formar unaacción de diafragma. Este movimiento hace que la fuerza vibratoria sea localy algunas vecesda como resultado fallas prematuras en la cimbra. Sin embargo,los vibradores portátiles pequeños, montados sobre ménsulassujetasa 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 unaménsula a otra sobre la cimbra conforme progresa el colado.Este método debe emplearse con mucha precaución y sólo conunidades de baja amplitud y elevada frecuencia.
:1309R-05 Compaclaci6n del concreto ACI 309R-05 21
etmcyc
Capítulo 7
Prácticas de vibración recomendadas para laconstrucción en general
7.1 Generalidades
Después de haberseseleccionado el equipo de vibraciónadecuado (véase el capitulo 5), éste debe ser manejado por operariosconscientes y bienentrenados. El operador del vibrador debe tener la capacidad de determinar el tiempo necesario que debepermancer el vibrador en la mezcla a fin de asegurar una compactación adecuada. Por medio de una revisión sistemática desutrabajo 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.
Elvibrado interno es, por lo general, el más adecuado para laconstrucción normal, siempre que la sección sea lo bastantegrandepara poder manipular el vibrador. Sin embargo, puedesernecesario el vibrado externo para completarel interno enáreas 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 vibracióninterna
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 cabezadel vibrador. En murosy columnas, la profundidad de las capasgeneralmente no debe exceder los 50 cm. Las capas deben estar lomásniveladas posible,para que elvibrador no se use paramoverel 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 lacimbra, probablemente haya algunos pequeños amontonamientos o elevaciones. Puede ejec utarse una pequeña nivela-
Compactaci6ndel concreto ACI 309R-05
ción insertando el vibrador en elcentro de estas elevaciones afin de aplanarlas. Debe ev itarse el mov imiento excesivo. eS 6
pecia lmente en los elementos estructurales co n grandes cantidades de refuerzo.
Despuésde haber nivelado la superficie, el vibrador debe sistemáticamente insertarse verticalmente con unespaciamiento uniforme sobre toda el área de colocación. La distancia entre lasinserciones debe ser de aproximadamente 1.5 veces el radio deinfluencia, y debeser de tal modo que el áreaque se vea afectadapor el vibrador se traslape algunoscentimetros alárea adyacenterecién vibrada. Enelcasode losas, un vibrador de largo normalsedeberá inclinarhacia la vertical, o un vibrador corto de 13cm. delargo se tendrá que sostener verticalmente. Ambos se deberánconservar 5 cmseparados del fondosi la losaes unpanel"tilt-up"y cuandoelpanelde"tilt-up" tiene una cara de concreto arquitectónico. La vibración deberá ser suficiente para cerrar las orillasdel 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 lacapa, al menos, 15 cm dentro de la capa precedente. El vibradordebe ser manejado con un movimientohacia arribay hacia abajo, generalmente de 5 a 15 segundos, a fin de unirentre si ambascapas. El vibrador debe retirarse en formagradual, igualmentemediante una serie de movimientos hacia arriba y hacia abajo.El movimiento hacia abajo debe ser rápido a fin de aplicar unafuerza 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 cabezaquede lan sólo parcialmente inmersa en elconcreto. Elconcretodebe llenar elespaciodejado por el vibrador. Enelcaso de mezclassecas endonde el hoyo no se cierre almomento de retirarelvibrador, algunas veces el problema se soluciona conreinsertarel vibradorno más que 112del radio de influencia; siesto no resulta, se debe cambiar la mezcla o el vibrador. Las losas delgadas soportadas sobre vigas se deberán vibrar en dos etapas;primero,despuésde habercolocado el concreto de laviga,y otravez cuando el concreto se lleve a grado de acabado.
23
El vibrador ejerce fuerza hacia afuera del hueco de la inmersión.Lasbolsas de aire yaguaque se encuentren pordebajo o al mismonivelde la cabezatienden a seratrapadas. Por lo tanto, las bolsas deaireyag uadebenser trabajadas hacia arriba enfrentedel vibrador.
Cuando elcolado consta de variascapas, cada capa debe colarsecuando la precedente esté aún en estado fluido, a fin de evitarjuntas frias. Cuando la capa subyacente ha sobrepasado el puntode endurecimiento en el que todavía puede penetrarel vibrador.puede lograrse buenaadherencia vibrando intensa y sistemáticamente el concreto nuevo en contacto COIl el anterior; no obstante, al retirar la cimbra se observará una línea de juntainevitable en la superficie.
7.3 Adecuación de la vibracióninterna
No hay un medio totalmente seguro y rápido que nos ayude a determinar lo adecuadode lacompactacióndel concretoreciéncolocado, La adecuabilidad de la vibración interna se ju zgaprincipalmente por la apariencia superficial de cada capa. Losprincipales indicadores de un concreto bien compactado son:
o Empo tramiento de los agregados de gran tamaño. Excepto enelconcreto arquitectónico consuperficies de agregados expuestos; para obtener la nivelación general de lamezclay la adecuada unión del per ímetro de la mezcla conla 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 aparición de las burbuj as grandes deaire atrapado en la superficie superior. Las capas gruesasrequieren 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, Cuandoun vibrador de inmersión se inserta en el concreto, por lo generalse aprecia una reducción de la frecuencia; después, ésta se recupera y, por fin, el tono se hace constante cuando el concreto estálibre de aireatrapado. Eloperario desarrolla con laexperiencia lasensibilidad necesaria para notar, a través del sonido que emite elvibrador, cuándo la compactación total se ha logrado.
Ocasionalmente los operadores de vibradores sin experienciaaplastan el concreto solamente; la compactación completa sólopuede garantizarse cuando se procuran y se logran los demásfactores 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 expuestasde las varillas de refuer,
zo. El refuerzo no debe ser vibrado después de que el concretose haya transformado de un estado plásatico a uno rígido. Elconcreto de revenimiento normal. en el estado plástico.compactado de esta manera no debe experimentar una pérdidaen la resistencia de adherencia del concreto al acero (Chan,Chen, y Liu 2003), Para este fin debe emplearse un vibradorpara cimbra fijado a la vari lla medianteun dispositivo apropia.do. Adaptar un vibrador de inmersi ón a una vari llade refuerzopuede dañar el vibrador.
7.5 RevibradoEl revibradoes el proceso mediante el cualse 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 capassucesivas, el vibradorpenetra hasta la capasubyacente que ya hasido vibrada. Sin embargo, el t érmino revibrado, tal como se empleaenestasección,se refiere al revibrado intencional y sistemática, efectuado poco despuésde concluir elcolado (Vollick, 1958).
Elrevibrado puede llevarse acabo encualqu iermomento enque elvibradorse hunda porsupropio peso enel concreto y lo licue momentáneamente. Ofrece mejores resultados cuando se efectúa lomás tarde posible.Esta revibración es másefectiva cuando se hacejustoantesdel fraguado delconcreto para mezc las conrevenimiento 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 enconcreto de alto revenimiento.Sinembargo. la revibraci ón puededañar severamente la resistenciaa la adherenc iade varillas coladas enconcreto de bajo revenim iento que estébien consolidado.La revibracióncasi siempreresulta perjudicial para la resistenciaa la adherencia delacerode refuerzo del fondo. Antesque nada, larevibración tiende a reducir las diferencias en la resistencia a laadherenciaocasionadas porlas diferencias de revenimientoy posición de las varillas (Altowaiji, Darwin y Donahey, 1984).
La revibración es más benéfica en los primeros centímetrosdela parte superior, 0.5 a J m, de cualquier colado, en donde lasbolsas de aire prevalecen. La revibración de las partes superiores de los muros norm almente da por resultado una aparienciamás 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 delconcreto adicional, dependiendo de la temperatura, después dealcanzarla linea dearranque y lacabecerade lapuerta o unionesentre columna y piso. etc, a fin de permitir la contracc ión porasentamiento que ocurre antes de la revibrac iónde los materiales en su lugar, y proseguir con la colocación.
Compactación del concreto ACI309 R.05 I
------- ...fIIIi
\1Imcyc
efuer- 7.6 Vibración de la cimbraterete
El vibrado de la cimbra durante el descimbrado es en ocasionesútil.El ligero movimientode toda la superficie de la cimbraayuda adesprenderla del concreto y permite retirarla con facilidad sin dañar la superficie del mismo.
Este defecto ocurre cuando el mortero no llena el espacio entrelas 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 sección4.2). Cuando apareceen lasuperficie, es necesario picarel área y repararla. Dichas reparaciones debenser lasmenos posibles, porque afectanen formanegativa el aspecto de laestructuray reducen la resistenciadel concreto.Por lo regular, la segregación es la consecuencia del empleo devibradores inadecuados y defectuosos, o bien de procedimientos incorrectos de vibrado. Las inmersiones desordenadas enángulo al azar causan acumulación de mortero en la capa de superficie, mientras la porción inferior puede resultarcon vibradoescaso (figura 7.1b). El apanalamiento debe manlenerse a unmínimo. ya que ello reduce la resistencia del concreto y lasreparaciones echan a perder la apariencia de la superficie. En elcapítulo 9 del AC/ 3/1./R. SP-2 (Manual del ACI para Supervisión de obras de Concreto), pueden encontrarse los lineamientosreferentes a las técnicas de compactación adecuadas para minimizar la separación del mortero de los agregados gruesos.
Laspropiedadesde la mezcla de concretoque contribuyena la formacióndecavidades enel concreto son principalmente:una cantidad depasta insuficiente para rellenar los huecos entre los agregados. unacantidad de arena inadecuada en relación con el total de agregados,
7.7.1 Apanalamiento
Los defectos más serios que resultan por falta de vibración son elapanalamiento, excesivos huecos de aire atrapado (cavidades),vetasde arena, agrietamiento porabatimiento y líneas decolado.
Puesto que casi todo el movimiento que imprimen los vibradores para cimbra es perpendicular al plano de la cimbra, éstatiende a actuar como una membrana vibradora con efecto de
bombeo hacia arr iba y hacia abajo . Esto es particu farmentecierto cuando la vibración es de gran amplitud y la placa esdemasiado delgada o carece de rigidez. Este movimiento hacia adentro y hacia afuera puede hacer que las cimbras bombeen aire dentro del concreto. en especia l en los centímetrossuperiores (50 a 100) del colado de un muro o columna,creando una abertura entre e l concreto y la cimbra. En estecaso no existen las capas subsecuentes de concreto que ayuden a rellenar dicha abertura; por lo tanto, a veces es conveniente emplear un vibrador interno en estas áreas.
7.7 Consecuencias dela vibración inapropiada
El concretocompactadopormediode vibradode lacimbradebecolarse en capas de 25 a 40 cm de espesor, vibrándose cada capa por5Cparado.Eltiempo devibrado debeserbastante mayorqueenelcasode vibrado intemo, con frecuenciahastade 2 minutos, pudiendo llegar hasta 30 minutos o más en algunas secciones de gran peralte.
Elvibrógrafo hace posible obtener valores confiables de la amplitud en distintos lugares de las cimbras vibradas en forma extema. Generalmente también proporcionan la frecuencia yamplitud de onda.
Lafrecuencia puede determinarse con facilidad con un tacómetrodeaguja (véase la sección 16.3.1). Sin embargo, las amplitudes pequeñas han sido, dificiles de medir. Una amplitudinadecuada significa compactación, en tanto que una amplitudlocal excesiva no sólo constituye un desperdicio de la potenciadelvibrador, sino que, en algunos casos, puede provocar que elconcreto se "enrosque" y no se compacte en forma correcta. Alpasar la mano sobre la cimbra pueden localizarse áreas de vibración muy débilomuy fuerte(amplitud bajao elevada) opuntosconvibraciónnula. El tacómetrode aguja puede proporcionarindiciosmásconfiables; lasdiferencias de laoscilaciónde laaguja en diversos puntos indicauna aproximaciónde ladiferencia de amplitud.
Serecomienda comenzarcon unespaciamiento,generalmentede 1.2 a 2.4 m, basado en los lineamientos de la sección 5.2.3 yenlaexperiencia previa. Cuando este patrón no produzca la vibración uniforme adecuada, los vibradores deben volverse -acolocar cuantas veces sea necesario para obtener los resultadosesperados. Para lograr un espaciamiento óptimo se requiereel conocimiento de la distribución de frecuencia y amplitudsobrela cimbra, así como el de la trabajabilidad y facilidad decompactación de la mezcla.
El tamaño y el espaciamiento de los vibradores de cimbra deben ser tales que la intensidad de la vibración adecuada sedistribuya sobre el área deseada de la cimbra . El espaciamiento está en función del tipo y forma de la cimbra, profundidad y espe sor del concreto , potencia del vibrador,capacidad de trabajo de la mezcla y tiempo de vibración.
metros!
donde ~
:s supenaparien< Otro procedimiento que ha dado buenos resultados en trabajos
prefabricados es el colado continuo de cordones de concreto de5a \O cmde espesor, acompañadode vibrado también continuo.
ar las gJI Puede producir superficies casi totalmente libres de agujeros.:. El prO<.cación Es conveniente tener posibilidad de cambiar la frecuencia y arndespués, plitudde los vibradores. En los vibradores externos eléctricos, lasa 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.
icia Cel
irar laJt
cadas eón pueé
.llas coi
.solidaéesistencile nada,l
encia aentoyp
1984).
en que,cue rnofeclúa k) se haoenimiee
ar con
lel con. capa>ie ya hi se emstemáti1958).
o. Elstico,,rdidaChan,orador.rcpiafuerzo
) ACI309~ Compactación del concreto ACI 309R-OS 2S
oImcyc
~.j. .: :~.ü\¡¡oo..._ .
