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OPTIMIZACIÓN EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA ELEMENTOS VERTICALES EN EDIFICACIONES DE MUROS DE
DUCTILIDAD LIMITADA EMPLEANDO EL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN CON CONCRETO
AUTOCOMPACTANTE
PRESENTACIÓN III DE AVANCE DE TESIS
CURSO: PROYECTO DE TESIS II
PRESENTADO POR:
ALUMNOS: ANDRES LEVI DE LOS RIOS QUIJADA
FELIPE ANDRES TOLMOS BUSTAMANTE
ASESOR:
ING. ENRIQUE NESTOR PASQUEL CARBAJAL
31 de Octubre del 2011
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Asesor: Ing. Enrique N. Pasquel Carbajal
Área: Tecnología de materiales y Innovación en método constructivo
Alumnos: Andrés De Los Ríos y Felipe Tolmos Bustamante
TEMA:
OPTIMIZACIÓN EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA ELEMENTOS VERTICALES EN EDIFICACIONES DE MUROS DE DUCTILIDAD EMPLEANDO EL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN CON CONCRETO AUTOCOMPACTANTE
Objetivo general:
Optimizar del proceso constructivo actualmente empleado en los elementos verticales
de las edificaciones de ductilidad limitada; contando para ello con el sistema de
bombeo por inyección con concreto autocompactante, inyectándolo desde un solo
punto en el elemento encofrado, de abajo hacia arriba aprovechando sus
características de fluidez, extensibilidad y autoconsolidación.
Objetivos específicos:
Determinar el beneficio potencial de sistema propuesto aplicado a los
elementos verticales de las edificaciones y sus particularidades.
Demostrar la factibilidad técnico económico del sistema propuesto mediante
pruebas de laboratorio y obra.
Determinar los beneficios en seguridad y ahorro de mano de obra con este
sistema de inyección del concreto.
Demostrar el costo beneficio del sistema y sus principales ventajas.
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INDICE
CAPITULO 1:
OPTIMIZACIÓN EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA ELEMENTOS VERTICALES EN EDIFICACIONES DE DUCTILIDAD LIMITADA EMPLEANDO EL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN CON CONCRETO AUTOCOMPACTANTE.
1.1 Introducción
1.2 Sistema vaciado actual
1.3 Sistema de vaciado por inyección
1.4 Ventajas del concreto Autocompactante
CAPITULO 2:
OBJETIVO DEL ESTUDIO
2.1 Objetivos técnicos y económicos
CAPITULO 3:
EVALUACIÓN DEL SISTEMA TRADICIONAL DE VACIADO
3.1 Inspecciones de campo y planificación.
3.2 Evaluación del vaciado de elementos verticales en las obras visitadas
3.3.1 Detalles de los elementos verticales
3.3.2 Detalles de mano de obra involucrada
3.3.3 Detalles del proceso de vaciado
3.3.4 Detalles después del desencofrado
CAPITULO 4:
CARACTERIZACIÓN DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO A EMPLEAR
4.1 Caracterización de los agregados
4.2 Características en estado fresco
4.3 Propiedades reológicas y comparación con concretos tradicionales.
CAPITULO 5:
CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN
5.1 Diseño de la compuerta para el encofrado
5.2 Elaboración de modelo de elemento vertical en modelo a escala 1:1
5.3 Resultados del ensayo de vaciado de inyección en modelo a escala 1:1
5.4 Ensayos en testigos diamantinos en estado endurecido
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CAPITULO 6:
DEMOSTRACION EN OBRA DEL SISTEMA VACIADO POR INYECCIÓN
EMPLEANDO CONCRETO AUTOCOMPACTANTE.
6.1 Demostración en una obra del vaciado por inyección en elementos verticales
6.2 Detalles del proceso de vaciado
6.3 Detalles después del desencofrado
CAPITULO 7:
COMPARACION DE RESULTADOS ENTRE EL SISTEMA DE VACIADO ACTUAL Y
EL DE INYECCIÓN
7.1 Análisis de la diferencia de costos entre los dos sistemas.
7.2 Ventajas del sistema vaciado por inyección
7.3 Consideraciones adicionales
CAPITULO 8: CONCLUSIONES
8.1 Conclusiones
BIBLIOGRAFIA
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CAPÍTULO 1
OPTIMIZACIÓN EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA ELEMENTOS VERTICALES EN EDIFICACIONES DE DUCTILIDAD LIMITADA
EMPLEANDO EL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN CON CONCRETO AUTOCOMPACTANTE
1.1 INTRODUCCIÓN
El Perú, en los últimos años, está viviendo una economía saludable, debido al
crecimiento sostenido que mantiene; hecho que se refleja en el gran
incremento en el sector de la construcción.
Es por esto que Lima y las principales capitales provinciales de nuestro país
como Arequipa, Chiclayo y Trujillo, se han convertido en los principales puntos
de desarrollo e inversión; sin embargo si comparamos este crecimiento, con el
de países que viven una realidad similar a la nuestra como Chile, México y
Brasil, podemos darnos cuenta que tenemos un atraso considerable en este
rubro.
Este fenómeno, ocurre por la utilización de métodos tradicionales en nuestro
mercado de la construcción, es por esto que hoy, debido al incremento de
inversiones y el crecimiento del mercado, de las medianas y grandes empresas
han decidido considerar nuevos sistemas que mejoren sus procesos y
utilidades.
