El concreto es
una combinación de agregados finos, agregados gruesos,
cemento y
agua,
además es utilizada para diferentes obras de construcción, siendo tan importante que sin
dicha mezcla no se logra construcción alguna.
Para que dicha construcción se logre, esta mezcla
esta mezcla debe pasar por muchos procesos
tecnológicos, entre estos procesos
podemos señalar y luego describir la compactación
del concreto.
En muy breves palabras, podemos decir que la
compactación no es mas que el apisonamiento del concreto y
puede ser elaborado manual o
mecánicamente, para eliminar el aire atrapado en
la mezcla y además ayudar al concreto a amoldarse a los
diferentes encofrados y así evitar lo que
comúnmente llamamos cangrejeras.
Los puntos que abordaremos son considerados muy
importantes, sobre todo para nuestras vidas como futuros
constructores.
La compactación o consolidación del
concreto es la operación por medio del cual se trata de
densificar la masa, todavía blanda reduciendo a un
mínimo la cantidad de vacíos. Estos vacíos
en la masa provienen de varias causas, de las cuales las dos mas
importantes son el llamado aire atrapado, y
las vacuolas producidas por la evaporación de parte del
agua de
amasado.
Después de que el concreto ha sido mezclado,
transportado y colado, contienen aire atrapado en forma de
vacíos. El objeto de la compactación es eliminar la
mayor cantidad posible de este indeseable aire; lo ideal es
reducirlo a menos del 1 %, (por supuesto, esto no procede cuando
hay inclusión deliberada de aire, pero en este caso, el
aire es estable y está distribuido
uniformemente.)
La cantidad de aire atrapado guarda relación con
la trabajabilidad; los concretos con 75 mm de concreto de
revestimiento contienen alrededor del 5% de aire; en tanto que
los concretos con 25 mm de revenimiento contienen alrededor de 20
%; razón por la cual el concreto de revenimiento bajo
requiere más esfuerzo de compactación – ya
sea más tiempo o
más atizadores – que el concreto con revenimiento
elevado.
El aire atrapado es consecuencia inevitable del manejo
de la propia masa blanda de concreto que, al ser mezclada,
transportada y colocada, incorpora estos volúmenes de aire
en su interior. La evaporación de parte del agua de
amasado se genera porque no toda ella toma parte en la
reacción con el cemento. En
realidad, esa masa de agua reactiva solo vienen a ser un poco mas
del 25 % en peso del cemento. El resto del agua no se combina
químicamente, sino que cumple funciones de
lubricación favoreciendo la trabajabilidad. Ese exceso de
agua, y el aire atrapado, es lo que tratamos de eliminar cuando
compactamos el concreto recién colocado. El agua no
reactiva que pueda quedar en el interior de la masa no participa
de la función
resistente del concreto, y si se deseca, produce vacíos en
forma de burbujas o de canales. Esos vacíos internos son,
además de volúmenes sin resistencia
mecánica, puntos débiles para la
durabilidad.
Es importante extraer este aire atrapado (vacíos)
por las siguientes razones:
- Los vacíos reducen la resistencia del concreto. Por cada 1 % de aire
atrapado, la resistencia se reduce en un 5 ó 6 %,
así pues, un concreto con, digamos, 3 % de
vacíos, será del 15 % al 20 % menos resistente
de los que debería ser. - Los vacíos incrementan la permeabilidad que,
a su vez, reduce la durabilidad. Si el concreto no es
compacto e impermeable, no será resistente al agua, ni
capaz de soportar líquidos más agresivos,
además de que cualquier superficie expuesta
sufrirá más los efectos de la intemperie y
aumentará la probabilidad
de que la humedad y el aire lleguen al acero de
refuerzo y causen corrosión. - Los vacíos reducen el contacto entre el
concreto y el acero de
refuerzos y otros metales
ahogados; por lo que no se obtendrá la adherencia
requerida y el elemento reforzado no será resistente
como debiera. - Los vacíos producen defectos visibles, como
cavidades y alveolado en las superficies
trabajadas.
El concreto completamente compacto será denso,
resistente, durable e impermeable. El concreto mal compactado
será débil, poco durable, alveolado y poroso; en
otras palabras bastante ineficaz.