Figura 7.t8 Apanalamiento
una pobre granulometria de los agregados o un inadecuado revenimiento para las condiciones de colocación. Un espacio insuficienteentre elacerode refuerzoesunacausa importanteparaqueocurran lascavidadesenelconcreto(véase la figura 7.6.1e).Para establecerelespaciamiento del acero, tanto el diseñadorcomoel constructor tienenque tener en mente que el concreto se debecompactar.
7.7.2 Exceso de huecos debidosal aire atrapado
Los concretos que ya no presenten segregación aún tienen huecos, pues raravezes posibleeliminar por completo elaire atrapado (véase lasección4.2). Lacantidaddeaireatrapado que quedaenel concreto después del vibrado es, en gran parte, una consecuencia del equipo y procedimiento de vibrado, pero tambiénse 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 losprocedimientos adecuados, o cuando existen condiciones desfavorables, el contenido de aire atrapado será elevado y esprobable 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 debehacerse una hilerade inmersiones cerca de la cimbra, pero sintocarla. Cuando el contacto con la cimbrasea inevitable, la puntadel vibrador debe protegerse con hule, pero, aun en este caso,debe evitarse en lo posible el conlacto, ya que se puede dañar lacimbra y desfigurarse la superficie del concreto. Resulta criticoque lasposicionesde los lugares dondese va a insertarel vibradorestén bien traslapadas.
26
Figura 7.1(b) Los procedimientosaplicadosalalarpuedendarcomoresultado laacumulacióndemorteroenlasuperficie y dejar abajo "paquetes" deagregado en la periferia del colado
Deben evitarse los recubrim ientosde gran viscosidad en las ci
bras, así como aquéllos que se aplican en capas gruesas, yatienden a retener aire y burbujas de agua.
Los vibradores para cimbra tienden a moverel mortero haciamismay, cuando se empleanen combinaciónconvibradores iternos, handemostrado eficaciapara reduc irel tamaño y númro de huecos en la superficie.
En condiciones muy difíciles y cuando el aspecto del concrsea muy importante. el paleadojunto a lacimbra resultaa medo de gran ayuda para reducir los huecos.
Es casi imposible eliminar los huecos en lasuperficie internalas cimbras inclinadas, y los diseñadores deben tener en cueeste hecho. No obstante, estos huecos pueden reducirseal m'IDO si se evitan las mezclas pegagosas y con exceso de arenel concretose cuela en capas, de 30 cm de espesoro menos,
.\ \,\. \ ,
Figura 7.1( e) Un mal diseño delacerode refuerzocrea congestionemiy hace muy difi cil la compactación
Compactación ¡JeI concreto ACI3
oImcyc
Los concretos de densidad normal, bien dosificados y con el revenimiento recomendado, no se ven afectados por el exceso devibrado. Por lo tanto, cuando exista alguna duda en cuanto a lasuficiencia de la compactación, el problema debe resolverseaplicando vibrado adicional.
7.7.7 Es mucho más común la falta que elexceso de vibrado.
Figura 7.3 Vetasde arenacausadas porsangrado mtenso a lo largode la cimbra
7.7.6 Agrietamiento por abatimiento
El agrietamiento por inmersión resulta a partir del desarrollo detensiones cuando el concreto se asientaen forma mecánica cercadel tiempo de fraguado inicial. Para eliminar este tipode agrieta.miento,elconcretodebe revibrarse hasta la últimaocasión en queel vibrador se hunda en el concreto bajo su propia masa.
del fraguado inicial. En demoras inusualmente largas durante lacolocación, el concreto debe mantenerse fresco revibrándolo pe.riódicamente. El concreto debe vibrarse aproximadamente en intervalos de 15 minutos o menores, dependien~o de lascondicionesde 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, lavibración se debe descontinuar y se debe permitir que endurezcael concreto, de lo contrario se produciría unajunta friay se deberlan tomar las medidas de reparación adecuadas.
:
,
'.
. . ' . :. 1 ~ ; •
. .'
L V r ,.' l!"'. "
. ,
. ;..: "'. .. ~ . .'. .
.,..,.. .•
- " ." 0.r,."" _..
. . "'~" " . . ...' . '\ . ' .~.:
Laslineas de colado son lineasoscuras (véase la figura 7.4) queaparecen en la superficie cimbrada y que hacen evidentes los limites entre los colados de concreto adyacentes. Por lo generalindican que, alvibrar una capa, el vibrador no se introdujo losuficiente para penetrar en la capa subyacente.
7.7.5 Juntas frías
Figura72 Exceso dehuecosdeaire enlasuperficiedecontacto con lacimbra
Las demorasen lacolocación pueden ocasionarjuntas frias. Paraevitar éstas, la colocación debe reducirse sustancialmente antes
7.4 Líneas de colado
7.7.3 Vetas de arena
Las vetasde arena son el resultado del sangrado intenso a lo largode la cimbraque; a su vez, es consecuenciade las características y proporciones de los materiales y de los métodosempleados para colar elconcreto (véase la figura 7.3). Las mezclas muy fluidas, ásperas, con poco cemento y que contenganagregados malgraduados - en especial aquéllascondiferenciaenIostamaJIosdelnúmero50al 100(de300a 150mm) y en fiaccionesmenoresdelnúmero 100(menoresde 150mm) - pueden causarvetas dearena, aslcomo otrosproblemas. Elcoladodel concretoa través delacerode refuerzoy su colocación en capasmuy gruesassinvibrndo adecuado, también puedecausarvetasy segregación. Otradelas causas esfijarvibradores a cimbrascon fugas,locualproduceuna acción de bombeo quedacomoresultado lapérdidade finoso laentrada de airepor lasjuntas.
el vibrador se sumerge lo más cerca posible de la cimbra. Losbuecos pueden reducirse en forma considerable, fijando un vibradorexterno a la cimbra inclinada y reduciendo el espesor dela capa a 5 centimetros.
Inamientt
oncreto1rnenu
ascirnya que
terna é1 cuenu
al miniirena,snos, y~
lacia laores in'núme·
resules" de
CI309R.(l Compaclacióndel concretoACI 309R·OS 27
oImeye
--.....r .. "'- ~... -
•
Figura 7.4. Líneas decolado
7.7.8 El exceso de vibrado
Puede ocurrir cuando, debido a una operación descuidada o alempleo de equipo demasia do grande, la vibración es varias veces mayor que la cantidad recomendada. El exceso de vibraci ónpuede dar como resultado las siguientes anomalías:
O Segrega ción - La mecánica de la segregac ión entra enjuego cuando las fuerzas de gravedad y de vibrac ión tienentiempo suficiente para actuar. Con un tiempo de vibraciónexcesivo, las fuerzas cohesivas en el interiordel concretoson sobrepasadas por la gravedad y la vibración ocas ionaque los agregados más pesados de la mezcla se hundan ylos más Iígeros se vayan hacia la parte superior de la pastamatriz. Un examen durante o después de este tipo de colocac ión mostrará una capa de lechada, una capa de morteroque contiene una prop orción menor de agregados grandesy una acumulación de agregados grandes en el fondo de lacapa de colocación. Esta condición es más probable en elcaso de mezclas de alto revenimiento y cuando hay grandes diferencias en las densidades de los agregados y delmortero, y cuando las mezclas tienen una proporc ión demasiado alta de mortero respecto al agregado grueso. El
28
agregado de baja de nsidad es una cuestión separada queno tiene relación con el proporcionamiemo de l mortero .
O Velas de arena - se dan más frecuentemente e n mezclaspobreso ásperasy con el concreto quese mueve horizontalmente por el vibrador.
a Pérdida del aire atrapado en el concreto con aire incluido- Esto puedereducir la resistenciadelconcreto a los ciclosde congelamiento y deshielo. El problema generalmentese presenta en aquellas mezclas COI1 contenido de aguaexcesivo. Si el concreto contiene la cantidad de aireatrapado recomendada originalmente por el comité22 1 de l AC I y la trabajabilidad está en e l rango adecua do , es muy poco probable quc ocur ra una gran pérdida de aire atrapado; Una mezcla de co ncretoapropiadamente proporcionada con una dosis de aditivoinclusor de aire para dar un contenido de aire del 7%puede ser vibrado hasta que el contenido de aire sea del3%sinreducción ensu resistenciaacongelacióndebido aque el factor de espaciamiento de burbujas. 0.005 a 0.007pulgad as (130 a li SO urn) es todavía menor que O.OOSpulgadas (200 urn) (Lielenz el al. 1955). Demasiadas insercionesdel vibradoren puntos muy cercanos entre sí, enconcreto con alto revenimiento puedenocasionar que falle el sistema de aire incluido, lo cual puede provocarunareducción en la resistencia al congelamiento-deshielo.
O Deflexion excesiva o cimbra dañada - Éstos son más frecuentes con la vibración externa.
O Falla de las cimbras - La inmersión del vibrador pordemasiado tiempo en el concreto en la misma ubicaciónpuede producirpresiones hidrostáticas internas excesivasque pueden dar como resultado una falla en el molde Cuando se vibra internam ente el concreto a unaprofundidad excesi va (más profu ndo que el rangodiseñado y el concreto es licuado) . este procedim ientopuede causar que el molde falle instantáneamente. Lasfue rzas d inám icas pro ven ie ntes de la vibrac ió nprolongada puede n tener serios efectos en la calidad delconcreto en el sitio en forma de segregación localizada.
Compactación del concreto ACI309R.OS
•
la quertero.
ezclasrizon-
c!lIidociclosmente, aguae aireomitéo ade·.n p érte reteaditivclel7%sea delebidoa10.007, 0.008.das in'e si. enque facarunaielo.
nas freo
lor poricacióncesivael mol
a un!rangc
imieníete. LaJiraciétidad ddlizada.
Capítulo 8
Concreto estructural
8.1 Prerrequisitos de diseñoy detallado
Al diseñar elementos estructurales y al detallar la cimbra y elacerode refuerzo, debetenerse en cuentaque el concreto reciénmezclado debe colocarse en un lugar lo más cercano posiblea suposición final a modo de disminuir la segregación, las cavidadesy otras imperfecciones internas y superficiales. También el m étodo de compactación debe analizarse cuidadosamente cuandose 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 aberturasde 10 x 15 cm con centros espaciados a 60 cent ímetros.
Estos elementos requieren que se ponga especial atención en eltamaño de miembros, tamaño del acero estructural, localización, espaciamiento y otros factores que influyan en la colocación y compactación del concreto . Esto resulta especialmentecierto-enaquellasestructuras diseñadasparacargasslsmicas, endonde el acero de refuerzo a veces está muy congestionado y resulta imposible la compactación efectiva de las mezclas de concreta convencionales.
Eldiseñador se debe comunicar con el const ructor en las primerasetapas del diseño estructural. Se deben buscar las áreas problema cuando aún haya tiempo de tomar las medidas prácticasnecesarias como serían los empalmes, acero estructural en pa·quete, modificación de los espacios de los estribos y aumentodel tamaño de las secciones.
Cuando las condiciones de compactación están por debajo delos estándares, se debe tomar una o más de las siguientes mediodas: rediseñar el elemento, rediseñar la colocación del acero derefuerzo, modificarlamezcla, en algunos casos paraqueseaautocompactanteutilizar pruebas en maquetas a fin de desarrollarun procedimiento alterno y alertar al constructor acerca deaquellas condiciones que pudieran resultar críticas.
La colocación del concreto en áreas congestionadas se discutecon más detalle en el capitulo 18. Debe prestarse consideraciónaluso de conexiones mecánicas en lugar de traslape del refuerzopara minimizar la congestión.
CompaClación delconcreto ACI309R·OS
oImcyc
8.2 Requerimientos de la mezcla
Las mezclas de concreto estructural se debenproporcionara finde obtener la facilidad de co locación, durabilidad, resistencia aldeterioro y otras propiedades requeridas respecto a las cond iciones de colocación. El concreto se debe trabajar rápidamenteen las esquinas de la cimbra y alrededor del acero de refuerzousando el método 'de compactación adecuado, sin que se produzca segregación ni se acumule mucha agua libre en la superficie. Algunas gulas respecto al proporcionamiento puedenencontrarse en el capítulo 2; además, el ACI 30 I proporcionauna gula para la resistencia con respecto al proporcionamiento.En áreas de congestionamiento del acero de refuerzo, se debentener en cuenta los procedimientos señalados en el capitulo 18.
Una consistencia plástica (Tabla 2. 1) revenimiento de 7.5 cm espor lo general suficiente para concreto estructural debidamentevibrado en las cimbras. Lo que puede considerarse una necesidad para concretos más fluidos, en muchos casos se satisfacemejor mediante vibrado adicional. El concreto para elementosestructurales pesados y losas puede colarse de modo satisfactorio con revenimiento más bajo, cuando está bien vibrado.
En aquellas áreas donde no pueda lograrse una vibración completa debido al congestionamiento del acero de refuerzo u otras obstrucciones, puede ser deseable incrementar el revenimientousando aditivos qulmicos o tales como aditivos reductores deagua de alto rango (HRWRA: high-range water-reducingadmixtures) 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.
8.3 Vibración interna
En la mayoría de los concretos estructurales el vibrado se lleva acabo con más eficacia mediante vibradores estándar de inmersiónque se ajusten a las recomendaciones de la tabla 5.1. Elvibradoelegido debe ser adecuado para la mezcla y para las condiciones decolado.