Estas nuevas filosofías de trabajo, como el Lean Constrution, se han vuelto
altamente considerados en el medio, ya que permiten mejorar procesos
constructivos, eliminando las perdidas y minimizando los tiempos de
construcción, haciendo que el inversionista obtenga una mayor ganancia.
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Por otro lado, el sistema de vaciado por inyección con concreto
autocompactante, que se presenta en esta tesis, se utiliza en países como
México, Colombia y Uruguay, logrando muy buenos resultados, sobre todo en
viviendas unifamiliares de uno o dos pisos.
Las referencias se pueden encontrar en las publicaciones de la empresa de
encofrados Forsa1, donde se explica de una manera rápida, el funcionamiento
y desarrollo que se necesita para llevar a cabo este sistema.
Con esta tesis se busca optimizar el sistema de vaciado, para que así se pueda
contribuir al desarrollo de la industria de la construcción, para lograr la
optimización del sistema constructivo para elementos verticales en
edificaciones.
Se espera comprobar que el empleo de concreto autocompactante por medio
de inyección, presenta mayores estándares de seguridad, ahorro en mano de
obra, mejores acabados, garantía de un concreto adecuado, minimización de
trabajos rehechos y un proceso más rápido que representa un mayor costo –
beneficio.
1 www.forsa.com.co
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1.2 SISTEMA DE VACIADO ACTUAL
En el sistema de vaciado convencional, usado en la actualidad en la mayoría
de los casos en nuestro país, es necesario realizar previamente el armado de
acero, el encofrado y como paso final, se realiza el llenado de concreto por la
parte superior, utilizando un mínimo de 3 personas involucradas.
Imagen N° 1 Ilustración de vaciado de concreto2
En cuanto al encofrado son varias las empresas que prestan el servicio de
alquilar, tales como, ULMA, PERI, EFCO, FORSA, UNISPAN, etc. Además,
hay ciertas empresas que usas su propio encofrado en obra (planchas
fenólicas de madera).
Hemos considerado necesario conocer el porcentaje del encofrado usado por
las constructoras en Lima; para lo cual se desarrollara una serie de visitas a
diferentes obras, para que con una muestra de datos confiable, se pueda
establecer el dominio del mercado que tenga alguna de las empresas de
encofrados.
2 SENCICO (2011)
8
Para realizar el procedimiento de construcción es necesario, considerar que la
colocación del encofrado, está compuesta por el trazado de la zona a encofrar,
la colocación de los escantillones, colocación de instalaciones electricas y
sanitarias, aplicación del desmoldante a los paneles y finalmente la colocación
del encofrado nivelado y aplomado.
El procedimiento para construir es el de seguir con el encofrado de muros
incluye los siguientes pasos: trazado de la zona a encofrar, colocación de los
escantillones, colocación de las instalaciones sanitarias y eléctricas, aplicación
del desmoldante a los paneles y colocación del encofrado nivelado y aplomado.
El cuanto al acero es habilitado previo a su colocación (cortado y doblado de
ganchos) durante la colocación del acero se verifica la concordancia del acero
colocado (números y diámetros) respecto a lo especificado en el plano
estructural.
En el primer piso, el refuerzo vertical es amarrado a las espigas de la
cimentación y en el resto de niveles al acero de los muros del piso inferior.
Primero se coloca el acero distribuido y luego el acero concentrado. Cuando se
emplea acero corrugado para el refuerzo distribuido se atortolan los empalmes
con alambre # 8.
Se utilizan separadores para asegurar que el refuerzo esté centrado y cuente
con el recubrimiento necesario.
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También se puede realizar con las mallas electrosoldadas que son
especialmente diseñadas para este tipo de construcción, ya que te hacen ganar
tiempo a la hora colocado y la habilitación.
En lo que respecta al llenado, existen dos métodos usuales para el llenado de
muros. El primero y más común, consiste en vaciar conjuntamente los muros y
la losa para una zona o sección del edificio en construcción. En este método se
encofran conjuntamente los muros y las losas de un departamento o un sector
del edificio. Se realiza primero el vaciado de los muros y luego el de la losa
inmediatamente en la misma operación, que vendría ser el sistema monolítico,
que usualmente se utiliza encofrado Forsa.
El segundo método consiste en primero vaciar los muros y luego, al día
siguiente, vaciar la losa, después, para lograr una buena adherencia entre
ambos elementos la superficie del muro se deja sin alisar. Antes de vaciar la
losa se coloca una capa de lechada de cemento o de epóxico a la parte
superior de los muros para lograr una adecuada adherencia en la unión muro –
losa.
El vaciado de los muros se realiza empleando concreto premezclado y el
llenado se ejecuta mediante la utilización de una bomba o en casos de
edificaciones altas se utiliza la grúa torre. Una cuadrilla típica podría estar
compuesta de cuatro trabajadores, dos encargados de maniobrar la manguera
de la bomba, dos encargados de vibrar el concreto con vibradores aguja y un
encargado de golpear el encofrado con una comba de goma para asegurar que
no se formen burbujas de aire y evitar cangrejeras. Se verifica que la mezcla de
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concreto tenga el slump especificado en el diseño, el cual suele variar entre 6”
y 8” para los muros.
El procedimiento de vaciado se realiza en tres capas a tercios del encofrado,
vibrando la mezcla durante 3 segundos como mínimo cada 40 cm y
asegurando un vaciado homogéneo entre el vaciado de cada capa. En algunos
casos se opta por realizar el vaciado de los muros desde el centro de estos,
para que así el concreto vaya escurriendo hacia los costados de manera
homogénea, con el fin de disminuir las cangrejeras.