Existen numerosos procedimientos
para disminuir ese conjunto de vacíos. La selección
de cada uno de ellos dependerá de las características del concreto y del tipo de
estructura que
se esté construyendo. Pero el propósito en todos
ellos es el mismo: llenar las formas geométricas de los
encofrados con una masa densa, adherir esa misma masa a la
superficie longitudinal de todas y cada una de las barras
metálicas del refuerzo, y poner en contacto absoluto, sin
vacíos internos, a todos los componentes del concreto. Los
métodos de
densificación del concreto los podemos dividir en dos
grupos:
- Compactación Manual
- Compactación por vibrado
La compactación manual fue la
primera en la historia del material y se
efectuaba con barras o pisones. Con ellos se golpea verticalmente
el concreto, penetrándolo si es con barra o
aplastándolo si es con pisón. El grado de
compactación que se obtiene con la barra no es elevado,
por la condición del material de ser prácticamente
in confinado ante las desproporción de la
separación de las paredes del encofrado y el calibre de la
barra golpeadora. Sita mucho de ser el caso favorable de la
preparación del cilindro para el ensayo de
compresión .
La compactación manual dio paso a la
compactación por vibrado, donde se aprovecha la
condición tixotrópica del concreto en estado fresco,
mediante cual se hace menos viscoso cuando está en
movimiento y
se atiesa al quedar en reposo.
La masa del concreto se hace vibrar, con lo cual el
material se fluidifica y permite su acomodo al molde, envolviendo
las armaduras. Se expulsa gran cantidad del aire atrapado, se
hacen subir a la superficie parte del agua con funciones de
lubricación y se unifica la masa eliminando vacuolas y
planos de contacto. El vibrador para concreto fue implantado en
1927 por el técnico francés Deniau, y en 1936 el
ACI publicó el primer documentos con
recomendaciones para su uso.
El vibrado, el paleado – incluso el apisonamiento con el
pie – son medios
útiles para eliminar el aire del concreto y compactarlo,
pero la mejor manera y la más rápida es la
vibración.
Cuando una mezcla de concreto es vibrada, se
"fluidifica" y se reduce la fricción interna entre las
partículas de agregados – de la misma manera que el
azúcar
o a arena seca en un frasco no muy lleno, se asientan al
golpearlo ligeramente, haciendo que las partículas se
aprieten más una con otra. Esta fluidificación hace
que el aire atrapado surja a la superficie, y que el concreto se
compacte.
Con una mezcla cohesiva y apropiadamente
diseñada, se minimizan la segregación y el
sangrado. En una mezcla excesivamente húmeda, los trozos
grandes de agregado pueden asentarse durante la
compactación, dando como resultado una capa débil
de lechada en la superficie; cuando esto ocurre, la lechada debe
ser retirada. Por lo tanto, es redituable verificar que la mezcla
esté correctamente dosificada desde el
principio.
La vibración se puede producir por varios
procedimientos:
- Vibrado interno, por medio de vibraciones de
inmersión, o pre-vibradores. - Vibrado externo, por medio de vibradores de contacto
con el encofrado. - Vibrado por el uso de mesas vibradoras.
- Vibrado superficial.
El vibrado del concreto por cualquiera de estos métodos
permite alcanzar una mayor compactación del material que
la que se lograría con cualquier procedimiento
manual.
Vibración interna :
La mayoría de los concretos se compactan por
inmersión o mediante atizadores vibradores. Este
último método se
considera generalmente el más satisfactorio, ya que el
atizar trabaja directamente sobre el concreto y puede cambiarse
rápida y fácilmente de una posición a
otra.
Es el proceso
más utilizado. Se lleva a cabo introduciendo en la masa un
vibrador, que consiste en un tubo, de diámetro externo
variado entre los 4 cm y los 10 cm, dentro del cual una masa
excéntrica gira alrededor de un eje. La masa es movida por
medio de un motor
eléctrico y su acción genera un movimiento
oscilatorio, de cierta amplitud y frecuencia, que se transmite a
la masa de concreto. En situaciones en que se puede disponer de
una fuente de aire comprimido, el motor del
vibrador puede ser movido reumáticamente, y se llama
entonces vibrador neumático o de cuña.