El procedimiento recomendado para vibrado internoes el descrito en la sección 7.2. En muros y vigas, por lo general deben utili-
29
,iIm cyc
zarse dos vibradores. lino para nivelar la mezcla inmed iatamente
después del colado y otro para la compactac ión. En obras de ma
yor importancia y tama ño es útil un tercer vibrador. que puede ser
menos potente que los otros dos. Se debe usar una linea de inmer
sión poco espaciada. a aproximadamente 10 centímetros de d is
tancia de la cimbra y tamb ién en la capa superior del colado. para
ay udar a que las burbujas de aire suban y escapen .
Las losas co ladas monol üicamcntc COIl las vigas se deben co lar
de la siguiente manera : las vigas se deben colar y vibrar . Se es
perará un lapso de aprox imadam ente una hora a fin de perm itir
que e l sangrado se presente en las vigas. antes de proceder a co
lar el co ncre to de la losa. La losa de conc reto se debe co lar y vi w
bra r antes del fraguado inicia l de las v igas de concre to. Los
vibradores deb en penetrar. a través de la losa. en las vigas d e
concreto coladas previamente a fin de compactar y unir los e le
mentas estructurales.
8.4 Vibración de las cimbras
El vibrado de lascimbrases adecuado para muchas secciones delgadas yes un complemento útil del vibrado interno en sitios en que
el acero de refuerzo está muy congestionado, donde e lco ncreto no
puede colarse en forma directa sino que debe desplazarse hasta su
posición final, o bien..cuan do no es posible utilizar un vibrador in
terno. Sin embargo, la vibración puede ocas ionar, en la cimbra pre
siones, sustancialmente mayores que las normal es: por lo tanto.
debe darse especial importancia al diseño de las mismas para resis
tir estas presiones.
Los procedim ientos par a el vibrado de las cimbras 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 ión excesiva en cual
qu ier plinto determ inado. Los vibradores deben moverse con
farole sea necesari o para man tene rlos operando j usto debajo dela superfic ie del co ncreto y no en áreas vacía s.
8.5 Revestimiento de túneles
Los vibradores de cimbra se usan para la compactación del con
creto en los revestim iento" de túnel. Frecuentemente, la vibración
de las cimbras se complementa con vibradores de inmersión que
se usan por atrás de la cimbra o mediante ventanas de acceso en la
misma. El concreto para revestimientos de túneles se co loca más
comúnmente por medio de bombeo. con líneas de bombeo colo
cadas en los muros latera les y en las coronas. Es importante tener
una mezcla fluida , aunque co hesi va, que responda bien al proce
so de vibrac ión. El revenimiento debe ser de cerca de 13 cm en el
extremo de descarga de la línea de bombeo.
Cuando elnivelde concreto por atrás de la cimbraalcanza lacorona. se produce un a pendi ente en el concre to . Esta pendiente
ge neralmente va riará de 2 1/2 a l . y co mo máximo de 5 a I en re
lación horizonta l a vert ical. Los vibradores de cimbra deben
ope rarse a unos poc os cent ímetros de la pen dient e y deben mo
verse hacia adelan te, frecuentemente en forma hori zontal. Se
debe poner especial atención a la vibración de la cimbra en lacorona, de modo que el concreto que se haya bombeado en lospuntos más altos dentro de la cim bra no se baje a causa de la vi
brac ión . Confo 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 vibra
c ión deben aseg ura r un má ximo rellenado de la cimbra .
Co mpactación del concreto ACI 3ü9R-OS
IIIIIII
al-10
de
)n
i ón
[ue
i lalás,10-nerce1 el
contere
bennoSe
1 lalos
. VI
>, la)ra-
IR·05
Capítulo 9
Concreto masivo
El concretomasivo se define como cualquier volum en de concreto condimensiones lo suficientementegrandes para requerirque se tomen medidas a finde manejarlageneración de calordehidratación del cementoy los consecuentes cambios volumétricos y, así,minimizar el agrietamiento. Para reducir el aumentode temperatura y lograr ahorros, se utilizan bajos conlenidos decementoy agregados grandes a findemantenerunrevenimientobajo. Estas medidas generalmente requieren de atención especial respecto a la compactación. La cuadrilla debe trabajarestrechamente uniday moverse como una un idad,en vezde quecada operador trabaje separadamente con inserciones aleatoriasmuy espaciadas.
9.1 Requerimientos de la mezcla
El proporcionamiento adecuado y el uso óptimo de los ad itivos químicos, cen izas volantes y GGBFS en el concreto masivo facilitan una compactación adecuada. Consúltese el ACI21I.I para información acerca del prop orcionamient o de lamezcla. En el ACI 207.1R se puede encontrar informac iónadicional respecto al concreto masivo.
9.2 Equipo de vibración
El concreto masivoque tenga agregados de tamaño mayor a 1 ¡12pulgadas (40 mm)y un bajocontenidode cemento representaunespecial problemade vibración cuando se utilizan consistencias de revenimiento bajo . Esta condición requiere que, para unacompactación adecuada, se cuente con un poderosoequipoque satisfaga los requerimientosdelgrupo5del cuadro 5.1 . En los EstadosUnidos generalmentese utilizan vibradores neumáticos. Laentradade 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 diámetrospequeños a fin de penetrarentre las varillasy lograr una compactación adecuada.
Compactación del concreto ACI 3D9R-OS
\;uncyc
9.3 Cimbras
Para economizar en cimbrasy tener un mejor controlde la temperatura, el concretomasivo se debecolocar encapaspoco profundas de 1.5 a 3 metr os de esp esor. Además de losrequerimientos usuales de las cimbras (véase el capítulo 6), lascimbras para concreto masivo casi siempredependen de los anclajesempotradosenelconcretopara una colocación firme y segura. La profundidad de empotramiento para estos anclajesdebe proporcionar el anclaje suficiente para soportar el impactodel concreto que caigade granaltura, así como las presiones ordinarias del concreto durante la vibración.
9.4 Prácticas de vibración
Las capas se deben construir mediante capas múltiples de 30 a50 cm, dependiendo del tamaño de los agregados.Tales capas sepueden compactar bien si hay cierta penetración del vibrador enlascapas inferiores. Lasseccionesmuy reforzadaspueden necesitar capas más delgadas y requerir de mayor atención a fin deasegurar que el acero de refuerzo quede totalmente cubierto porel concreto.
Cada capa está conformada por franjas de 1.8 a 3.6 m de ancho.Elextremo de cada capa superior debe apoyarse 1.2 a 1.5 men lacapa de abajo, de modo que no se muevan cuando se vibre lafranja adyacente o las capas inferiores colocadas a lo largo delextremo. Este procedimiento produce un efecto escalonado enlas capas (véase la figura 9.1). Luego se completa la colocaciónen todo su espesor y áreacon unaexposición mínima de la superficie. Esta práctica disminuye el calentamiento del concretopreenfriado y el problema de las juntas frías entre las capas enclimas calurosos. También facilita la colocación en climas húmedos. Los detalles referentes a la colocación y fabricación delconcreto masivo pueden encontrarseademásen el u.s. Bureau
01 Recíomation. 1988; ACI 207.1R.
Para una compactación efectiva del concreto masivo, el personalque maneje los vibradores debe seguir un procedim ientosistemático. El vibrador debe insertarse en forma casi vertical enlas partes más altas de las pilas depositadasde concreto con espacios uniformes y luego reinsertarsecomo sea necesario para apla-
3 t
Figura 9.1(3) Construcción escalonadausada para construcción de concretomasivo. (Fotócortesíade O.S. BureauofR eclamation)
nar el concreto a la profun didad adecuada y a lo largo de toda el
área (véase la figura 9. 1 b). Luego las sucesivas colocaciones de
ben vibrars e en forma sistemática permitiendo que el vibrad or pe
netre en tod a la profundidad de la capa ante r ior pero
manteniéndose alejado de los extremos delanteros (véase figura
9.1e). Los extremos queesténencontacto conlas franjasanterioresque ya hayan sido coladas deben entretejerse completamente.
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 imiento,
esta operación toma de lO a 15 segundos. Las inmersiones deben espaciarse y prolongarse durant e lapsos de tiempo suficien
temente largos para que no quede duda de que la compactación
está completa , no sólo cerca de la superfic ie sino en todo 'e l
espesor de la capa y aún debajo de ella.
Figura 9.I(b) Nivelado de unadescarga de concreto masivoreciéndepositado en la cimbra
32
La pan e superior del bloque termin ado debe quedar nivelada y
sin huellas de pasos, con el objeto de faci litar la limpieza subsecuente de lasjuntas. La vibración final debe efectuarla un operador de vibrador calzado con "zapatos de triplay para nieve",empleandounvibradormás pequeño sies necesario. Al concluirse la compac tac ión, la parte supe rior del agre gado grueso debe
estar aproximadamente al nivel de la superficie del concreto.
La cantidad de concreto que se puede manejar con un vibradordepende de la capacidad de este último, de la experiencia y la di
ligencia del opera do r y de la respu esta del vibrad or a la mezcla
part icularde concretoque se está compactando. En condicionesóptimas, una cuadrilla efic iente puede compactar hasta 40 m'
por hor a por vibr ador. A Ircdedor de las piezas ahogadas y cuan
do se em plean cimbras co mp licad as, dicha cantidad puede redu
cirse hasta menos de la mi tad .
En Euro pa, Japón y Canadá se han empleado con éxito vibrado
res múltiples a base de cuadrillas de niveladoras, grúas y montacarga s hidraúlicos. Un a de las niveladoras extiende y nive la el
concreto listo para compactarse; le sigue otrocon tres o más vi-bradores montados en el frente. El empleo exitoso de este proce
dimiento requiere c imbras abiertas con un mínimo deseparadores. Se debe tener cu idado a l voltear la prim era nivela
dor a de empuje para que las orugas de la segunda no excaven
dent ro del co ncreto.
9.5 Concreto compactadocon rodillos
El concreto masivo puede compactarse pormediode rodillos vibradores. El Concreto Compactado con Rodillos (CC R) es un
concreto con "cero reven imiento" que se transporta, coloca ycompactaen capas horizontales usando el mismo equipo que seutiliza para la construcción de carreteras y construcc iones rellenas de roca y tierr a. Puesto que la fase de compactación de laconstruccióndelCCRse ejecuta conequipo para movimiento detierras. el t érm ino compactaci ón se ha usadoen lugardel t érm inoconsolidacion paraconcreto. El AC I 207 .5R, AC1309.5R YAC I
325. 10 R contienen información detallada sobre el CC R.
El co ncreto compactado con rodillos (CC R) que se usa en los
Estados Unidos. ge nera lmente se coloca en capasde 20 a 30 cmaunque cn algunos casos se han llegado a usarcapas de hasta I111 . Para capascon espesores de más de 30 cm, el concreto debedepositarse y esparcirse cnvarias capas delgadas antes de llevara cabo la compactación. En áreas abiertas, las capas se compac
tan por medio de aplanadoras vibradoras de tambor con unamasa estática lineal dc 1.800 a 4.500 Kg/m de anchode tambor.En algunas ap licacioncs, el acabado se completa por medio derodillos con ruedas neum áticas con una masa estática hasta de26 toneladas (2ó.OOO kg), En áreas estrechas y áreas adyacentesa muros u otro tipo de obstáculos, pueden usarse aplanadoras
Compactación del concreto ACI309R-OS
•
--o
Imcyc
la yise~ra-
"'e",uirebel .
idorI dizclames1m'Janedu-
Idonta·la els vioceI de
/elaaven
S vii un:a yle seellele laodeninoACI
1 los)c mita 1Jebeevarpac
una.bor.o de
'a de.ntesloras
IR-OS
Figun 9.1 (e) Vibraci6n .isternMica de l. cap. de concreto
manuales y apisonadorasmecánicas a tin de compactar el CCR.Cuandose utilice esteequipo debe tenerse cuidado de colocar elCCRen capas más delgadas a fin de asegurar su compactación.Lacolocacióny compactaciónse hacen generalmente en capas_horizon:.les. Sin emb,,!g.o!-:1 CCR se ha colocado y compacta:doen capas con rnode- rada pendiente en donde se ha utilizadouna líneapara facilitar el viaje del rodillo a lo largo de la pendiente.
Generalmente, para'el caso de mezclas más plásticas y ricas, laprimera pasada del rodillo se hace de modo estático(sin vibración), seguida por una serie de pasadas en posición vibratoria.Permitirque el concreto repose una hora antesde realizarelacabado ha demostrado reducir eficazmente el agrietamiento superficial. Los operadores deben asegurar un traslape de almenos 15 cmentre las franjas adyacentes y al final decada pasada.Sedebe poner especial atención a lacompactación de la junta a lo largo de las líneas de colocación, si especialmente elconcreto de la linea previa ha alcanzado el tiempo de fraguado
Compactación delconcretoACI J09R-OS
inicial.Esto se logra compactando losextremos de las líneasconuna pendientede2 a 1,ó cortando unextremo vertical en el concreto bien compactado con un nivelador.
Laselección de los rodillosvibratoriosno se haestudiado aún losuficiente y laselección del equipo sedebe establecerpormediode pruebas de campo. Los rodillos vibradores generalmentepertenecen a una de las siguientes dos categorías:
O Rodillos de alta frecuencia y baja amplitud - 1,800 a3,200 vibraciones por minuto (30 a 50 Hz), 0.38 a 0.75mm -uti lizados para la compactación de asfalto.