El proceso siguiente es el proceso desencofrado, para que este material sea
utilizado en otra estructura que se necesite vaciar. Los muros son
desencofrados al día siguiente del vaciado, por lo menos doce horas después,
con el fin que el concreto logre la resistencia necesaria para poder seguir con la
construcción de la obra en los niveles superiores.
Y el último proceso es el de curado por lo general se hace con un curador
químico el cual es rociado sobre el muro por ambos lados hasta dejar una capa
delgada. Este proceso se realiza por 3 días, y dependiendo del clima el curador
se puede rociar más de una vez al día. En algunos casos el curado se realiza
con agua que es rociada sobre los muros por un periodo de 3 días pero de
preferencia se recomienda curar en concreto por lo menos una 7 días, ya que
en ese tiempo el concreto desarrolla en 70% de su resistencia.
Luego de realizar el desencofrado se debe verificar que los muros no tengan
imperfecciones superficiales, las cuales necesitan ser resanadas. Con este
11
método constructivo lamentablemente se obtiene muchas cangrejeras por el
mal vibrado y las imperfecciones en el encofrado, pero si se utiliza un concreto
especial, que es motivo de la presente tesis, se puede eliminar los trabajos
rehechos como lo resanes y así obtener beneficios que posteriormente se
detallara, siempre y cuando se utilice un encofrado hermético.
1.3 SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN
En el sistema de vaciado por inyección lo que cambia es la forma del colocado
del concreto y las piezas extras que se necesitan para el desarrollo de este
sistema constructivo.
El encofrado para este sistema tiene mucha similitud con el que se utiliza en el
método convencional pero que sea hermético, con la única diferencia que se
tendría que incorporar una compuerta de acero en la parte inferior de una
plancha de encofrado, para poder inyectar el concreto como se muestra en la
Foto. Para lograr esto se tiene que cortar al encofrado con un determinado
diámetro para que encaje con la compuerta previamente diseñada, ya que este
tipo de encofrados aun no existe en el mercado nacional.
Foto N° 1 Bombeo parte inferior3
3 FORSA(2011)
12
Para la elaboración del este encofrado se tendrá que calcular y diseñar los
esfuerzos que produce el concreto, tomando en cuenta la inyección del
concreto por la parte inferior como con la parte intermedia.
A diferencia del método actual de concreto, este sistema se basa en inyectar el
concreto desde parte inferior del encofrado y que este por sus características
de fluidez empiece a deslizarse. En el método convencional de vaciado de
concreto el procedimiento se basa en vaciar en tres capas a tercios del
encofrado y vibrando la mezcla, lo cual con este método se elimina estos
pasos y se optimiza el procedimiento.
Una vez colocado el encofrado de igual manera que el método convencional,
los pasos a seguir son:
1) Humedecer todos los elementos por donde va a pasar el concreto.
2) Asegurarse de colocar bien la manguera de la bomba en la compuerta
inferior del encofrado antes de comenzar el vaciado.
3) Se procede a llenar el elemento de concreto hasta llegar a una altura
deseada
4) Se procede a cerrar la compuerta, se retira la manguera y se ajusta la
compuerta.
5) Al finalizar el tiempo de fraguado se procede con el desencofrado y el
curado.
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Foto N° 2 Ejemplo de Bombeo parte inferior4
1.4 VENTAJAS DE CONCRETO AUTOCOMPACTANTE
El concreto Autocompactante es un concreto que logra la compactación sin
vibración, ya que se compacta por su propio peso. Este concreto inicialmente
se desarrollo en Japón, durante la década de los 90. Las primeras aplicaciones
fueron en estructuras esbeltas con gran cantidad de armadura de acero, donde
el vibrado era imposible. Actualmente, se han usado en estructuras de mayor
volumen, en las grandes estructuras de Japón, como tanques de
almacenamiento de GLP o enormes anclas para el puente suspendido Akashi-
Kaikyo, el cual cuenta con una luz de 2 kilómetros.5
Este tipo de concreto tiene que ser uniforme, homogéneo, de alta cohesión y
de gran resistencia a la segregación durante el flujo. Para elaborar este
concreto, se necesitan una serie de aditivos principales como: Reductores de
agua de alto rango y un agente de viscosidad, el primero te permite asegurar
la fluidez y reducir la relación agua/cemento, el segundo se incorporar para
4 FORSA(2011)
5 Cfr. Ambrosie y Pera (2011)
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mejorar el valor del rendimiento y la viscosidad de la mezcla fluida, reduciendo
el sangrado, la segregación y el asentamiento.
Estas ventajas se basan en la comparación con el método constructivo
tradicional y el método constructivo innovador:
Acelera el proceso de vaciado.
Obtención menores costos en acabados.
Disminuye la concentración de personal en el área de vaciado.
Reducir el consumo de horas hombre.
Eliminación del vibrado.
Produce menores desperdicios.
Elimina las cangrejeras.
Reduce notablemente los trabajos re hechos
Garantiza un concreto homogéneo y bien distribuido sus partículas
15
CAPÍTULO 2
OBJETIVOS DEL ESTUDIO
Reducir los costos del proceso constructivo actualmente empleado en los
elementos verticales de las edificaciones; contando para ello con el sistema
de bombeo por inyección con concreto autocompactante, inyectándolo
desde un solo punto en el elemento continuo encofrado desde abajo hacia
arriba aprovechando sus características de fluidez, extensibilidad y
autoconsolidación.
