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Compactación

Enviado por cibercrazy5000



  1. Compactación
  2. Vibración
  3. Mesa vibrante
  4. Reglas vibratorias
  5. Otros métodos
  6. Conclusión

INTRODUCCIÓN

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.

Compactación :

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

Vibración:

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:

  1. 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.
  2. 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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.

Mesa vibrante:

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.

Reglas vibratorias:

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.

Otros métodos

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.

CONCLUSIÓN

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.


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