O Rodillos de menor frecuencia y mayor amplitud - 1,200 a1,800vibracionesporminuto(20 a30 Hz)0.75a 1.5mm-utilizados en la compactación de tierray rellenos rocosos.
Los parámetros de construcción y lascaraeteristicas de lamezcla deconcreto tales comoespesorde lacapade colado, tama/lonominalmáximode los agregados y contenidode agua,pueden influir sobrela selección de los rodillos.
Se debe tenerespecial cuidado en el proporcionamiento de lamezclade CCRy en lastécnicas decompactacióna fmde evitar lasegregación o contaminación en la caparecién colocada y para asegurar unabuena unión queal mismo tiempo seaimpermeable.0m00 seooIocalamezcla fresca de CCR en una superficie endurecida, ésta debeestar limpia y hay que colocar sobre ella una capa delgada demorterode 75 a 125mm de una mezclamásplástica antes decubrirla con la capa regular de CCR. Generalmente es suficientecon 4 a 6 pasadas con un rodillovibratorio de tamaño adecuadoafinde producirun concretodenso y biencompactado. Sinembargo, conforme se incrementan el espesor de lacapay la rigidezdela consistencia, las mezclasdeCCRpuedenrequerirdemáspasadas con el rodillo. Se deben llevar a cabo pruebas de campo paradeterminar el número de pasadasdel rodilloquese requieren paralograr una buena compactación.
33
oImcyc
Capítulo 10
Losas para pisos de concretode densidad normal
10.1 Requerimientos de la mezcla
Elconcretopara la construcción de losasdebedosificarse 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 adecuadopara los pisos y losas,y los procedimientos de construcción.
Las mezclasmásrígidas se usan mucho puestoquesus superficies son mucho más durables y resistentes a la abrasión. Estasrequieren de una compactación por vibración o por otro métodoque resulte efectivo,Las recomendaciones de esta guía se refieren principalmente a este tipo de construcción.
10.2 Equipo
Paracompactar losas hasta de 15 cm de espesor se recomienda el. vibradosuperficial, siempre que noestén reforzadas o que tengan
sólo una malla ligera. El medio más empleado es el de las reglasvibradoras, soportadas po..cimbras, tablones o rieles. Deben serdebaja frecuencia, de 3, 000 a 6, 000 vibraciones por minuto (de50 a 100Hz), y de gran amplitud para reducir al mínimo el desgastede la máquina; deben proporcionar la profundidadde compactaciónadecuada, sincrear en lasuperficie unacapa nociva definos. Es aceptable el uso de vibradores de alta frecuenciay bajaampl itud cuandose aplican sólo para acomodar las operacionesdeacabado. Las losas sin refuerzo de20 cm de espesorse puedencompactar por medio de vibración interna o de superficie.
Elvibrador interno empleando el equipo descrito en latabla5.1.serecomienda para toda losa de más de 20 cm de espesor. También es aconsejable para losas de espesor menor, cuando éstastienen acero de refuerzoy tubería para instalaciones. Tambiéndebe proporcionarsevibrado interno adyacente a los dispositivos de transfe- rencia de carga y las cim bras.
Compac taci ón del concreto ACI :\09R-OS
10.3 Losas estructurales
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. Puedenusarse en este caso reglas vibradoras para facilitar laoperaciónde acabado de alta frecuencia y baja amplitud.
A veces en laslosasse presentan columnas, conductos o varillasde refuerzoque sobresalen y que impiden lacolocaciónde 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. Conestosrevenimientosse obtiene la compactación adecuada mediante vibrado internoy el acabado con regla y manual.
10.4 Losas sobre el suelo
Los procedimientosdescritos en el capítulo 11 debenseguirse enobras 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 construccionesquedacubiertopor losprocedimientosexpuestosenestecapítulo.
1004.1 Vibrado interno
La cabeza del vibrador debe quedar totalmente sumergida durante el vibrado; en losas gruesasse puede íntroducirel vibradoren sentido vertical, en tanto que en losas delgadas se deben sumergir en ángulo o en sentido horizontal. No se debe permitirque el vibrador entre en contacto con la base, ya que esto puedecontaminar el concreto con materiales extraños.
El empleode reglas vibradoras, cuando pueden utilizarse aristas de lacimbrao rielesmaestros, facilitalasoperaciones denivelado despuésdeque la losasehacompactado mediante vibrado interno. Siseemplea laregla vibradora, puede util izarse concreto de menor revenimiento.
35
Cirmcyc
10.4.2 Vibrado superficial
Por lo gen era l se recomi en dan revenim iento s entre 2.5 y 5 cm
para co ncr etos compactados co n reglas vib radoras. Para los re
ve nimientos que excedan de 7.5 c m. las reg las vibradoras se de
ber án usar co n cuidado ya que esto s conc reto s most ra ran
acumulación de mortero en la superfici e acabada después del vi
brado.
Las reg las vibradoras nivelan y alinean e l concreto. además de
prop orcion ar buena co mpactac ión . Para logr ar una buena com
pactación , la ar ista de nivel ación debe esta r en ángulo co n la su
perfic ie y la so breca rga apropiada (a ltura del co ncreto no
co mpactado requerida para producir una superfici e termin ada
co n la e leva ció n apropiada) al frente de la nivel adora prin cip a l.
Cuando no sea posible colocar tabl on es maest ros o c imbras para
las reglas vibradoras u otro s vibradores de superficie. sera nece
sa rio incrementar el reven imie nto en tre 7.5 y 10 cm y logr ar la
compactac ión primar ia a través de las op eraciones de alineado y
acaba do . El vibrado intern o sera necesar io para compactar en
forma adecuada el concreto que queda a lrededor del acero de re
fuerzo. de los d ispositivos de transferencia de carga. de lasmu esca s y las aristas de las cimbras.
10.5 Pisos industriales paraservicio pesado
La superficie de desgaste de pisos indu str iales para servicio pesa
do debe ser de concreto de alta resistencia a abrasión. Para infor
mación con respecto a las varias clas ificac iones y req uer imie ntos
de pisos, véase la Tabla 2.1 en el ACI 302. 1R para información
con respe cto a las var ias clasificaciones de pisos y sus requisitos.
Mu chos pisos industria les se colocan en do s cap as, con concreto
convencional en la capa inferior y un conc reto de alta resistencia
en la capa de arr iba. l.a ca pa de arriba se deberá coloca r, prefer i
blemen te. antes de que la capa inferior alcance el frag uado final.
El uso de sistemas de piso de dos capas proporciona economía yun uso mas e fi c iente de materiale s.
La superfic ie de be enrasarse Ull poco más a lto que e l nivel de aca
bado : la capa de desgaste de baj o revenimiento debe compacta rse
mediante rod illos. pisones o algún otro tipo de vibrado superfi
c ial. El empleo de una máquina de discos flotado res pro vista de
mart ine tes pro po rc iona compac tac ión adic ional en la zona cerca
na a la superficie. En es tos con cret os, la máquina de disc os debe
empicarse poco despu és de pasar la reg la niveladora si es necesa
rio llevar a la superficie suficiente mortero para llenar bien los
huecos. Los aditivos químicos se pueden usar para incre mentar la
trabajabilidad de la mezcla y fac il itar la compactación .
10.6 Extr-acción de agua porvacío
El proceso de vacío es un método que mejora la ca lidad de l co n
creta ce rca de la superfic ie y consis te en quitar parte del agua de
la mezcla despu és de haber colocado e l co ncre to; s in emba rgo,
siempre se involucra algo de recompactación (véase la figura
10.1). A la superficie se aplica una lona o estera después que se
ha logrado la compactación norma l y se co nectan a bombas de
vacio. La succ ión aplicada por las bombas y la presión atmosfé
rica (una fuerza compacta nte) ac túan simultánea mente sobre la
lon a o este ra. quitando el ag ua y e l a ire atrapado de la región cer
cana a la superficie y cerrando los esp acios qu e ocupaba el ag ua.
Cuando se hace ligeram ent e más tarde qu e en el mom ento
óptimo , los huecos por aire atrapado pueden ser concentrad os
como discos ap lanado s justo por deb ajo de la superficie,
produciendo una fa lta de resistenc ia a la ab rasión .
Figura 10.1 la extracc ión de agua por vacío de losas de concreto se muestra justo después de la ope ración de acabado del piso.
36 Compa ctaci ón del concreto ACI 309R·05
:ri.al,
'Y
:a·sefideabea·osla
t
leJ,
11
eet-
a- ;
l.
)
Capítulo 11
Pavimentos
11.1 Generalidades
Los trabajos de pavimentaciónde carreterasy pistas de aeropuertos incluyenaplicaciones tales comopavimentos conrefuerzo continuo y cubiertas de puentes. en los que se puede usar concreto arazones de másde 400 m' por hora. Generalmente, para la colocacióny acabados, se utilizan equipos automáticos capacesde colocarconcretosconrevenimientos de 2.5 a 5 cm. En el otro extremo,los desarrollos residenciales pueden requerir menos de 80 m' deconcreto pordía. Generalmente, cuando se utilizan revenimientosen el orden de 5 a 10cm, se requiere de mucho trabajo manual.
Este capituloseenfoca a la construcciónde carreteras y campos deaeropuertos. Los procedimientosaquídescritos seaplican tanto a los pavimentosdecimbra fija como a losdecimbras deslizantes, Losconcretospara pavimentos derevenimientocero se colocan mediante el métododecompactaciónconrodillos asítalcomofuedescrito enlasección 9.5.
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 serde 5 cm o menos, a fin de obtenerel mínimode segregación y mantener la calidad del concreto.
El concreto quese recibaen el punto de colocacióndebeser uniforme.Las variacionesen la mezcla pueden resultar en una segregación o enuna compactación inadecuada, ocasionando que el pavimento sea demalacalidad ydepobreresistenciaaldeterioro. Paraelcasodelconcretoreforzadoconfibras, los vibradores internossedeben usarcon unes.paciamientomenory durnnte mayor tiempoa fin deobtenerresultadossatisfactorios. (Véase ACI 544. lR)
11.3 Equipo
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
Compactacióndel concreto ACI 309R.OS
ormcyc
determinan el espesor de la losa, la velocidad de ejecución, laconsistencia y otras características de la mezcla de concreto.
Losvibradores internos,porlo general automontados enserie yque reúnen los requisitos del cuadro 5.1, pueden emplearsecuando el espesor del pavimento sea de 20 cm o más. Cuando elequipo se mueve rápidamente sobre las losas a fin de obteneralta producción. puede necesitarse vibración interna en pavimentos tan delgados como de 10cm. Losvibradores hidráulicoshan ganado mucha popularidad en los últimos años, especialmenteporque la frecuencia es ajustable y los requerimientos demantenimiento son bajos.
Pueden emplearse vibradoresde superficie en pavimentos de espesor inferior a20 cmy se usan conéxitoenpavimentos demásde25cmde espesor usando un esfuerzo vibratorio mayor.Sinembargo, larazón de ejecución será menorque cuando se emplean vibradoresinternos.Asimismo,elvibrado superfic ialencombinaciónconapIanado y nivelación a reglatiende a llevardemasiados finos a lasuperfic ie, dependiendo del diseño de la mezcla. Esto puede sucedercomoresultadode proporciones demezclainadecuadas osobretrabajado de la superficie o de ambos.
La velocidad delequipo de pavimentación controlaeltiempo devibrado. El diseño de dicho equipo y el de la mezcla deben sercongruentes.
11.3.2 Req uisitos generales
Los vibradores, tanto de superficie como internos. deben controlarse mediante un interruptor de "encendido-apagado" queopereen fonnasimultánea todos los vibradoresy sólo cuando lamáquina pavimentadora esté en movimiento hacia adelante.
Lacapacidad de variar la frecuencia es necesaria para perm itirajuste en cuanto a condiciones de la obray a los materiales empleados.
Deben tenersedisponibles variosvibradorespara elcasode que serequ iera vibrado adicional, o como repuestos.
37
\
11.3.4 Vibradores superficiales
Los vibradores de inmersión del tipo usado en la compactaciónde concreto estructural pueden ser muy útiles en áreas irregula-
res.
La pavimentadora es una unidad de propósitodobleque compactael concreto y daunacabadoa lasuperficie. Los extremos delallanageneralmenteno cuentan con ruedas(ensamblessobre ruedas)(figura11.2a).Algunosequiposantiguospueden tenerruedas(figura11 .2b) con acción tipo leva. de modo que la llana puedalevantarse de la superficie de concreto sintener que moverse hacia atrás enun segundo paso.Las pavimentadoras pequeñas pueden levan=en forma manual. Normalmente se requiere una unidad para cadacarril de ancho. Laspavimentadoras deben podervariarla freeuenciade 3.000a 8.000vibraciones porminuto (50 a 130Hz). La pavimentadora vibradora es el único vibrador de superficies queseusa exc lusival11~nte para compactación. La regladebe montarSesobre un marco horizontal que pueda levantarse del concretooque pueda sostenerse a la altura deseada. Lapavimentadora vi·bradora debe poderse ajustar a una frecuencia de entre 3,000a
6,000 vibraciones por minuto (50 Y 100 Hz).
Los vibradores se deben ajustar en fonna angulary mantenerse
así durante la vibración.
La frecuencia se debe ajustar entre 8.000 Y12.000 vibracionespor minuto (130 Y200 Hz). y debe ser uniforme en todos los vi-
bradores.