Objetivos específicos:
Determinar el beneficio potencial de sistema propuesto aplicado a los
elementos verticales de las edificaciones y sus particularidades.
Demostrar la factibilidad técnico económico del sistema propuesto
mediante pruebas de laboratorio y obra.
Determinar los beneficios en seguridad y ahorro de mano de obra con
este sistema de inyección del concreto.
Demostrar el costo beneficio del sistema y sus principales ventajas.
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CAPITULO 3
EVALUACIÓN DEL SISTEMA TRADICIONAL DE VACIADO
3.1 INSPECCIONES DE CAMPO Y PLANIFICACIÓN
Se procederá a visitar la obra Los Parques del Sol en los Olivos, para poder
obtener los datos de la cuadrilla de vaciado de concreto, las herramientas y
equipos personales durante el vaciado y la cuadrilla de resanes, por un mal
vibrado del concreto o mal encofrado.
Para ello se ha planificado un cuadro de visitas a la obra para la obtención de
los datos necesarios para concluir la tesis, por cuestión de horarios nos
programamos para visitar el vaciado del Sector “C” y el desencofrado del
Sectro”B”.
Cuadro N° 1 VisitasObra Los Parques del Sol6
Los Parques Del Sol (WESCON)
Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 Día 6
VACIADO PISO (5)
Sector "A"
Sector "B"
Sector "C"
Sector "D"
Sector "E"
NO HAY
Día 7 Día 8 Día 9 Día 10 Día 11
Día 12
VACIADO PISO (6)
Sector "A"
Sector "B"
Sector "C"
Sector "D"
Sector "E"
NO HAY
Día 13 Día 14 Día 15 Día 16 Día 17
Día 18
VACIADO PISO (7)
Sector "A"
Sector "B"
Sector "C"
Sector "D"
Sector "E"
NO HAY
Día 19 Día 20 Día 21 Día 22 Día 23
Día 24
VACIADO PISO (8)
Sector "A"
Sector "B"
Sector "C"
Sector "D"
Sector "E"
NO HAY
VISITAS REALIZADAS
6 Cronograma Propio de Visitas
17
3.2 EVALUACIÓN DEL VACIADO DE ELEMENTOS VERTICALES EN LAS OBRAS
VISITADAS
Para obtener los datos de en el vaciado de elementos verticales, se visitaron
las siguientes obras: Proyecto Los Parques de Villa Sol en los Olivos de
Western Construccion. De esta obra mencionada se obtuvieron los datos de
mano obra involucrada en el vaciado de concreto de los elementos verticales y
la mano de obra involucrada en el resane de los elementos que estuvieran mal
vaciado, o que tengan algún tipo de cangrejeras. Además de la mano de obra
involucrada se obtuvieron las herramientas y equipos empleados en el
momento del vaciado del concreto.
Foto N° 3 Visita de Obra Los Parques de Villa Sol (WESCON)7
7 Material Propio
18
Este proyecto es un edificio de 13 pisos que cada unos de ellos se dividió en
cinco sectores, los cuales están descritos en las siguiente grafica.
Imagen N° 2 Ejemplo de Sectorización de Obra Los Parques de Villa Sol8
8 Material Propio
19
3.3.1 Detalles de los elementos verticales
En la obra Parques Villas Sol se obtuvieron los datos del vaciado del Sector C,
el cual va ser explicado a continuación.
Imagen N° 3 Ejemplo de Estructuración de los Muros Sector”C”
Cuadro N° 2 Detalle de Encofrado Obra Los Parques del Sol9
PARQUES VILLA SOL – WESTERCONSTRUCCION
DETALLE DE ENCOFRADO
Tipo Cant Perímetro Área Encofrada (m2) Área Encofrado Total(m2)
"A" 1 52,65 126,36 126,36
"B" 2 7,10 17,04 34,08
"C" 1 18,25 43,80 43,80
"D" 3 9,90 23,76 71,28
Total m2 275,52
9 Material Extraído de la Visita a Obra
20
Cuadro N° 3 Detalle de Concreto Obra Los Parques de Villa Sol10
DETALLE DE CONCRETO
Tipo Cant Área(m2) Volumen (m3) Volumen Total(m3)
"A" 1 4,04 9,70 9,70
"B" 2 0,51 1,22 2,45
"C" 1 1,40 3,36 3,36
"D" 3 0,72 1,73 5,18
Total m3 20,69
3.3.2 Detalles de mano de obra involucrada
El vaciado de este sector se realizo desde las 4:30 pm hasta las 7:30 pm, para
realizar este vaciado se utilizaron la siguiente mano de obra y los siguientes
equipos y herramientas.
Cuadro N°4 Detalle de Cuadrilla de Mano de Obra de Concreto 11
CUADRILLAS DE CONCRETO (Mano de Obra) 4:30 pm-7:30pm
Tipo Cantidad Hh Total
Capataz 0,2 3,00 0,60
Operario 1 3,00 3,00
Peón 4 3,00 12,00
Cuadro N°5 Detalle de Equipos y Herramiento de Concreto 12
CUADRILLAS DE CONCRETO (Equipos y Herramientas) 4:30 pm-7:30pm
Tipo Cantidad
Vibradoras 2
Martillo de Goma 1
10
Material Extraído de la Visita a Obra 11
Material Extraído de la Visita a Obra 12
Material Extraído de la Visita a Obra
21
Foto N° 4 Vaciado en la Obra Los Parques de Villa Sol (WESCON)13
3.3.3 Detalles del proceso de vaciado
Para realizar el proceso de vaciado, ellos tenían que esperar que la bomba se
encuentre instalada y luego la llegada del mixer de concreto.