La vibración que recibe el concreto hace que su
masa, inicialmente en estado
semiplástico, reduzca su fricción interna como
resultado de la licuefacción tixotrópica del
mortero. En ese nuevo estado semilíquido el material se
desplaza y ocupa todos los espacios del encofrado, mejorando su
densidad al ir
eliminando los vacíos existentes entre los agregados, o en
el seno de la masa, en forma de aire atrapado. En un momento de
este proceso, que
es relativamente rápido, se produce un flujo de agua y
cemento hacia la superficie, que adquiere una apariencia acuosa y
abrillantada. Ese momento se toma como indicación
práctica de que la masa logró la
densificación esperada en esa zona, y se debe proceder a
extraer el vibrador lentamente del lugar, y trasladarlo a la zona
contigua.
De acuerdo al tamaño y característica del vibrador interno y a las
condiciones de plasticidad del concreto, su zona de influencia es
mayor o menor. Cuanto más seco y áspero el
material, menor la zona de influencia. Si se ha seleccionado un
vibrador pequeño para las condiciones del caso, se
necesitará más tiempo para
lograr la compactación, pero si, por el contrario, el
vibrador resultara grande, se corre peligro de producir
segregación o de dañar los encofrados.
El vibrador deberá insertarse en posición
vertical dentro de la capa recién vaciada, en puntos
formando una cuadricula hipotética, separados entre
sí como una y media vez el radio de
acción del vibrador, lo cual genera, en las áreas
perimetrales de esas zonas de influencia, una doble
vibración.
El tiempo que debe permanecer el vibrador sumergido en
cada punto se determina en la práctica mediante la
observación directa de la superficie en las
cercanías del punto de penetración. Cuando cese el
escape de burbujas de aire y aparezca una costra acuosa y
brillante, se debe retirar el vibrador. Cuando se introduce el
vibrador se debe llevar rápidamente hacia el fondo, para
evitar que compacte la zona superior y se impida la salida de las
burbujas de abajo. Al concreto no le conviene la falta de
vibración ni el exceso. En el primer caso le pueden quedar
a la masa demasiados vacíos, no eliminados. Estos
vacíos significan puntos sin resistencia mecánica y con riesgo de
penetración de agentes agresivos. En términos
generales, se estima que por cada 1% de vacíos en al masa,
se pierde 5% de capacidad resistente. Si se genera un exceso de
vibración en una zona, se corre riesgo de
producir segregación, haciendo que los grandes gruesos se
vayan hacia el fondo y que los finos y el cemento queden
sobrenadando en la superficie.
La frecuencia a la cual trabaja un vibrador es , a
menudo, un factor importante. Para materiales
fluidos o de granulometrías finas son preferibles las
altas frecuencias, mientras que las bajas son recomendables a los
materiales
gruesos.
El espesor de las capa a vibrar dependerá de la
geometría del elemento y de las
características del vibrador. Se recomienda entre 30 y 45
cm. En caso de que el elemento sea profundo y deba ser vaciados
en dos o mas capas, el vibrar la segunda en vibrador debe haber
penetrado en la capa inferior unos 10 a 15 cm, con lo que se
trata de evitar una simple superposición de una capa sobre
la otra, fundiendo en una sola masa las superficies de contacto.
Esto exige una cierta celeridad en el proceso de vibrado ya que
la capa inferior debe estar fresca todavía para que se
pueda producir esa fusión.
Cuando se vibra concreto masivo, generalmente con una
batería de vibradores simultáneos, hay que
coordinarlos en su funcionamiento para que actúen
separadamente.
La práctica de arrastrar el vibrador para
acarrear material de una zona a otra, lo que genera es
segregación de la mezcla. La colocación del
vibrador en contacto con alguna de las barras metálicas de
la armadura es cierto que transmite la vibración a lo
largo del refuerzo, pero en las zonas ya vibradas esa sacudida
tardía lo que hace es aislar la barra y restarle
adherencia al mortero.
Entre los tipos de vibradores internos existen dos tipos
básico de atizadores vibradores:
- los que tienen en la cabeza solamente el mecanismo
de vibración, el cual opera mediante una flecha
flexible, activada ya sea por un motor de gasolina o diesel,
uno eléctrico o uno neumático. Este tipo es el
más común y tienen la ventaja de que es
fácilmente portátil con todo y
motor. - los que tienen tanto el motor como el mecanismo de
vibración en la cabeza. Los vibradores de motor en la
cabeza pueden ser eléctricos o neumáticos. Los
que operan eléctricamente requieren una intensidad de
corriente especial (frecuencia de 200 ciclos por segundos) y
no deben conectarse directamente a la toma de corriente. El
voltaje, la frecuencia y las fases deben verificarse
constantemente
en cuanto concierne a la efectividad de los
atizadores, hay poca diferencia entre estos dos tipos. La
elección se hace, por lo general, con base en otras
razones, como la disponibilidad, facilidad de transporte o
disponibilidad del suministro adecuado de electricidad o
aire comprimido.