Elmarcu debetener lacapacidad paraespaciarde lOa 14vibradores sobre un ancho de pavimentación de 7.3 m. Asimismo, debetenermovimiento vertical para que los vibradores puedan retirarsc por completo del concreto o bajarse hasta la profundidadnecesariadentro delconcreto. para obtenerunvibradoóptimo.
En la construcción de pavimentos de concreto se emplean trestipos de vibradores de supcrficie: el de artesa, la regla vibradora
y el vibrador de rodillos (véase la sección 5.3).
Los vibradores mencionados están, por lo general, montados enseriesobreun marco horizontal (véase la figura 11.1 ) que debe estarcolocadojustodelante de la primera regla o placadeaplanado.Elmarcadebeserajustablehaciaadelante ohaciaatrás para compensarlasdiferenciasde consistencia del concreto de una obra a otra.
pavimentos.Estos estánespecialmentediseñados para compactarlosas delgadas Y para operar por encima de las mallas en pavi-
mentos reforzados.
•
••
.11
Figura t1.2(b)Niveladora antigua concamionesque permitela acción delevaafinde Izar laniveladora delasuperficiedeconcreto mientras se mue
ve para realizar la segunda pasada
Fig.ur:¡ Il .:!ib) i"i\'cI3JllT;l antiguacon camiones que permite la acción deleva a fin de i..ar la nivelador3 de la superficiede concrete micntra" se mue
ve pararealizar la segunda pasada
Figura 11.1 vibradores de escoplo monlados en serie para compaclaóón de
pavimentos de ('01\..:r('10
oImcyc
11 .3.3 Vibradores internos
Además de los vibradoresinternos nannules (descritos enelcapítulo 5) existenvibradoresenformade "L"paralaconstrucciónde
Otro tipo de vibrador de superlicie es el vibrador de rodilloS,que 10 mismo enrasa que compacta. Sufrecuencia debe serajUS
table, el modelo que se utiliza con más frecuencia es de 100a400 vibraciones por minuto (2 a 7 Hz). Este equipo se utilizaen
Compactación del concreto ACI 309R.(IS
38
r
eI-
d
;e
'i-
;n.a-
res)fa
reta
ana(fi-uratar
senarse:adalen·avie searse.to o1 vi·00 a
íllos,
,jus'00 azaen
9R.oS
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 mediode vibradores internosmontados en serie
La fuerzacentrífuga y el espaciamíento de los vibradores debedeterminarse tomando en cuenta el agregado a emplear, las característicasde la mezcla, la velocidadde descargadelconcreto,elmétododecolocacióndel acero de refuerzoy larapidezde laspavimentadoras. Para las mezclas con agregado grueso pequeño y elevado contenido de agregado fino, deben emplearse vibradores con fuerza centrifuga cercana al límite inferior delorden que aparece en el cuadro 5.1, grupo 3. Por lo general, elespaciamiento de pruebadebe ser entre 50 y 75 cm. Cuandoseamenor la fuerza centrífuga y el espesor de la losa, debe habermenor distancia entre los vibradores. La colocación de los vibradoresexternos esespecialmentedificilcuando la pavimentación se hace con cimbras deslizantes.
Cuando se produzcan desuniformidades o irregularidades enlos patrones del vibradormientrasse esté trabajando a velocidades de vibración normales, deben bajarse los vibradores en elconcreto, cambiar la angularidad, incrementar o disminuir lafrecuencia, cambiar la amplítud (generalmente cambiando lamasaexcéntrica),o añadir vibradores adicionaleshasta eliminarlas irregularidades. La compactación adecuada se logra generalmente cuando lasuperficie delconcretotieneuna textura uniforme y lustrosa y los agregados gruesos apenas son visibles enla superficieo por debajo de la misma.
En pavimentos de menos de 25 cm de espesor, los vibradoresdeben operarse paralelos a la sub-base, o formando con ésta unpequeñoángulo.En pavimentos más gruesos, los vibradoresdeberán estar cercanos a la vertical, quedando de preferencia lapunta del vibradora 5 cm de la sub-base y la parte superior delvibrador de 2 a 4 pulg (50 a 100mm) centímetros debajo de lasuperficie del pavimento.
Durante laoperación de colado debe soportarse una sobrecargade 10 a 15 cmde concrelo sobre los vibradores. Es posibleque lassobrecargas mayores causen ondularniento detrás de la regla o de lazona dedesplazamientodelconcreto, locual impide la liberacióntotaldel aire atrapado.
Enel caso del pavimento reforzado que tenga espesores menoresa25 cm, los vibradores debenestar colocados en forma paralela a la sub-base y lo más cerca posible dcl acero de refuerzo,pero almenosdosdiámetros del vibradorpordebajo de lasuperficie. Cuando el acerode refuerzo esté cerca de lasuperficie, el
Compactacíon del concreto ACI J09R·OS
oImcyc
concretodebe colocarse en multicapas a finde permitir la compactación. Si se descubre una compactación inadecuada en elfondode la losa pordebajo del acero, los vibradoresdeben estarmenos espaciados y debe incrementarse el esfuerzo de vibración o disminuir la velocidad de la pavimentadora. Puesto quees comúnque la unidad vibradoraesté unidaal equipoque llevaacabo el primerenrase transversal, el ajusteadecuadodelvibrador dependerá de la velocidad de avance de este equipo.
En losas reforzadas en lasqueel aceroderefuerzo se colocamediante vibrado después de colarel concretoen todoelespesor,serequiere una compactacióninicial antes de lacolocacióndelaceroderefuerzo. En pavimentosderefuerzocontinuo, en los que elrefuerzo se coloca con silletas antes del vaciado del concreto,debetenersecuidadodeverificarqueelconcreto debajodelacerode refuerzo esté recibiendolacompactación adecuada.Cuandoelacero derefuerzose colocaconun depresor de mallas, se requieremenos vibrado adicional que cuando la mallasecoloca sobre silletas o cuando elconcretose coloca en dos capas. En las losasreforzadasycoladas endoscapas, los vibradores deben emplearse sóloen laúltimacapa; noserecomiendavibrarlaprimerapor la posibleformación de un plano sin resistencia entre los doscolados.
Olsem Winny Ledbetter el al.( 1984) proporcionaron información adicional acerca de la compactaciónde los pavimentos deconcreto.
11.4.2 Vibrado superficial
11.4.2.1 La unidad vibradora debe situarse detrás del equipoque nivela la superficie. Su frecuencia debe determinarse deacuerdo con la velocidad de avance del equipo en el que estámontada. No debe permitirse una sobrecarga delante de la unidad vibradora, ya que esto entorpecería las vibraciones. Puederequerirse un vibrador internode flecha paraayudara compactar a lo largo de cada cimbra.
11.3.2.2 .Cuando no se usa pavimentadora por lo general se recomienda dardos pasadas con la regla o el rodillo.Laprimeraespara nivelary compactarel concreto y la segunda, para proporcionar el acabado de la superficie. En la primera pasada debeaplicarse la frecuencia máximay en la segunda, debe reducirse.Eneste caso, el aspectode la superficie noes 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 sitiosadyacentes a muros de contencióny ensambles dejuntas. a menos que se emplee un v ástago vibratoriode aspas, o vibrado interno atodo 10 ancho.Tambiéndebenutilizarse enotras áreasen
39
Quncye
las que nosea posible el empleo de vibradores montados en serie. Lacabezadel vibrador debe estarsumergidaporcompleto ylo más vertical posible, para evitar la segregación y el veteadodel mortero. Elconcreto debe vibrarse a la profundidadrequerida mediante vibrado sistemático de las áreas traslapadas. El espaciamiento de las inmersiones debe ser,en general, de 50 a 75cm, alrededor de \- \12veces el radio de influencia efec tivo . Es
preferible que haya poca distancia entre las inmersiones. a queestén demasiado separadas.
El vibrador debe operar en un so lo sitio hasta que el concreto esté
bien compactado; después, se debe retirar despacio para asegurarque se cierre la cavidad que resultade la inmersión. El tiempo necesa
rio 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.
11.5 Precauciones especialesAl co locar conc reto con aire incluido, se deberá veri ficar el con
tenido de aire del concreto compactado en su lugar . Ciertos método s de compactar y de acabar pavimentos afectar án las
características del sistema de vacío de aire. Cuando se requiereinclu sión de aire para obtener resistencia a heladas, los parárnetros de vaclo de aire del concreto endurecido se deberán ratifi car. Si la propi edad pretendida del sistema de huecos de aire cae por
debajo del nivel necesario, se deberán hacer cambios en los procedimi entos de vibración o en la cantidad o tipo de adi tivo de inclusión de aire que se esté usando por ejempl o, disminu ir la
amplitud. La profundidad y la ubicación del acero de refuerzo sedeberá verificar detrás de los vibradores para asegurar que el refuerzo no se ha movido.
Cuando se emplean cimbras fijas debe hacerse una inspección
del borde del pavimento al retirarlas 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 formación:
O acercar los vibradores a las cimbras;
O aumentar la frecuencia o amplitud de los vibradores;
O disminuir la velocidad de avance del equipo de pavimen-tación .
En pavimentación con cimbra deslizante, el equ ipo se deberámover hacia adelante tan continuamente como sea posible, especialrnente si el tiempo atmosférico es cálido. Los retardos,arranques y parad as de pavim entadora, pueden producir desga
rres de la superficie y de las orillas del concreto ya compactado.Los desgarres se pueden extender 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
40
cimbra superior o lateral de la pavimentadora y el concreto. Losfactores que pueden contr ibuir a desgarres incluyen el espesor
de la losa, concreto con revenimi ento demasiado bajo, la tempe
ratura del concre to, el viento y la humedad, las proporciones demezc la, e l tamaño de las part ícul as de los agregados, la razón depérdida de revenimiento, el ajuste y la operac ión de la pavimen
tadora de cimbra des lizante . Una vez que ha ocurrido el desgarre el único medio de restaurar la integridad del concretoesusarvibradores de inmersión y volvera vibrar el área afectada.Si el desgarre está cerca de la orilla.se puede requerir instala
ción de cimbras laterales para retener el concreto durante la vibración.
Debentomarse muestras periódicas para verificar la suficienciade la compactación; las muestras tomadas para revisarel espesor del pavimento también pueden servir para este fin. Debeexaminarse la parte superiorde las muestras para determinar elespesor de la capa de mortero sob re los agregados gruesos. Unespesor de mortero mayor de 3 mm indica exceso de vibrado o
de acabado. El superv isor debe regi strar tambi én los puntos de
interrupción, demoras u otras circunstancias anormales que ha
yan tenido lugar y debe pedir que se tomen muestras adicionales
en estas áreas.
La den sidad del concreto fresco inmediatamente después de lavibración 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 mé
todo útil para indicar cuánd o se ha logrado el grado de compactació n adec uado. Se pueden obtener resultados útiles en obras
grandes en las que los cos tos puedenjustificarse, con el personalde laboratorio entrenado y certificado, instrumentos bien cali
brados y una mezcla de concreto razonablemente 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 ubica
ción o espaciamiento de los vibradores. La penetración de mate
rial de la sub-base en el concreto puede ser el resultado de que
los vibradores internos se hayan introd ucido demasiado o en ángula incorrecto.
El superviso r debe tener presente que las condi cione s variablesde la obra, tales como el clim a, la velocid ad de avance, los cambios de equipo, el revenimiento, etc. , pueden determinar ciertoscambios en las características o la posición de los vibradores.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 ecuado de los vibradores montados en
serie han producido linea s de falla que pueden derivar en grietas
longitudinales.
Compactación del concreto ACI 309R-05
1
e
1
J
e
s
a
's1,
,-,-lS
I1i-
la1-,.
esn
JS
:5.
ea,nas
05
Capítulo 12
Productos prefabricados
12.1 Generalidades
Elmétodo de compactacióndebe seleccionarse al iniciar el trabajo y tomandoen cuentael uso que se va a dar al producto, la mezcladel concreto, el material de las cimbras, asi como las técnicasdeproducción, de maneraque pueda diseñarse y coordinarsetodala operación. En el capítulo 12 se reúnen los datos pertinentespara los principalesproductos prefabricados de concreto.
12.2 Requerimientos de la mezcla
Esimportante considerar la trabajabílídad de lamezcla paraseleccionarelmétododecompactación paraelementos prefabricados.
Entrabajos de elementos prefabricados, con frecuencia se utilizan las consístencias desde plástico rígido hasta fluido:
A)Mezclasplásticas rigidas conrevenimiento deentre 25a 75 mm(1 y 3 pulgadas) - estasmezclas son cohesivasy plásticas; hasta
Figura 12.1 Vibrado de cimbrasempleado en la producción de vigas prefabricadas.
Compactacióndel concreto AC1309R·05
Qrmcyc
B) Mezclas fluidas con revenimiento superior a 190 mm (7.5pulgadas) - fluyen fácilmente, y tienen un potencial para la segregación si se aplica vibración excesiva. En trabajos dee lemento s prefabricados usando concreto fluido yautocompactante (SCC) puede ser necesario ajustar lasproporciones de la mezcla, dentro de limites razonables, paraproporcionar compatibil idad con el equipo de precoladodisponible.
12.3 Material para cimbras
El método de compactación debe ser compatible con el materialempleado para las cimbras o moldes. Suele preferirse el acero, lamaderao elconcreto reforzado. Estos materiales pueden revestirse con fibra de vidrio o algún otro material plástico para producirsuperficies especiales. También se ha empleado el hule.