Foto N° 5 Llegada de Mixer y Bomba en la Obra (WESCON)14
13
Material Extraído de la Visita a Obra 14
Material Propio
22
Luego de tener todo en orden se procede al vaciado del concreto, colocándose
la cuadrilla en un punto estratégico de la estructura. Ya que primero se
procede a vaciar en cuatro tandas de 60 cm, las cuales son de 60 cm, 120 cm,
180cm y la última llega a 240 cm, en cada tanda se realiza el vibrado y el
golpeo correspondiente.
A continuación se muestra la secuencia del vaciado del Sector “C”:
Imagen N° 4 Ejemplo de secuencia de vaciado de los primeros 60cm (Sector”C”)15
15
Material Propio Según visita a Obra
23
Imagen N° 5 Ejemplo de secuencia de vaciado de los 120 cm (Sector”C”)16
16
Material Propio Según visita a Obra
24
Imagen N° 6 Ejemplo de secuencia de vaciado de los 180 cm (Sector”C”)17
17
Material Propio Según visita a Obra
25
Imagen N° 7 Ejemplo de secuencia de vaciado de los 240 cm (Sector”C”)18
Todo el proceso de vaciado duro aproximadamente 3 horas, es decir que han
vaciado aproximadamente 21 m3 de concreto en 3 horas un ratio de 7 m3/hora.
18
Material Propio Según visita a Obra
26
A continuación se mostrara algunas imágenes del momento de vaciado, donde
se podrá apreciar algunas pérdidas de material por la deformidad del
encofrado.
Foto N°6 Fotos durante el vaciado19
19
Material Propio
27
3.3.4 Detalles después del desencofrado
Luego del desencofrado se puede observar con las siguientes imágenes, que
por culpa de un mal vibrado y de un mal encofrado se producen las cangrejeras
las cuales van tener que ser subsanadas provocando un doble trabajo o trabajo
rehecho.
Foto N°7 Fotos después del desencofrado I 20
20
Material Propio
28
Foto N°8 Fotos después del desencofrado II 21
Para corregir los defectos del vaciado ellos utilizan la siguiente cuadrilla:
Cuadro N°7 Cuadrilla de Resane 22
CUADRILLAS DE RESANE (Mano de Obra)10:00 am-3:00pm
Tipo Cant Hh Total
Operario 1 4,00 4,00
Peón 1 4,00 4,00
21
Material Propio 22
Material Extraído de la Visita a Obra
29
CAPÍTULO 4
CARACTERISTICAS DEL CONCRETO AUTOCOMPACTANTE A EMPLEAR
4.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS
Agregado Fino
Se puede utilizar cualquier tipo de arena para la realización de este concreto.
Sobre para su distribución de tamaños, es necesario emplear arenas continuas,
sin cortes en su granulometría, y preferiblemente sin formas puntiagudas (típico
de las arenas silíceas chancadas) Su cantidad deberá estar en proporción con
la cantidad del agregado grueso. Generalmente el contenido de arena puede
representar el 60-50 % de la cantidad de agregado total, en función de la
naturaleza, cantidad de la adición empleada, de cemento y de las
características del agregado grueso.
De preferencia se tiene que tener un aporte de finos (pase por el tamiz 0.08 o
0.063) por parte del agregado fino, ya que esto puede reducir la demanda de
adición y de cemento, y de esta manera corregir los 500-550 kg/m3 de finos
inferiores a 0.1 mm demandados.
Si se emplean arenas correctoras (con pase por el tamiz 0.08 o 0.063 cercanos
al 10% o más) para satisfacer la demanda de finos su cantidad a emplear
deberá estar en relación a la cantidad de finos demandada y a la cantidad de
cemento empleada.
30
Agregado Grueso
Las mayores exigencias en cuanto a materiales para la realización de un
concreto autocompactable están en el agregado grueso. A pesar que no existe
limitación en cuanto a su naturaleza, sí existen limitaciones con el tamaño
máximo y el coeficiente de forma.
El tamaño máximo del agregado se limita a 25 mm, aunque es preferible
limitarlo a 20 mm. Evidentemente, el tamaño máximo deberá guardar relación
con la distancia entre armaduras, pero para el caso que fuera posible trabajar
con tamaños superiores a 20-25 mm no deberá excederse este tamaño ya que
implica un elevado riesgo de bloqueo y segregación de la masa. De todas
formas, los mejores resultados globales se consiguen empleando tamaños
máximos entre 12-16 mm.
En cuanto al coeficiente de forma, este debe ser lo más bajo posible ya que las
mejores propiedades autocompactables, sin bloqueo y elevada fluencia del
concreto, se consiguen con agregado de forma redondeada. Las formas
puntiagudas dificultan que el concreto fluya adecuadamente y aumentan el
riesgo de bloqueo.23
23
Cfr Jonhson 2007
31
4.2 PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO
El aspecto sobresaliente de los concretos autocompacatantes (CAC) o también
llamados autocompactables, se relaciona en su estado fresco. Se trata de un
concreto capaz de deformarse por acción de su propio peso, ocupando todos
los sectores del encofrado sin la necesidad de realizar vibrado interno o
externo, y con la capacidad de sortear obstáculos sin dificultad.