Vibración externa
En este procedimiento, el
equipo vibrante se coloca sobre una o varias caras del molde o
encofrado que, en esa forma, recibe directamente las ondas y la
transmite a la masa de concreto. Su campo de acción mas
frecuente es en la prefabricación donde, en general se
emplean concretos de resistencias
secas. Ante la vibración del encofrado, que debe ser
metálico, fundamentalmente, la masa de concreto responde
en función
de su granulometría y de la cantidad de agua que contenga.
El mortero acepta los pequeños movimientos de acomodo de
los granos gruesos, pero restringe los desplazamientos excesivos.
Si la viscosidad del
mortero no fuera la adecuada, el agregado grueso podría
llegar a segregarse. Cuando la función del vibrado externo
ha terminado aparece sobre la superficie del concreto una capa
brillante y húmeda.
La efectividad de este procedimiento de vibración
depende de la aceleración que sea capaza de transmitir el
encofrado a la masa de concreto. Existen algunas relaciones
empíricas que permiten determinar la fuerza
centrífuga que deberá ser capaces de desarrollar
los vibradores de encofrado, para garantizar una adecuada
compactación. En el "ACI Manual of Concrete Practice", de
1994 se señala:
- Para mezclas de
consistencia plásticas, en encofrado de vigas o
muros:
Fuerza = 0.5(peso del encofrado + 0.2 peso del
concreto)
- Para mezclas
secas en prefabricación:
Fuerza = 1.5(peso del encofrado + 0.2 peso del
concreto)
Admitiendo que en general, los vibradores externos se
colocan con una separación entre 1,5 m y 2,5 m podemos
calcular para cada caso, las características requeridas de
frecuencia y amplitud.
El vibrador externo o de abrazadera consta de un motor
eléctrico y un elemento no balanceado. Se fija en la
cimbra para que las vibraciones sean transmitida al concreto a
través de ella. Aunque se emplea principalmente en
trabajos de concreto precolado, a veces es necesario en
construcciones comunes, cuando no es posible insertar un
atizador, como en el caso de secciones muy esbeltas o con
demasiado acero de refuerzo. Estos vibradores compactan solamente
concreto en secciones de menos de 300 mm de espesor.
Cuando se emplean en vibradores externos, la cimbra
deberá ser diseñada y construida para soportar las
repetidas revisiones de esfuerzo, y para ser capaz de extender
uniformemente las vibraciones sobre un área considerable.
Para sostener el vibrador, se fijan en la cimbran soportes
especialmente diseñados. Puesto que, generalmente, los
vibradores se mueven hacia arriba o a lo largo de la cimbra
conforme esta se va llenando, el numero de soporte debe ser mayor
que el de vibradores disponibles.
Cabe señalar los siguientes puntos:
- Se verificará que todas las juntas, tanto
dentro como entre los tableros, estén apretadas y
selladas. La cimbra se mueve más que cuando se emplean
atizadores, y la lechada puede escurrir por la mas
pequeña de las abertura. - Se comprobará que los vibradores
estén firmemente sujetos o atornillados a los soportes
y se vigilaran constantemente durante su empleo,
para asegurarse de que no se hallan aflojado, de lo
contrario, las vibraciones no se transmitirán
completamente a la cimbra y al concreto. - El concreto se alimentará en pequeñas
cantidades dentro de las secciones, para que quede en capas
uniforme de aproximadamente 150 mm de espesor. Esto evita la
inclusión de aire conforme se eleva la
carga. - Se mantendrá en observación continua todos los
accesorios, que deben estar atornillados en vez de clavados,
especialmente las tuercas de los pernos, que pueden aflojarse
fácilmente por la vibración intensa. Se
vigilarán también las pérdidas de
lechada de concreto y se taparán las fugas siempre que
se pueda. - Cuando se posible, se compactará mediante un
atizador los 600 mm superiores del concreto en un muro o una
columna; si esto no es factible, se compactará por
varillado manual o paleando hacia abajo sobre la cara de la
cimbra. Los vibradores externos tienden a crear espacios
entre la cimbra y el concreto; en las capas inferiores, este
espacio se cierra gracias al peso de las capas superiores de
concreto, pero en la última capa puede no cerrarse y
desfigurar la superficie.