Se debe tener cuidado en verificar que las cimbras no se dañendurante la compactación; por ejemplo, las puntas de los vibra-
41
"rmcycdores deben protegerse con hule y evitar el contacto entre el vi-
brador y la cimhrn.
\2.4 Elección del métodode compactación
En la industria de prefabricados suele preferir se el vibrado extern o de las cimbras (véase la figura 12.1) o el empleo de mesasvibradoras al vibrado interno. Estos métodos proporcionilll uncontrol mas unifomlc Ypemlit cn adoptar técnicas más económicas en la producción diaria de unidades similares. En los casos en que la zona por vibrar comprenda grandes masas deconcreto que queden alejadas de los vibradores externos. éstos
pueden completarse con vibradores internos.
El apisonado es un método efectivo de compactar concreto rígi
do colado en capas delgadas. El vibrado a pres ión es adecuadopara 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 delequipo de compactación. Los vibradores externos para cimbras,cuando se someten al vapor °a la humedad requieren alto costo
de mantenimiento, en especial cuando son eléctricos.
\2.5 Métodos de colocación
El método empicado para la colocación es importante para lacompactación . Para cxpulsar la mayor cantidad posible de aireatrapado Ymantener al mínimo cl numero de huecos en las superficie s. se recomienda que el vibrado se aplique en forma con
tinua mientras se cuela el concreto .
Debe evitarse dejar caer el concreto en montones intenni tentes .Las mezcladora s portátiles y los camiones mezcladores debendescargar en una banda continua directamente en la cimbra envez de descar gar en cubetas y arrojar montones intemlitentes de
concreto .
Cuando se emplean mesas vibradoras o de golpeteo, debe colarseuna capa unifonne de concreto en el molde antes de poner a funcionar lamesa.Cuandose fabrican losas delgadas, lacimbradebeestar llena antes de iniciar el vibrado. Cuando elespesorsea mayorde 30 cm. es mejor emplear dos capas o más. La consistencia del
concreto y la superficie deseada también afectan el método que sevaya a emplear~ mientras menor sea la relación agua/material cementante (w/cm). menos profundo debe ser el espesor del colado.
COlllpaCl:lÓÓn del co ncre to I\ e l :\09R·05
ormcyc
Capítulo 13
Concreto estructural de baja densidad
5
13.1 Generalidades
El concreto hecho con agregados de baja densidad reduce elpeso muerto, lo que da por resultado elementos estructurales ycimientos máspequeños. El concretoestructural 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 bajadensidaddisponiblesen elmercado tienen t3 11131105máximos de13 o 19 mm. El agregado fino puede ser arena de densidadnormal, o una combinación de ambas, una vez probado que elconcreto satisface los requerim ientos de peso y resistencia.
Para laconstrucción normal esadecuado unrevenimiento de5 a7.Scm.Con revenimientos más altos, los trozos más grandes delagregado de baja densidad pueden flotar en la superficie duranteel vibrado. A menudo se emplean mezclas más rígidas en trabajos de prefabricación.
El aire incluido es muy conveniente en concretos de bajadensidad, ya que proporciona cohesión al mortero de maneraque las partículas más gruesas tienen menos tendencia a flotardurante el vibrado.
13.3 Comportamiento del concretoestruc tural de baja densidad duranteel vibrado
Durante el vibrado, las burbujas de aire atrapado emergen porflotación y se disipan al igual que en el concreto de densidadnormal. Sin embargo. con la inferior densidad de la mezcla, lasburbujas tienen menos tendencia a flotar. Es importante vibrarel tiempo suficientepara eliminarlas burbujas, sinembargo si sevibra durantemucho tiempo, se puede perdergran parte delaire
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 susdensidades. 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 estánsuspendidasen elmortero. Enel concreto estructuralde baja densidad (ligero)ocurre locontrario, aunque la tendenciaa flotar delagregadogrueso es menorcuandoel mortero contienearenafinade baja densidad.
13.4 Procedimientos y equipopara la compactación
El equipo recomendado para compactar concreto de densidadnormal tambi énes adecuado para elconcreto 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 emplearsevibradores para mover el concreto lateralmente. con frecuenciaes más útilelempleode palaspara depositar omoverelconcreto.
En elcaso 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 lasburbujas de aire atrapado en elconcreto de baja densidad, es conveniente reducirel espesorde las capasaproximadamentea 80 %
del espesorrecomendado en la sección 7.1. Es necesario que losvibradores se introduzcana distancias cortas y que penetrenen lacapa previamente colada. Debe darse encada inserción el tiemposuficiente para lograrunacompactacióncompleta; por lo general10 segundos serán suficientes, aunquealgunas mezclas no rígidas pueden requerir algunos segundos más.
Desde el punto de vista de laapariencia sonobjetables los huecos enla superfic ie de los muros. porlo que sesugiere seguir,Cil ioposible,
43
"rm cycel :,¡:;uiente procedimiento: cada capa se vibra de manera normal ydespw:s se revibrade inmediatoantes de colar lasig.uiente. Sise dejaun 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 adi
cionales. el paleado y apisonado manual es contra la superficie de la
cimbra son bastante efectivos.
13.5 PisosLas operac iones de compactación y acabado deben recib ir espe
cial atención cuand o el concreto de baja den sidad se use en la
con stru cc ión de pisos. Aunque la mayorí a de las recomendacio
ne s del capítulo 10 son aplicab les, se rán de gran ayuda algunas
precauci ones adiciona les .
Se vuelve a insist ir en que el empleo de aire incluido en la mez
cla y un revenimiento mí nimo son convenientes para los pisos,
pue s impiden que las partículas gruesas de baja de nsidad de
ag regado lleguen a la superfic ie .
Se logra una mejor compactación arra strando el vib rador a través
del concreto en posició n casi hori zontal Ycon el mismo espacia
mien to empleado para las inmersiones vert icales . El arrastre a
una velocidad constante proporciona un vibrado mas uniforme
que los movimientos esporad icos. En vez de vibradores internos
pueden emplearse reglas vibradoras para pisos delgados, siempre
que no existan obstrucciones que impid an su operación .
Cuando se obse rve segregac ión puede emplearse una apisona
dora de rejilla o un rodillo de malla manu ales. para empujar los
ag regados gruesos flot ant es de baja den sidad ligeramente hacia
abajo de la superficie.
Comp :\Clación del con creto ACI 3ü9R-O
s,le
!sl
alelS
re
oImc)'c
Capítulo 14
Concreto de alta densidad
a,sia
.05
14.1 Generalidades
El concreto de alta densidad hecho con agregados pesados seemplea, ante todo, en protectores contra la radiación y en contrapesos.Cuando se utilizacomoprotector contra radiaciones esesencial que sea compacto, que esté libre de huecos y grietas yque sea homogéneo.
14.2 Requerimientos de la mezcla
Los agregados para concreto de alta densidad que comprendenproductos de hierro (densidad de 7500 a 8000 kglm'[470 a 500lb/pie' D, escoria de alta densidad (densidad superior a 5000kg/m' [310 lb/pie'[ ), y minerales hidratados o mineralesmetalíferos [densidad de3500a 4800 kglm' [220 a 300 lb/pie' D.Estosmaterialespueden emplearseen forma individualo combinados paraobtenerdensidades de concreto de 2,600 hasta más de6,100 kg/rn'. (Véase ASTM y C638)
Las proporcionesnormales de una mezcla van de 1:6y 1:10 pormasa de cemento en relación con los agregados finos y gruesoscombinados. La relación w/cm (agua /material cementante) generalmente se encuentra entre 0.45 y 0.65.
Elasentamiento puede minimizarse por medio de un proporcionamiento adecuado y la incorporación de aditivos quimicosadecuados.
14.3 Técnicas de colocación
El concreto de altadensidad se fabrica por métodos comunesdemezclado y colado, por inmersión de agregados o mediante elprocedimiento de precolocación de agregados (ACI 304.3 R).Debe prestarse especial atención a las cirnbras, puesto que elconcreto pesado ejerce presiones bastante mayores que el concretode densidadnormal, La presión de las cimbras puedereducirse colocando el concreto en pequeñas capas de poca altura.Sedebe lenercuidado a fin de evitar cargas excesivas en elequipo 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.
Compactacióndel concreto ACI 309R-OS
14.3.1 Técnicas de colocaciónconvencionales
Pueden emplearse métodos comunes de colado para concretosque contienenagregados pesados,siempre que la mezclasea tra
bajabley que las cimbrasestén libres de piezasahogadas.Sinembargo, este concreto presenta problemas especiales debido a lalendenciaa la segregación de las particulasde agregado de altadensidad. Estasegregación es másgrande,enespecialcuando losagregados no son de granulometriao densidad uniformes, cuandoel contenido deagua excesivoo cuando el revenimiento es excesivo. El revenimiento debe, por logeneral,estar entre4.0 y 7.5cm para mezclasde agregado mineral de altadensidad. Elcoladoy la compactación se deben controlar muy de cerca, a fin de garantizar densidad uniforme y ausencia de segregación.
La vibración interna casisiemprese complementa pormediode vibración externa. pero deben tomarse precauciones suplementariascuando los agregados de alta densidad se rompan fácilmente. Lasfrecuenciasde los vibradoresempleados paraconcretonormalson,en general, satisfactorias para concreto de alta densidad. No obstante, enocasiones se haobservado quefrecuencias superiores. dealrededorde 11 ,000 vibraciones por minuto (180 Hz), junto conperiodos de vibrado más cortos, reducen la tendencia a la segregación, en especial cuando se utilizan troquelados de acero u otrosagregados de muyaltadensidad. Elpotencialdesobrevibración seincrementa con el uso de agregados pesados, los cuales puedenocasionar el asentamiento de las partículas pesadas. El radio deinfluencia del vibrador en el concretode alta densidad es menorqueen el concreto común, por lo que se requiere menos espaciamiento entre las inserciones.
14.3.2 Técnicas de colocaciónespecia les
Cuando no pueda evitarse la segregación, o cuando las piezasahogadas o las restriccionesno permitanuncoladocomún, debeemplearse un método especial de colado, como son el de concreto agregado precolocado.
45
En el caso del método de agregado precolocado (ACI 207 .1R,AC13ú4 .1R. y 304 .3R) . los objetos ahogados como son el acerode refue rzo pesado. los tubos y los conductos, deben vibrarse
durante lacolocación delagregado para minimizar los hoyos sinrellenar. Cuando la vibración en los elementos empotrados nopueda to lerarse, el agregadodebecolocarse manualmente o serrodadohasta su posición. Debe evitarse la vibración durante elbombeo, excepto cuando se desee una superficie con acabado
46
\)Imcyc
fino . Hurd (1995) ind ica que las cim bras pueden vibrarse ligera
mente 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 enla cimbra y los agregados de alta dens idad se empotran en ella.Los agregados gruesos se trabajan en su mismo lugar pormediode rodillado. Debe evita rse la vibració n interna, especia lmentedonde la lechada contenga agregados finos de alta densidad.
Compactación del concreto ACI 309R-
oImcyc
Capítulo 15
Concreto autocompactante
15.1 Generalidades
)\
\
\II
Elconcreto autocompactante (SCC: self-consolidating concrete)es unconcretoque. sin la influenciade energíaadicionalde compactación, fluye y llena completamente los espacios entre el refuerzo y las cimbras únicamente bajo la influencia de su propiamasa. El SCC debe ser proporcionado para que no se segregue,es decir, minimizar el agua de sangrado y la sedimenta
Compactación del concreto ACI 3D9R·OS
cióndelagregado grueso. También es común incluir huecos deaireen el SCCque incrementan la resistencia al daño porcongelación ydeshielo. Una característicade la composicióndelSCCesquesiempretiene uncontenidomásaltode finos,yutilizaaditivosquimicosymateriales cementantes suplementarios para controlar laconsistencia (Okamura y Ouchi 1999; Daczko y Attiogbe 2003).
47 \
oIm cyc
Capítulo 16
Control de calidad y aseguramientode la calidad
16.1 Generalidades
Una buenacompactación es el resultado de:
LJ Buenas especificaciones y su puesta en vigor.
O Buendiseñorelativoa lageometríay alacerode refuerzo.
(J Buen proporcionamiento de la mezcla.
O Usodeequipoadecuadoy mantenimiento delmismoa findeconservarlo en buenas condiciones de servicio.
O Procedimientos de campo adecuados. Los trabajadores deben estar entrenados y entender por qué están compactandoel concretoy las consecuencias que acarrearía hacerlo mal.
O Procedimientos de control de calidad (ACI3 11.4R)realizados por el contratista.
O El aseguramientode la calidad para que el propíetario veaquese siguen los procedimientos apropiadosdecontroldecalidad. Elpersonalempleadodebe estar certificadoen lasespecialidades apropiadas y la agencia usada debe estaracreditada ante el ASTM E 329.
16.2 Estado adecuado delequipo y procedimientos
Debeadmitirseque latrabajabilidaddel concretono es constante,aunconelmejorcontrol. Las variaciones en lagranulometríade los agregadosy tambiénen la consistenciadebidas a la pérdida de trabajabilidad en el trayecto entre lamezcladora y la cimbra, deberán compensarse mediante ligeros cambios en elprocedimiento 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 poderajustarse a estas condiciones cambiantes.