Las ventajas más significativas del CAC son: una rápida y muy simple
colocación, acceso a zonas con elevada congestión de armaduras, ausencia de
compactación, excelente terminación superficial (poco resane), posibilidad de
reducción de costos globales, incremento de la calidad y confiabilidad de las
estructuras, y un mejoramiento de las condiciones de seguridad e higiene del
trabajo debido a su menor nivel de ruido.24
Reología
La reología es la ciencia que estudia la deformación y el flujo de materiales
sometidos a tensiones. Desde los años 70 se ha avanzado mucho en el estudio
de la reología del concreto en su estado fresco.
Los fluidos, según su estructura, se pueden dividir en dos tipos: fluidos de
estructura simple (fluidos Newtonianos) o fluidos con estructuras más
complejas (fluidos no-Newtonianos).25
24
AATH 2004 25
Jonhson 2007
32
Los fluidos con estructura simple como es el caso del agua se pueden
caracterizar según la ley de Newton (ver ecuación 4.1 y Figura 4.1).26
(4.1)
Donde:
τ tensión de corte.
η viscosidad.
γ ' velocidad de corte producida.
Los fluidos con estructuras más complejas como es el caso del concreto
presentan propiedades elásticas y viscosas. La mayoría de estos casos se
pueden caracterizar según el modelo de Bingham. Este modelo es el más
usado para la caracterización reológica del concreto. Básicamente el modelo
está caracterizado por la tensión umbral y la viscosidad (ver ecuación 4.2 y
Figura 4.1). La viscosidad está relacionada con la estabilidad y la resistencia a
segregarse del concreto.27
τ = τ0 + μ ⋅ γ (4.2)
Donde:
τ tensión de flujo.
τ0 tensión umbral.
μ viscosidad plástica.
γ velocidad de deformación transversal.
26
Cfr Jonhson 2007 27
Cfr Jonhson 2007
33
Figura 4.1 Curvas de flujo de un concreto autocompactante, de un concreto convencional y un concreto de alta resistencia
28
Autocompactabilidad
La Autocompactabilidad se define como la capacidad que posee el concreto
para fluir luego de su descarga, solo por acción de su propio peso, llenando
todos los espacios dentro del encofrado permitiendo un concreto si defectos y
uniforme.
Para lograr esta capacidad se requiere que el CAC posea tres propiedades
particulares: capacidad de llenado, capacidad de paso y resistencia a la
segregación.29
La capacidad de llenado
La capacidad de llenado en la característica de un CAC para deformarse o
cambiar de forma pro acción de su propio peso. Este requerimiento involucra
dos aspectos bien diferenciados:
28
ACHE 2008 29
Cfr AACH 2004
34
La capacidad de deformación, en términos de la distancia que puede fluir o
desplazarse la mezcla desde el punto de descarga.
La velocidad de deformación, en términos de velocidad con la cual la mezcla
puede fluir.
Capacidad de paso
La capacidad de paso o resistencia al bloqueo es la capacidad que tiene el
concreto de pasar entre las armaduras, estrechamientos o cualquier obstáculo
sin que se produzca un bloqueo de los áridos.
Esta propiedad del concreto depende tanto de la geometría de la pieza y
distribución de las armaduras como de la cantidad y tamaño del agregado
grueso en el concreto. En la Figura 4.3 se puede observar cómo funciona el
mecanismo de bloqueo.30
Figura 4.3. Mecanismo de bloqueo
31
30
Cfr AATH 2004 31 Skarendahl et al. (2000).
35
Resistencia a la segregación
El CAC no debe presentar manifestaciones de segregación tales como
exudación de agua, segregación de la pasta y agregados, segregación del
agregado grueso debido al bloqueo o distribución no uniforme de vacios. La
segregación en este tipo de mezcla puede ser de dos tipos:
a) Segregación dinámica: es aquella que se produce durante la colocación
cuando el CAC debe fluir dentro de los encofrados. Se detecta
fácilmente en los ensayos de estado fresco y debe corregirse durante la
etapa de diseño de la mezcla.
b) Segregación estática: Esta asociada a los fenómenos de sedimentación
que se produce una vez que el concreto se encuentra en reposo dentro
de los encofrados. Es factible que algunas mezclas que muestren un
adecuado comportamiento frente a la segregación dinámica presenten
segregación estática, como por ejemplo, la sedimentación del agregado
grueso hacia la parte inferior del encofrado.32
Métodos de ensayos para la caracterización de concretos Autocompactantes
Debido a que el estado fresco del concreto autocompactante es diferente al del
concreto convencional, no se pueden usar los ensayos tradicionales que nos
permitan evaluar las características de autocompactabilidad descritas
anteriormente.
32
AATH 2004
36
En la bibliografía existente se recogen numerosos ensayos que nos permiten
evaluar la capacidad de relleno, la resistencia a la segregación y la capacidad
de paso del concreto autocompactante.
Como todavía no se ha desarrollado un único ensayo que nos permita evaluar
las propiedades en estado fresco del concreto, hay que realizar, al menos, dos
tipos de ensayos que nos permitan caracterizar la autocompactabilidad del
concreto.