Es un procedimiento de compactación utilizado,
fundamentalmente, en las plantas de
prefabricación. El movimiento de la mesa se logra por
medio de la acción de un conjunto de vibradores
sincronizados. De la misma publicación ACI recién
citada, tomamos una formula empírica que permite calcular
la fuerza
centrífuga que debería desarrollar cada vibrador,
en función del peso de la mesa, del encofrado y de la masa
del material.
Fuerza = (de 2 a 4)[(peso de la mesa) + (de 0,2 a 1,0=
(peso del encofrado)]
NOTA: Los rangos de los factores dependen de la rigidez
de la mesa y de la vinculación del encofrado a
ella.
Para cierto tipos de obras, especialmente pavimentos, se
suele emplear el sistema de
vibrado por circulación de reglas vibratorias que, al
deslizarse al ras de la superficie, transmiten el movimiento al
resto de la masa y generan los efectos beneficiosos del escape
del aire y de las densificación. Puede transmitir su
acción a capas de hasta 20 cm de espesor. Las reglas
vibratorias deben correr apoyadas sobre rieles y no apoyadas
directamente sobre la masa blanda. El manejo de los equipos
requiere la pericia de los operarios, pero la eficacia del
sistema ha sido
demostrada en los miles de kilómetros de vías y
autopistas de concreto construida en Europa y los
Estados
Unidos.
Hay otras formas de vibración entre las cuales
quizá la que resulta más conocida es la
centrifugación, empleada en la fabricación de
algunos postes, tubos, etc.
Revibrado
Siempre que el concreto esté aun trabajable, no
se le ocasionar daño alguno si se le vuelve a vibrar una
vez que ha sido compactado. De hecho, se ha demostrado mediante
pruebas, que
la resistencia se incrementa ligeramente si se le vuelve a vibrar
tiempo después de la compactación
inicial.
En columnas y muros en los que el acabado de la
superficie tiene importancia, suele aumentar la tendencia a la
formación de cavidades en los últimos 600 mm de
espesor de su superficie; esto se debe a que, al contrario de las
capas inferiores, la última capa no cuenta con la ventaja
del peso del concreto adicional, mismo que aumenta la
compactación. Con frecuencia es útil revibrar estos
últimos 600 mm, durante 30 minutos o 1 hora,
después de la compactación inicial.
En secciones gruesas de losas y vigas, y especialmente
si se trabaja con mezclas que tienden al sangrado, existe el
peligro de que aparezcan grietas por asentamiento plástico
sobre la línea de acero de refuerzo de la parte superior.
Generalmente estas grietas, se forman una vez transcurrida 1
ó 2 horas después de la compactación; si son
descubiertas durante este tiempo, y el concreto está aun
trabajable, pueden revibrarse 75 ó 100 mm de la parte
superior para que se vuelva a cerrar.
La revibración, como su nombre los indica, es la
operación de volver a vibrar una masa de concreto, vibrada
ya hace un cierto tiempo. Lo mas frecuente es producir la nueva
vibración cuando ya se ha iniciado el fraguado del cemento
pero aun no ha concluido, y la masa se encuentra todavía
en cierta condición plástica. Esto suele suceder
entre la hora y media y las cuatro horas después de la
vibración anterior. Además de saber la oportunidad
de ese momento, hay también que conocer el tiempo de
duración de la nueva vibración. Un error en
cualquiera de esos aspecto puede dañar irreparablemente el
concreto. Por el contrario, si el proceso ha sido el adecuado, el
material puede ganar entre un 10 y un 40 % de resistencia
mecánica adicional.
Después de hacer una profunda investigación e indagación del tema
que nos compete es de gran relevancia señalara la
importancia del tema en estudio, y poder concluir
que la tecnología es
primordial en el proceso de la construcción, ya que se
logran avances físicos en nuestro país debido a las
técnicas utilizadas en la
construcción; como es el caso de los vibradores de
compactación que tienen mas efectividad que la
compactación con pisones (manual) y los diferentes
vibradores que logran la compactación del concreto sin
importar si se realiza de manera interna o externa siempre y
cuado se lleve a cabo con de la manera correcta y la mayor
prudencia posible, por supuesto sin descartar la
compactación manual, sobre todo cuando se habla de
economía y
obras.
Documento cedido por:
JORGE L. CASTILLO T.