Elrevenimiento debeser lomásbajoposible para lascondicionesde trabajo. Es esencial el empleode vibradores del tamañoapropiadoy en buenas condiciones de operación. También es irnportantepara lacalidad del productofinal cumplircon el espesor de
Compactación delconcreto ACI3D9R-05
capa especificado, el espaciamiento correcto de los vibradores,aslcomoeltiempode vibrado y lapenetraciónde los mismos.
Se deben tener disponibles vibradores de repuesto en el punto decolado paramantener laproducciónencasodealguna interrupción, ocuando losque están enuso seretiren paro darles mantenimiento y hacerles reparnciones de rutina
Elequipo 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 modoapreciable, por loque debe verificarse regularmente. Cuando seemplean vibradores neumáticos es preciso revisar con regularidad la presión del aire en el regulador, ya sea instalandoen la lineaunmanómetro común de carátulao mediante la insercióndeun 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 tambiéndeben estar conectados a tierra, a fin de mantener la continuidaddel sistema. En Estados Unidos, los vibradores eléctricos están sujetos a las especificaciones del articulo 250-45 del National Ele ctric Code (/990) . (National Fire ProtectionAssociation 1990).
16.3 Verificación del buenfuncionamiento del equipo
Todas lasunidades de vibrado deben revisarse antes de comenzar el trabajo,y en forma periódica durante laconstrucción, paragarantizarque están trabajando correctamente.
16.3.1 Frecuencia de los vibradoresinternos
El tacómetro de varilla vibratoria (véase la figura 16.1) es undispositivo sencillo para verificar la frecuenciade los vibrado-
49
res internos. La frecuencia debe determinarse, bastante a menudo, cuando el vibrador esté operando en el aire; pero la másimportante es la que se registra al operar dentro del concreto yéstadebe revisarse con regularidad. Dicha frecuencia puede determinarse sosteniendo el dispositivo contra el extremo posterior del vibrador, cuando éste se encuentra casi sumergido; enlos vibradores neumáticos se logra sosteniendo el dispositivocontra la manguera de aire, y también es satisfactorio. Esta me-
Figura 16.1 I aco rnen o de vanlta vibradora
50
oImcyc
dición debe tomarse justo antes de retirar el vibrador y el resultado siempre será la mayor velocidad que alcance el vibradorcuando operaenelconcreto. El tacómetrode varillade resonanciaes un instrumento máscostoso. queproporcionavaloresmásexactos de la frecuencia.
16.3.2 Amplitud de los vibradoresinternos
Laamplituddel vibrador interno varia linealmente a lolargode lacabeza, peroel valormáximose registra en la punta. La amplitudpromedio aprox imada de la mayoría de los vibradores internos aloperarenelairepuedecalcularsecon la fórmula queapareceen lafigura A.2del Apéndice.Con cuidado, los vibradores internosalcanzan una precisión de alredeor de 0.13 milímetros.
La amplitud real también debe determinarse pormedición;sirvecomo 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)
Amplitud. mm
ESCALA EN REPOS O
toou-enoo amplitud de '.4 MM
u.055 in. (1.4 11m)
ESCALA DURANTE LA VIBRACiÓN
INSTRUCCIONES PARASU EM PLEO: fíjesela escaladel vikbrador
enel pumto que se desealaampl itud,conlalineacentral"V"paralelaal
eje del vibrador. Al vibrar la cabeza se forma un triángu lo negroen el
vértice de la··V". Lalecturade laesacalaen lapunrta deltriánguloes la
amplitud máxima(desplazamiento total de máximo a máxim.o). Una
lupa manual (2 a j aumentos) mejora laprecisiónde la lectura.Concui
dado, este dispositivo alcanza una precisión de a1rededpor de 0.13
milímetros
FIgura 16.2 Escaladeefectovisualparamedirlaamplituddelvibradoroperando en el aire
Compactaci ón del concreto ACI 309R-
brador trabaja en la forma correcta. Asimismo, proporcionaotros datos útiles. porejemplo: la amplitud máxima y la distribución de la amplitud a lo largo de la cabeza. Para este fin puede
emplearse una escala de efecto visual (cuña óptica) (CRD
C52 1). Vario s fabricanles de vibradores han hecho escalas en
etiquetas engomadas que pued en fijarse con faci lidad en la ca
beza del vibrado r (véase la figura 16.2.)
En los vibradores eléctricos de flecha flexible y en la mayoría delos neumáticos debe efectuarse una medición cerca de la punta y
otra cerca del extremo posterior de la cabeza, para obtener el pro
medio 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 amplitud
es mayor en ésta , decrece con rapidez hasta a lcanzar un nodo
(punto de amplitud cero) cerca de l extremo posterior, para au
mentar des pués hasta un valor relat ivamente pequeño en el ex
trem o posterior terminal. El nodo pued e co mprobarse y
localizarse pasando la mano sobre la superficie del vibrado r.
Cuando el 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 edio puede tomarse como la mitad de la amplitud
medida en la punta. Cuando el nodo se encuentra 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 determi
nars e entonces como la media de las dos med idas.
16.3.3 Frecuencia y amplitud paravibrado externo
La frecuencia y amplitud de las cimbras y mesas vibradoras
debe determinarse en suficientes puntos para establecersudistribución sobre la superficie.
1 Compactación del concreto ACI 309R-05
oImcyc
La frecuen cia puede definirse mediante una varill a vibradora o
un tacómetro de varilla de resonancia.
f
Figura J6.3 Empleo delvibrógrafo paradeterminar laamplitud de lañecuencia de la cimbra durante el vibrado
La amplitud puede determinarse mediante 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 . Asi
mismo, registra la forma de la ond a, que suele ser importante y
proporciona la frecuencia y es portáti l.
51
olmcyc
Capítulo 17
Compactación de especímenes para prueba
17.1 Resistencia
Las normas de la ASTM (C31, CI92 y C 10 18) para reali zarmuestras 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 deeliminar el aire incluido y ocasionarsegregación.
o Los concretos con revenimientos entr e 2.5.y 7.5 cm. puedencompactarse yaseamediante varillado o porvibrado.
O Los concretos con revenimientos menores de 2.5 cm. requieren vibrado.
o Para concreto con contenidode aguamuy bajo, se requi ere vibración por mesa externa o por medio de tablonescombinadacon unacarga superimpuesta, o incluso apisonamiento y
o Para concreto que contenga fibra de refuerzo, segú n elASTM C 1018, se requi ere v ibración externa.No se puedeconsolidar el concreto con fibra s que tenga un reveni miento extremadamente bajo en los espécimenes deprueb a.
Para vibradores interno s, ASTM espec ifica una frecuencia mí
nima 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 cuadro 5.1
recomienda un mínimo de 9,000 (150 Hz) vibraciones por mi
nuto para los vibradores internos en elementos delgados. Paramesas vibradoras se requ iere una frecuenc ia minima de 3,600vibraciones por minuto (60 Hz), sugiriéndose frecuencias máselev adas.
La intensidad y el tiempo de vibración para los especímenes delaboratorio nose regulaestrechamente. Los estándares sugierenque la compactac ión se ha logrado tan pronto como la superficie
del espécimen está lisa.
Puesto que la mayoria de los especimenes de prueba se cuelan
horizontalmente, no se igualan a los que es tán en laconstrucción. Si se desea igualaral concreto de laboratorio. deben seguirse procesos de compactación adecuados. Algunosprefieren emplearlaresistenciade los corazones o la resistenciade los cubos extra ídos del concreto obtenido de la estru ctura
Compactaci ón ckl concreto ACJ 309R-OS
como un medio para estimar la resistenciadel concreto en laestructura.
17.2 Densidad
Las pruebas de densidad de concreto recién mezclado (ASTM C138) se emplean, en gran medida, para determinar la masa del
concreto por unidad de volumen, lo cual se usa para determinar elcontenido 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 elcontenido de aire y, por tanto, con el grado de compactación.
El ASTM C 138 requiere que la com pactación se efectúe deacuerdo con la sección 17.1 a hasta c. Para revenimientos mayores a 7.5 cm (3 pulgadas), e l procedimiento de apisonam iento con varilla debe produc iruna compactación esencialmentecompleta, pero en el caso de revenimientos menores, el gradode compactación puedesermenor que en el caso de unaestructura en dond e el con creto se compacta por med io de vibrac ión.Los ci lindros conso lidados co n so brecarga usando el ASTM e1176 tam bién han s ido usados para determinar la densidad 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 esta ndar izados para co nsolidar cilindros por
medio de equipo de apisonado o martillos vibratorios de
compactación.
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 (3pulgad as) por vibrac ión para revenim ientos menores a 2.5 cm( 1
pulgada ). La ASTM C 173 proporciona datos para la compactació n sólo mediante rod illado manual y apisonamiento.
Pud ierasermás razonable seguir los procedimientos recomendados en la sección 17.1. El emp leo de vibradores internos es sati sfactorio cuando el revenimiento es mayor de 13 mmaproximadamente.Condichas mezclas, laaplicaciónde presiónsobre la superficie del concreto puede no resu ltar en la compre-
53
ÜImcycsión del aire esperada del sistema de vacio. El método volumétrico ASTM e 173 no está sujeto a esta limitación y puedeproducirresultados más exactos aunsobre concreto extremada
mente 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 22.7kg para compactar lamuestra. 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 concretomuy rígido en especímenesde laboratorio
En cilindros compactados con sobrecarga que se usan para laASTM e1176, tambi én se han usado para determin ar la densi
dad de mezclas desde rigidas hasta extremadamente secas. Estemétodo 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 del concreto de laboratorio es cercana a la del concreto estructural que representa y requerirá que se utilicenidénticas técnicas de colado . Esto puede requerir una modificación del esfuerzo de compactación. Durante las primeras etapasde un proyecto puede ser deseab le comparar las densidades de los
cilindros con las densidades de los corazones, a fin de determinarla cantidad adecu ada de compactación que se ha de emplear.
54Compactación del concreto ACJ3D9R-OS
oImcyc
Capítulo 18
Compactación en áreas congestionadas
Figura 18.1Congestionamiento debidoalosdetallesdelacero derefuerzo
18.1.3 Las aberturas
Lasaberturasdentrode muros y losaspuedencrearzonascongestionadasdebidoa que el flujo del concretose veobstruidopordichas aberturas y las aberturas adyacentes en la cimbra. Estasituación puedealiviarseañadiendojuntasdeconstruccióno añadiendo aberturas de accesodentrode las cajas de salida(véaselafigura 18.3).
18.1.1 Congestión del acero de refuerzo
El congestionamiento ocurre en muchas formas; por ejempo, eldisenoantislsmicode estructuras requiere múltiples anillos en lapartesuperior e inferior de las columnas. Enaquellas partes donde los requerimientos de diseno sobrepasan las consideracionesde compactación, el espaciamiento de los anillos horizontalescasisiempreresulta reducido, de modo que los agregados de mayor tamaño en la mezcla ven limitados sus movimientos horizontaleshacia la carade la cimbra. El congestionamientodeacero derefuerzo también se presenta en aquellas áreas en donde hay refuerzo adicionalalrededorde las aberturasen lacimbra, especialmente en secciones de muros delgados o columnas que hacenintersección con otros elementos (véase la figura 18.1).
18.1 Problemas comunes decolocación
Lasáreas congestionadas son aquellas en donde el movimientolateraldel concretoreciéncolocadose ve restringido o limitado.Para lograr un concretocon solidez estructural y una aparienciaestéticamente agradable, debe ponerse especial atención enaquellas técnicas que permitan una compactación adecuadaenáreas congestionadas.
18.1.2 Conductos eléctricos, tuberías y otroselementos ahogados 18.2 Técnicas de compactación
Los diseñadores de instalaciones eléctricas casi siempre especifican conductoscondiámetros múltiplos de2.5a 15 cmen áreaslocalizadas paraalimentación eléctrica. Las forros de tuberlas yempotramientos estructurales complejos también pueden provocar barreras que afecten la colocación y compactación delconcreto (veáse la figura 18.2):
La compactación en áreas congestionadas puede mejorarse poniendo especial atención a las prácticas de construcción en tresáreas 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
oImcyc
Fig. 18.2 Congestionamiento debido a untubo que pasa por la losa deconcreto
18.2.1 Técnicas de colocacióny compactación
primera serie de accesos, éstos se cierran y los vibradores se subena lasiguientehilerade accesos. Elaccesovisualadicionalpuede lograrse usando placa transparente plásticacomo una carade lacím
bra enaquellas áreascongestionadas. Estopermite, sies necesario,quelos encargados de lacolocación tomen lasmedidasnecesariasparasolucionar los problemas en las áreascongestionadas.
Para lograr una compactación adecuada del concreto por mediode vibración interna en áreas congestionadas, se necesita unespacio de sección transversal de 10 x 15 cm, vertical y libre deobstrucción, a fin de permitir la inserción de los vibradores. Elespaciamiento horizontalde estos huecos verticales no debe exceder los 61cmo 1-. t l2 veces el radio de influencia indicado enel cuadro 5.1. Tampoco estas aberturas deben ser mayores a 30cm, o 3/4 de veces el radio de influenciaa partir de lacimbra. Sinopuedecontarse con tales espaciossincomprometerla integridad estructural, el ingeniero debe especificar los detalles deconstrucción y/o los procedimientos necesarios para lograrunacompactación adecuada.