Ensayo de escurrimiento
El ensayo de escurrimiento, slump-flow en inglés, evalúa la capacidad de
relleno del concreto autocompactante sin la presencia de obstáculos. Es el
ensayo más utilizado tanto por su sencillez como por el equipo que precisa y se
puede realizar tanto en obra como en laboratorio. Además se puede observar si
hay segregación y/o exudación y nos da una medida indirecta de la tensión
umbral de flujo.
Para la realización del ensayo se necesita el cono de Abrams, y una placa de
acero plana cuyas dimensiones aproximadas son 850 x 850 mm y 2 mm de
espesor. En esta placa se encuentran grabadas dos circunferencias
concéntricas marcadas, una de 200 mm de diámetro y otra de 500 mm de
diámetro, como se puede observar en la Figura 4.4.33
33
Cfr Jonhson
37
Figura 4.4. Dimensiones y montaje del ensayo de extensibilidad34
El procedimiento de este ensayo es el siguiente. Se coloca el cono,
ayudándose de la marca circular de 200 mm, en el centro de la bandeja. Se
llena el cono sin compactar de concreto, se enrasa y se levanta el cono.
Los resultados que se obtienen son T50, que es el tiempo que tarda el concreto
en alcanzar la circunferencia de 500 mm de diámetro, y dF que es el diámetro
final alcanzado por el concreto una vez cesa completamente el movimiento,
expresado como la media de dos medidas en direcciones perpendiculares.
El aspecto final del concreto debe ser homogéneo presentando una buena
distribución de los agregados (ver Figura 4.5).
34 Schutter et al (2008).
38
Figura 4.5. Resultado final del ensayo de extensibilidad35
Ensayo de extensibilidad con el anillo japonés
El ensayo de extensibilidad con el anillo japonés, J-Ring en inglés, evalúa la
resistencia al bloqueo del concreto autocompactante a través de barras de
armadura, en condiciones de flujo libre. Además se puede observar si hay
segregación, exudación, o si se produce una mayor concentración de árido
grueso en la zona central.
Figura 4.7. Dimensiones básicas y montaje del ensayo de extensibilidad con
anillo japonés.36
35
UNICON (2011) 36
Schutter et al(2008).
39
Para la realización del ensayo se necesitan los mismos equipos que para el
ensayo de escurrimiento más un anillo de 30 cm de diámetro y 12 cm de altura,
como se puede ver en la Figura 4.7. Este anillo consta de unas barras
perimetrales cuya configuración varía dependiendo del tamaño máximo del
agregado como se muestra en la Figura 4.8.
El procedimiento del ensayo es similar al del ensayo de escurrimiento, pero con
la diferencia del anillo. Se colocan el cono, ayudándose de la marca circular de
200 mm, en el centro de la bandeja y, el anillo se sitúa concéntrico al cono. Se
llena el cono sin compactar de concreto, se enrasa y se levanta el cono.
Figura 4.8. Configuración de las barras en el anillo J: a) tamaño máximo de árido ≤ 20
mm, y b) tamaño máximo de árido > 20 mm.37
Los parámetros que se obtienen son dJF que es el diámetro final, TJ50 que es
el tiempo que tarda el hormigón en alcanzar el diámetro de 500 mm, H1 y H2
que, como se muestra en la Figura 4.9 corresponden a la altura del concreto
justo en la cara interior y exterior del anillo respectivamente. Con dichas alturas
se calcula el coeficiente de bloqueo CBE según la expresión 4.3.38
(4.4)
37
ACHE (2008) 38
ACHE (2008)
40
Normalmente este ensayo se complementa con el ensayo de escurrimiento
debido a que la Instrucción EHE-08 establece que la diferencia de ambos
diámetros no debe superior a 50 mm (ver expresión 4.4)39.
(4.4)
Figura 4.9. Determinación de las alturas H1 y H2.40
Ensayo de la caja en L
El ensayo de la caja en L, L-Box en inglés, mide la capacidad de paso del
concreto autocompactante a través de barras de armaduras con flujo
confinado. Además permite conocer la fluidez del concreto y si existe o no
bloqueo del mismo.
39
ACHE (2008)
40
ACHE (2008)
41
Para la realización del ensayo se emplea un molde que se denomina caja en L
cuyas dimensiones se muestran en la Figura 1.10 donde se puede observar
que la caja puede tener 2 ó 3 barras dependiendo del tamaño máximo del
árido.
El ensayo se realiza del siguiente modo. Se llena de una sola vez y sin
compactar la parte vertical de la caja, con la compuerta cerrada. Una vez
llena, se enrasa el concreto y se abre la compuerta. Cuando ha cesado
el movimiento del concreto, se determinan las alturas de la masa de
concreto en reposo en el lado de la compuerta (interiormente) y en el
extremo horizontal de la caja, H1 y H2 respectivamente (ver Figura
4.11).41
Figura 4.10. Configuración de la caja en L: a) vista general del molde, b) planta, c)
disposición de las barras para un tamaño máximo de árido ≤ 20 mm, y d) disposición de las barras para un tamaño máximo de árido > 20 mm
42
41
ACHE (2008)
42
ACHE (2008)
42
Figura 4.11. Determinación de las alturas H1 y H2.43
Los parámetros que se obtienen son T600 que es el tiempo que tarda el concreto en salir y llegar al extremo de la caja en L cuya distancia, desde el extremo de la compuerta es de 600 mm y, el coeficiente de bloqueo que se define según la expresión 4.5.44
(4.5)
Figura 4.12. Resultado final del ensayo de la caja en L: a) hormigón autocompactante que presenta bloqueo, y b) hormigón autocompactante con una capacidad de paso
adecuada.45
43
ACHE (2008)
44
ACHE (2008) 45
ACHE (2008)
43
Ensayo del embudo en V
El ensayo del embudo en V, V-funnel en inglés, evalúa la capacidad de relleno
y la capacidad de paso por aberturas estrechas del concreto autocompactante.
Además mide indirectamente la viscosidad plástica del material.
Para la realización del ensayo se emplea un embudo cuyas dimensiones se
muestran en la Figura 4.13.
Antes de realizar el ensayo, hay que colocar el embudo sobre un soporte con
un recipiente debajo que recoja el concreto. Se llena el embudo de una sola
vez sin compactar, se enrasa el concreto y se abre la compuerta inferior
después de haber esperado 10 segundos.
Se mide el parámetro TV que es el tiempo que tarda en salir todo el concreto
del embudo, considerando ese momento el instante en que, observando el flujo
desde la parte superior, se vislumbra luz a través de la boca inferior.46
46
Cfr Jonhson
44
Figura 4.13. Dimensiones del embudo en V.47
Otros ensayos
Además de los ensayos anteriormente descritos, existen otros ensayos que se
emplean para la caracterización del estado fresco del concreto
autocompactante.
• Caja en U, L-Box en inglés. Al igual que en el ensayo de la caja en L, la caja
en U evalúa la resistencia al bloqueo del concreto autocompactante en donde
las condiciones de flujo son más exigentes, es decir, confinado y contra la
gravedad.
Para la realización del ensayo se necesita de un recipiente que tiene 2
compartimentos como se muestra en la Figura 4.14.48
47
ACHE (2008) 48
ACHE (2008)
45
El procedimiento del ensayo es el siguiente. Con la puerta cerrada, se llena el
compartimento A. Tras un minuto de reposo se abre la compuerta, dejando que
el concreto fluya del compartimento A al B (ver Figura 4.15). Los parámetros
que se miden son las alturas del hormigón en ambos compartimentos. Los
requisitos habituales son: que la diferencia de alturas no supere los 30 mm, o
que la altura del concreto en el compartimento B sea mayor de 300 mm.
Figura 4.14. Configuración de la caja en U: a) vista general del molde, y
b) vista de uno de loslaterales con el lado descubierto49
Figura 4.15. Ensayo de la Caja en U50.
49
ACHE (2008) 50
Skarendahl et al(2000)
46
Ensayo Orimet.
Este ensayo fue desarrollado por Bartos en los años 70 con el fin inicialmente
de evaluar concretos fluidos, pero actualmente permite analizar la fluidez de los
concretos autocompactantes bajo la acción de su propio peso.
Como se muestra en la Figura 4.16, el aparato está compuesto de un tubo
cilíndrico con una compuerta al fondo.
El procedimiento del ensayo es el siguiente. Se llena el aparato de concreto sin
compactación alguna. Tras 10 segundos de reposo, se abre la compuerta
dejando fluir el concreto. Se mide el tiempo que tarda el concreto en vaciar el
cilindro. Este tiempo no debe superar los 5 segundos.
Figura 4.16. Dimensiones del ensayo de Orimet (en mm). El diámetro del orificio varía de 60 mm para morteros a 90 mm para áridos cuyo tamaño
máximo es 25 mm, pero el diámetro común es 80 mm.51
51 Schutteral (2008)
47
Caja de relleno, filling vessel test o fill box en inglés. El objetivo de este ensayo
es evaluar la capacidad de paso del concreto por una zona densamente
armada.
Este ensayo fue desarrollado inicialmente (ver Figura 4.17a) por Ozawa en los
años 90 y se ha utilizado principalmente en Japón. Posteriormente, el ensayo
sufrió algunas modificaciones por Yurugi y Takada. En la Figura 4.17b se
pueden obervar las medidas actuales del recipiente que se usa.
Figura 4.17. Ensayo de la caja de relleno: a) aparato original, y b) aparato modificado.
El procedimiento del ensayo consiste en verter el concreto por la sección y una
vez, que el flujo del concreto no puede seguir fluyendo y se ha alcanzado el
nivel superior de las barras. Se mide la altura del concreto a ambos lados de la
caja como se puede ver en la Figura 4.17b. El coeficiente de relleno (F) se
determina según la expresión 4.6.52
(4.6)
52
Schutteral (2008)
48
BIBLIOGRAFÍA
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de julio del 2011) http://www.imcyc.com/revista/2001/febrero2001/concreto.htm
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autocompactante para edificación”.(Tesis de doctorado en Ing. Civil). Madrid: Universidad
Politécnica de Madrid, Madrid.
DELGADO, R., & PEÑA, C. (2006). “Edificios peruanos con muros de concreto de ductilidad
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oficial de encorados Forsa; contiene información de productos y Bombeo desde abajo una gran
alternativa. (Consulta 2011)
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y losa” (Tesis para obtener grado de ingeniero civil) Lima: Pontificia Universidad Católica del
Perú.
JONHSON RIGUEIRA, Víctor “Estudio de la sensibilidad e influencia de la composición en
las propiedades reologicas y mecánicas de los hormigones autocompactantes” (Tesis para
obtener el grado de doctor en Ingenieria) Valencia: Universidad Politécnica de Valencia.
ASOCIACION ARGENTINA DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO 2004 “Hormigones
especiales”. Buenos Aires: Universidad Tecnológica Nacional
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