18.2.2 Uso de aditivos químicos
La compactación adecuada en áreas congestionadas puedemejorarse generalmente incrementando la fluidezde lamezclamediante el uso juicioso de aditivos químicos para concreto. Losaditivos químicostales como HRWRAs (Reductoresde aguadealto rango) proporcíonan un concreto de alto revenimientosinalterar la relación seleccionada w/cm i.,fonnaci6n adicionalacerca del uso de aditivos para lograr cuncreto fluido puedenencontrarse en el informede ACI Comrnittee 212-3R. El uso deaditivos químicos no reemplaza los requerimientos para unabuenacompactación por mediode vibración, tal comoseseñalóen el capítulo 7.
IIIIII
Fig. 18.3 Lasgrandesventanasdeacceso dentrode un muro con tubos I travésdel acceso permiten el colado y la vibración.
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 ycangilón se debe considerar eluso de tolvas y trompas de elefante. Cuandose usenbombas de concreto, la manguera de hule reforzado con alambre que se encuentra unida a la tuberia de labombaconstituye un método excelente para llevar el concreto asu posición final. En casos extremosse recomienda el uso de unamanguera plana. La manguera debe adecuarse a los espacios variables a través del acero de refuerzo. También puede cortarsepara facilitar la remoción conforme avance la colocación en lacimbra.
Enseccionesde muros congestionados. la provisión de accesosde colocación en un lado de lacimbra del muropermite una eompaetación adecuada. Los accesos se colocan en un patrón de red afinde identificar las áreas congestionadas y necesitan ser aproximadamente cuadros de 60 cm. Conforme el concreto alcanza la
1(',
\
III,
IIflfIIr JIr---'fI
\ \
56 Compactación del concreto ACI309R·OS
18.2.3 Uso de aditivos modificados
En aquellas situaciones en que no se pueda garantizar que lamezcla proporcionada permita el flujo a lacara de la cimbra debido a la congestión, se recomienda eluso de aditivos modificados. La mezcla modificada, que contiene agregados de untamafto máximo reducido que pueden usarse para obtener unconcreto altamente fluido o plástico, debe caer en el grupo l y 2del cuadro 5.1 para la selección de vibradores. La mezcla modificada debe ser proporcionada a fin de que tenga una resistenciaigual o mayor que la de la mezcla original.
Compactación del concreto ACI 309R-OS
oImcyc
18.2.4 Conclusión
Las técnicas discutidas anteriormente proporcionan al diseñador,
alcontratistay alproveedormétodosque permiten mejorar lacompactación a la vez que mantienen la calidad. La necesidad de unconcreto fluido y de calidad esespecialmente importante en aquelloscasos enqueexisteuna muy grandecongestiónyes inevitable.
57
I¡
19.1 Normas y reportes de referencia
1¡I Capítulo 19
) Referencias
1
\American Concrete Institute
207 .1R Mass Concrete
309-2R Identificación and Control of Visual Effec ts
of Consolidat in ob Formed Conc rete Surfaces
309.3R Guide for Consolidati on of Concrete inCongested Areas
ormcyc
(
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 Proportionsfor No-S lump
Concrete
211.3 R
Guide for Selecting Proportions for No-Slump
Concrete
2 12.3R
Chem ical Admixtures for Concrete
233RSlag Cement in Concrete and Mortars
234RGuide for the Use of Silica Fume in Concrete
30 1 Specifications for Structural Concrete
309.5R
Compaction of Roller- Compacted Concrete
311.1R
. ACI Manual of Concrete Inspection (SP-2)
311AR Guide for Concrete !nspection
325 .IORState-of-the-Art Report on Roller Cornpacted
Concrete Pavernents
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 ReinforcedConcrete
A S T M International
C 143 Test Method for Slump of Portland
Ce rnent Concrete
C 138 Test Method for Unit Weight, Yield , andAir Content (Gravirnetric) of Co ncrete
C 173 Tesl Method for Air Conten t of FreshlyMixed Conc rete by Volumetric Method
302. 1R Guide for Concrete Floor and Slab Co nstruc
tion
303R Guide to Cast-in-Place Architectural ConcretePractice
304 . IRGuide for Use of Prep laced Aggregate Co ncrete for Structural and Mass Concrete Applica
tions
304 .3R
Heavyweight Concrete: Measuring , Mixing,
Transport ing. and Placing.
309.1R Behavior of Fresh Concrete Durin g Vibration
C3 1Test
C 192
Test
C231
Practice for Making and Curing Concrete
Specimens in the Field
Practice for Making and Curin g Concrete
Specimens in the Laboratory
Test Method for Air Content of FreshlyMixed Concrete by Pressure Method
59
¡I
I
orm 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 for Radiation-S hieldi ng Co ncrete,
C 1018 Test Method for Flexural
Tou ghness and
FirSI- Crack Strenght of Fi
ber-Reinfo rced
Con crete(U sing Beam with
T hird-Point Loading)
C 1040 Test Method for De nsity of Unha rdened and
Hardened Concrete in Place by Nuclear
Methods
C 1170 Test Method s for Determinin g
Con sistcncyand 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 Standard Specification for Agencies Engaged
in the Testing anelJor Inspec tion of Ma terials
Used in Construction
U. S. Anny Corps of Engineers
CRD C-160
Stand ard Practice for Making
Roller-Compacted Co ncrete in Cy linde r
Mo lds Using a Vibrating Table
CRD C 52 1
Standard Tes t Met hod for Freq uency and
Amplitude of Vibrators for Co ncrete
Estas publicaciones pueden obtenerse en las organizaciones si
guientes;
Am erican Co ncrete Institute
38800 Cou ntry Club RoadFarm ington Hills, Michigan 48333-9094
E .U.A.
American Society for Te sting and Materials
100 Barr Harbor Drive
West Co nshohocken, Pen silvania 19428-2959
60
U.S. Army Corps of Engineers
U-S. Arm y Waterways Experiment Sta tion
3909 Halls Ferry Rd .
Vicksburg, Miss. 39 180-6 133
19.2 Referencias citadasAltowaiji. W. A. K.; Darwin. D.: and Donahey, R.C.• 1984. "Preliminary Srudyof the Effect of Revibration on Con crete-Steel Bond Suength." I.SRepon No.84-2. Universüyof KansasCenter for Research.Láwrence. Kans., Nov. 29 pp.
Chan . Y.: Chcn. Y.; and Liu, L.. 2003 . " Effect of Ccnsolidatíon on Bond ofReinforcemenr in Concrete of Different w c rkabiliues." ACI Materials lcurnal. V. lOO, No. 4, July-Aug.• pp 294·301.
Daczko. J.•and Aniogbe . E., 2003. "Self-Consolidatíng Concrete - A Technology for the 21st Centu ry." Structural Eng ineer. Jan.
Ferraris. C. F.. 1999. "Measurement of the Rheological Properties of HighPerformance Concrete: Stareof'the Art Report," Joumal ofResearch oftlle National lnstitute ofStandards and Teclmolog y. V. 104, No. S.
Forsblad. L.. 1971, "Concrete Compaction in the Manufacture of ConcreteProducts and Prefabricated Building Units," The Swedish Association. Malmo.
Hurd. M. K.. 1995, Formwork for Concrete. SP-4, 6th Bdition. AmericanConcrete 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 -268.
Kolek, L, 1963. "Research on the Vibration of Fresh Concrete." Reports. Conference on Vibration-CompactionTechnique. 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." ACIJOURNAL. Proceedings V. 55. No. 1·4; "Entrained Air in Unhardened Concrete." July. pp. 95-122; 261·272; "Influence on Water/Cement Ratio andCompaction." Sept. pp.359-376;and "Air VoidSystem inJob Concrete." Oct.pp.507-5t 8.
National Pire Protection Association 1990. "Natiooal Blectrical Cede (70P·90)." Quincy. Mass.• 751 pp.
Nevitle, A. M.. 1981. Propenies ofConc rete, 3rd Bdition.Pitmao Publishing,lnc., Marshfield. Cha pter 4.
Okamura H., and Ouchi M., 1999. "Self-Compacting Concrete: Development, Prescnt Use and Furure." Proc eedings oftne lst lntemational RilemSynopposium."Self-Compacting Concrete." A. Skarendahl and O. Petersson.eds.• Stockholm, Sweden.
Olsen. M. P. L; Winn. d. P.; and Ledbetter. W. B.• 1984. "Consolidation ofConcrete Pavement." Researcñ Repon No. 341-1. Texas Transportation lnstitute. Texas A&M Universíty, College Station. Tex.• Aug.
Reading. T. l. 1967. "what You Should Know About Vibrarían." ConcreteConstruction. V. 12. No. 6. June. pp. 213-217.
Samuelsson. P., 1970. "Voids inconcrete Surfaces," ACIJOURNAL, Proceedings V. 67. No. 11 . Nov., pp. 868-874.
Tuthill. L. H., 1967. "How the California Water Project Endevors to Get Uniformly Excellem Concrete." Civil Engineering. ASCE. V. 37. No. 7, July pp.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 Tesuand Propen íes o/ Concrete and Concrete-Making Materiols. STP· 169A.ASTM lntcmational. West Consbohocken. Pa. Apr. pp. 73-89.
oImcyc
Apéndice
Fundamentos de la vibración
A.l Principios del movimientoarmónico simple
El movimiento de un vibrador rotatorio interno para concretoes, esencialmente, un movimiento armónico caracterizado poruna forma de ondasinusoidal,como se muestra en la figura A.l .(De hecho, losarmónicos están a vecessobreimpuestos, pero unmovimientoann6nico simple coincidede forma razonable condatos experimentales.) Esta figura muestra la trayectoria decualquier punto en la cabeza de un vibrador en operación, y larelación entre la frecuencia, amplitud y aceleración.
A.2 Acción del vibrador rotatorio
La rotación del excéntrico dentro de la cabeza o caja del vibrador hace que la cabeza gire en una órbita; es decir. cualquierpunto de la caja sigue una trayectoria circular, cuyo radio es laamplituddel vibrador. La figura A.2 muestra la acción de un vibrador rotatorioy proporciona losparámetros importantes: porejemplo. lamasa,el momento excéntrico. la frecuencia. la fuerza centrífuga y la amplitud promedio calculada.
La fuerza centrífuga calculada de esta manera no es estríctamentecorrecta puestoquecorrespondea casohipotético en que la cubiertadel vibrador tiene amplitud cero, en tanto que el rotor (excéntrico)
Trayectoria real del punto B
f------t --..1
Desplazamiento vertical del punto B con el nemeo
B= punto al azar en el escoplo vibrador
1:: tiempode unarevolucióncompleta o ciclode vibración, en segundos
n= l it'" frecuencia, ciclos de vibracióno vibraciones por segundo (Hz)
a > Amolilud (desviación del puntode reposo):2 2 ,. 2
A = 4 n n a= aceteracón . mmlseg
l l 2Aceleracióng s = 4K " a . donde g es 9. 810 mmlseg
9
• Cabe señalar quelaamplitud, talcomoaquíse utiliza (y enel restodeeste libro).es laamplitudmáxima,queeslamitaddemáximoamáximo,oel desplazamiento
empleadopor algunos autores al describir vibraciones.
Figura A.I. Principiosdelmovimientoarmónico simple aplicadosa unvibrador rotatorio
61
osmcyc
w
w=peso de la cubierta y otra s partes inmóviles, kg
w =peso de l excéntrico, kg
W " w =peso tetar de l vibrador
e =excentricidad , es deci r, dis tancia desde el cen tro de gravedad
del excéntrico a su centro de rotación, mm
we = momento excéntrico. rnm-kq
n =frecuencia. ciclos por segundo (Hz)
"" :2 2 . (n4:1 1n1(' ) •F= - 4 :1 n e =fuerza centrifuga . kN ( -- = fuerza centrifuga. ( X)
g ti 1 " IO~
a' =1<"-'- = amplitud promedio calculada, mmII ' .. l\'
Eje
de rotación
Figura A.2. Acción de un vibrador rotatorio
gira sobre sus cojinetes. Sin embargo, a pesar de estas limitaciones,
los valoresasíobtenidos son útilescomo indicadoraproximado de laefectividad relativa de diferentes vibradores.
A.3 Movimiento vibratorioen el concreto
C uando es tá sumergida en el concreto, la cabeza en órbita (aho
ra bajo ca rga) tiene una ampl itud algo menor que cuando opera
en el aire. El conc reto está sujeto a impulsos vibratorios que pro
ducen un movimiento ondulatorio que emana en ángulo recto
respecto de la cabeza . Es tas ondas de presión so n la cau sa prin
cipal de la compac tación .
Las ondas decaen co n rap idez al aumentar la distancia desde su
fuente, debido a la expansió n del área del frente de la onda y la
absorción de energía (amor tiguamiento) ejercida por el concre
to. Este decaimi ento (red ucción de la amplitud) causa una re
ducc ión en la aceleración (intens idad de la vibración). Cuando
la acelerac ión en el concreto es aproxi madamente inferior a l g
(mis' ) (véase el factor de conversión tal como se da en la
Secc ión 5 .2.3. ) en mezcla s plásticas, o alrededor de 3 g en mez
cla s rígid as, la vibración deja de ser efectiva . Se requi ere de
conside rable amplitud en el vibrado r para alcanzar un rad io de
influencia satisfactorio.
La respuesta del concreto fresco a la vibración es en gran parte
una función de sus propiedades reo lógicas (flujo) . Se requiere
más investigación sobre e l tema.
62
Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto A. C.
Insurgentes sur 1846, Col. Florida , C.P. 01030Delegación Álvaro Obregón, México , D.F.
Tels. (55) 5322 5740 con 30 lineasFax (55) 5322 5745